Túneles

E l avance ha sido especialmente signifi-cativo en las tecnologías asociadas alhormigón y a la impermeabilización en

obra civil. Las obras se diseñan y ejecutan en laactualidad con exhaustivos patrones de Calidady con una vida estimada de servicio de hasta120 años. Esta demanda ha impulsado una se-rie de mejoras que abren un amplio abanico deusos y optimizaciones en la construcción.

Proyecto ImpermeabilizaciónTécnica (EWP)El Proyecto Impermeabilización Técnica deSika (Engineered Waterproofing Project) englo-ba tres metodologías complejas de impermea-bilización estanca en cimentaciones o estruc-turas enterradas:

i) Sistema compartimentado de doble lámi-na con control de vacío.

ii) Sistema de lámina adherida (SikaProof A).iii) Sistema White Box.

El objetivo del Proyecto ImpermeabilizaciónTécnica es ofrecer y garantizar soluciones par-ticulares a aquellas situaciones en las que lapresencia del agua condiciona la fase de dise-ño de la estructura, facilitando la solución par-ticular óptima en cada caso.

Evidentemente hay que tener siempre pre-sente el uso final de la obra y las recomenda-ciones de filtraciones máximas correspondien-tes de cada país; como por ejemplo UNE104.424 (CIRIA), BS 8102 o SIA 272.

El uso de fibras estructurales de distintasnaturalezas se está extendiendo como alterna-tiva al armado tradicional metálico. A continua-ción, se describen sus ventajas y posibles usosen hormigón proyectado desde el punto devista tanto estructural, como formando partede un sistema de altas prestaciones para limi-tar la permeabilidad de la estructura.

Sistema compartimentado de doblelamina con control de vacíoEste sistema denominado Sistema Activo deControl ha sido desarrollado a partir de las ex-periencias y ensayos realizados durante la eje-cución del Túnel de Gotardo (Suiza). Su princi-pal ventaja es que permite localizar y solventarzonas de afección por entrada de agua, inclu-so antes de que ésta se produzca. Este Siste-ma se compone de:

- Capa de circulación de agua (geotextil/geodren).

- Lámina principal de impermeabilización(PVC-p / FPO).

- Segunda capa de lámina de impermeabi-lización con nódulos.

- Lámina de protección en zonas de tran-sito.

- Compartimentación de la labor con Wa-terbar de superficie.

- Tubos de control de vacío y de inyección.

Las láminas principales de impermeabilización delSistema Activo de Control pueden ser cloruro depolivinilo (PVC-p) o de poliolefina (TPO/FPO).

Ambos materiales se han ensayado en de-talle en los Túneles de Gotardo (altas tempe-raturas de servicio hasta 70ºC, altas presionesde trabajo 40-160 bar, agua enriquecida conoxígeno, ensayos de envejecimiento, etc.) de-mostrando su capacidad para los requisitospropios de los más altos niveles de Calidad.

Por otro lado, en relación a las labores decompartimentación de la estructura enterrada,en la Fig.1 se muestra un detalle de los sola-pes y termosoldaduras correspondientes alsistema con doble lámina.

El acceso a cada compartimento se consi-gue empleando tubos embebidos o trompetas

En los últimos años se han producido avances importantes en el campo de laconstrucción. Los grandes túneles de los Alpes y las infraestructuras linealesen la Región Europa Sur son un buen ejemplo de ello, y han sido el campo dedesarrollo de estos nuevos sistemas y soluciones. En este artículo se presentansistemas avanzados de Impermeabilización de Obras Subterráneas (ProyectoS3M) con los que se persigue dar respuesta tanto a las necesidades actuales,como a las que se generaran en el futuro en relación con la Gestión del Agua,junto con experiencias y propuestas relativas al Control de Calidad de loshormigones proyectados reforzados con fibras sintéticas estructurales.

Innovación en Hormigones Proyectadosreforzados con Fibras Sintéticas dentro delProyecto Impermeabilización Técnica (EWP)

Palabras clave: CONTROL DE CALIDAD, ESTRUCTURAL, FIBRAS SINTÉTICAS,

HORMIGÓN PROYECTADO, IMPERMEABI-LIZACIÓN, JUNTA, LÁMINA, SISTEMA ACTIVO

DE CONTROL.

- Alberto REY, Corporate Key Account Manager.

TM Concrete & Waterproofing EMEA.SIKA, S.A.U.

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� [Figura 1] .- Detalle del Sistema Activo de Control.

� Logo delProyectodeImpermea-bilizaciónTécnicade Sika.

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registro. Estos tubos dispuestos de forma or-denada, numerados conforme a los planosconstructivos, quedarán recogidos y accesi-bles desde la zona de servicio en sus corres-pondientes cajas de registro.

Durante las labores periódicas de manteni-miento y explotación se podrá comprobar deforma rápida con el empleo de un manómetroel estado de presión/vacío de cada comparti-mento.

En el caso de detectar una pérdida del va-cío en uno de los compartimentos, se conclui-ría, que existe un riesgo potencial localizado deentrada de agua en el mismo (ya ha entradoaire por algún poro o fallo posteriormente a lacolocación del sistema y sus correspondientescomprobaciones de Calidad), siendo posibleactuar incluso antes de que ésta se produjese.

Esta actuación supondría un volumen in-yectado (resina, gel, etc.) mínimo, ya que afec-taría únicamente al espacio contenido entre lasdos láminas y las Waterbar que limitan longitu-dinal y transversalmente el compartimento.

Este sistema se ha diseñado y desarrolladopara estructuras enterradas que trabajen bajopresión de agua. Por lo tanto, aquellas edifica-ciones construidas o proyectadas en suelospermeables o rocas fisuradas en zonas decosta o en riberas de ríos y lagos donde el ni-vel freático es un factor de diseño fundamentalserían un campo de aplicación potencial deestas nuevas tecnologías.

Sistema de lámina adherida (SikaProof A)El sistema de lámina adherida supone un enfo-que novedoso en el diseño de estructuras en-terradas estancas.

En este caso, la filosofía del sistema consisteen proteger la estructura con una lámina princi-pal de impermeabilización colocada sin holguraen el trasdós del vaso enterrado de la estructu-ra, y al mismo tiempo, impedir la circulación omigración del agua por la cara externa de hor-migón si se produce un fallo de la misma.

Para ello, el material empleado se componede tres capas bien diferenciadas:

- Lámina principal impermeabilización (FPO).- Laminado con capa de sellado.- Geotextil no tejido (PP).

De esta forma, se consigue un doble an-claje; químico (con la capa de sellado adhe-siva) y físico (al embeberse la pasta del hor-migón fresco en la estructura del geotextil).

Este efecto de micro compartimentaciónconfina el agua que pudiera atravesar pordaños la capa principal de impermeabiliza-ción y dificulta su acceso al interior de la es-tructura.

Para evaluar y cuantificar este efecto con-finante se han realizado pruebas de acuerdocon ASTM D 5385, DIN 18195, DIN 20000-202 y se ha obtenido el Marcado CE (EN13967 Materiales de impermeabilización deestructuras enterradas).

A diferencia del sistema anterior, donde sesolapan las láminas por termosoldadura, las lá-minas adheridas se colocan sobre el soporte(encofrado, muros pantalla, etc.) solapando losrollos de material provistos de un lateral adhe-sivo que permite elevados rendimientos de co-locación. En los extremos restantes se empleancintas interiores y exteriores de pegado paragarantizar un solape estanco.

Se puede seleccionar entre tres posiblesespesores de lámina para adecuar el sistema alas condiciones de presión de agua y de es-fuerzos de la obra en estudio: 0,5 mm, 0,8 mm

y 1,2 mm. Los espesores totales del sistemaquedarían: 1,00 mm, 1,25 mm y 1,60 mm, yse corresponden con unas presiones máximasrecomendadas de columna de agua <3 m, <5m y <10 m respectivamente.

Sistema White BoxEste tercer sistema de impermeabilizacióntécnica se compone de las siguientes fases:

- Diseño de hormigones fluidos o autocom-pactantes (HAC) estancos.

- Diseño del tipo y disposición de las juntasde construcción y dilatación de acuerdoa las presiones de agua y de las resultan-tes de movimiento esperadas.

- Colocación de las juntas por equipos en-trenados de aplicadores especializados.

- Diseño del refuerzo y armado de la es-tructura que podría incluir fibras sintéticasestructurales.

- Supervisión por parte de equipos exper-tos para aprobar todos los trabajos.

Así, se consigue garantizar la estanqueidadde la estructura optimizando sus plazos y loscostes.

A continuación, se analiza en detalle cadauna de las fases de trabajo del Sistema.

Diseño de hormigones estancosEn la actualidad no existe una definición univer-salmente aceptada para un hormigón imperme-able. Cada país adopta las recomendacionesde su normativa y de su zona de influencia.

En el caso de España, la EHE 08 facilita unaserie de valores límite para la profundidad depenetración máxima y la penetración mediabajo presión de agua (ensayos UNE EN12390-8) en función de la tipología de la es-tructura (Ej. Elementos pretensados) y del am-biente de exposición del hormigón.

Al tratarse de un campo fundamental y queserá clave en los próximos años con el desa-rrollo de la gestión del agua, hemos recopiladonuestra experiencia a lo largo de todo el mun-do para definir unas características de diseñode un hormigón estanco.

Túneles

� [Figura 2] .- Inyección localizada y detalle de cimentación.

� [Figura 3] .- SikaProof A colocado y detalle del confinamiento del agua.

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Túneles

Estas características suponen, en el casode España, obtener valores de penetración deagua sensiblemente por debajo de los recogi-dos en la EHE 08.

Estos hormigones especiales (VAC’s) pue-den y deben considerarse como un Sistema.Por lo tanto, es difícil y se desaconseja extra-polar valores al cambiar alguna de las variablescríticas (tipo y cantidad de cemento, A/C, cur-va y tipos de áridos, HRWR, etc.).

En cualquier caso, siguiendo esas pautasde diseño, se puede considerar como puntode partida para la dosificación por metro cúbi-co de la mezcla:

- Contenido mínimo cemento 350 kg- Máxima relación A/C = 0,45- Empleo de un aditivo superplastificante

adecuado- Aditivo activo impermeabilizante- Consistencia fluida o autocompactante

(HAC).

El hecho de trabajar con hormigones flui-dos o autocompactantes permite optimizarlos tiempos de puesta en obra y los equipos(reducción de vibrado), al tiempo que evitalas patologías propias en el caso de emplearhormigones de cimentación convencionalescon consistencia blanda (Ej.: Anclaje defec-tuoso de las nervaduras de las cintas Water-bar en las juntas).

Diseño del tipo y disposición de lasjuntas impermeabilizantesUna vez diseñado un hormigón en masa es-tanco y un armado que garantice que las de-formaciones en carga no producirán fisuracio-nes críticas desde el punto de vista de la per-meabilidad y durabilidad, el siguiente paso esanalizar las juntas de dilatación y construccióny su estanqueidad.

En una estructura enterrada se pueden tra-tar este tipo de juntas y detener laentrada de agua de tres formas diferentes o entres zonas de la misma:

- Desde el exterior de la estructura.- Inmersas en el canto de hormigón.- Desde del interior de la estructura.

En el caso de las juntas Waterbar, su co-rrecta selección es función de las presiones deagua de Proyecto y de la resultante de movi-mientos estimados en la estructura (juntas di-latación).

Existen en el mercado diferentes solucionescon materiales termosoldables con aire calien-te o vulcanizables que garantizan un solape ounión estanca entre rollos del mismo material.

Asimismo, se pueden emplear sistemas dearco eléctrico para comprobar la soldadura deestos elementos.

Con estos materiales se pueden proyectar

soluciones prefabricadas para juntas especia-les (uniones a medianerías, juntas en T, etc.).

Otras soluciones para el tratamiento de lasjuntas serían:

- Juntas mixtas (KAB).- Perfiles hidroexpansivos.- Tubos inyectables (FUKO).- Sistema Combiflex.- Sistema Dilatec.

Colocación de los tratamientos de juntasDespués de estudiar el Proyecto y de seleccio-nar el sistema de tratamiento de juntas másapropiado, se recomienda contratar un Aplica-dor especializado, con equipos entrenados yformados en estas técnicas, capaces de ga-rantizar los trabajos.

Para ello, se debería cuidar tanto el acopio,como la manipulación de los materiales antesde su empleo (protección a los rayos solares,acopio sin pesos ni cargas punzonantes, orga-nización de los tajos con otros oficios, etc.).

Una vez iniciados los trabajos, la limpieza, lacorrecta fijación de las juntas las zonas de hor-migonado para evitar que se muevan y se des-placen de la zona diseñada, la medida de lossolapes y la ejecución de las uniones serán losaspectos claves.

Diseño del armado incluyendo fibrasestructurales sintéticasLos programas de diseño estructural habitual-mente empleados en las Oficinas Técnicas delas Ingenierías y Estudios de Arquitectura cal-culan la estructura incluyendo las limitacionesde fisuración de la correspondiente Norma.

En España la EHE 08 limita la fisuración má-xima para el hormigón armado dependiendodel ambiente de exposición desde el punto devista de la durabilidad de la estructura.

Clase Limite de fisura (mm)I 0,4IIa, IIb, H 0,3IIIa, IIIb, IV, Qa 0,2IIIc, Qb, Qc 0,1

Por su parte, la normativa alemana vincula

las dimensiones de la estructura de hormigóncon la presión de columna de agua.

Este parámetro es crítico en la fase de dise-ño para determinar la disposición del armadotradicional metálico y el de las juntas de dilata-ción y hormigonado.

El Sistema White Box busca reducir el nú-mero de juntas y optimizar su disposición, ga-rantizando al mismo tiempo estos límites de fi-suración.

En poco tiempo los nuevos programas dediseño estructural incluirán armados mixtoscon nuevas fibras estructurales de diversas na-turalezas y el acero tradicional.

El uso de las fibras sintéticas estructuralesestá recogido en el Anejo 14 de la EHE 08como posible alternativa al armado de acero.

Estas fibras plásticas (PP), a diferencia de lasfibras metálicas que trabajan por un anclaje físi-co en su extremo, basan su anclaje en la adhe-rencia a la matriz cementosa, y contienen trata-mientos químicos específicos para mejorarla.

El avance de estos materiales ha posibilitadoalcanzar con las fibras más recientes valores deE>20 GPa (El Módulo de Young de un hormi-gón varía en función entre otros factores del ta-maño máximo de árido entre 15 y 35 GPa).

Variando la dosificación de fibra se puedenobtener en el ensayo de flexotracción (UNE EN14651) comportamientos de endurecimiento ode reblandecimiento después de la rotura de lamatriz del hormigón (Fig. 5).

La evolución de las fibras ha propiciado unamejora del comportamiento a primera fisura,considerado crítico en las primeras generacio-nes de fibra sintética estructural, especialmen-te para usos arquitectónicos (en pequeña de-formación), o cuando se incluye la impermea-bilidad como factor de diseño.

Al tratarse de un armado discrecional entodo el canto de la estructura, se evitan pa-tologías debidas a errores en la colocacióndel armado tradicional (Ej. Mallazos en sole-ras y pavimentos), y en el caso de la permea-bilidad, sus consiguientes filtraciones.

Por otro lado, estos materiales sintéticosson resistentes a los ataques físicoquímicos tí-picos en el hormigón y no se oxidan.

� [Figura 4] .- Fibras estructurales sintéticas. Resistencia residual.

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Túneles

El diseño estructural sintético permitereducir la cantidad de acero, especial-mente en muros y pantallas donde sesuele dimensionar por cuantías mínimas,y posibilita un hormigonado más rápido,con menor número de “sombras” y zonascon riesgo desde el punto de vista de lacompactación del hormigón evitando fil-traciones de agua.

Aplicación en obras subterráneasEste concepto de diseño se ha incorpora-do también en las obras subterráneas li-neales, tanto en el diseño de dovelas de TBMcomo en los elementos estructurales queconfiguran el NATM.

En el caso de las dovelas de TBM, cuandoel túnel se ejecute como un único anillo, sin in-cluir un sistema de láminas de impermeabiliza-ción, y exista presencia de agua en el terreno,los propios anillos y sus uniones deben garan-tizar el grado de impermeabilidad requerido enfunción de su uso en servicio.

Un diseño de estos elementos con fibrasdeberá prestar por tanto especial atención ala fisuración en pequeñas deformaciones ysu influencia en la permeabilidad del conjun-to.

Del mismo modo, se podría diseñar unhormigón de revestimiento bombeado si-guiendo las recomendaciones White Box.

Sin embargo, en el diseño tradicional delhormigón proyectado como sostenimiento(NATM), esta aportación a la estanqueidadde la labor sería incoherente. La función delhormigón proyectado de sostenimiento esdeformarse con las tensiones del terreno ex-cavado, generándose, por tanto fracturaspor las que el agua pasará sin mayores pro-blemas.

En esta aplicación es bien conocida laaportación de las fibras sintéticas estructuralescomo alternativa a los sistemas tradicionalesde mallazo metálico con sus riesgos de colo-cación en la zona del frente de excavación y alas fibras metálicas (bombeabilidad, mezclado,durabilidad, coste, etc.).

Supervisión y aceptación de los trabajosFinalmente, para garantizar los trabajos se pro-pone realizar una supervisión por parte de per-sonal de Control de Calidad igualmente forma-do y entrenado.

Un único error o fallo en el proceso podríainvalidar su capacidad de trabajo (estanquei-dad) permitiendo el paso del agua y ocasionan-do elevados costes posteriores en labores dereparación y sellado.

Sistema White Box en Túneles.Proyecto S3MPara introducir el Proyecto S3M (Sika Synthe-tic Swiss Tunnel Method) hay que remontarsea las labores de impermeabilización primaria enla Presa Oberhasli (Grimselgebiet, Suiza)..

Atendiendo a las recomendaciones habi-tuales en labores de reparación e impermea-bilización de obras subterráneas, será necesa-rio tener en cuenta los factores siguientes:

Materiales empleados:Los materiales básicos a utilizar en el Siste-

ma Oberhasli (Fig. 7) son:- Morteros de fraguado rápido (Ska 4ª) y

masillas expansivas (SikaSwell) para elsellado de las juntas entre la Media Cañay el cajero.

- Aditivos acelerantes de fraguado libres deálcali (Sigunita L 53 AF/ Sigunita L 63 AF/ Sigunita L 93 AF) y aditivos superplasti-ficantes de alta reducción de agua para

el hormigón proyectado (Gama Visco-Crete / SikaPlast).

Como productos complementarios oauxiliares se pueden considerar:- Adiciones a base de humo de sílice o

sílices coloidales (Gama Sikatell)- Aditivos reductores del rebote (Gama

Sikatell)- Fibras sintéticas estructurales (Sika Fi-

ber T 48/ Sika Fiber T 60) como alter-nativa al mallazo metálico, y a las tra-dicionales fibras metálicas.

Desde el punto de vista de diseño demezcla, en las dosificaciones del hormigón

proyectado de baja permeabilidad se tendránen cuenta los siguientes aspectos:

- De acuerdo a las recomendaciones debombeabilidad y compacidad de la mez-cla, la curva resultante de la mezcla de losáridos deberá encajar en el huso corres-pondiente de la Norma UNE 83.607/94.

- Se recomienda emplear cementos debajo calor de hidratación. Esta prácticaextendida en la actualidad también a re-vestimientos de túneles, permite hormi-gones colocados con menor fisuración, ypor lo tanto una mejora en relación a supermeabilidad.

- La relación agua/cemento o agua/aglo-merante será lo más baja posible, permi-tiendo un tiempo abierto de trabajo sufi-ciente para garantizar su transporte ybombeabilidad en el tajo. Se recomiendatrabajar con A/C próximas a 0,40.

Existen en el mercado aditivos superplasti-ficantes de alta reducción de agua (Gama SikaViscoCrete y gama SikaPlast) basados en po-límeros policarboxilatos específicos para hor-migón proyectado.

Por otro lado, se ha evaluado el uso de adi-tivos de base sílice coloidal (líquido) y síliceamorfa (polvo) también empleados para redu-cir el rebote en hormigones proyectados altiempo que se favorece el bombeo.

Se ha ensayado de acuerdo a la NormaUNE 83.608 la cantidad de rebote en fase deavance en diferentes secciones de túnel, obte-

� [Fig. 6].- Diagrama energía – flecha UNEEN 14488-5.

� [Figura 7].- Detalle del drenaje Oberhasli.

� [Figura 5].-Comportami-entos post-rotura delSFRC(UPV).

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niendo una reducción hasta el 50% de rebotecon mezclas en las que se incorpora un 2% deSikatell 200 / 250/ 400 (líquidos).

Al igual que sucede en la fase de excava-ción, en los trabajos de reparación en los quese opta por el Sistema Oberhasli, la reducciónde rebote supone una mejora de costes muyimportante (pérdida de material, consumibles,desescombro, etc.) y debe ser contempladaen los estudios iniciales.

Desde el punto de vista de la permeabili-dad, se han ensayado diferentes mezclas pa-trón y dosificaciones para hormigones proyec-tados fabricados con aditivos específicos, ob-teniendo una mejora importante en sus carac-terísticas (Fig. 8).

Otro de los elementos a considerar son lasfibras estructurales sintéticas para hormigónproyectado (Sika Fiber T 48/ Sika Fiber T 60).Estas fibras presentan las siguientes ventajas:

- Sustitución del mallazo metálico mejoran-do los tiempos, la seguridad y los costesde puesta en obra, al tiempo que se evi-tan las sombras de hormigón durante laproyección y relleno del trasdós de estoselementos.

- Debido a su peso específico (<1 kg/l) elnúmero de fibras/kg es muy superior alequivalente de fibras metálicas permitien-do un cosido del hormigón proyectadosobre el soporte y reduciendo su fisura-ción.

- Las poliolefinas son resistentes a los ata-ques físico-químicos que se pueden pre-sentar habitualmente en una matriz ce-mentosa en un túnel. Al no oxidarse seincrementa la durabilidad de la obra.

Para la fabricación industrial del hormigón,se recomienda contratar el suministro desdeuna planta próxima a la obra y provista deamasadora.

De esta forma, el control del agua de ama-sado y de la humedad de los áridos, así como,el uso de equipos dosificadores automáticosde los distintos aditivos empleados, mejoransensiblemente la homogeneidad de la mezcla,

favoreciendo la puesta en obra y el resultadofinal sobre el soporte.

En el caso de trabajar con una planta sinamasadora, se extremarán las precaucionesen el control del aporte de agua a la mezcla,evaluando la consistencia de la mezcla conayuda del par de giro del tambor de la cuba y(conos Abrams) por personal técnico del labo-ratorio de Calidad.

En las instalaciones de la planta, se reco-mienda cubrir los acopios de áridos para evitarel lavado de finos debido a la lluvia y el viento,y las consiguientes variaciones de demandade agua en la mezcla.

En zonas altas o frías una buena prácticaconsiste en disponer los equipos necesarios(acumuladores, calentadores, etc.) para calen-tar el agua (y/o los áridos) y de esta forma, elhormigón.

La temperatura de la mezcla es uno de losaspectos fundamentales en el comportamien-to y fraguado rápido del hormigón proyectado.

Una temperatura adecuada de la mezcla(20ºC) permite optimizar la cantidad de ce-mento y reducir la dosificación del acelerantede fraguado en el robot, influyendo notable-mente en los costes finales.

Como consecuencia directa de ello, seobtiene también un hormigón menos perme-able (objetivo en este tipo de diseños).

El transporte del hormigón es otro factordeterminante. Se considerarán los tiemposmínimo y máximo de transportes estimados,así como los rangos de temperatura de lamezcla (función de las temperaturas ambien-tales y del sistema de acopio en la planta).

En caso necesario, se emplearán aditivosestabilizadores de fraguado para trabajar a lar-gas distancias o con tiempos elevados de es-pera.

Si la planta suministradora no dispone deamasadora, se recomienda emplear siemprelos mismos camiones hormigonera para el ser-vicio, y revisar frecuentemente el estado de lasaspas del tambor, ya que en este caso seránlas responsables también del mezclado delhormigón.

Dependiendo de las dimensiones de la la-bor y de la maquinaría disponible, se seleccio-nará el Sistema de Proyección más adecuadopara los trabajos.

Durante la puesta en obra se recomiendaseguir las recomendaciones de buena prácti-ca del Arte de gunitar, prestando especialatención a la distancia y ángulo de proyec-ción, presión de aire, estado del soporte, etc.(Fig. 9).

En la fase de proyección se recomiendaemplear acelerantes de fraguado libres de ál-cali (Sigunita L 53 AF/ Sigunita L 63 AF/ Sigu-nita L 93 AF). Las principales ventajas operati-vas de este tipo de acelerantes AF son:

- Mejora en las condiciones de trabajo paralos operarios ya que el pH = 3 y no segenera niebla cáustica en la proyección.

- Mejora el Medio Ambiente ya que no sederraman partículas con altos contenidosalcalinos.

- Mejora las labores de manipulación delproducto en las recargas, el almacenaje,etc.

- Mejora la calidad final del hormigón al op-timizar la cantidad de cemento y minimi-zar el efecto negativo de los aluminatos ysilicatos sobre las resistencias a 28 díasdel hormigón.

- Reduce los costes por metro cúbico y lostratamientos posteriores de las aguas deltúnel antes de su vertido a cauces natu-rales (menores costes en la corrección depH).

Considerando la permeabilidad del hormi-gón proyectado, cabe decir:

- Los acelerantes AF permiten reducir lacantidad de cemento obteniendo la mis-ma resistencia final del hormigón coloca-do. Como consecuencia directa, el calorde hidratación generado es menor y sereduce la fisuración por retracción delhormigón.

A modo de ejemplo, se adjunta una dosifi-

� [Fig. 9].- Robot de proyección trabajandoen un túnel.

Túneles

� [Figura 8].- Ensayos de absorción de agua.

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cación tipo de hormigón proyectado incluyen-do todos los aditivos y adiciones mencionados.

Cemento CEM II 42,5 R 425 kgArena 0/4 1412 kgGrava 5/12 420 kgAgua (A/C = 0,40) 175 litrosSika ViscoCrete (0,9 %) 3,6 litrosSíkaTell 200 / 250 (2%) 8,5 kgSika Fiber T 48 4 kgSigunita L 63 AF 4%

Un ejemplo en el que este Sistema supon-dría una alternativa es el Túnel de Oriente enMedellín (Colombia).

Las características de la propia obra juntocon las Hidrogeológicas y Socioculturales de lazona demandan una solución innovadora.

Existen diferentes sistemas de impermeabi-lización principal que permiten minimizar o evi-tar la entrada de agua a las zonas de serviciobien con un drenaje o con una protección totalde la excavación para trabajar en condicionesde presión de agua.

Sin embargo, estos sistemas permiten el flu-jo de agua en el trasdós de las láminas de im-permeabilización a través de los geotextiles o ge-odrenes dispuestas precisamente para este fin.

En pendientes pronunciadas junto con con-diciones hidrogeológicas favorables, se podríaproducir una evacuación del agua desde suszonas de flujo o barreras naturales hacia otraszonas más permeables aprovechando la capade circulación artificial entorno al túnel.

El S3M como posible solución ante estetipo de problemáticas incluiría:

• Inyecciones de sellado en avance.• Sostenimiento con hormigón proyectado.• Revestimiento con un hormigón proyecta-

do de baja permeabilidad.

Los revestimientos definitivos con una se-gunda capa de hormigón proyectado se hanvenido utilizando en estos años en diferentesProyectos de obra lineal.

La adaptación de la formulación del hormi-gón proyectado para alcanzar los requeri-mientos de impermeabilidad significaría el em-pleo de:

Adherencia al soporte > 1 N/mm2

Resistencia Compresión ≥ 35 MPaAcelerante libre álcalis (AF)Curva áridos conforme con UNE 83.607/94Bajo contenido cemento/calor hidrataciónRelación A/C = 0,4 (Aditivo superplastificante)Fibras sintéticas estructuralesEmpleo Sikatell 250 (>Durabilidad +<Rebote)

En este caso, al tratarse de un hormigón derevestimiento el uso de fibras sintéticas nocompromete la permeabilidad por gran defor-mación, es más, en muchos casos el hormi-gón de revestimiento no es estructural y no in-

cluye armado. Sin embargo el cosi-do de todo el canto de hormigónproyectado con las fibras reduce lafisuración y la penetración de agua.

Con estas recomendaciones dediseño, se puede ensayar la per-mea-bilidad del producto colocado.Dado que no hay normativa especí-fica se ha considerado como refe-rencia los valores incluidos en laEHE 08.

En la Fig. 10 se recogen los valo-res medidos en ensayos realizadossobre muestras proyectadas paracaracterizar una gunita en obra conestas características.

La Tabla I identifica cada una delas pruebas realizadas. En las Figs.11 y 12 se exponen las penetracion-nes obtenidadas en los ensayos, yen la Fig. 13, el cuadro resumen delos resultados.

Finalmente, se ha desarrollado elsoporte necesario para dar solucióna las necesidades de cada obra encuanto a solape de zonas con dife-rentes tratamientos garantizando suestanqueidad.

Un ejemplo de esta circunstanciaserían las galerías de evacuación yservicio, donde en muchos casos eltúnel de línea se impermeabiliza conlámina de PVC o FPO, o con losanillos de dovelas, mientras que lasgalerías se ejecutan por métodostradicionales (Fig. 14).

Procedimiento de Control deCalidad de hormigones proyectados reforzados con fibras sintéticasTodo lo expuesto hastaeste punto no tiene sen-tido si durante la ejecu-ción de la obra se alte-ran las condiciones ycon ello el comporta-miento teórico esperado de los materiales.

A través de los ensayos del Control de Ca-lidad podremos comprobar que se están al-

canzando los valores especificados en el Pro-yecto, y para ello, la toma de muestras debeser representativa del elemento controlado.

� [Figura 10] .- Valores de penetración indicados en la EHE 08l

� [TABLA I].- Pruebas realizadas.

� [Fig 11].- Detalle de la penetración obtenida en el Ensayo 1.

� [Fig 11].- Detalle de la penetración obtenida en el Ensayo 3

� [Figura 13].- Cuadro resumen de los resultados.

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Túneles

Problemática asociada a la toma demuestrasEn el caso de los hormigones proyectadoscon fibras sintéticas y su correspondiente en-sayo de absorción de energía según UNE EN14488-5, la toma de muestras presenta almenos las siguientes dificultades:

i) La geometría del molde de la muestra:A diferencia de los moldes empleados para ex-traer probetas cilíndricas para ensayos deCompresión Simple, que presentan una de lasparedes laterales abierta y ángulos tumbadosen las tres restantes, las dimensiones de lasartesas cuadradas EFNARC para ensayo depunzonamiento son 10x60x60 con ángulosrectos y con las cuatro paredes del molde ce-rradas.

De acuerdo con la buena práctica, el lateralabierto de las artesas para Compresión Simplese debe colocar hacia abajo. De esta forma sepermite la salida del rebote (especialmente ele-vado al iniciar el relleno del molde al proyectarsobre acero con desencofrante) y se eliminanfalsas lecturas de la prensa.

En el panel de punzonamiento esas fraccio-nes de rebote quedarán embebidas en lamuestra a ensayar alterando el resultado final.

Por otro lado, con los rendimientos de tra-bajo de los robots modernos (>25 m3/h) losángulos rectos dificultan el llenado completodel molde con una dosificación de acelerantede fraguado apropiada, aumentando la disper-sión de resultados. Si se reduce el rendimientode la bomba de hormigón en el robot se pue-de generar un exceso de aire que perjudicaenormemente el funcionamiento por adheren-cia de este tipo de fibras.

ii) Preparación de la superficie de lamuestra

El ensayo de referencia exige una superficieplana de apoyo en la presa y es muy sensiblea variaciones de canto en la muestra (10 cm).Con equipos de proyección modernos y enlas condiciones reales de túnel con el acele-

rante de fraguado a la dosificación adecuada(cumpliendo curvas resistencia temprana acompresión simple J2 o J3) no es posible tra-tar la superficie de la muestra sin fisurar yafectar al resultado final.

Este hecho es especialmente determinan-te cuando se emplean acelerantes de fragua-do de base aluminatos, y menos importantesi se trata de acelerantes libres de álcali (AF)por las diferencias en la reacción química quese produce.

iii) Manipulación y transporte de lasmuestras

Una vez completados los moldes en lazona de trabajo, las muestras se deben man-tener en condiciones conforme a las buenasprácticas del Control de Calidad de hormigo-nes, con especial atención en las 24 primerashoras.

El peso de una muestra (sin tener en cuen-ta el molde) supera los 80 kg. Manipular estasmuestras en una zona de frente de avance,sobre soleras temporales con tráfico pesado,poca luz y en muchos casos con agua, es es-pecialmente complicado.

Además para garantizar que las muestrasno se vean alteradas o destruidas por los traba-jos en marcha se conducen al exterior del túnel(que puede estar a varios km de distancia).

Este transporte a edades tempranas puedeproducir fisuraciones, y es conveniente incidiren que el ensayo a realizar es un ensayo de fi-suración, en el que medimos la energía nece-saria para deformar el panel hasta una flechadada.

Es evidente que cualquier fisuración previaalterará los resultados del ensayo.

Propuesta de metodologíade ensayo y controlComo consecuencia se obtieneuna elevada dispersión en resul-tados y se dificulta la toma de de-cisiones por parte de los respon-sables del Proyecto.

Ante esta circunstancia, se hapropuesto en diferentes foros(Asociaciones, Propiedades,Constructoras, etc.) el método de ensayo e in-terpretación que se describe a continuación.

Partimos de la determinación de la resisten-cia a compresión simple a 28 días de un hor-migón proyectado (sobre el soporte). Este va-lor se emplea de forma generalizada en losProyectos como parte de la especificación delsostenimiento.

La metodología de ensayo propuesta en laNorma correspondiente está sobradamentevalidada y su sencillez permite repetir las prue-bas manteniendo los valores dentro del rangoestadístico aceptado.

El hormigón fabricado en la planta sufre una

serie de procesos que derivan en una reduc-ción de su resistencia final a 28 días. De ellos,los dos más importantes son la adicción delacelerante de fraguado en la boquilla del roboty el propio efecto de la proyección sobre el so-porte.

Dependiendo de la naturaleza del aceleran-te la caída de resistencias será más o menosacentuada (5-8% en el caso de acelerantes AFy 20-50 % con acelerantes de base aluminato/ silicato).

A su vez, dependiendo de la habilidad deloperador del robot y las condiciones de pro-yección, se alcanzará una compactación ade-cuada sobre el soporte, o por el contrario, seminorarán sus características resistentes. Lacalidad final del hormigón proyectado depen-de de más de 25 factores.

En términos de resistencia a compresiónsimple, el factor de paso se obtiene compa-rando las roturas de probetas (cúbicas o cilín-dricas) rellenadas por vertido en la planta o enla boca del túnel, con los valores correspon-dientes a los testigos extraídos de los panelesproyectados en la zona de trabajo.

Si pasamos a la caracterización del efectode las fibras. En este punto los Proyectos exi-gen una determinada Energía de Absorción(Julios) en función básicamente del estado ynaturaleza del terreno a excavar. Y es impor-tante reseñar que se solicita el valor del mate-rial colocado sobre el soporte.

Para obtener este valor se emplearían lasartesas EFNARC (o las circulares) y se presen-tarían las dificultades de ejecución descritas enel apartado anterior (Fig. 15).

Siendo en la mayoría de los casos el resul-tado final una dispersión de valores difíciles deinterpretar.

En el caso de las fibras sintéticas el modelode trabajo se basa en la capacidad de adhe-rencia a la matriz cementosa que las envuelve.

Aceptando que su rendimiento es entreotros factores función de la resistencia a com-presión de dicha pasta se propone rellenar lasartesas por vertido en la planta de hormigón(Fig. 16) o en el exterior del túnel, evitando asíla mayor parte de las dificultades descritas (re-lleno esquinas, rebote, tratamiento superficie ymanipulación).

� [Fig. 14 ].- Detalle del solape en una zonaimpermeabilizada con lámina.

� [Fig. 15 ].- Artesas proyectadas en el túnel.

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Túneles

Las muestras se pueden dejar las 24 horascurando en condiciones normalizadas sin mo-verse y posteriormente transportarlas a la cá-mara húmeda del laboratorio y ensayar a laedad correspondiente.

De esta forma, se obtiene un valor con es-casa dispersión y es posible repetir el ensayocuantas veces se necesite.

Pero evidentemente éste no es el valor exi-gido en el Pliego del Proyecto ya que no con-sidera el efecto del acelerante de fraguado so-bre la matriz cementosa, ni las orientacionesdebidas a la proyección.

En el caso de las fibras sintéticas con unadensidad < 1 kg/l embebidas en un mediomucho más pesado (hormigón fresco) esteefecto dinámico es menos acusado que en lasfibras metálicas que son más pesadas.

Como primera aproximación se proponeasumir un factor de reducción similar al quesufre la resistencia a compresión, tomando unvalor aproximado teórico o el propio de la obrasi se dispone de ensayos.

Posteriormente se propone realizar una se-rie de tomas de muestras de la misma amasa-da / carga (evitando así variaciones de algúnfactor) para ensayar tanto a compresión sim-ple, como a punzonamiento (energía absor-ción).

De esta forma conoceremos la evoluciónRCS / Edad como se muestra en la gráfica dela Fig. 17.

Y también se obtendría una relación EnergíaAbsorción / Edad al ensayar al mismo tiempolas artesas preparadas para este ensayo (Fig.18).

Relacionar ambas curvas es un paso direc-to que daría una relación entre la Energía deAbsorción y la Resistencia a Compresión Sim-ple (Fig. 19).

Conocida esta relación para los materialesparticulares de cada obra, se puede asignar el

coeficiente de minoración para pasar de laEnergía de Absorción obtenidapor vertido a la correspondientesobre el soporte.

Evidentemente, esta propuestase completaría con ensayos pro-yectados para hacer un segui-miento de los valores obtenidos.

Una posible alternativa.Ensayo BarcelonaAsumiendo que la ingeniería nosiempre tiene la respuesta a los fe-nómenos que estudiamos, el objetivo es con-tinuar desarrollando soluciones para acercar-nos progresivamente a la realidad.

Con esta filosofía se plantearon los ensayoscomparativos que se describen a continuación

en colaboración con la Direcciónde Ingeniería de ACCIONA In-fraestructuras, la Jefatura de laobra Autovía Mudejar A-23 Tr.:Monrepos – Caldearenas, Hor-migones Giral, S.A. y el Labora-tori de Tecnologia d’Estructures(Universitat Politècnica de Cata-lunya - UPC).

Los objetivos principalesfueron:

- Analizar los resultados delEnsayo Barcelona comouna alternativa para carac-terizar hormigones proyec-tados reforzados con fibrassintéticas.

- Comparar como una prime-ra experiencia éstos resulta-dos con los obtenidos deacuerdo a la Norma vigente(Paneles EFNARC).

- Completar el estudio corre-lacionando los resultadoscon valores de Resistenciaa Compresión Simple Com-plete y contenido en fibras.

A continuación se detallanlos ensayos realizados:

Grupo Ensayos A: 4 kg/m3

Sika Fiber T 48 (En plantaobra)

Test 1 – 5 Ensayos Compre-sión Simple en probeta cilíndrica.

Test 2 – 1 Panel vertido en plan-ta para Ensayo Barcelona (3 mues-tras por panel extraídas posterior-mente en el Laboratorio UPC conesbeltez 1:1 y diámetro 150 mm).

Test 3 – 3 Paneles EFNARCvertidos (UNE EN 14488-5).

Test 4 – 1 Muestra vertidapara evaluar el contenido en fibras.

Grupo Ensayos C: 4 kg/m3 Sika FiberT 48 (Túnel)

Test 11 – 1 Panel proyectado para Ensa-yo Barcelona (3 muestras por panel extraídasposteriormente en el Laboratorio UPC con

� [Fig. 16 ].- Artesas rellenadas por vertido enplanta.

� [Fig. 20 ].- Toma de muestras en la planta de hormigón de la obra.

� [Fig.17 ].- Evolución Resistencia Compresión / Edad hormigón.

� [Fig. 18 ].- Evolución Energía Absorción / Edad hormigón.

� [Fig. 19 ].- Evolución Energía Absorción / Compresión Simple.

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Túneles

esbeltez 1:1 y diámetro 150 mm).Test 12 – Muestras para ensayo Compre-

sión SimpleTest 13 – Paneles Proyectados para

Compresión SimpleEn este grupo de Ensayos C para proyec-

tar las diferentes muestras se empleó el ace-lerante de base aluminato (Sigunita L 22 R)en uso en la obra, a una dosificación de3,5% s.p.c. (similar a la utilizada en las labo-res del túnel) a un rendimiento del robot SikaPM 500 de 25 m3/h.

Nota: Debido a las condiciones meteoro-lógicas en la zona, el agua se calienta en laplanta para homogeneizar el comportamien-to del hormigón proyectado

Dosificación de la mezcla:CEM I 52,5 R 425 kgArena 0/6 1368 kgGrava 6/12 345 kgAporte agua 140 l + Humedad áridosSikament TN-100 6,7 l/ m3

Sikatard 930 9,2 l/truck (6 m3)

Nota: Los ensayos se realizaron con unatemperatura ambiente entre 4 y 6ºC, con unaconsistencia fluida.

Grupo Ensayos A: 4 kg/m3 Sika FiberT 48 (En planta obra)

Grupo Ensayos C: 4 kg/m3 Sika FiberT 48 (Túnel)

El resumen de losresultados obtenidoscon el Ensayo Barce-lona en el Laboratoriode la UPC, para má-xima carga, tenaci-dad y tensión resi-dual, se expone enlas Tablas IV, V y VI.

De acuerdo conestos resultados sehan derivado las si-guientes conclusio-nes:

1) El hormigónproyectado cumplecon los requerimien-tos a 28 días acompresión simple(30 MPa) alcanzan-do un valor mediode 34,5 MPa.

2) Al mismo tiem-po, la mezcla refor-zada con fibras sin-téticas estructurales(Sika Fiber T 48) al-

canza un valor medio deEnergía Absorbida enpaneles vertidos de1068 J.

3) Considerando una reducción en la resis-tencia a compresión a los 28 días entre lasmuestras vertidas y las muestras proyectadas

del 24%, el efecto teóri-co negativo sobre el va-lor de la Energía Absor-ción nos llevaría a unvalor estimado de 811,7J. Este valor estimadoestá por encima de laespecificación del Pro-

yecto (750 J).4) En relación al Ensayo Barcelona, el ob-

jetivo de estos ensayos ha sido sondear laposibilidad de que exista una relación entrelos valores de ductilidad y tenacidad al en-sayar muestras vertidas y muestras proyec-tadas.

Con ello se abriría una nueva vía para ase-gurar el Control de Calidad en la ejecución dela obra reduciendo las dispersiones y los erro-

res humanos producidos al manipular y pre-parar las pesadas muestras proyectadas.

De acuerdo con las notas emitidas por laUPC, las muestras proyectadas presentanuna menor carga máxima debido a su mayorporosidad en comparación con las muestrasvertidas.

Como primera aproximación se ha consi-derado analizar la posible correlación con losvalores medios de T6 Tenacidad (N.m) obte-niendo:

1072 J (Muestras vertidas) => 212 N.m(T6 Tenacidad)

EFNARC = Ensayo Barcelona x 5

Por otro lado, considerando los valores deesta magnitud con muestras vertidas (208,45J) y proyectadas (209,75 J) se obtiene una mí-nima desviación. Al tratarse de un número re-ducido de ensayos se ha acordado continuarcon los estudios.

Finalmente, los valores más altos en resis-tencia a tracción residual se han alcanzadocon las muestras proyectadas. Una posible ex-

� [Fig. 21 ].- Toma de muestras en el túnel en el túnel.

TABLA IV

TABLA V

TABLA VI

plicación sería la orientación de las fibras o un error en el sistema decontrol iniciarse la fisuración con paneles vertidos.

Una posibilidad propuesta por UPC sería reducir la velocidad delensayo y con ello los posibles errores en los instantes inmediatos des-pués de la primera fisura.

Una de las principales ventajas de este ensayo consiste en que laprimera fisura se produce en el interior de la muestra y no en su su-perficie.

Si se emplea este sistema para ensayar con muestras extraídas depaneles proyectados, este hecho se vuelve imprescindible ya que enlas zonas perimetrales se cortan las fibras durante la extracción y lasfibras cortadas tienen menor capacidad generando un sistema de di-fícil control si la rotura se produce en esa área externa.

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