Los túneles resistentes a filtraciones de agua requieren una planificación hidrogeológica, un sistema de drenaje correctamente dimensionado y una impermeabilización protegida frente a perforaciones, obstrucciones y errores de ejecución. En la práctica, la resistencia frente al agua no depende únicamente del revestimiento: también intervienen la captación de escorrentías, los colectores, las cunetas, las arquetas, los tubos auxiliares, el geotextil y el control de calidad.
Los túneles de infiltración son una solución subterránea diferente, destinada a almacenar temporalmente aguas pluviales o aguas residuales tratadas y permitir su infiltración controlada en el terreno. Su funcionamiento correcto depende de la permeabilidad del suelo, del volumen de agua previsto, de una instalación por capas y de la protección contra la entrada de finos y obstrucciones.
Agua en túneles: por qué aparecen filtraciones
La excavación de un túnel ocasiona la ejecución de un dren de grandes dimensiones donde confluyen las aguas de los acuíferos interceptados. ¿Se puede impermeabilizar completamente un túnel? Si, pero a previos muy elevados y con un enorme esfuerzo.
En fase de excavación, la presencia de agua en un túnel ocasiona graves problemas de avance, la disminución de la resistencia del macizo, el aumento de presiones en el sostenimiento, hinchamientos y reblandecimientos, disoluciones de materiales salinos, etc. En fase de explotación y dependiendo de la tipología de la estructura ejecutada surgen problemas de filtraciones de agua, humedades, colmatación de drenajes, asentamientos de edificaciones cercanas, que dependiendo del número de instalaciones que deba poseer el túnel (Catenaria, fibra óptica, …) pueden causar graves problemas de mantenimiento.
Las investigaciones hidrogeológicas se basan en modelos matemáticos que intentan evaluar las presiones y caudales a lo largo del túnel. Entre otros factores, el anejo de cálculo hidrogeológico del túnel debería evaluar las variaciones de nivel freático previstas, zona de influencia, estimación de los caudales previsibles, etc.
Debido a la orografía donde he desarrollado mi experiencia profesional indica que en 95% de los casos ha habido que realizar obras complementarias, de reposición de abastecimientos y captaciones de agua a núcleos rurales o bien expropiaciones y/o reposiciones de pozos de agua.
¿Es posible impermeabilizar completamente un túnel?
La impermeabilización completa es técnicamente posible, pero puede exigir costes muy elevados y un esfuerzo constructivo considerable. Por esta razón, el diseño habitual debe combinar una capa impermeabilizante con sistemas capaces de recoger, conducir y evacuar el agua que alcance el trasdós del revestimiento.
La construcción de túneles normalmente requiere la instalación de una capa impermeabilizante para evitar la intrusión de agua en el túnel. Para garantizar la funcionalidad de la capa y evitar perforaciones o filtraciones se debe utilizar un geotextil no tejido robusto y de alta calidad.
Esto proporcionará una capa duradera de protección al revestimiento. Además, este geotextil también puede proporcionar drenaje a lo largo de la membrana.
Planificación hidrogeológica y control de escorrentías
Para el dimensionamiento del drenaje en túneles hay que tener en cuenta una serie de premisas básicas, algunas de ellas recogidas en la propia normativa de ADIF: En el caso de túneles, se procurará reducir en lo posible la entrada de escorrentía procedente de las trincheras de acceso, en especial estudiando soluciones alternativas (p.e. obra elevada ODE) para dar continuidad a las “vaguadas colgadas”.
En este caso, mi recomendación es prohibir directamente la entrada de aguas de escorrentía en el túnel. En el caso de emboquilles desfavorables al drenaje del túnel, se pueden ejecutar perfectamente obras de drenaje complementarias, como p. ej. la ejecución de colectores en contra-pendiente que evacúen el agua hacia fuera de la red de drenaje del túnel.
En túneles no se proyectará un punto bajo en acuerdo cóncavo, ni tampoco una rasante inferior a 5 milésimas, salvo donde exista un acuerdo convexo o cuando se adopten medidas específicas para garantizar la escorrentía longitudinal.
En obras ferroviarias en España, y normalmente, el drenaje en túneles se dispone a través de un colector longitudinal central dispuesto a lo largo del mismo. En el caso de obras ferroviarias ejecutadas por el Ministerio de Fomento en ciertas direcciones se exigía la construcción de dos colectores dispuestos bajo las aceras, en sustitución del colector central.
Colector central: función y errores de dimensionamiento
Este colector es fundamental en la construcción de un túnel, en su vida útil y en su mantenimiento. Dada la disposición del mismo, y debido a que sobre él se ejecuta el relleno de la contrabóveda y la supraestructura de la vía su correcta definición es básica para garantizar la durabilidad y funcionalidad de la obra ejecutada.
El error (1) más habitual en la ejecución de este colector consiste en no verificar su anejo de cálculo en el proyecto. Por norma habitual, el cálculo establece un diámetro interior de tubo necesario.
En cambio, tanto en los cuadros de precios como en el presupuesto dicho tubo se define como tubo coarrugado de diámetro «xxx» mm. Los tubos de hormigón se denominan siempre por su diámetro interior y los de plástico por su diámetro exterior, lo que simplifica la gama de accesorios para los tubos de plástico.
Cogiendo al azar las características técnicas de un tubo de este tipo, se obtiene: En este caso, si se coloca un tubo de diámetro exterior 600mm aproximadamente se obtiene un diámetro interior de 545,20, es decir, un 13,46% inferior al diámetro «teórico» exigido en proyecto.
El segundo error (2) para mí más común en intentar ahorrar dinero en este colector. De este tubo depende la red de drenaje completa del túnel, y debido a la enorme dificultad y complejidad de los cálculos que se deben realizar a efectos de evaluar los caudales previstos en proyecto, por pliego debería prohibirse en un primer lugar dicha modificación ,a la baja, y en segundo lugar exigir la realización de un aforo de los caudales drenados por el túnel durante su construcción a efectos de evaluar la posibilidad del incremento de su diámetro.
Hay que recordar que los acuíferos se recargan en función de las precipitaciones, las cuales son variables de un año a otro por lo que dichas resoluciones se deben adoptar tomando un período de retorno adecuado.
Contrabóveda, solera y compatibilidad con el drenaje
La ejecución de contrabóveda depende de las características geotécnicas del terreno. Como norma general se proyectan contrabóvedas en aquellas partes del túnel donde haya suelos, y teniendo en cuenta valores de RMR, altura de montera y otros valores.
En el resto de los casos se ejecutan losas planas armadas o soleras de hormigón, de menor coste. La función de la contrabóveda es «cerrar el anillo» permitiendo soportar mayores tensiones que con una disposición en forma de losa que funciona arriostrando los paramentos laterales del revestimiento.
Para la «Sección en vías generales. Sección tipo túnel. Vía única recta» de las normas de ADIF para secciones tipo del año 2011 me he llevado una sorpresa, puesto que la disposición del colector interfiere directamente con la contrabóveda ejecutada.
Como podéis comprobar en la sección definida, la disposición del colector interfiere con la misma, por lo que el espesor de hormigón en dicha zona se reduce considerablemente disminuyendo seriamente la capacidad del revestimiento para soportar tensiones. Este sería el error (3).
Arquetas, cunetas y tubos auxiliares
Normalmente cada 50 metros se disponen unas arquetas de registro, en las cuales entroncan unos tubos de diámetro inferior provenientes de los hastiales del túnel y que permiten el drenaje de la impermeabilización instalada entre el sostenimiento y el revestimiento.
Un error (4) «habitual» consiste en ejecutar la sección tipo estricta definida en proyecto. En los hastiales del revestimiento se ejecutan unos tubos pasantes al revestimiento que drenan el agua acumulada o proveniente de la impermeabilización instalada.
Debido a que cada 50 metros aproximadamente se instalan conexiones al colector central, dicha agua debe discurrir a lo largo de la «cuneta» existente entre la canaleta y el revestimiento.
En este detalle B, nos encontramos otro error (5) habitual del cual se procedió a informar a través de una nota informativa del Ministerio de Fomento, indicando que el tubo de drenaje a instalar en la impermeabilización del túnel no podía interferir con el revestimiento del túnel, por lo que se debía ejecutar un sobreancho suficiente en la excavación para su instalación.
Como se comprueba en la sección, esa «cuneta» está al mismo nivel que la canaleta de instalaciones, consistente normalmente en piezas prefabricadas de hormigón. Al encontrarse en muchos casos por encima o al mismo nivel, lo más habitual es que esa agua se filtre y provoque que la misma circule por la canaleta.
Con el consiguiente riesgo de electrocución y/o mantenimiento de las instalaciones. Por ello, siempre he recomendado a las Direcciones de Obra que dicha cota se baje, tal y como indico en el detalle D, de forma que dicha cuneta se baje, normalmente por debajo de la junta de hormigonado existente entre la zapata/murete y las aceras de forma que se evite la surgencia de agua por la misma.
Si no se baja por debajo de la cota de la junta de hormigonado, e incluso cuando queda por encima, suele ser habitual que haya filtraciones por la misma (error 6).
Control de calidad durante la ejecución
A mayores de los detalles constructivos que hemos indicado, y dentro de las prácticas constructivas, nos encontramos que durante el proceso de hormigonado del revestimiento, esos tubos embebidos en el mismo queden taponados.
Los operarios encargados de la ejecución suelen sellarlos a efectos de que no se rellenen, de forma que se debería estar pendiente de que los mismos queden operativos una vez acabada la fase de revestimiento.
Otro error habitual suele ser no ensayar ni realizar pruebas en los tubos que discurren hacia las arquetas, por lo que también suele ser habitual ensayarlos (a través del vertido de agua) para comprobar que realizan su función.
Geotextiles para proteger la impermeabilización
Seleccionar los productos geotextiles adecuados durante el diseño y la construcción puede ayudar a crear una infraestructura de túnel duradera que funcionará durante muchos años con costos y necesidades de servicio reducidos.
Para la construcción de túneles perforados, donde es necesario minimizar los riesgos de incendio para garantizar un entorno de trabajo seguro, se han desarrollado materiales especiales resistentes al fuego que debe usarse como capa de protección.
Los geotextiles también se pueden utilizar durante la fase de construcción como capa de separación y filtración para construir los caminos de acceso y las áreas de construcción de manera eficiente con un uso reducido de material granular.
Funciones del geotextil
- Protección del revestimiento impermeabilizante.
- Se agregó funcionalidad de drenaje al sistema.
- Capa de separación y filtración en caminos de acceso y áreas de construcción.
- Reducción del riesgo de perforaciones en la membrana impermeabilizante.
- Mejora de la estabilidad y el rendimiento del túnel.
- Reducción de los costes de mantenimiento y reparación.
- Mejora de la seguridad y la longevidad de la estructura del túnel.
En general, los geotextiles son una herramienta valiosa en la construcción de túneles porque pueden mejorar la estabilidad y el rendimiento del túnel, al tiempo que reducen los costos de mantenimiento y reparación.
Túneles de infiltración: una solución subterránea para el agua
Un túnel de infiltración es un sistema subterráneo diseñado para la infiltración controlada de aguas residuales tratadas o aguas pluviales al subsuelo. Se utiliza como solución final en el tratamiento de aguas residuales, especialmente cuando se requiere la recarga de acuíferos o la evacuación sostenible del efluente tratado de una depuradora.
Los túneles de infiltración de aguas pluviales son sistemas subterráneos diseñados para almacenar temporalmente el agua de lluvia y permitir que se filtre gradualmente en el suelo circundante. A diferencia de los sistemas tradicionales de drenaje de aguas pluviales, que descargan rápidamente el agua de lluvia en alcantarillas o ríos, los túneles de infiltración ayudan a gestionar el agua in situ, promoviendo la recarga de acuíferos y reduciendo el riesgo de inundaciones.
El sistema, compuesto por uno o varios módulos de túneles y dos placas finales, puede dimensionarse a medida. Se coloca a un mismo nivel.
El túnel de infiltración está diseñado para el drenaje sin obstrucciones, cada túnel de infiltración equivale a 36m de tubería de drenaje.
Aplicación después de una depuradora
Después de pasar por una estación depuradora de aguas residuales (EDAR), el agua ya tratada puede ser dirigida hacia un túnel de infiltración. Este sistema permite dispersar el agua de manera uniforme, favoreciendo su absorción por el terreno y contribuyendo a la mejora de los niveles freáticos.
El túnel de infiltración de 1200 litros está pensado para la infiltración de vertidos de aguas para un volumen de 1200 litros día en sistemas que incorporen depuradoras de Oxidación total, fosas sépticas con filtros biológicos o fosas simples para aguas residuales de hasta 5 habitantes o lo que viene siendo lo mismo hasta una capacidad máxima de vertido de 1200 litros diarios.
Estos túneles de infiltración se instalan normalmente a la salida de los siguientes equipos:
- Fosa séptica.
- Fosa filtro biológica.
- Biológicas de oxidación total.
- Oxidación total alto rendimiento.
- Oxidación total alto rendimiento con eliminación de nutrientes.
- Separadores de hidrocarburos.
- Separadores de grasas.
- Equipos de reutilización de aguas pluviales.
Funcionamiento y componentes del sistema
Su forma arqueada y su estructura perforada permiten que el agua fluya libremente y se distribuya uniformemente en el lecho de infiltración.
| Componente | Función |
|---|---|
| Unidades de túnel modulares | Almacenamiento temporal de agua, estructura de infiltración. |
| Conexiones de tubería | Dirigir el agua de lluvia hacia los túneles. |
| Puertos de acceso superiores | Permite una fácil inspección y mantenimiento. |
| Infiltración en las paredes laterales | Facilitar la rápida filtración del agua en el suelo. |
| Tejido geotextil | Prevenir la intrusión de suelo y obstrucciones. |
Los módulos se instalan bajo tierra, a menudo bajo estacionamientos, carreteras, espacios verdes o patios industriales. El agua de lluvia recolectada de techos o áreas pavimentadas se canaliza hacia el sistema de túneles mediante tuberías conectadas.
- Las paredes laterales de malla facilitan la rápida infiltración del agua en el suelo circundante.
- Los puertos de acceso superior permiten una fácil inspección y mantenimiento.
- El diseño modular permite configuraciones escalables y flexibles adaptadas a las necesidades del proyecto.
- La alta capacidad de carga admite instalaciones bajo carreteras y superficies de alto tránsito.
Materiales y resistencia mecánica
Los túneles de infiltración están fabricados en polipropileno o polietileno reciclado, lo que garantiza una larga vida útil y un bajo impacto ambiental.
El polietileno (PE) y el polipropileno (PP) son materiales ligeros, de alta resistencia, resistentes a la corrosión y 100% reciclables.
La calidad del material afecta directamente la durabilidad del sistema, la eficiencia de infiltración y el desempeño ambiental.
A fin de permitir una estructura libre sobre superficies horizontales, el sistema puede someterse de manera permanente a una carga de 59 kN/m², resultando así transitable camiones.
Los sistemas de infiltración de alto rendimiento pueden alcanzar una alta capacidad de carga para soportar cargas pesadas procedentes de carreteras, zonas de aparcamiento o espacios ajardinados.
Debajo de las superficies transitadas por vehículos hay que utilizar la geomalla para mejorar el reparto de las cargas.
Dimensiones y capacidades disponibles
| Modelo | Volumen | Longitud | Ancho | Altura | Cantidad |
|---|---|---|---|---|---|
| 1200 litros | 1200 L | 4 ud x 1200 mm | 4 ud x 800 mm | 4 ud x 510 mm | 4 túneles |
| 1800 litros | 1800 L | 6 ud x 1200 mm | 6 ud x 800 mm | 6 ud x 510 mm | 6 túneles |
| 2400 litros | 2400 L | 8 ud x 1200 mm | 8 ud x 800 mm | 8 ud x 510 mm | 8 túneles |
| 3000 litros | 3000 L | 10 ud x 1200 mm | 10 ud x 800 mm | 10 ud x 510 mm | 10 túneles |
El módulo individual tiene una longitud de 1160 mm, un ancho de 800 mm y una altura de 510 mm.
El sistema es ligero y fácil de instalar. El peso aproximado de cada módulo es de 11 kg.
Instalación paso a paso
Preparación de la zanja
Rellenar el fondo de la zanja con una capa de grava (tamaño 8/16) de aprox. 80 mm de grosor.
Sobre esta capa de grava se colocan los túneles de infiltración / Twin y se unen entre sí en sentido longitudinal.
Preparar la superficie y la infraestructura del terreno de acuerdo con las cargas previstas.
Protección con geotextil
Proteger los túneles de infiltración cubriéndolos con un geotextil. El geotextil debe solaparse, como mínimo, 300-500 mm en las uniones.
La función del geotextil es evitar la entrada de suelo en la estructura, reducir el riesgo de obstrucción y mantener la capacidad de infiltración del conjunto.
Relleno de la zanja
El relleno deberá quedar bien ajustado al túnel y ser uniforme. No deberán quedar zonas sin compactar ni espacios vacíos.
La primera capa, compuesta por grava 20/40, tiene la finalidad de asentar el túnel. Después se puede rellenar con el material excavado.
Rellenar a continuación la zanja por capas de espesor uniforme.
Conexiones de entrada y aireación
Los tubos de entrada se conectan en las placas finales. Con este fin hay que cortar las piezas circulares pre-perforadas y rotuladas.
Los tubos tienen que entrar aprox. 15 cm dentro de los módulos.
En el caso de una instalación de varias filas de túneles habrá que prever tubos de entrada a cada fila de túneles de infiltración, con el fin de asegurar un aporte de agua uniforme.
Conectar la tapa de registro / salida de aireación arriba, en la boca prevista para este fin. Hay que prever, como mínimo, una aireación por tramo.
Instalación bajo césped o superficies transitadas
Si se prevé plantar césped sobre el túnel de infiltración / Twin habrá que cubrir la instalación con una lámina impermeable o una capa de arcilla de aproximadamente 100 mm de espesor, ya que, de lo contrario, el césped situado sobre el túnel podría secarse más rápidamente que el resto de la superficie de césped.
El sistema puede instalarse bajo superficies horizontales y zonas sometidas a cargas, siempre que la cobertura, la infraestructura del terreno y el reparto de cargas respondan a las condiciones previstas.
Requisitos de diseño antes de instalar un túnel de infiltración
Para garantizar un rendimiento óptimo, los diseñadores deben considerar la permeabilidad del suelo del sitio y realizar pruebas de infiltración del suelo para evaluar la capacidad de drenaje natural.
También deben calcular el volumen de escorrentía previsto y seleccionar la capacidad adecuada del túnel.
Es necesario integrar suficientes puertos de inspección y planes de mantenimiento.
Debe instalarse un tratamiento previo mediante trampas de sedimentos o entradas de filtración aguas arriba para proteger el túnel de la obstrucción.
El diseño del sistema debe alinearse con las normativas locales y nacionales sobre sistemas de drenaje urbano sostenible (SuDS) o gestión de aguas pluviales.
Aplicaciones en drenaje urbano sostenible
La urbanización ha transformado el paisaje con superficies impermeables como carreteras, tejados y aparcamientos. Si bien son necesarias para el desarrollo moderno, estas superficies alteran el ciclo natural del agua, lo que provoca un aumento de la escorrentía superficial, inundaciones urbanas y el agotamiento de las aguas subterráneas.
Al capturar e infiltrar el agua de lluvia en el lugar, estos túneles reducen la carga sobre los sistemas de drenaje de aguas pluviales urbanas, disminuyendo significativamente el riesgo de inundaciones repentinas durante fuertes tormentas.
La expansión urbana a menudo reduce las áreas de infiltración natural. Los túneles de infiltración restauran la capacidad de la ciudad para recargar los acuíferos, lo que promueve la sostenibilidad hídrica y la resiliencia ante la sequía.
Los dispositivos de prefiltración combinados con túneles de infiltración atrapan sedimentos y contaminantes antes de la infiltración, filtrando naturalmente el agua de lluvia y mejorando la calidad del agua subterránea.
Ante las regulaciones ambientales cada vez más estrictas, los promotores deben integrar estrategias de SuDS. Los túneles de infiltración son una solución práctica y eficiente en cuanto al espacio para alcanzar los objetivos de sostenibilidad sin sacrificar el valioso terreno.
Aplicaciones principales
- Complejos comerciales y centros comerciales.
- Parques industriales y centros logísticos.
- Parques públicos, campos deportivos y áreas verdes.
- Carreteras, autopistas y perímetros de aeropuertos.
- Comunidades residenciales y desarrollos de uso mixto.
- Viviendas y zonas rurales.
- Drenaje de agua tratada residual doméstica.
- Retención para descargar el alcantarillado público.
Los sistemas diseñados adecuadamente pueden manejar una variedad de intensidades de lluvia y volúmenes de escorrentía.
Ventajas de los túneles de infiltración
- Alta capacidad de infiltración gracias a su diseño modular y su gran superficie de contacto con el terreno.
- Instalación sencilla y rápida, sin necesidad de maquinaria pesada.
- Durabilidad y resistencia frente a cargas mecánicas y productos químicos.
- Sostenibilidad ambiental, al favorecer la infiltración natural y evitar vertidos superficiales.
- Sistema modular ampliable según necesidad.
- Funcionamiento sin obstrucciones cuando se dimensiona, protege y mantiene correctamente.
- Optimización del espacio mediante instalación subterránea.
- Bajo mantenimiento gracias a los puertos de inspección accesibles y a la estructura duradera.
- Aplicación flexible, adaptable a diversos tamaños y condiciones de proyectos.
- Sustitución del convencional tubo de drenaje con envoltura de grava.
El sistema, compuesto por uno o varios módulos de túneles y dos placas finales, puede dimensionarse a medida.
Se pueden apilar hasta 40 túneles de infiltración (12.000 l de volumen) en un palet. Esto minimiza los costes de transporte, el espacio de almacenamiento y las emisiones de CO2.
Las estructuras fabricadas con material reciclable combinan una larga vida útil con un menor impacto ambiental.
Relación entre resistencia a filtraciones e infiltración controlada
La impermeabilización de un túnel de transporte busca impedir la entrada de agua en el espacio interior, mientras que un túnel de infiltración está diseñado para distribuir agua en el terreno de forma controlada.
En ambos casos, el agua debe dirigirse hacia las zonas previstas mediante una solución hidráulica definida. En el túnel de transporte, el objetivo es captar y evacuar el agua sin que alcance las instalaciones; en el túnel de infiltración, el objetivo es almacenar temporalmente el agua y facilitar su absorción gradual por el suelo.
La separación entre agua, terreno y elementos estructurales se consigue mediante una combinación de membranas, geotextiles, capas drenantes, colectores, arquetas, tubos de entrada, aireación y control de calidad.
Datos técnicos de referencia
| Característica | Valor |
|---|---|
| Material del módulo | Polietileno (PE) |
| Dimensiones del módulo | 1160 × 800 × 510 mm |
| Volumen por módulo | 300 L |
| Equivalencia de drenaje | 36 m de tubería de drenaje por túnel |
| Cobertura máxima con tierra | 3750 mm, sin aguas freáticas ni tránsito de vehículos |
| Cubrimiento requerido para tránsito de vehículos | 750 - 1750 mm |
| Peso máximo del vehículo | 60 t |
| Carga permanente indicada | 59 kN/m² |
La cobertura, la carga admisible y la configuración final deben verificarse de acuerdo con las condiciones reales del terreno, el tipo de superficie y las cargas previstas.
Mantenimiento e inspección
Los puertos de acceso superiores permiten una fácil inspección y mantenimiento.
El mantenimiento debe centrarse en conservar libres las entradas, comprobar las conexiones, revisar las arquetas y evitar la llegada de sedimentos que puedan reducir la capacidad de almacenamiento o infiltración.
En túneles de transporte, se debe comprobar que los tubos embebidos en el revestimiento queden operativos una vez acabada la fase de revestimiento.
También deben ensayarse los tubos que discurren hacia las arquetas a través del vertido de agua para comprobar que realizan su función.
La inspección periódica de las cunetas, los colectores y las juntas de hormigonado permite detectar filtraciones antes de que afecten a las instalaciones, al revestimiento o a la durabilidad de la estructura.
Cómo funciona un túnel de infiltración para drenaje de agua.
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