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Las principales ventajas que proporciona este método son las siguientes: l (
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Finalmente y con objeto de proteger la chapa vista en el interior del túnel se puede
proceder a aplicar sobre ella una nueva capa de hormigón proyectado, que además proporciona un mejor acabado.
(
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3) Excavación de la solera por tramos y hormigonado de la misma.
2) Realización de bataches contrapeados mediante encofrado perdido de
chapas metálicas y hormigón bombeado.
1) Excavación de destroza. l ( (
Con independencia de los trabajos mencionados para la sección de avance, se desarrollarían los relativos a la excavación de la destroza:
\ (.
4) Hormigonado entre las chapas y el terreno.
Baja inversión inicial.
3) Colocación y montaje de un encofrado constituido por cerchas metálicas,
arriostradas longitudinalmente por otros perfiles metálicos, sobre las que se
dispone el encofrado perdido, que son chapas de acero troquelado de 2 mm de espesor.
2) Proyección en la bóveda excavada de una capa de hormigón proyectado de
sellado que evite desprendimientos mientras se procede al montaje de los elementos del sostenimiento.
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1) Excavación en sección de avance del pase de longitud determinada según el tipo de terreno.
A continuación se describen las principales fases, suponiendo que el túnel se ejecuta en dos fases: avance y destroza
Este sistema se basa en la colocación inmediata del revestimiento tras la excavación,
hormigonando con encofrado perdido. La ejecución puede ser a sección completa o por fases.
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6.1 HORMIGÓN ENCOFRADO CON CHAPAS METÁLICAS (
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En este capitulo se agrupan otros tipos de revestimientos, también ligados al método constructivo, pero empleados en unas condiciones más específicas y menos habituales.
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6. OTROS MÉTODOS DE REVESTIMIENTO
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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Colocación de chapas arriostradas con cerchas
Chapa de acero troquelada
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Existen numerosos juntas de hormigonado.
Dificultades en caso de problemas por inestabilidad del frente.
El terreno tiene que presentar una mínima capacidad de autosoporte, por lo
que en suelos con fluencia de agua importante puede ser muy complicada su
ejecución, siendo necesarios tratamientos adicionales.
Entre los principales inconvenientes hay que destacar:
Rápida colocación del revestimiento definitivo.
La excavación se puede realizar empleando métodos mecánicos, siendo
menos artesanal que el método minero. (
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Se puede ejecutar a sección partida, asegurando en este caso una mayor
estabilidad del frente de excavación.
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Posibilidad de ataque por varios frentes.
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) ( 1
(
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Si a la mezcla de hormigón se añaden fibras de acero, éstas quedarán embebidas en la masa, confiriendo al hormigón mejor resistencia a tracción. En este campo existen
multitud de fibras comerciales, que se añaden en distinta cantidad y ofrecen
comportamientos estructurales similares. Existen discrepancias sobre la conveniencia de
(
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Entre los aditivos empleados están los acelerantes, las cenizas volantes y el humo
de silice. Los primeros buscan iniciar un fraguado rápido del hormigón una vez puesto en obra y suelen adicionarse en la misma boquilla de proyección. Las cenizas volantes y el
humo de sílice, mejoran características como la adhesividad, la resistencia a largo plazo, la compacidad, reducen el rechazo y el polvo, etc.
El cemento empleado puede ser el mismo que el utilizado en cualquier hormigón
convencional, aunque de fraguado rápido, con una presencia de 300-450 kg/m3 de
hormigón. En los áridos es recomendable un tamaño máximo de 8-12 mm, con el fin de
mejorar las condiciones de puesta en obra, y una granulometría sensiblemente continua, pudiendo ser redondeados o proceder de machaqueo. El agua debe cumplir las exigencias
de la Instrucción EHE.
El hormigón proyectado está formado cemento, áridos, agua, aditivos, y en su caso
armadura de refuerzo. No existen exigencias excesivamente restrictivas para cada uno de
estos materiales. e (
(
6.2.1 MATERIALES
Existen dos sistemas de puesta en obra: la vía seca y la vía húmeda. En el primer
caso, el agua se añade a una mezcla de cemento y áridos en la boquilla de la bomba,
mientras que en el segundo caso, se proyecta directamente un hormigón ya mezclado, con
una proporción de agua perfectamente conocida, y la posibilidad de otras adiciones de manera controlada, obteniéndose una mezcla de características más homogéneas. En la
actualidad, la vía húmeda ha desplazado ya a la vía seca en la mayoría de las aplicaciones
de hormigón proyectado. l (
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Se denomina hormigón proyectado a aquel que se impulsa hidráulicamente sobre un paramento mediante una bomba, quedando adherido a ésta y sufriendo los procesos de
fraguado y endurecimiento análogos a cualquier otro hormigón. El tamaño de árido máximo
(12 mm) es menor que en el hormigón convencional y se incorporan en su mezcla acelerantes que faciliten su endurecimiento, ya que de lo contrario se desprendería de las
paredes y bóvedas donde se aplica.
6.2 REVESTIMIENTOS DE HORMIGÓN PROYECTADO
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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El hormigón proyectado no ofrece en sí mismo las condiciones de impermeabilidad suficientes que son requeridas en muchos túneles, como los carreteros. Por esta razón, se
ha venido acompañando de distintos métodos impermeabilización, que asegurasen unas
buenas condiciones de servicio.
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6.2.2 IMPERMEABILIZACIÓN
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Por esta razón, se están imponiendo cada vez más el empleo de agentes de curado
interno, que mantienen al cemento "protegido" del agua, para retrasar el fraguado hasta que
no se encuentra puesto en obra. Estos productos mejoran la adhesividad de la mezcla,
incrementan la densidad y la resistencia, y aumentan la impermeabilidad, resultan
hormigones de mejores condiciones de bombeabilidad, incluso con fibras metálicas.
(
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Estas exigencias cuentan un denominador común: el proceso de curado. Si este
proceso se lleva de manera correcta, en la mayoría de los casos se ven satisfechas todas las exigencias. El problema con los nuevos hormigones proyectados surge con los
acelerantes del fraguado, que permite reducir el ratio a/c, pero que hacen muy sensible a la mezcla frente a las corrientes de aire, las migraciones de agua y los cambios de
temperatura.
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garantizar la impermeabilidad del túnel
alcanzar elevada densidad y resistencia
ofrecer buena estabilidad a largo plazo
garantizar una buena adhesividad con el terreno (
(
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A pesar de estos avances, el hormigón proyectado se sigue encontrado con
diferentes dificultades derivadas de su calidad como material constructivo y que buscan el
cumplimiento de ciertas exigencias:
(
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El hormigón proyectado por via húmeda unido al empleo de acelerantes libres de
álcali, ha permitido importantes avances constructivos en este campo, además de mejorar
las condiciones de trabajo y seguridad en el interior de los túneles.
utilizar fibras metálicas o mallazo de refuerzo, ya que ambos sistemas presentan ventajas y
desventajas. (
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) (
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El empleo de una capa única de hormigón proyectado tiene como ventajas: (
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La tecnología de acelerantes en el hormigón proyectado, ha permitido definir una
nueva técnica en este sentido, como es la utilización del hormigón proyectado como
sostenimiento y revestimiento al mismo tiempo, conformado como capa única o como dos
capas.
(
(
Sin duda, este método presenta un importante ahorro, pero la solución de hormigón
encofrado sigue ofreciendo, además de un complemento estructural a largo plazo, unos
niveles funcionales y estéticos muy por encima de los ofrecidos en los túneles acabados con
lámina vista.
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(
reducir el tamaño de la excavación
Razones económicas hacen buscar la simplificación y el elevado coste que supone la
instalación de tres capas además del sostenimiento. Una de las soluciones adoptadas
consiste en la instalación de una sola capa impermeable, compuesta por una lámina de
espuma de polietileno, que recubra el contorno del túnel, y que vierta el agua procedente del macizo a una canaleta situada en la base de los hastiales del túnel. Para mejorar el aspecto
estético que ofrece esta lámina, suelen instalarse paneles decorativos en los hastiales.
( revestimiento de hormigón encofrado
geomembrana impermeable
geotextil conectado con red de drenaje (
(
(
sostenimiento de hormigón proyectado
Tradicionalmente, la construcción de los túneles constaba de cuatro capas distintas:
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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Si se requiere un acabado superficial, puede aplicarse un mortero proyectado que se
nivela manualmente, y que puede incluir fibras de polipropileno. Pueden aplicarse también {
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Lámina entre capas de hormigón Membrana de impermeabilización proyectada l t (
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La estructura resultante es monolltica y carece de drenaje, lo que exige su
dimensionamiento frente a presiones hidrostáticas.
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Se aplica entre dos capas de hormigón reforzado con fibras de acero, en un espesor
de 5-8 mm, con el fin de cubrir adecuadamente la primera capa de hormigón. La
adhesividad obtenida alcanza 1 MPa.
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Por estas razones, se ha empezado a utilizar una membrana proyectada constituida
por polímeros en suspensión acuosa, que presentan buena adhesividad en ambas caras. Su elasticidad (80-140%) permite absorber deformaciones sin la formación de fisuras o grietas.
No requiere equipas especiales ni condiciones de seguridad estrictas para su puesta en
obra.
presenta baja adherencia en la cara interior a pesar del empleo de la
malla
sólo ofrece adherencia con la capa exterior en los puntos donde se ha anclado la lámina, dejando cavidades propensas a la inundación
La impermeabilidad es una caracterlstica exigible en túneles carreteros, especialmente en zonas propensas a sufrir heladas. Se ha intentado intercalar entre dos
capas de hormigón proyectado una lámina impermeable tipo delta, unida a una malla
sintética en el lado interior. Presenta dos inconvenientes:
reducir los plazos constructivos
reducir la necesidad de rellenos
prescindir del revestimiento de hormigón (
(
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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Las mangueras funcionan con aire comprimido y es necesario una presión y cantidad de aire mínimas para garantizar la correcta puesta en obra
(
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Se llama rechazo al porcentaje de hormigón que no se adhiere a la pared proyectada. Depende de la mezcla, el operario, la pared, etc., y puede
reducirse hasta el 10%
(
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La distancia entre la boquilla y la manguera debe estar entre 0.6 y 2 metros
Las condiciones de trabajo se mejoran con el empleo de robots, que permite
el manejo remoto de la manguera y de los aditivos (
(
(
Los puntos con afluencia de agua deben entubarse, de lo contrario el
hormigón no puede adherirse a la superficie
La superficie de proyección debe estar limpia y ligeramente húmeda
Como recomendaciones al proceso de puesto en obra:
Se trata en este caso de un proceso muy similar al bombeo de hormigón. La mezcla
completa (cemento + áridos + agua + aditivos) se vierte sobre la tolva de la máquina de
bombeo. Allí, mediante un sistema de tornillo sin fin (flujo diluido) o neumático (flujo denso),
se impulsa por la manguera, en cuya boca se añade aire comprimido para proyectar la mezcla. Pueden añadirse aditivos líquidos en la boquilla de la manguera.
6.2.3 EJECUCIÓN DEL REVESTIMIENTO DE HORMIGÓN PROYECTADO
morteros ignífugos o silicatados, que ofrezcan protección eficaz frente al fuego, así como
pigmentos que doten de tonalidades a la superficie.
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
Se requieren áridos procedentes de rocas de elevada resistencia (por encima de 100
MPa), como granitos, cuarcitas, calizas, basaltos y areniscas. No deben estar eh absoluto
alteradas, y sus características deben estar corroboradas por los ensayos adecuados.
e) Áridos
Está totalmente prohibida la utilización de agua de mar, por la pérdidas de resistencia
que estos podrían ocasionar.
En la fabricación de HAR suelen emplearse cementos convencionales tipo 1, con
resistencias elevadas: 42,5 ó 52,5. Los cementos tipo 11/D, con humo de sílice añadido, no
son recomendables por cuanto no permiten modificar el contenido de aditivo si fuese
preciso. Además, los cementos tipo 1 poseen una mayor velocidad de reacción, lo que
garantiza resistencias rápidas, sin que exijan grandes tiempos de curado.
Agua b) (
a) Cemento t ( c. ( (
t (
(
6.3.1 MATERIALES
• Tiene un mejor comportamiento a fatiga, aunque sufre una importante pérdida de
resistencia por exposición al fuego (mejora con la adición de fibras de
polipropileno ).
(
( (
(
• Sufre menor retracción y fluencia, con una menor abertura de fisuras antes y
después de entrar en carga.
• Ofrece una mayor compacidad (24 kN/m2), y por tanto mayor durabilidad en
ambientes agresivos.
• Ofrece un mayor rendimiento de los materiales, lo que contribuye a un mayor
ahorro económico.
• Aumenta la rigidez del conjunto matriz-árido
• Permite reducir los tiempos de descimbrado
Son hormigones con resistencia a compresión simple a 28 días comprendida entre
50 y 100 MPa. Se fabrican con cementos tipo 1 42,5-52,5 (con más de 400 kg/m3), áridos con resistencias por encima de 100 MPa y tamaño máximo de 20 mm procedentes de
machaqueo, relaciones agua/cemento menores que 0,4, y alta dosificación de
superfluidificantes. Sus principales características son:
(
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6.3 HORMIGONES DE AL TA RESISTENCIA (
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
Las exigencias en la utilización de humo de silice en HAR son más restrictivas que
en los hormigones convencionales, en cuanto a grado de finura y composición quimica.
Se trata de un componente opcional en los HAR, que aumentan la categoría
resistente, pudiéndose alcanzar en laboratorio hormigones de 80 MPa sin necesidad de su
adición, y hasta 70 MPa en prefabricación y 60 MPa con hormigonados in-situ. (
(
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l l.
e) Humo de sílice
Por todo ello, son exigibles estudios de compatibilidad hormigón-superfluidificante,
según la fluidez, el tiempo de fraguado, las resistencias adquiridas a edades tempranas, etc.
la elevada dosificación de superfluidificante, puede provocar retardos en el
tiempo de fraguado l. ( (
(, (
el tiempo en que el hormigón se mantiene fluido, es función de la reactividad
hormigón-fluidificante (
Su utilización está a pesar de ello limitada por varias consideraciones:
necesidad de hormigones de consistencia fluida o líquida para su puesta en
obra
relación agua /cemento inferior a 0.4
La utilización de superfluidificantes es indispensable en la fabricación de HAR por
dos motivos:
(
(
(
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(
(
d) Aditivos
Para mejorar la docilidad del hormigón, y reducir la demanda de agua, es deseable utilizar arenas gruesas (modulo de finura 3), y un coeficiente de forma más estricto que el
empleado en hormigones convencionales.
(
(
(
La rotura de estos hormigones, cuando los materiales son óptimos, se produce a través de fisuras muy planas, que atraviesan indistintamente la pasta y el árido, lo que es
indicativo de la perfecta cohesión que ofrece el conjunto, consecuencia de la buena
adherencia entre los elementos y de la similitud de rigideces.
Su tamaño máximo no debe ser superior a 20 mm, para favorecer la adherencia
entre la pasta y el árido, debiendo estar libre de polvo y preceder preferentemente de machaqueo, obteniéndose mejores resultados con gravas machacadas y arena de río.
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) (
(
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La similitud de rigideces entre la pasta de cemento y los áridos, hace que en los HAR
se retrase la microfisuración una vez puesto en carga, como ya se ha indicado. Este hecho,
provoca unos diagramas tensión-deformación marcadamente lineales, con un punto de
resistencia máxima, y una rotura frágil sin deformación plástica. Esta rama plástica si está
presente en los hormigones convencionales, por cuanto las fisuras se producen en la interfaz pasta/árido, y que provoca la absorción de esfuerzos tangenciales por el
engranamiento entre las caras de la fisura.
(
e (
6.3.3 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
{.
(
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Las bases de cálculo, estados límite y coeficientes de seguridad, se mantienen. La
densidad del HAR, debido a su mayor compacidad, alcanzándose 24 KN/m3. La resistencia
a tracción no aumenta proporcionalmente con la resistencia a compresión, y junto con las
mejores propiedades adherentes, influye en las longitudes de anclaje y trasferencia
consideradas, así como en el estudio de la fisuración. El comportamiento a flexión,
flexocompresión y cortante, difiere del hormigón convencional, debiendo estudiarse en base a la experimentación. El comportamiento a largo plazo (fluencia), junto con la retracción,
requerirán de cálculos especificas, evitando flechas excesivas.
(
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Una de las características fundamentales, es la mayor adherencia que se genera
entre ambos elementos, consecuencia de la mayor finura de la pasta de cemento, y de la
deformación conjunta que se produce. Este efecto retrasa la microfisuración que sufre la
estructura, provocando fisuras muy planas que atraviesan el conjunto pasta/árido, y que
reducen mucho la capacidad de soportar esfuerzos tangenciales, por la falta de
engranamiento que presentan estas fisuras, manteniéndose el comportamiento elástico hasta poco antes de la rotura, que se presenta con carácter frágil, y con una menor
deformación última que en el hormigón convencional.
( (
(
La similitud de rigideces entre la pasta de cemento y el árido en el HAR, proporciona
al conjunto unas características muy importantes desde el punto de vista estructural, y que
lo diferencian del HC.
6.3.2 CARACTERÍSTICAS
(
(
(
(
Las relaciones a/c inferiores a 0.4, y la alta dosificación de cemento (por encima de 400kg/m3), hacen a estos hormigones especialmente adecuados para soportar los
ambientes agresivos y las exposiciones que enumera la Instrucción.
(
( (
f) Durabilidad
(
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
Estas características se basan en las condiciones de permeabilidad y humedad del HAR: la baja permeabilidad impide el flujo del agua libre al exterior, lo que aumenta la
presión en el interior de los poros, cuya acción de tracción no es soportada por el
recubrimiento del hormigón, que salta de manera explosiva, exponiendo las armaduras a
elevadas temperaturas.
l (
El HAR sufre una importante pérdida de resistencia (-30%) cuando alcanza un rango
de temperaturas entre 100 y 400ºC, aumentando el riesgo de desprendimiento explosivo del
recubrimiento.
(.
( (
(
Comportamiento térmico y resistencia al fuego
Depende fundamentalmente del comportamiento local entre el hormigón y las
corrugas de acero. Este comportamiento es más elástico y más rígido que en el HC, al
basarse en la relación tensión adherente/deslizamiento, que supera a la del HC, aunque debe actuarse con cautela en el caso de cargas cíclicas y fatiga, dada la mayor fragilidad del
material y el menor deslizamiento que permite.
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Adherencia
En el proceso de curado del HAR, es recomendable e incluso necesario un aporte
externo de agua, dada la baja relación a/c inicial, no así el sellado de la estructura.
Igualmente, el curado debería empezarse de 2 a 3 horas después del fraguado, mediante
aporte directo de agua, evitándose en lo posible el hormigonado con tiempo caluroso, para
no reducir la ya de por sí baja cantidad de agua disponible para el fraguado.
Curado
(
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Se reduce hasta un 50% en el caso de HAR. La fluencia por secado es menor en el
HAR, mientras que la fluencia básica es similar. El desarrollo temporal de la fluencia es
similar en HAR y HC. La pérdida de line.alidad de la fluencia se produce para una relación
tensión-deformación mayor en el HAR.
(
Fluencia (
(
Es menor en el HAR que en el HC. La retracción autógena (aquella que es
independiente de las condiciones ambientales), es mucho mayor que en el HC, aumentando
con la proporción de humo de sílice y al disminuir la relación a/c, aunque en condiciones de humedad relativa elevadas, puede invertir su sentido. La retracción de secado (interacción
con el medio) es muy inferior por la escasa presencia de agua libre. El desarrollo de la
retracción en el tiempo es más rápido en el caso del HAR.
(
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Retracción
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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Los aceros quedan protegidos por pasivación, proceso químico basado en la
oxidación superficial. Un recubrimiento suficiente y un curado adecuado garantizan en
buena medida la basicidad del pH de la masa y su impermeabilidad ante cloruros y otras
sales.
(
(
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El humo de sílice contribuye a disminuir la permeabilidad, y de igual modo, la
presencia de aditivos puzolánicos mejora el comportamiento del HAR frente a sulfatos,
ácidos y frente a las reacciones álcali-árido.
La característica fundamental que reduce la debilidad ante esos ataques es la porosidad y permeabilidad del hormigón, muy inferiores en el HAR que en el HC, lo que
limita la capacidad de penetración de las sales y del agua, y con ello el riesgo de deterioro.
(
(
(
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(
La durabilidad del hormigón se evalúa desde tres aspectos: la corrosión de las
armaduras, el ataque químico de la masa de hormigón y la resistencia.
Durabilidad
Lennoh (2002), ha ensayado hormigones de 85 MPa, incluyendo en la masa fibras
de polipropileno, que al fundirse a altas temperaturas, disminuyen la presión en los poros,
favoreciendo la salida del agua libre. Las cuantías efectivas las fijó Phan (2002) entre 1,5 y 3
kg/m3.
(
(
(
(
(
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) (
(
(
Las principales ventajas que ofrece la utilización de este tipo de hormigón son:
Las propiedades del hormigón endurecido son similares a los hormigones de alta resistencia. (
(
Las propiedades del hormigón fresco son las de: autocompactación, autofluencia entre las armaduras y alta resistencia a la segregación de sus agregados.
3. Alta resistencia a la segregación de los agregados (
(
2. Capacidad de moverse con facilidad entre las armaduras
1. Capacidad de autocompactación por su propio peso
Las altas prestaciones de estos hormigones se concretan en:
(
( ( (
Revestimiento de Hormigón Autocompactante
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Su uso en Europa y Estados Unidos sé esta incrementando en los últimos años,
principalmente, en la construcción de puentes. En los últimos séis años se viene utilizando
en túneles en Europa (proyecto Sodra Lanken en Estocolmo ).
(
(
(
(
(
Desde entonces se ha venido utilizando en Japón, principalmente, en la construcción
de puentes y en elementos prefabricados, aunque también se ha utilizado en túneles desde principios de los años 1990.
(
(
El desarrollo de este tipo de hormigones de altas prestaciones, se inició en Japón en la Universidad de Tokio (Ozawa y Maekawa).
6.4 HORMIGONES AUTOCOMPACTANTES
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
(
(
(
(
c) Exige realizar un mayor número de ensayos específicos, que los hormigones
convencionales.
(
l (
b) El personal debe estar entrenado en su fabricación y manejo.
Algunas consideraciones importantes sobre la fabricación y la colocación de este tipo
de hormigones son: (
( (
En los túneles se incrementará su uso, en el revestimiento de zonas de formas
angulosas y complicadas y en los revestimientos en general, una vez que se haya conseguido familiarizarse con su manejo y una optimización de su coste de fabricación.
(
(
l (
(
La utilización de estos hormigones incrementa la durabilidad de las obras realizadas,
reduciéndose, en consecuencia, los costes de mantenimiento y reparaciones.
El tamaño máximo de los áridos utilizados en su fabricación es de 50 mm para los hormigones en masa y de 10-20 mm para los hormigones armados.
a) Exige un mayor cuidado en su fabricación y manipulación que los hormigones
convencionales.
Con la adición de fibras se consigue mejorar sus prestaciones, principalmente su
resistencia a la tracción y flexotracción, así como su resistencia al fuego.
Estos hormigones están en constante proceso de optimización de modo que, se
conseguirán hormigones más económicos que los habitualmente utilizados manteniendo las
mismas características.
(
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e \'.::
e) Mayor resistencia al fuego
d) Mejor calidad del hormigón y más fiable en sus propiedades
c) Elimina el ruido del vibrado
b) Menos mano de obra (
(
e ( (
a) Reducción del tiempo de colocación (
Otras ventajas importantes son:
e) Más resistente
d) Textura superficial uniforme
e) Más denso
b) Incremento notable de su durabilidad (
(
a) Más compacto
(
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
(
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g) La amasadora debe estar limpia y sin agua.
f) Es más sensible a la temperatura durante el endurecimiento.
e) Es más sensible al contenido total de agua de la mezcla. Antes de añadir el agua
de amasado hay que tener en cuenta el agua de los áridos y de los aditivos. (
(
( (
d) Necesita un tiempo de amasado mayor. (
(
(
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) (
Sin embargo, cuando el hormigón se coloca sin armadura con o sin fibras el proceso
de hormigonado consta de tres etapas.
Cuando se utiliza armadura en el hormigón el proceso no es continuo.
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Proceso de hormigonado en cuatro etapas (con armadura)
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3) Colocación del hormigón
:a '~ ·~
~º~ ~Colocación del
Hormigón ~ór),,, extruslonado • @ Avance del .._ túnel
4) Extrusión del hormigón y avance del túnel
2) Montaje del encofrado y del refuerzo de hormigón
Gato de presión :a Gato de escudo
1) Preparación y colocación del encofrado y refuerzo del hormigón
(
(
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1) Preparación y colocación del encofrado y refuerzo del hormigón.
2) Montaje del encofrado y del refuerzo de hormigón.
3) Colocación del hormigón.
4) Extrusión del hormigón y avance del túnel.
(
(
(
El proceso de hormigonado con armaduras consta de cuatro etapas:
El desarrollo de este método continuó en Japón: túnel de Akima (1987) y túnel de Chukoku (1998) con un escudo de lodos.
(
(
(
El método de avance continuo que consiste en colocar el revestimiento de un túnel inyectando a presión el hormigón en el interior de un encofrado, hormigón extrusionado
(extruded concrete) en una acción simultánea con los trabajos de excavación, se utilizó por
primera vez en un colector en Hamburgo (1978), en arenas bajo nivel freático, por la
constructora alemana Hochtief. Desde entonces se ha utilizado en varios proyectos de
Europa.
(
(
6.5 HORMIGÓN EXTRUSIONADO (
(
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) (
( l
( 1
2. El tipo de revestimiento se adapta a las necesidades de cada túnel,
pudiendo utilizarse hormigones en masa, con fibras y hormigón
pretensado.
1. Revestimientos de alta calidad.
Las cualidades de este método de hormigonado y de construcción de túneles, son
las siguientes: (
(
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t t t.
Hormigón extrusionado
Tap.e movil Encofrado
Terreno
El proceso de extrusión se esquematiza en la figura.
Proceso de hormigonado en tres etapas (con o sin fibra) (
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Avancede1;=::::=:¡-¡¡¡:=::::-:=:J:::-;::~:-:~==:1 túnel~---. Hormigón~ rF-===~===:;r.:=== extruslonado
3) Colocación del hormigón, extrusión del hormigón y avance del túnel
2) Montaje y ensamblado del encofrado
Gato de presión ---...~---id' --~>., Gato de escudo :=(]Fr r===~w~====
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1) Desencofrado y traslado hacia adelante del encofrado.
2) Montaje y ensamblado del encofrado.
3) Colocación del hormigón, extrusión del hormigón y avance del túnel.
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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h) Reduce los momentos flectores en el revestimiento.
g) El hormigón es extrusionado a una presión determinada que equilibra las
presiones litostáticas e hidrostáticas y las deformaciones previas que se
producen dentro de la zona del escudo.
f) Reduce las deformaciones del terreno y los asientos en superficie.
b) Razones técnicas
e) Logistica fácil y equipos de uso habitual.
d) Se elimina la inyección del espacio anular entre terreno y dovela, fuente de
problemas cuando el relleno no se realiza adecuadamente.
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e) Se pueden añadir fibras si es necesario.
b) El revestimiento de hormigón normal es bastante más barato que el de dovelas
prefabricadas.
a) Razones comerciales
El proceso de extrusión del hormigón, genera una tensión sobre el
terreno que permite equilibrar las tensiones verticales y horizontales del
terreno ( ov, crh}.
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El método de hormigón extrusionado empleado en Europa utiliza una tecnología muy compleja, sin embargo hay razones importantes para su utilización que se resumen en:
Según las seis empresas holandesas que han desarrollado el método, es posible
construir el túnel (excavación y hormigonado) a un ritmo de 2 m/h lo que permitiría construir
túneles largos con un menor coste.
En Holanda, se ha puesto a punto el llamado Industrial Tunnelbuilding Method (ITM);
se trata de un proceso continuo y automático de hormigonado del revestimiento con un
hormigón fluido continuamente extrusionado dentro de un encofrado metálico reutilizable,
mientras realiza la excavación la tuneladora. A una distancia de 20 m del frente, el hormigón
tiene la mínima resistencia requerida, trasladándose el encofrado a la parte delantera y así
sucesivamente.
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4. Economía en coste y reducción de plazo.
3. La presión de colocación del hormigón (extrusionado), equilibra las
presiones del terreno y del agua y minimiza los asientos del terreno. (
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e) Para mantener esta presión predeterminada constante es necesario que, a
medida que se va liberando espacio por el avance de la tuneladora, este sea rellenado simultáneamente con un volumen igual de hormigón. Esta operación no
es sencilla, ya que pequeñas disminuciones del volumen de hormigón producen
caídas significativas de la presión de colocación. Para conseguir esta presión
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Distribución del hormigón extrusionado
Tape deslizante del encofrado Escudo
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lfnea de inyección del hormigón
b) El hormigón debe bombearse de un modo constante y rápido en pequeñas
cantidades y de un modo alternativo a través de varios puntos de llenado
equidistantes, situados alrededor del tape, que aseguran un volumen de
pequeños flujos distribuidos uniformemente.
a) Una correcta aplicación necesita la condición previa de un hormigón con la fluidez
óptima, utilizando los materiales básicos y los aditivos de un hormigón normal.
Algunas otras consideraciones importantes sobre la metodología de aplicación del
hormigón extrusionado que hay que tener en cuenta para conseguir un revestimiento de la
calidad necesaria son:
El rango de momentos flectores comprobado en túneles someros,
permite la no utilización de armaduras para soportar los esfuerzos de
tracción. Sin embargo, en casos especiales, se añaden fibras estructurales que permitan alcanzar al hormigón una resistencia a
tracción superior a 8 N/mm2.
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Esto permite que no sea necesario considerar posibles cargas
asimétricas transmitidas por estructuras adyacentes en el cálculo estructural.
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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l) Se está probando el uso de segmentos de una membrana gruesa de hormigón
polimérico delantero a modo de forro del encofrado por su lado interior
sustentado por un pórtico delantero.
h) El revestimiento de hormigón extrusionado no es impermeable ya que, su
hormigonado continuo no le permite tener juntas y evitar las fisuras de retracción.
Su impermeabilidad se puede mejorar usando fibras que eviten la fisuración del
hormigón durante el fraguado y colocando segmentos de membrana, como un
forro permanente impermeable en la parte inferior del encofrado, que es
soportado por un pórtico adelantado. (
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g) Los espesores de hormigón extruído varían entre 20cm y 40cm, en función del
diámetro del túnel y la naturaleza del terreno.
f) Se pueden alcanzar avances de 24m/día de túnel revestido. Se están haciendo
pruebas para reducir los tiempos perdidos por la sustitución de los módulos de
encofrado, utilizando un encofrado móvil deslizante. (
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e) La temperatura del hormigón que se inyecta tiene una influencia considerable en
su fraguado. El fraguado del hormigón se acelera calentándolo a 30° C una vez
que ha traspasado las toberas de inyección.
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d) Para transmitir esta presión el hormigón, debe ser fluido y con baja viscosidad. Por una parte, el hormigón inyectado debe ser extremadamente fluido pero, una
vez inyectado, debe fraguar lo más rápidamente posible. Este cambio de estado
debe ser controlado con mucha rapidez y precisión; los acelerantes de fraguado habituales pueden producir el taponamiento de los tubos de inyección. Por otra
parte los retardadores de fraguado retrasan el tiempo de recuperación de los anillos de encofrado hasta que el hormigón tenga la resistencia necesaria
(>12N/mm2).
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constante se construye un tape móvil que es desplazado por la propia presión del
hormigón extrusionado.
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) 1 ( (
d) Buen acabado con reducido número de juntas de hormigonado.
e) Posibilidad de colocar una impermeabilización entre sostenimiento y
revestimiento.
b) Menor dependencia de mano de obra especializada que los métodos
tradicionales.
Reducción de las intervenciones de consolidación del terreno.
Reducción de las convergencias finales y, en consecuencia menores
subsidencias.
a) Colocación inmediata de un presostenimiento antes de realizar la excavación, lo
cual se traduce en:
Ventajas:
Las ventajas e inconvenientes de este método se resumen a continuación:
Mejora de las condiciones de seguridad en el frente. \. (
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e) Hormigonado definitivo del revestimiento final del túnel, por fases.
d) Ejecución de una viga de arriostramiento inferior en la zona de solera, para cada
una de las prebóvedas.
e) Colocación de los elementos de sostenimiento complementarios a la prebóveda,
tales como cerchas o bulones puntuales. (
b) Excavación del avance en sección completa de túnel.
a) Posicionamiento de la maquina y realización del corte y gunitado de la
prebóveda. (
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Las fases constructivas son las siguientes:
La estructura indicada, en el método del precorte, tiene una forma de bóveda troncocónica, similar a una teja, con el fin de permitir su ejecución progresiva sin que se
reduzca la sección en cada avance. Estas "prebóvedas" se construyen realizando una serie
de cortes consecutivos en el terreno según el perímetro de la sección, y rellenados
rápidamente de hormigón proyectado de fraguado rápido.
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Este método consiste en la ejecución de una estructura resistente de sostenimiento
por delante del frente de excavación en el perímetro de la sección del túnel, antes de
proceder a la retirada del terreno correspondiente a cada avance.
6.6 PRETÚNEL O PRECORTE MECÁNICO
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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En la nueva tecnología de pretúnel, este sostenimiento puede convertirse al mismo
tiempo en revestimiento, profundizando hasta 9 m en la formación de estas "tejas" de
hormigón, y alcanzando un grosor de entre 0,8 y 1, 1 m.
En origen, este método se ha utilizado para la formación del sostenimiento,
colocando posteriormente un revestimiento de hormigón encofrado. El grosor de la ranura puede oscilar entre 7,5 y 30 cm de grosor y unos 4,5 m de profundidad, que se inyecta con
hormigón antes de continuar con el avance del túnel por delante del frente de excavación.
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Máquina de precorte Excavación ranura perimetral
M-40 "Túneles del Pardo". Método Premill en bóveda
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f) La calidad final de la prebóveda esta condicionada a la estabilidad del terreno
que rodea a la ranura durante su realización, siendo muy conveniente un intenso
control de la misma, para evitar sorpresas tras la excavación del avance.
e) Dificultades de corte con la sierra en caso de rocas más competentes
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d) Gran sensibilidad de rendimientos antes cambios de terreno.
e) Posibles inestabilidades del frente al avanzar a sección completa.
b) Costos fijos importantes debidos a la amortización de la maquinaria.
a) El frente abierto es único y condiciona totalmente el resto de la obra.
Como mayores inconvenientes se plantean los siguientes:
Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)
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Los refuerzos con fibras sólo se aplican en caso de espesores reducidos para
sostenimientos temporales.
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Es habitual emplear cemento Pórtland tipo IV-A-32,5-R o tipo ll-B-L-32,5R, con
resistencias de 15 Mpa a 24 horas y 50 Mpa a 28 días, y con relaciones agua-cemento en
torno a 0,48. El tamaño máximo de árido se limita a 25 mm, para asegurar la correcta
distribución por el interior del corte efectuado. Son recomendables las adiciones que
mejoren la bombeabilidad del hormigón.
Máquina Premill y back up Máquina Precorte de nueva tecnologfa y tejas
de hormigón de mayor espesor
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Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)