Túneles y Obras Subterráneas - planospara.com€¦ · del gunitado u hormigón proyectado. ......

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Seguridad con Sistemas Soluciones Sika Túneles y Obras Subterráneas Hormigones Proyectados Hormigones de Revestimiento Reparación Impermeabilización ®

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Seguridad con Sistemas

Soluciones Sika

Túneles y Obras Subterráneas

Hormigones Proyectados

Hormigones deRevestimiento

Reparación

Impermeabilización

®

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Dentro de las técnicas más utilizadas en la construcción de túne-les, y a la vez menos conocida, podemos encontrar la tecnologíadel gunitado u hormigón proyectado.

La gunita se define como “un mortero u hormigón transportado através de manguera y proyectado neumáticamente sobre unsoporte”. En la actualidad existen tres procesos diferentes deproyección, que son:

• Sistema de proyección por Vía Seca• Sistema de proyección por Vía Semihúmeda• Sistema de proyección por Vía Húmeda

En cada uno de ellos, Sika pone a disposición de sus clientes unservicio de asistencia técnica para la confección de un hormigónproyectado a la medida, así como un seguimiento puntual decada obra ¿Qué queremos indicar con ello? Cuando se confec-ciona un proyecto de túneles en el cual se especifican unascaracterísticas de resistencias a compresión de un hormigón pro-yectado, se suelen definir las resistencias medias y mínimas acompresión a 1, 3, 7 y 28 días, con el fin de cumplir las necesi-dades del sostenimiento. Además, la composición del hormigónconlleva la elección de unos áridos, un tipo de cemento, la dosi-ficación de cemento por m3 de hormigón, ademas del empleo deuna serie de aditivos para diversos fines como pueden ser lareducción del rechazo, disminuir la formación de polvo, aumen-tar las resistencias iniciales, disminuir la relación agua/cemento,obtener los rendimientos previstos y dosificar adecuadamentelos aditivos implicados.

Bajo estos condicionantes la asistencia técnica facilitada porSika arranca de las especificaciones que se marcan en losPliegos de Condiciones Técnicas particulares de cada una de lasobras, comenzando por un estudio granulométrico en nuestrospropios laboratorios de los áridos utilizados para definir la mez-cla de los mismos de acuerdo con las curvas granulométricasindicadas por la Normativa UNE 83 607.

Además nuestro estudio inicial se completa con la recomenda-ción del tipo de cemento a emplear así como su dosificación paracumplir con las exigencias de resistencias a compresión, uncompleto asesoramiento sobre los diferentes sistemas de pro-yección (vía seca/vía semihúmeda/vía húmeda), los tipos de adi-tivos más indicados y sus dosificaciones, completándose conpruebas en la misma obra y con la realización de un seguimientoexhaustivo de cada una de las obras en las que participamos,implicándonos en la calidad del hormigón proyectado. Las pro-piedades del hormigón proyectado se determinan por las carac-terísticas del procedimiento utilizado, y muchas veces estánsubordinadas a cierto número de factores que dependen entre sí,como pueden ser:

• Composición del hormigón • Relación agua/cemento• Experiencia del gunitador • Velocidad de proyección• Soporte y su inclinación • Distancia de proyección• Resistencias a compresión iniciales exigidas, etc...

La apreciación de dichas propiedades solo es posible verificarlascomparándolo con un hormigón patrón de referencia. La defini-ción de un hormigón proyectado por Vía Seca/Vía Semihúmedaviene determinada por su dosificación de cemento con respectoa 1 m3 de áridos en mezcla seca, y por su resistencia a compre-sión a 1, 3, 7 y 28 días. En el caso de la Vía Húmeda se rige porlas mismas normas de un hormigón tradicional, con la particulari-dad de que el tamaño máximo de árido debe ser menor de 15mm., siendo importante su resistencia a compresión, al igual queen la Vía Seca. Como complemento de la definición, es importan-te establecer las curvas granulométricas de los áridos, las cualesdeterminan fundamentalmente el rechazo y las resistencias.

▲ Procedimientos de proyección del hormigón

Anteriormente hemos nombrado los 3 procesos de proyeccióndel hormigón existentes en la actualidad: Vía Seca, VíaSemihúmeda y Vía Húmeda.

1) Proyección por Vía Seca

El sistema de proyección por Vía Seca resulta satisfactorio y esel de uso más general en la actualidad en aquellas obras en lasque no se requieren grandes rendimientos de trabajo. Es nece-sario destacar lo siguiente:

La construcción de Túneles es uno de los campos más costosos y peligrosos de la industria de la Ingeniería Civil, debidoa la necesidad de investigaciones preliminares tanto geológicas como geofísicas, así como a las predicciones empíricasde los costes de perforación.

Debido a ello, Sika, consciente de la importancia técnica y de las implicaciones en cuanto a la calidad de la tecnología apli-cada, ha desarrollado una gama completa de productos idóneos para esta industria de la construcción. Además de ello facili-tamos a nuestros clientes un asesoramiento técnico completo en la elaboración y el seguimiento de los hormigones de soste-nimiento (hormigón proyectado), de revestimiento e impermeabilización en cada obra, contando con un equipo humano conla más alta preparación y experiencia, combinándolo además con una búsqueda de productos no peligrosos tanto para el hom-bre como para el medio ambiente.

Hormigón Proyectado

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1. El cemento y los áridosdeben estar mezcladosadecuadamente hastaconseguir una perfectahomogeneidad en propor-ciones variables. Lo nor-mal es utilizar un cementoPortland, tipo CEM I 42.5Ró I 52.5R, aunque a menu-do se emplean cementosespeciales, junto con dife-rentes clases de áridos(artificiales ó naturales, derío ó de machaqueo).

2. La mezcla de cemento/áridos se introduce en un alimentador.3. La mezcla entra en la manguera mediante una rueda ó distri-

buidor (rotor).4. La mezcla es transportada mediante aire a presión hasta una

boquilla o pistola especial. Esta boquilla va equipada con undistribuidor múltiple perforado, a través del cual se pulverizaagua a presión que semezcla con el conjuntocemento/áridos.

5. La mezcla ya húmeda seproyecta desde la boquillasobre la superficie quedebe gunitarse.

El sistema de proyección porVía Seca (rotor) es el másconocido por los contratistasde obras subterráneas, exis-tiendo equipos especializadoscon una experiencia demuchos años. La Vía Seca es más ágil, de un costo considera-blemente inferior a la Vía Húmeda en cuanto a los equipos nece-sarios, y se adapta con extremada rapidez a las necesidades decada obra. Sobre todo en la excavación y en el sostenimiento detúneles, los costes son de sobra conocidos por los contratistas,proporcionando al ejecutor del frente de excavación una herra-mienta de trabajo rápida de utilización, con dos únicos inconve-nientes como son la formación de polvo en el frente y el porcen-taje de rebote obtenido.

Los aditivos implicados en este sistema de proyección son fun-damentalmente los aditivos acelerantes de fraguado (tradiciona-les y libres de álcali) Sigunita®, los aditivos estabilizadores de fra-guado Sikacrete® PPX, las adiciones a base de humo de síliceSikacrete® y los aditivos reductores del rebote Sikatell® 100.

2) Proyección por Vía Semihúmeda

El sistema de proyección por Vía Semihúmeda es una variantedel sistema tradicional de laVía Seca. Este sistema esidéntico en sus primeras fasesal de la Vía Seca, diferencián-dose de él en que se puedenutilizar áridos con humedad dehasta un 8 % y que a una dis-tancia aproximadamente de4/5 m. de la boquilla de pro-yección se efectúa la adiciónde agua, con lo cual se mejo-ran las propiedades de la mez-cla al llegar a la boquilla de la

que saldrá el hormigón proyectado. Otra de las ventajas de estesistema es que disminuye en una cantidad muy apreciable elpolvo resultante de la proyección, así como la pérdida de cemen-to en la mezcla al salir de la boquilla. También se puede conside-rar que el agua añadida se incorpora perfectamente durante esos4/5 m. a la mezcla, haciéndola más homogénea y, lo que es másimportante, que la relación agua/cemento sea menos variable.

3. Proyección por Vía Húmeda

El hormigón proyectado por Vía Húmeda ha tenido una apari-ción en España mucho más reciente (1992), y está viendo comogradualmente aumenta su utilización en trabajos de hormigónproyectado.

El sistema de proyección por Vía Húmeda viene definido en laNorma UNE 83.607 como el «Procedimiento mediante el cualtodos los componentes del hormigón, incluido el agua, son trans-portados bien mediante aire comprimido (flujo diluido) o bienmediante bombeo (flujo denso) hasta la boquilla de salida».

El sistema de proyección por Vía Húmeda lleva consigo una nece-sidad de empleo de más servicios. La gunita posee unas propie-dades específicas que se manifiestan especialmente a través dela naturaleza del método de colocación. En el hormigón proyecta-do por Vía Húmeda se consiguen hormigones de propiedadesequivalentes por medio de técnicas de dosificación y aditivos.

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Las máquinas de proyección por Vía Húmeda pueden dividirseen 2 procedimientos distintos:

• Flujo Diluido (rotor)• Flujo Denso (bomba)

En el Flujo Diluido, el transporte del hormigón se realiza desdela máquina de proyección hasta la boquilla de salida medianteaire comprimido.

En el Flujo Denso, el transporte se realiza mediante un bombeoa alta velocidad a través de la manguera de transporte hasta unaboquilla provista de un chorro de aire comprimido, con lo que seobtiene un mortero u hormigón de compactación suficiente.Mediante ambos procedimientos, en la actualidad se puedenconseguir unos óptimos rendimientos, sobrepasando las aplica-ciones de las máquinas de proyección por Vía Seca. Los recien-tes progresos tanto de nuevas máquinas como de los diferentesaditivos implicados, han conducido a esta tecnología a un siste-ma perfectamente compatible con el fin deseado y con una ven-taja importante como es la no formación de polvo y el manteni-miento de la relación agua/cemento.

Los aditivos implicados en este sistema de proyección son funda-mentalmente los aditivos acelerantes de fraguado Sigunita®, losaditivos superfluidificantes Sikament®, los aditivos estabilizadoresde fraguado SikaTard®, las adiciones a base de humo de síliceSikacrete® y los aditivos reductores del rebote Sikatell® 200.

▲ Última tecnología: Acelerantes libres de álcali

Para conseguir cumplir con las elevadas características que hoyse le exigen al hormigón proyectado tanto en su función de sos-

tenimiento provisional de túneles cómo en la de revestimientodefinitivo de obras subterráneas, Sika ha desarrollado una nuevagama de aditivos con los que se consigue cumplir sobradamen-te dichas exigencias, además de contribuir a la mejora de lascondiciones de trabajo de los operarios así como a la reducciónde la polución medioambiental en los túneles.

Esta última tecnología existente en el campo de los aditivos delhormigón proyectado viene marcada por la futura e inmediatasustitución de los acelerantes tradicionales a base de aluminatopor una nueva gama de aditivos, los acelerantes libres de álcali(Sigunita® 49 AF, L-50AF y L-50RF).

Estos nuevos aditivos acelerantes son productos no cáusticos,con un pH 4, y proporcionan las siguientes ventajas adicionalesa la hora de confeccionar nuestro hormigón proyectado:

• Son productos no tóxicos (por lo tanto no queman), redu-ciendo totalmente los riesgos de peligros contra la salud(quemaduras, etc.).

• No reducen las resistencias finales a compresión a 28 díascon respecto a la del hormigón patrón, por lo que se puedendiseñar gunitas y hormigones proyectados tanto por VíaSeca/Vía Semihúmeda como por Vía Húmeda con menoresdosificaciones de cemento.

• Obtención de resistencias iniciales optimas• Disminución del rebote de proyección• Reducción de la contracción del hormigón• Permiten obtener hormigones proyectados de una elevada

impermeabilidad.

Todo ello se traduce finalmente en la obtención, preparación yproyección de un hormigón más económico, más ecológico, másseguro y de una mayor calidad.

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La impermeabilización de túneles y, en general, de obras subterrá-neas, tiene una gran importancia tanto técnicamente como econó-micamente, contribuyendo además a una mejora en la calidad ydurabilidad de los mismos. Una óptima construcción no es lo másimportante, sino la elección y distribución correcta de los materia-les con respecto a las condiciones de un determinado lugar. Sinembargo, no es posible establecer las reglas generales para elloporque los factores que influyen son muchos y variados, los cua-les habrá que tener en cuenta en la planificación y en el proyecto:

• Condiciones delterreno y tipo deconstrucción.

• Condiciones delagua y estado enel que se encuen-tra.

• Grado de imper-m e a b i l i z a c i ó nrequerido, en fun-ción del uso deltúnel.

• Elementos nece-sarios para laimpermeabiliza-ción.

• Daños que puedesufrir la imperme-abilización.

Las exigencias que se requieren en cuanto al grado de imper-meabilización de un túnel dependen esencialmente del tipo deuso del mismo. Es aconsejable no tener unas exigencias inne-cesariamente elevadas que no estén en función del uso deltúnel, ya que ello tendrá importantes consecuencias tanto paralas especificaciones como para el coste de la obra.

En resumen se puede establecer que: “una buena impermeabili-zación es una necesidad para la explotación, y también unaimportante precaución para proteger el revestimiento y la rocaexcavada”.

▲ Sistemas de impermeabilización

Según las influencias, requisitos y soportes, los trabajos deimpermeabilización constarán de varias fases que son lassiguientes:

Impermeabilización primaria

Son los trabajos provisionales de taponamiento o recogiday conducción de aguas que permiten la ejecución poste-rior, en su caso, de las impermeabilizaciones intermedias yprincipal.

Consiste en el taponamiento de filtraciones localizadas mediantecemento amasado con hidrófugo líquido de fraguado ultrarápido(Sika 4a), completado con tratamientos superficiales en zonascon filtraciones difusas.

El trabajo se completa con la formación de drenes superficialespermanentes en forma de espina de pez, empleando mediascañas, tuberías, etc. para la captación de agua y su conduccióna las cunetas. Los métodos actuales de impermeabilización pri-maria son:

• Procedimiento Oberhasli (Sika® 4a, Sika® 2)• Procedimiento Oberhasli mecánico (Sikacem® Gunite

133, Sikacrete® Gunite 113).• Impermeabilización con Medias Cañas ALIVA• Impermeabilización con tuberías plásticas• Hormigón proyectado

Impermeabilización primariaImpermeabilización intermediaImpermeabilización principalImpermeabilización posterior

Según las filtraciones existentes y el tipo de revestimiento pre-visto para el túnel, la impermeabilización puede comprenderdesde una hasta las cuatro fases anteriores.

Impermeabilización

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Impermeabilización intermedia

Son los trabajos posteriores a la impermeabilización primariamediante la aplicación de morteros u hormigones proyectados.La impermeabilización intermedia puede ser de protección o deregularización.

La impermeabilización intermedia de protección consiste en laaplicación de un mortero u hormigón proyectado armado, con unespesor superior a 7 cm. en toda la superficie a tratar, consi-guiéndose así una protección del método primario elegido, yaque de no efectuarlo, y debido a los acelerantes de fraguadoempleados, los drenes, taponamientos e impermeabilizaciónquedarían fisurados.

La impermeabilización intermedia de regularización consiste enla aplicación de una gunita o de un mortero preparado con unespesor que suele oscilar entre 5 y 25 cm., con el fin de servir desoporte a una impermeabilización principal. También cumple lafinalidad de sostener provisionalmente la excavación del túnel ogalería.

Impermeabilización posterior

Son aquellos trabajos previstos o no, complementarios de laimpermeabilización principal, o bien trabajos de reparación queconduzcan posteriormente a la estanqueidad de la construcción.Estos trabajos pueden consistir en:

• Inyecciones• Morteros predosificados impermeables• Revoques o gunitas• Taponamiento y sellado de juntas y fisuras• Rejuntado de mampostería• Drenajes• Juntas

En resumen, dada la frecuencia con que se repiten las averías enlos túneles debidas a humedades, filtraciones y fugas, pareceaconsejable dedicar una mayor atención a los proyectos en lorelacionado con los métodos, procedimientos y materiales derevestimiento en túneles de nueva construcción, a fin de conse-guir con ello la más perfecta impermeabilización que sea posibley con las máximas garantías de eficacia y durabilidad. Por lotanto, el sistema de impermeabilización en la construcción de untúnel debe ir en consonancia con el sistema de excavación y conel revestimiento elegido.

Además, hay que tener en cuenta que los costes de impermea-bilización para un túnel ya ejecutado son siempre superiores a loscostes de impermeabilización de un túnel en ejecución. Es máseconómico y sencillo no desplazar el agua, sino captarla, drenar-la y dirigirla a las cunetas.

Impermeabilización principal

Consiste en la ejecución de una membrana impermeable de cual-quier tipo de material que garantice la absoluta estanqueidad dela galería ó túnel. Hay diferentes tipos de ejecución:

• Revoques o gunitas• Revestimientos con resinas de poliéster• Revestimientos con morteros predosificados:

SIKA® TOP, SIKACEM® GUNITE 133, SIKACRETE®

GUNITE 113.

• Revestimientos con láminas plásticas:SIKAPLAN® 9.6 V TUNEL, SIKAPLAN® 14.6 V TUNEL, SIKAPLAN® 24.6 V TUNEL, SIKAPLAN® 15 TR, SIKAPLAN® 20 TR.

Estos revestimientos se aplican sobre todo el perímetro del túnelo parte de la bóveda. La elección del tipo de revestimiento ven-drá indicado por la naturaleza del terreno, por el caudal de aguapresente, y por el tipo de hormigón estructural de revestimiento.

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El revestimiento definitivo de un túnel se puede definir como unaestructura de hormigón que reviste la cavidad y que está en con-tacto directo con el terreno o con el sostenimiento previamenteejecutado. Representa una garantía para evitar la caída de ele-mentos del sostenimiento.

La práctica habitual de la ejecución de los túneles en la actuali-dad pasa por una excavación a sección completa, ó en avance(media sección) y destroza, en toda su longitud, con un sosteni-miento más o menos denso según las características del terreno.

Las formas y la geometría del revestimiento vienen marcadas porconsideraciones geotécnicas y están íntimamente ligadas con elsistema de excavación, los medios utilizados y por el uso deltúnel. La geometría que puede adoptar el revestimiento de untúnel puede ser complicada, combinando diferentes curvas circu-lares. Normalmente, suele adaptarse a la forma de la excavación.

del avance, destroza y contrabóveda (caso de existir) con laexcavación puede ser necesario independientemente de lascaracterísticas del terreno, por el plazo de ejecución. En estecaso, si el túnel se excava con explosivos, hay que estudiar laseparación entre el frente y la destroza de forma que puedancontrolarse los efectos de las voladuras.

La ejecución del revestimiento se realizará mediante la colocaciónde un hormigón de granulometría 0-25, y una resistencia caracte-rística a 28 días de 250 kg/cm2, rellenando dicha masa fresca elhueco entre el encofrado (casi siempre metálico) y el terreno,adaptándose a las irregularidades de la roca y adoptando la formaexterna del encofrado. Para ello, se deberá diseñar un hormigónde consistencia plástica, con una relación agua/cemento 0,40-0,45, y utilizando un aditivo superfluidificante (Sikament® T3402 yT3412) para alcanzar la consistencia deseada.

Cuando la excavación y el revestimiento son independientes,bien por tratarse de terrenos sanos o por haberse sostenidopreviamente, el revestimiento puede ser continuo; en estecaso, el encofrado tiene que ser telescópico. El número demódulos de encofrado, normalmente de una longitud de unos6 m., viene impuesto por el rendimiento deseado, así como porlos tiempos de desencofrado y por la duración de la actividaddesencofrado-encofrado de cada módulo. Normalmente sebusca la colocación de un hormigón que adquiera la resisten-cia deseada (> 50 kg/cm2) en un período de unas 10 horas.Cada módulo parcial de encofrado se mueve independiente-mente, mediante un carro portaencofrados automotriz y meca-nizado que desencofra, se traslada y encofra, enlazándose losmódulos entre sí de forma que proporcionan un encofradocontínuo sin más cierre frontal que las paradas de fin de sema-na o cuando se desee. También el hormigón se coloca alterna-tivamente por cada hastial, avanzando por tongadas inclinadassin cierre de clave. Los encofrados deberán llevar ventanas,convenientemente distribuidas, que permitan la colocación y elvibrado del hormigón.

Es interesante citar, aunque sea brevemente un tipo de revesti-miento, que puede utilizarse como sostenimiento o como reves-timiento definitivo (en este caso, con una aplicación de hormigónproyectado sobre la chapa), y que se conoce como métodoBernold.

Se trata de unas chapas perforadas, corrugadas y curvadas de1080 x 1200 mm., con un espesor de 2 ó 3 mm. que ejercen lafunción simultánea de encofrado y de armadura. Se montansobre cimbras de montaje especiales solapándose unas conotras y entrelazadas con pernos. Contando con los solapes, cadachapa cubre una superficie útil de 1 m2. Van provistas de distan-ciadores que tienen por misión arriostrar longitudinalmente elconjunto.

Para el relleno, se utiliza un hormigón con relación agua-cemen-to de 0,4 a 0,5 y consistencia plástica dura. El tamaño máximodel árido suele ser de 20 - 30 mm.,

Naturalmente, el procedimiento puede utilizarse en zonas difíci-les como preanillo de sostenimiento, completándose después lasección con un revestimiento de hormigón con encofrado con-vencional.

Como norma general y tomando como criterio de elección lascaracterísticas geotécnicas del terreno, se puede establecer queen terrenos de características geotécnicas estables a largo plazo,el revestimiento suele adoptar la forma de arco de medio puntocon hastiales rectos, y con unos espesores superiores a los 30cm. En terrenos de tipo medio, los revestimientos son en formade herradura. Siempre será necesario realizar el correspondientecálculo de la sección, y medirse las tensiones en los apoyos. Enterrenos de mala calidad, en donde existirán empujes a medio ylargo plazo, será necesario disponer de formas cerradas concontrabóveda, que serán planas o curvas en función de losempujes previsibles. Cuanto peor sea el terreno o si se esperanpresiones debidas a la expansión, se deberá tender a la formacircular.

En terrenos de buena calidad, se procede al hormigonado aplena sección, una vez terminada la excavación del túnel. Enterrenos de peor calidad, se realizará el hormigonado de la mediasección superior, una vez excavada ésta en toda su longitud y,posteriormente, se hormigonarán los hastiales por bataches y,eventualmente, la contrabóveda.

La mala calidad del terreno puede obligar a ir hormigonando elavance cerca del frente excavado, así como, con el debido deca-laje, los hastiales y la contrabóveda. Simultanear el hormigonado

Hormigones de Revestimiento

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- Acelerantes en polvo:* SIGUNITA® R, * SIGUNITA® R2, * SIGUNITA® RF

- Acelerantes en polvo libres de álcali: * SIGUNITA® 49 AF

- Acelerantes líquidos:* SIGUNITA® LN PLUS, * SIGUNITA® LN 60, * SIGUNITA® L-65, * SIGUNITA® L-22 R, * SIGUNITA® L-24 E

- Acelerantes líquidos libres de álcali:* SIGUNITA® L-50 AF, L50RF

- Impermeabilizantes en polvo (sales inorgánicas):* SIKALITE®

- Adiciones de humo de sílice:* SIKACRETE® P, * SIKACRETE® L

- Estabilizadores de fraguado:* SIKACRETE® PPX, * SIKATARD® 930

- Reductores del rebote: * SIKATELL® 100, * SIKATELL® 200

- Aditivos superfluidificantes* SIKAMENT® TN-100, * SIKAMENT® 200 R, * SIKAMENT® 300, * SIKAMENT® T3402, T3404, T3412

- Aditivos fluidificantes: * PLASTIMENT® BV 40, * PLASTIMENT® HP1

- Aditivos acelerantes de endurecimiento:* SIKA® RAPID 1

- Productos complementarios:* SIKA® PUMP, * SIKA® DESENCOFRANTE, * ANTISOL® E

- Morteros preparados: * SIKACEM® GUNITE, 133, * SIKACRETE® GUNITE 113

- Láminas de impermeabilización:* SIKAPLAN® 9.6 / 14.6 /24.6 V TUNEL, * SIKAPLAN® 15 /20 TR

- Láminas de protección y drenantes: * SIKA® LAM SP 8, * SIKA® LAM SD 8, * GAMA SIKA® LAM FASTEN

- Morteros, aditivos para morteros y resinas de inyección: * SIKA® GROUT, * SIKA®CABLE 1, SIKA® TOP, * SIKA® MONOTOP, * SIKADUR®, * SIKACEM® 830,* SIKA® LATEX, *SIKA® 4a, * SIKA® 2, * INTRACRETE® EH, * SIKA® INYECCIÓN 20

- Reparación de juntas y fisuras:* SIKAFLEX® ,* SIKADUR® COMBIFLEX

Productos Sika para túneles

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Diseño y producción en instalacionesde Alcobendas (Madrid)

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