Inpermeabilización mediante mantas de PVC. Estación Farrington, Metro Londres.

Durante los últimos 50 años, la ingeniería civil y estructural ha evolucionado hacia el uso de membranas impermeabilizantes sintéticas, aplicadas mediante láminas de PVC o proyectadas, en base acrílica o cementicia. Se trata de una alternativa eficaz para estructuras subterráneas a prueba de filtraciones de agua y estructuras críticas, tales como muros pantalla en túneles de corte y relleno (cut and cover), túneles submersos, estaciones de metro, entre otros tipos de obras.

“En el caso de túneles en roca se observa el uso cada vez más frecuente de preacondicionamiento de la roca mediante pre-inyección de cementos ultra finos, que permiten minimizar fuertes filtraciones que afecten al revestimiento final del túnel”, destaca Hartmut Claussen, Director del Comité de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile (CTES Chile).

Para Raúl Chaparro, profesor del Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de Chile, “en la actualidad, existen diversos métodos y productos utilizados para la impermeabilización de túneles y obras subterráneas. Los más utilizados por aspectos de homogeneidad, resistencia, durabilidad y costo corresponden a la instalación de capas de geotextil y la posterior instalación de membranas de PVC”.

Los propietarios y usuarios de túneles se han acostumbrado a contar con filtraciones en túneles, particularmente cuando se construye en suelos húmedos o por debajo del nivel freático, con la incertidumbre de que el túnel filtrará, pero sin saber cuánto y, en consecuencia, si será adecuado para el propósito a lo largo de su vida de diseño.

“Una filtración excesiva conducirá a costos excesivos y retrasos del programa durante la construcción, y dejará al propietario del túnel con costes de mantenimiento e interrupciones (durante toda la vida útil del túnel) que no estaban planeados, junto con una vida de servicio reducida del túnel”, detalla Hartmut Claussen.

Una vez que un túnel está filtrando, es difícil y costoso detener estas filtraciones por completo. En obras subterráneas se observa el reemplazo de revestimientos de hormigón proyectado, en lugar del hormigón vaciado in-situ. “El ingreso de agua en un revestimiento de hormigón proyectado ocurre a través de grietas y oquedades detrás del mismo, siendo áreas en las que el hormigón puede tener una mayor permeabilidad. La estanqueidad está directamente relacionada con la durabilidad y puesta en servicio del revestimiento de hormigón proyectado”, comenta el profesional del CTES.

Para el académico de la Universidad de Chile, en tanto, “los principales resguardos deben ser tomados en las etapas previas, dado que la impermeabilización propiamente tal solo corresponde a una medida de control del agua de infiltración cuando la obra ya ha sido excavada”. Las etapas previas son las siguientes:

• Detallado estudio del macizo rocoso o suelo, en el cual se emplazará la excavación. El estudio debe considerar al menos aspectos geológico-geotécnicos e hidrológicos.

• Definición óptima de la ubicación de las excavaciones, tanto en términos de estabilidad como de presencia de aguas de infiltración, ya sea por percolación o presión.

• Diseño de excavación, sostenimiento (fortificación), drenaje, impermeabilización y revestimiento, incorporando tanto los requerimientos de uso o funcionales, de constructibilidad, vida útil y mantención de la obra.

Aplicación membranas proyectadas de impermeabilización (BASF).

Una impermeabilización robusta es una forma efectiva para aumentar la seguridad y funcionalidad de una estructura subterránea, así como para aumentar la vida útil de diseño de estructuras nuevas y existentes. “Un mantenimiento especial debido al deterioro de la estructura puede ser eliminado o minimizado y más importante aún, la estructura es capaz de funcionar durante su vida de diseño”, comenta el Director del CTES.

No obstante, se observa que en obras que exigen construcciones durables (por ejemplo, estaciones de metro) se omiten algunas veces sistemas de impermeabilización, lo que a posteriori afectará a toda la estructura.

Es así como si bien cada obra subterránea es única; dependiendo del tipo de terreno, nivel freático, condiciones sísmicas, entre otros aspectos, se deberá diseñar el sistema de impermeabilización apropiado. En general, los sistemas de impermeabilización de estructuras subterráneas se diseñan para:

• Resistir a la presión total del agua, con una impermeabilización completa y sin sistema de drenaje de las aguas subterráneas (concepto de desplazamiento total).

• Resistir a la presión del agua limitada con un sistema parcialmente drenado para el alivio parcial de las tensiones (concepto de desplazamiento parcial).

• Aliviar la presión del agua total a través de sistemas de drenaje dirigidos, por ejemplo, un sistema de impermeabilización totalmente descargada por un drenaje de agua no presurizado (concepto de drenaje).

Cabe destacar que la elección del sistema dependerá de diferentes factores, como por ejemplo, la presión del agua, las condiciones previas del agua subterránea, el régimen de mantenimiento y los impactos ambientales (por ejemplo, riesgo de licuefacción).

Asimismo, el concepto de impermeabilización se asocia generalmente a la etapa posterior a la excavación, sin embargo, “las etapas previas de control de infiltraciones (antes y durante la excavación) son fundamentales para poder generar un escenario propicio para la impermeabilización”, señala el académico de la Universidad de Chile. En las etapas previas, el control de infiltraciones, se efectúa principalmente a través de métodos de inyección cementicia, lo cual puede complementarse con sistemas de drenaje del macizo rocoso.

“Las inyecciones comprenden una etapa inicial de perforación de agujeros los cuales son rellenados principalmente con cemento y aditivos de acuerdo a las condiciones y necesidades de la inyección, utilizando bombas de hormigonado de alta presión). Estas inyecciones no solo se aplican para reducir la infiltración de agua, ya que adicionalmente mejoran la estabilidad de la excavación y la durabilidad del sostenimiento o fortificación”, complementa Raúl Chaparro.

Así también, los sistemas de drenaje (perforaciones en el macizo rocoso y canaletas) permiten ejercer un mejor control del agua durante la excavación y conducirla y disponerla adecuadamente durante la vida útil de la obra.

A futuro, la creciente innovación tecnológica permitirá incrementar los niveles de automatización en la instalación de elementos impermeabilizantes, ya sean estos un elemento independiente (membranas) o estén incorporados en el sostenimiento de la excavación (como parte del hormigón proyectado). Esto debiese propiciar condiciones más seguras de trabajo al reducir la exposición del personal que trabaja en estas tareas, junto con mejoras en el rendimiento y calidad de estas impermeabilizaciones.