Del Cad a Ltschberg: La tecnologa CARFOAM Ponencia durante el Congreso organizado por AETOS en Madrid en

octubre de 2007

Eduardo Snchez Morrondo

RESUMEN:

La solucin a la problemtica del tnel del Cad, en 1984, fue la base para iniciar el desarrollo de una nueva tecnologa que permitiese impermeabilizar, drenar y aislar trmicamente el tnel sin disminuir el glibo, la que hoy se conoce con el nombre de SISTEMA CARFOAM.

Desde entonces se ha invertido en desarrollo e investigacin y el resultado es el actual sistema con su gama de productos capaz de resolver todo tipo de necesidad de drenaje, aislamiento e impermeabilizacin en tneles y obras subterrneas.

El Sistema CARFOAM adems de contar con un solo producto que garantiza las tres funciones mencionadas anteriormente; es fcil de instalar y mantiene sus funciones a largo plazo.

El proceso de fabricacin de las lminas ha sido estudiado detenidamente y cada componente de las mismas es imprescindible para el xito de las tres funciones. Tanto sus propiedades mecnicas como fsicas han sido ensayadas en diversos laboratorios, tanto nacionales como internacionales, y los resultados han sido de total satisfaccin.

En cuanto a las posibilidades de aplicacin, cuya fijacin es mecnica, adems de la clsica, en sndwich, las lminas CARFOAM pueden instalarse en cara vista gracias a sus propiedades de resistencia al fuego. Esta segunda opcin permite rehabilitar tneles antiguos con problemas de glibo y participar en proyectos de nueva construccin rebajando considerablemente los costes, puesto que ni se necesita el revestimiento de hormign y se disminuye el tiempo de ejecucin de obra, una vez perforado el tnel e instalados los elementos auxiliares, lo nico que falta para ponerlo en funcionamiento es la instalacin de las lminas, sin necesidad de geotextiles o productos de proteccin.

En Espaa se han instalado ms de dos millones de m2 y a nivel internacional se ha aplicado en Sudamrica, Francia, Suiza y Alemania tanto en su sistema

sndwich como en cara vista.

Del Cad a Ltschberg: La tecnologa CARFOAM

El presente documento describe el pasado, presente y futuro de una tecnologa que ha resuelto uno de los problemas que con ms frecuencia se presentan en la construccin o rehabilitacin de tneles tanto carreteros como ferroviarios y que an hoy continua de vigente actualidad, nos referimos a la influencia del agua tanto en forma liquida como slida y su impacto en no slo la construccin sino tambin durante la utilizacin del tnel.

I. INICIOS

La primera experiencia coincide con la construccin del tnel del Cad, donde las condiciones climticas hacen necesario que se resuelva no solamente el problema de las filtraciones de agua sino tambin que sta no se convierta en hielo, por lo que en realidad se est requiriendo un producto que aporte capacidad de drenaje, impermeabilizacin y aislamiento trmico.

CARSA, que en aquel momento trabajaba con la multinacional Dow Chemical, desarrolla un producto que da respuesta a dichos requerimientos: as nace la tecnologa CARFOAM.

Fundamentalmente estamos ante un producto que conjuga, la capacidad de drenaje, con la de impermeabilizacin debido al empleo de materiales plsticos impermeables, tipo polietilenos, combinados con una espuma de clula cerrada que aporta las propiedades de aislamiento trmico. De esta forma mediante un compuesto sndwich se logran los tres efectos.

La otra particularidad importante de la tecnologa es su modo de instalacin, en este sentido la colaboracin con la empresa suiza HILTI fue muy importante ya que se estudiaron todos los mtodos posibles y de ah se desarroll una fijacin especficamente para el anclaje de la tecnologa CARFOAM. Dicha fijacin plstica cumple los requisitos derivados de las caractersticas de los distintos sustratos, as como la necesidad de evitar los puentes trmicos.

El producto junto con su sistema de instalacin est hoy da patentado en ms de 15 pases, incluidos toda la UE, EEUU y Latinoamrica.

Figura 1: tneles impermeabilizados en Bergara

II. CARACTERISTICAS

Evidentemente hay diversas soluciones de abordar el problema del agua en tneles y los productos tradicionales tipo PVC, PE, etc, son tambin utilizados sobre todo cuando se trata de situaciones estndar, o cuando por el diseo del tnel se puede o se debe de proteger la membrana impermeabilizante con una capa de hormign, y en este caso el producto CARFOAM, compite como uno ms dentro de las distintas opciones.

Hay sin embargo tres tipos de situaciones donde la solucin estndar no es siempre viable:

- El galibo del tnel es tal que no se permite aplicar una solucin de alto espesor, tal como una lamina y un hormign proyectado.

- Se necesita una solucin de rpida ejecucin, efectiva y competitiva por razones tcnico-econmicas.

- Estamos ante un tnel de alta montaa donde el riesgo de formacin de hielo es muy alta.

En estos casos, la instalacin de la tecnologa CARFOAM es la solucin.

El producto no solamente ofrece unas prestaciones inigualables desde el punto de vista de aislamiento trmico, sino que al ser un sndwich cuyos componentes son todos altamente resistentes al fuego, tiene una resistencia total segn el Instituto de la Construccin Francs (CSTB) de M-1, la ms alta clasificacin de un producto plstico, con lo que su empleo en cara vista es posible, ya que adems la posible combustin en caso de fuego permanente no desprende humos txicos ni gotas inflamables.

Por otra parte, al tener distintas opciones tanto desde el punto de vista de la espuma como de los distintos componentes del sndwich, el producto se adapta a las necesidades de cada proyecto, bien modificando las capas exteriores, bien modificando el espesor de la espuma.

Por ltimo, dadas las caractersticas de flexibilidad de la lamina, sta se adapta al relieve de la superficie del tnel, con lo que se puede instalar sobre el sustrato tal y como est, una vez realizada la perforacin, sin necesidad de aplicar ningn tipo de tratamiento para hacerlo mas homogneo.

Figura 2: Aspecto de nuestras lminas

III. DESARROLLO

Inicialmente, el producto consista de tres capas soldadas por calor, y ambas caras eran de PE de alta densidad, y el cuerpo central consista en una espuma de PE reticulado qumicamente.

Los distintos proyectos, mas de 2500000 m2 instalados, y las diversas condiciones de los tneles tanto climticas como de cantidad de agua a drenar, como las complejidades de instalacin nos han llevado a travs de un proceso de I+D+i al producto actual que si bien mantiene las caractersticas bsicas conceptuales, supone una mejora espectacular sobre aquel de los inicios, y as:

- La espuma ha pasado a estar reticulada fsicamente, con lo que eliminados las barreras de los aditivos que se emplean en la reticulacin qumica, tales como derivados de cloro y bromo, hoy en da eliminados por las directrices de la UE.

- Se ha modificado la superficie de la cara posterior para hacerla mucho mas drenante, a base de acanaladuras en el sentido vertical del tnel.

- Se han incluido nuevos polmeros en las composiciones del sndwich todos de ultima generacin que aportan mayor grado de resistencias al agua y mejores propiedades mecnicas, tipo AFINITY.

- Se han introducido nuevos recubrimiento en su parte exterior para mejorar las propiedades de resistencia al fuego con film de aluminio.

- Se han mejorado las resistencias de todos los materiales tanto mecnicas como trmicas como de resistencias al fuego.

En estos momentos se est trabajando sobre una lnea de desarrollo que dar al producto una resistencia an mayor (objetivo segn las Euroclasses: B-s1-d0) al fuego, lo que llevara a conseguir la mejor resistencia de un producto plstico en el mundo de la impermeabilizacin.

Cara externa

Cara interna

Figura 3: Acanalado de las lminas CARFOAM

IV. SISTEMAS DE INSTALACION Y MANTENIMIENTO

Como se ha indicado, la otra particularidad de la tecnologa CARFOAM, es su instalacin y su mantenimiento.

Hay tres formas de instalar el producto: - Cara Vista - En Sndwich - En falso Tnel

1) Impermeabilizacin en vista: Es la aplicacin que caracteriza al sistema CARFOAM. En este caso la lmina constituye el revestimiento final de la obra,

perfectamente estanco y definitivo. La impermeabilizacin en vista es aplicable tanto en tneles nuevos

como en la rehabilitacin de los ya construidos. En el caso de tneles nuevos, la lmina puede instalarse directamente sobre la roca, una vez realizada la perforacin, independientemente de las caractersticas de la superficie. En el caso de tneles ya construidos, las lminas CARFOAM solucionan los problemas de filtraciones de agua limitndose al glibo que exija la estructura. Este aspecto es clave en el caso de los tneles ferroviarios o de metro en los cuales la altura est limitada por la construccin original y no puede sufrir grandes modificaciones, el hecho de tener un producto con las caractersticas ya reseadas, ofrece la posibilidad de dar una solucin que cualquier otra tecnologa no permite.

Asimismo, esta aplicacin no obliga a impermeabilizar el tnel en su totalidad y as en casos donde se den fugas de agua localizadas o reas de mas riesgo estn pueden impermeabilizarse reparando los tramos mas crticos.

Lmina

Roca

Hormign armado

Roca

Lmina

Figura 4: Impermeabilizacin en vista

Figura 5: Tnel impermeabilizado en vista

2) Impermeabilizacin en sndwich: En aquellas obras en las que se requiere un revestimiento final de

hormign, la impermeabilizacin debe realizarse segn el mtodo tradicional en sndwich.

Nuestros productos tambin se adaptan a esta circunstancia y garantizan una impermeabilizacin total de manera definitiva con la ventaja que conlleva un proceso de instalacin mucho ms rpido que el de las alternativas existentes en el mercado puesto que las resistencias mecnicas y fsicas de nuestras lminas aseguran la impermeabilizacin, el drenaje y el aislamiento trmico sin la necesidad de utilizar otros productos accesorios tales como geotextiles. El proceso de instalacin ms rpido y por tanto reduce costes. Consideramos clave la posibilidad de poder observar el comportamiento de la roca detrs de las lminas y por ello se han buscado materiales que fueran transparentes al georadar. Se puede as comprobar de forma peridica el estado del terreno sin tener que desmontar las instalaciones. Es importante resear en este aspecto el modelo de anclaje malla y tipo de hormign que optimizan la instalacin de CARFOAM segn esta forma y que no solo abaratan el coste total sino que permiten minimizar los espesores de las distintas capas implicadas.

Figura 6: Impermeabilizacin en sndwich

3) Impermeabilizacin de falsos tneles: Las lminas CARFOAM permiten la impermeabilizacin de falsos

tneles y no requieren la instalacin de ningn geotextil de proteccin pues las resistencias mecnicas son excelentes.

Lmina

Hormign

Mallazo

Terreno

Figura 7: Impermeabilizacin en falso tnel

V. GAMA DE PRODUCTOS DE LA TECNOLOGA CARFOAM

Tabla 1: Gama de productos Tipo de lmina Tipo de instalacin Resistencia al fuego

Standard Sndwich M3 New Aff Sndwich M3 Super Class Cara vista M2 Top Class Cara vista M1 Falso tnel Falso tnel M3

Lmina Standard:

Tabla 2: Propiedades de la lmina Standard Propiedad Norma de ensayo Resultado

Resistencia a la traccin Long/Trans

UNE-EN-ISO 527.3

> 1100 N/50mm

Resistencia al desgarro UNE 53358 50 N Conductividad trmica UNE 92202 0.034 kcla/hr.m.C Permeabilidad al vapor de agua

ISO 1663

0.48 gr/m2*24hr > 3000 factor

Lmina Top Class:

Tabla 3: Propiedades de la lmina Top Class Propiedad Norma de ensayo Resultado

Resistencia a la traccin Long/Trans

UNE-EN-ISO 527.3

> 5.5 N/mm2

Alargamiento a la rotura Long/Trans

UNE-EN-ISO 527.3

> 30%

Resistencia al desgarro UNE 53358 50 N Resistencia a la perforacin

UNE 104300

121 N

Conductividad trmica UNE 92202 0.034 kcla/hr.m.C Comportamiento al PNE 104305 Autoextingible

Falso tnel

Lmina

Terreno

Arena

fuego Toxicidad de humos

ABD0031 C

Cumple con todos los gases

VI. EL PROCESO DE INSTALACIN DE LAS LMINAS CARFOAM

El proceso de instalacin consta de 5 fases:

1- En primer lugar se cortan los rollos en las medidas que se necesitan. Si bien el ancho de los rollos suele ser de 1.50 mts para poder manejarlos fcilmente, el largo puede alcanzar los 90 mts.

2- La fijacin mecnica se realiza mediante pernos inoxidables, desarrollados por HILTI en exclusiva para nuestra tecnologa, tras la perforacin de orificios en la roca o hormign a lo largo de secciones transversales, a las distancias necesarias, estableciendo tres lneas de anclaje (centro y ambos lados).

La longitud de los anclajes puede variar entre 6 y 16 cm en funcin de las necesidades y pueden llegar a fabricarse an ms largos si el terreno presenta caractersticas particulares tales como grandes deformaciones, agujeros de aire en la roca

En el caso de la impermeabilizacin en vista el nmero de anclajes utilizado es superior, 5 o 6 unidades por m2 mientras que en la impermeabilizacin en sndwich slo son necesarios 3 por m2. Esa diferencia se explica por la utilizacin del hormign en el segundo de los casos y que sujeta la lmina contra la roca.

Figura 8: Proceso de instalacin: solape de rollos

3- Fijacin de esta nueva tira mediante soldado por termofusin en el lateral del solape, y fijaciones mecnicas en el otro lateral y eje longitudinal.

Para realizar la termofusin nuestros equipos utilizan unas pistolas de aire caliente que pueden alcanzar hasta los 500C de temperatura.

Figura 9: Proceso de instalacin: termofusin de las lminas

4- Impermeabilizacin de las fijaciones que quedan vistas con piezas de la misma lmina termosoldadas.

Figura 10: Proceso de instalacin: fijacin de los anclajes

5- En los casos en los cuales existan venas de agua importantes, se realizan drenajes primarios con el material y mtodo descrito, para conducir el agua a las cunetas de desage. El sistema CARFOAM busca solucionar en primer lugar las fugas ms importantes y despus aade una nueva lmina para garantizar que el agua se recoja correctamente en las cunetas.

Figura 11: Aspecto de la obra terminada

Nuestros equipos, compuestos por personal formado y experto en la materia, pueden llegar a instalar hasta 400 m2 de lmina por jornada de trabajo (8 horas), dependiendo de las condiciones de la superficie y del tipo de

impermeabilizacin que se est realizando. Dichos equipos estn compuestos por un mximo de 5 personas.

VII. REFERENCIAS

Tal como se ha mencionado, desde la impermeabilizacin del tnel del Cad, la tecnologa CARFOAM, nuestras lminas se han instalado en ms de 100 tneles con un total de 2 millones y medio de m2, de los cuales ms del 60% son en cara vista.

En Espaa las referencias son mltiples y se refieren tanto a tneles de carretera como de ferrocarril y metro.

Tabla 4: Referencias en Espaa Tnel Localizacin M2

impermeabilizados Tipo de

aplicacin Tneles del Padrn

Asturias 32.000 Sndwich

Autova del Mediterrneo

20.000 Sndwich

Autova del Cantbrico

Asturias 130.000 Sndwich

Tneles de Miravete

58.000 Sndwich

Tneles Laredo Pas Vasco 45.000 Vista Tnel de Viella Catalua 14.000 Vista Tnel de las Nieves

Islas Canarias 10.000 Vista

Tnel Sacedn Guadalajara 15.000 Vista Tneles Autova Eibar-Vitoria

Pas Vasco 170.000 Vista

Autova de Leizarn

Navarra 115.000 Vista

Tneles de RENFE

100.000 Vista

Nueva Lnea de Metro

Madrid 27.000 En falso tnel

Si bien la gama de productos es estndar, segn las caractersticas de los proyectos, se ha diseado o producido un producto para cada uno de ellos.

A nivel internacional, el primer tnel se impermeabiliz en Chile. El tnel de Caracoles, situado en la Cordillera de los Andes, entre Chile y Argentina, deba cerrarse en invierno por las bajas temperaturas y la aparicin de estalactitas que suponan un peligro para la circulacin de vehculos. En este caso se instalaron aproximadamente 5.000 m2 de lmina y no slo fue necesario garantizar la impermeabilizacin del tnel sino aislar

trmicamente la estructura para evitar la formacin de hielo, por lo que se utiliz una lmina en vista de 10 mm de espesor.

Entre los ltimos proyectos a nivel internacional, cabe destacan los tneles en Francia y Suiza. En el caso del tnel de la SNCF (empresa francesa de ferrocarriles), de Saut et Morillon, en el Jura francs, la situacin en invierno era insostenible. Cada ao, la SNCF deba designar una partida del presupuesto para pagar a aquellas personas que da tras da deban entrar en esos tneles y arrancar el hielo y las estalactitas con la ayuda de piolets. Los bloques de hielo en los laterales de las vas y en las paredes podan alcanzar los 10 cms de espesor. Para solucionar este problema, la SNCF opt por instalar nuestros productos en los tramos en los que se encontraban las principales fugas de agua. Se impermeabilizaron finalmente 1.100 m2 de tnel con la lmina Top Class, nuestro ltimo desarrollo, de 15 mm de espesor.

Figura 12: Trabajos en los tneles de Saut et Morillon

Otro caso particular que se nos ha presentado en Francia ha sido el tnel de Maurice Lemaire. Se trata de un tnel de carretera a rehabilitar cuyos trabajos de impermeabilizacin y aislamiento trmico, a realizar en sndwich, estn limitados por el glibo. Se trata de un proyecto en el que se instalar la solucin con la lmina CARFOAM en 25mm de espesor, con un anclaje especialmente diseado, y utilizando un revestimiento de mortero corta-fuegosde 30 mm de espesor.

En el mercado Suiza, hemos tenido la oportunidad de participar en uno de los principales proyectos del ao 2006, el tnel de Ltschberg. Nuestros productos se han utilizado para impermeabilizar las galeras de seguridad, un total de 15.000m2 de la lmina Top Class de 4 mm han sido instalados. Se trata de un tnel de ferrocarril cuya roca es muy porosa, lo que favorece filtraciones muy abundantes. La direccin de obra obtuvo conocimiento de la existencia de nuestros productos durante la feria internacional en Chambry, y la consideraron idnea para solucionar los problemas de drenaje e impermeabilizacin. Dado que las temperaturas no bajan de 0C, el aislamiento trmico no era necesario, por lo que se utiliz un bajo espesor.

Figura 13: Trabajos en el tnel de Ltschberg

VIII. PATENTES DE LA TECNOLOGA CARFOAM

Tabla 5: listado de patentes solicitadas para la tecnologa CARFOAM

Patente principal Tipo de lmina Zona

geogrfica ES2118035A1

9600657: Solicitud de patente espaola: lmina de

recubrimiento

Lmina ignfuga: rafia+ espuma+ acan. con film de alum. Espaa

200003128: Invencin en EEUU n

PCT/IB01/02101

Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR) EEUU

200003128: Invencin en Canad n 2.433.253

PCT/IB01/02101

Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR) Canad

200003128: Invencin en Rusia n2003119440

PCT/IB01/02101

Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR) Rusia

EP1360066B1: European Patent Specification: wateproofing sheet

PCT/IB2001/002101

Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR) Europa

9600657: Adicin a la patente del 1/09/98 por mejoras en la

lmina

Lmina Top Class: film de alum.+ rafia+ espuma+ acan. film alum. Espaa