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Domingo, 16 Septiembre 2018 11:00

Hormigón proyectado para revestimiento en túneles

Túnel Carretera Túnel Carretera

La colaboración en España entre Sika y Aliva ha llevado a obtener un hormigón proyectado por vía húmeda de alta calidad durante la construcción de un doble túnel de 2 km. de longitud en el primer tramo de la nueva autovía de circunvalación B 40, la cual tiene 2 carriles por sentido de circulación. Una vez realizados distintos ensayos iniciales con diferentes mezclas y dosificaciones de hormigón, se obtuvieron unos resultados sorprendentes, alcanzándose unos valores de resistencias iniciales de 3 3.5 Mpa ¡ a las 2 horas !.

Los Túneles de Parpers fueron ejecutados por FCC (Fomento de Construcciones y Contratas). El proyecto de la obra fue realizado por Geocontrol para GISA (Gestión de infraestructuras, S.A.) Institución que depende del Gobierno de la Generalitat de Cataluña y cuya responsabilidad es la construcción de carreteras y vías en Cataluña. Dichos túneles componen el primer tramo de un cuarto anillo de circunvalación alrededor de Barcelona situado a una distancia de alrededor de 30 - 40 km. de la ciudad. El proyecto contemplaba la finalización de este primer tramo entre las ciudades de Mataró y Granollers a principios de 1995, mientras que la totalidad de dicho cinturón se encontrará funcionando en el año 2010.

Los túneles tienen una cobertura de 160 m y atraviesan un terreno de granito de buena calidad en la zona costera catalana. FCC inició los trabajos de excavación en los túneles en Junio de 1993 empleando para ello perforación y voladura en las cuatro bocas, trabajando en ambos frentes de excavación alternativamente. En primer lugar se procedió a la excavación de la sección de avance de unos 60 m² de los 100 m² de sección total de cada túnel. Posteriormente se procedió a la excavación de los 40 m² de sección de destroza.

Como parte de una nueva filosofía en el diseño, los túneles se terminaron con una capa fina de revestimiento de hormigón proyectado, introduciéndose por primera vez en España el hormigón proyectado por vía húmeda. Este revestimiento final con hormigón proyectado reduce el coste de la obra civil del túnel significativamente, a la vez que se incrementan las especificaciones técnicas que deberá cumplir dicho hormigón proyectado.

El sostenimiento primario de la sección de avance de 60 m² con 20 m. de perímetro se realiza mediante un bulonado sistemático con 11 pernos de 3 m. de longitud cada uno, anclados al terreno con hormigón proyectado armado con fibra de acero de 3 5 cm de espesor. Una vez finalizado el avance y comenzada la destroza, se aplicó la capa de revestimiento final. Dicha capa está formada por un mallazo electrosoldado de 150 x 150 x 6 mm. de diámetro, recubierto con una capa final de hormigón proyectado de 7 9 espesor, hasta completar un espesor final de 12 cm. de hormigón proyectado.

ESPECIFICACIONES DEL HORMIGON PROYECTADO

Debido a las elevadas solicitaciones a las que estará sometido el hormigón proyectado, el cual actúa la vez como capa de sostenimiento y como capa de revestimiento, sus especificaciones técnicas y requerimientos fueron muy exigentes. El proyecto realizado por Geocontrol incluía por primera vez en España la utilización del hormigón proyectado por vía húmeda. Mediante este sistema de proyección reducen los problemas de formación de polvo asociados con el sistema de proyección por vía seca , se reducen igualmente los porcentajes de rebote hasta unos valores medios próximos al 10%, y mediante la introducción de nuevos aditivos en el hormigón se superan las elevadas especificaciones existentes en cuanto a las resistencias iniciales del hormigón proyectado. El Pliego de Condiciones de la obra exige los siguientes requerimientos de resistencias a compresión del hormigón proyectado: Resistencia a compresión de 11 Mpa a 3 días, 17 Mpa a 7 días, 25 Mpa a 28 días y 25 Mpa a 90 días. Los ensayos realizados muestran que se obtuvieron resultados de resistencia a compresión de 3 3,5 Mpa a las 2 horas, así como una resistencia media a compresión de 32 Mpa a los 28 días llegándose incluso a alcanzar valores de 40 Mpa de resistencia a los 28 días.

Para cumplir con las especificaciones existentes, al inicio de la obra se realizaron diferentes ensayos con distintas dosificaciones de hormigón. Todos los áridos utilizados, incluida la arena, se obtienen mediante machaqueo. Por otro lado, el tamaño máximo de los áridos no supera los 12 mm. El cono en el momento de la proyección debe estar comprendido entre 10 y 16 cm. y la relación agua/cemento de la mezcla definitiva de hormigón es de 0,48.

Los mejores resultados se consiguieron con una dosificación de 400 kg. de cemento por m³ de hormigón, adicionando 16 kg. de humo de sílice por m³ de hormigón, 20 kg. de fibra de acero por m³ de hormigón, además de otros dos tipos de aditivos:

1) Un 2% (sobre el peso de cemento) de Sikament 200 R, aditivo superplastificante añadido a la mezcla en la planta de hormigón con el fin de reducir la relación agua/cemento y de mantener el cono de trabajabilidad requerido.

2) Un 4% (sobre el peso de cemento) de Sigunita L 22, aditivo acelerante líquido a base de aluminato, el cual se añade a la mezcla a unos 4 5 m. de la boquilla de proyección, con el fin de aumentar las resistencias iniciales y disminuir el porcentaje de rebote.

Con dicha dosificación, además de conseguirse unas resistencias a compresión iniciales de más de 3 Mpa a las 2 horas, se obtienen unas resistencias medias a compresión a los 28 días de 32 Mpa, medición de la resistencia a los 90 días, que la resistencia a compresión no disminuye después de los 28 días, sino que sigue aumentando.

El programa de Control de Calidad en los túneles de Parpers se realizó de una forma continua y estricta. Cada 3 días se analizaba una artesa testigo con unas dimensiones normalizadas de 800 mm. x 600 m x 200 mm., la cual se rellenaba con el mismo hormigón proyectado utilizado en el túnel incluyendo los 20 kg. de fibra de acero/m³ de hormigón. Una vez transcurridas 24 horas, se extraían 6 testigos de diha artesa y se introducían en una cámara de temperatura controlada en el laboratorio de ensayos de obra. Los 2 primeros testigos se ensayaban a los 7 días, otros dos testigos a los 28 días y los 2 últimos a los 90 días. La densidad del hormigón proyectado de dichas muestras alcanzó unos valores medios de 2,33 kg/dm³, siendo la densidad específica de la grava de machaqueo de 2,65 2,7 kg/dm³.

En los túneles de Parpers, FCC elaboró la mezcla de hormigón a pie de obra, y se emplearon dos equipos de proyección por vía húmeda Aliva AL 500. Dichos sistemas de proyección están compuestos por una máquina de proyección Aliva AL 262 Duplo y un brazo robot telescópico dirigido por control remoto, todo ello instalado sobre un chasis móvil URO, el cual además lleva incorporados un depósito de aditivo acelerante líquido y el dosificador automático de aditivo líquido Aliva AL 402.

La máquina de rotor Aliva Duplo para la proyección del hormigón emplea aire a presión tanto en el caso de proyección por vía seca como por vía húmeda. Mediante dicha máquina de proyección la mezcla húmeda es transportada por sistema de flujo diluido, al contrario que el caso de las bombas de hormigón en donde el transporte se realiza por flujo denso. Los dos equipos de proyección Aliva 262 Duplo utilizados en los túneles de Parpers tienen un rotor de dos posiciones (10 16 litros), que proporcionan un rendimiento variable de proyección de 5 7 m³ /h, y 7 10 m³ /h, respectivamente. El consumo de aire en cada una de las posiciones es de 8 10 m³/min. y 11 14 m³/min. respectivamente, para una distancia de transporte de 600m. en el caso de vía seca y de 45 m. en el caso de la vía húmeda, empleando una presión de aire de 4 6 bares, y tuberías de baja presión de 50 mm y 60 mm. de diámetro respectivamente. Los brazos robot telescópicos AL 305.5 tienen unas dimensiones de 2m + 2m, y un alcance en vertical de 9 m. de altura y 14 m. en horizontal. El aparato dosificador AL 402 inyecta el aditivo en la manguera de transporte del hormigón aproximadamente 4m. antes de la boquilla de proyección.

CICLOS

En las zonas del túnel en las que el terreno es de granito de buena calidad, FCC consiguió ciclos de 6 voladuras/día, mediante tres turnos de trabajo de 8h/día. Esto equivale a más de 6 m. de avance al día en cada una de las 4 bocas, o lo que es lo mismo, un total de 25 m. de avance del túnel en 24 horas.

Una vez transcurrida media hora después de cada voladura, los relevos pasaban 3,5 horas retirando los escombros producidos durante la explosión. Después de ello, se invertía media hora en la ventilación del túnel y otra media en el saneo del soporte. Posteriormente se procedía a aplicar de 3 4 cm. de hormigón proyectado de sostenimiento con fibra de acero, tardándose en dicha operación aproximadamente 1 hora en proyectar 5 m³ de hormigón sobre 4,2 m. de avance, o lo que es lo mismo, 2 horas en proyectar 9 m³ sobre dos avances. Los 40 60 m³ de hormigón proyectado utilizados cada día en los cuatro frentes de excavación se elaboraban en una planta de hormigón central situada a pie de obra, y se transportaba en camiones hormigonera mediante cubas de 5 m³ de hormigón.

Más tarde, siguiendo con el ciclo de trabajo, se procedía a marcar la posición de los bulones y los taladros de perforación para las cargas de voladura empleándose para ello alrededor de 1 hora. Posteriormente, se realizaba la perforación durante las siguientes 4 horas. Al mismo tiempo que se perforaban los taladros para las cargas de voladura, se colocaban los anclajes en la bóveda utilizando el cazo de una cargadora CAT 966 como plataforma de trabajo. Se empleó alrededor de una hora y media en colocar las cargas en el frente y en conectar los detonadores.

En el campo de la construcción de túneles en España, la obra de los Túneles de Parpers en Matará (Barcelona), constituyen un importante avance por el concepto de la única capa de revestimiento mediante hormigón proyectado por vía húmeda, así como por los elevados rendimientos y por la alta efectividad en los costes de ejecución de dichos túneles de carretera.

Información adicional

  • Fuente:: Sika
  • Autor:: Shani Wallis
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