El documento trata sobre los desafíos asociados con la construcción de túneles en terrenos kársticos. Explica qué es el karst y cómo se forma, así como técnicas para identificarlo como dolinas, sumideros y zonas sin drenaje. También describe riesgos como la irrupción de materiales, flujos de agua y condiciones heterogéneas. Por último, resume posibles actuaciones como sondear en avance, usar métodos pilotados, mejorar rellenos, drenar aguas y usar inyecciones para impermeabilizar

1. El karst y los túneles
Introducción a la problemática general
Rafael Jiménez
rafael.jimenez@upm.es
Universidad Politécnica de Madrid
Fallas y túneles – p.1/28

2. El karst y los túneles: Contenidos
Motivación
Caracterización geológica
¿Qué es el karst?
Técnicas de reconocimiento
Dificultades asociadas al karst
Posibles actuaciones
Fallas y túneles – p.2/28

3. ¿Qué es el karst?
Producto de la disolución de la roca;
Frecuente en calizas, dolomías, yeso/anhidrita
Posible en mármol, cuarcita, sales
Reacción química; e.g., para caliza:
CaCO3 + H2O + CO2 ⇆ Ca++
+ 2HCO−
3
Favorecida por Ta
, H2O, ácido
Dos zonas, según el N.F.
Zona vadosa (sobre el N.F.)
Zona freática (bajo el N.F.)
Fallas y túneles – p.3/28

4. Particularidades de formaciones kársticas
Altos coeficientes de infiltración
Alta permeabilidad, incluso a gran prufundidad
Posibilidad de acuíferos muy extensos
Fallas y túneles – p.4/28

5. Procesos de formación del karst
Goodman, 1989
Fallas y túneles – p.5/28

6. Formación de karst en yesos
Formación del Karst de yesos de Sorbas (Almería)
Fallas y túneles – p.6/28

7. Identificación de karst mediante
observación superficial
Dolinas y sumideros
Zonas sin drenaje o con drenaje poco desarrollado
Paisaje ondulado
Fallas y túneles – p.7/28

8. Dolinas superficiales
Cooper, 2011
Fallas y túneles – p.8/28

9. Karst en Yesos de Sorbas (Almería)
Fallas y túneles – p.9/28

10. Dolina Sumidero
Karst en Yesos de Sorbas (Almería)
Fallas y túneles – p.10/28

11. Poljes y drenaje poco desarrollado
Zafarraya, Granada Fallas y túneles – p.11/28

12. Fiabilidad de métodos para identificar el Karst
terrain (in Thomas and Roth, 1999)
Method Reliability associated with
finding existing sinkholes
Reliability associated with
finding subsurface voids
Borings/air track drilling/cone
penetrometer NA (not applicable) Poor to very good
Area reconnaissance Good to very good Poor
Review of existing mapping Fair to good Poor to fair
Review of aerial photographs Fair to very good Poor
Resistivity survey NA Poor to fair
Seismic refraction survey NA Poor
Electromagnetic survey NA Poor to fair
Ground penetrating radar NA Poor to fair
Trenching NA Fair to good
Microgravity survey NA Poor to fair
Video televiewer NA Fair to good
Borehole to borehole tests/
tomography NA Fair to very good
Thomas y Roth, 1999
Fallas y túneles – p.12/28

13. Geofísica para identificar Karst
Terrón Almenara, 2014
Fallas y túneles – p.13/28

14. Geofísica para identificar Karst
Tomografía eléctrica
Fallas y túneles – p.13/28

15. Túnel en un nivel no-kárstico
(Marinos ,2006)
Fallas y túneles – p.14/28

16. Túnel en un nivel kárstico
(Marinos ,2006)
Fallas y túneles – p.15/28

17. Enfoques de proyecto
Marinos, 2001 Fallas y túneles – p.16/28

18. Riesgos principales
Irrupción brusca de material (relleno kárstico)
“Taponazo” brusco, o flujo excesivo de agua∗
Importancia de sondeos en avance
Otras dificultades constructivas:
Frente no-homogéneo
Cruce de cavernas; fallos de apoyo
Problemas con bulones y voladuras
Lixiviación de material (v. túnel de El Regajal)
Recristalización de sales (v. túnel de Lilla)
Afecciones medioambientales
Fallas y túneles – p.17/28

19. Posibilidad de lixiviación∗
Principalmente en rocas yesíferas (más solubles)
Milanovic, 2000
Fallas y túneles – p.18/28

20. Entrada brusca de material
Fallo en frente y chimenea asociada; túnel de Dodoni (Marinos, 2001)
Fallas y túneles – p.19/28

21. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente
Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)
Fallas y túneles – p.20/28

22. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente
Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)
Fallas y túneles – p.20/28

23. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente
Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)
Fallas y túneles – p.20/28

24. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente
Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)
Fallas y túneles – p.20/28

25. Presencia de huecos
Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)
Fallas y túneles – p.21/28

26. Cavernas con desarrollo vertical
Túnel de Jeresa (Intecsa-Inarsa; cortesía F. Román)
Fallas y túneles – p.22/28

27. Cavernas con desarrollo vertical
Túnel de Jeresa (Intecsa-Inarsa)
Fallas y túneles – p.22/28

28. Algunas actuaciones frente al karst
Sondear en avance! (crucial en túneles profundos y/o
karst desarrollados)
Túnel piloto; o avance y destroza
Permite anticipar los posibles problemas
Puede usarse el método Bernold o NMA
Sostenimiento rígido (evitar apertura de juntas)
Posibles dificultades de anclaje de bulones ⇒ comprobar
Impermeabilizar; drenar
Rellenar huecos
Fallas y túneles – p.23/28

29. Construcción con método Bernold
Túnel de Jeresa (Foto: M. Romana)
Fallas y túneles – p.24/28

30. Construcción con método Bernold
Túnel de Gavarres (Alija et al., 2013)
Fallas y túneles – p.24/28

31. Resumen de tratamientos en túnel de Gavarres
Case Type Description Pre-support
treatment
Improvement
treatment
1 Site with good
geotechnical
characteristics
Slightly karstified
limestone massif.
Small cavities
b> Fill cavity with
gunite. Use of
Bernold sheets
2 Site with good
regular
geotechnical
characteristics
Massif with little
karstification,
with cavities of
certain body
(filled or not)
Light bolt
umbrella
Fixing and filling
the cavities with
gunite or lean
concrete.
3 Site with
regular
geotechnical
characteristics
Moderately
karstified massif.
Frequent large
cavities. Frequent
landslides.
Micropile
umbrellas of 90,
12 m long and
spaced 40 cm
from the axis and
with an overlap of
3 m (phase 1)
b>
4 Site with
regular poor
geotechnical
characteristics
Moderately
karstified massif
with located
detachments and
soils flows in
favour of cavities
between
micropiles
Micropile
umbrellas of 90,
12 m long and
spaced 25 cm
from the axis and
with an overlap of
3 m (phase 2)
b>
5 Site with poor Very weathered Micropile Injection of grout
Alija et al., 2013 Fallas y túneles – p.25/28

32. Resumen de tratamientos en túnel de Gavarres
5 Site with poor
geotechnical
characteristics
Very weathered
massif. Unstable
ground and
loosely cohesive
with significant
landslides.
Micropile
umbrellas of 90,
12 m long and
spaced 25 cm
from the axis and
with an overlap of
3 m (phase 2)
Injection of grout
or mortar through
the values of the
micropiles of
phase 2 (armed
injection)
6 Site with very
poor
geotechnical
characteristics
Very karstified
massif. Highly
unstable and
unsafe terrain.
Ineffectiveness of
the pre-support
treatments.
b> Injection of high
cohesion products
or soil
improvement by
replacement (jet
grouting)
7 Empty
cavities and
Landslides
Detection of areas
with cavities,
cavities generated
by landslides or
fallen debris
produced by
landslides
b> Consolidation
injections and
filling cavities. Use
of lean concrete,
mortar, synthetic
resins or grout.
Alija et al., 2013 Fallas y túneles – p.25/28

33. Otras posibles soluciones para túneles en karst
Marinos, 2001
Fallas y túneles – p.26/28

34. Otras posibles soluciones para túneles en karst
Marinos, 2001
Fallas y túneles – p.26/28

35. Soluciones pilotadas
Túnel de El Regajal: Se pilotaron unos 80 m de túnel en zona susceptible de lixiviación.
Pilotes armados a tracción, con fibra de vidrio, por posible expansividad y agua selenitosa.
Filas de 3 pilotes de φ = 1.20m separadas 2.50m entre ejes. Pilotes empotrados en
halita sana; Lmed ≈ 17.5m. (González Aleñar, 2011) Fallas y túneles – p.27/28

36. Resumen de actuaciones principales (Basado en Marinos, 2006)
Frente a huecos y cavernas
Huecos vacíos:
puentear; rellenar
Huecos rellenos de material débil:
Mejorar el relleno;
Paraguas de micropilotes
Sostenimiento del frente
Frente al agua subterránea ⇒ iIdentificarla!
Drenaje: Reducir la presión y caudal
Impermeabilización:
Principalmente inyecciones
Otras técnicas (e.g., congelación) problemáticas con huecos abiertos
Fallas y túneles – p.28/28