Hormigon proyectado en Tuneles

Hormigón proyectado en Túneles.

Consideraciones básicas

El hormigón proyectado juega un importante rol en la moderna tecnología del hormigón. Ampliamente usado en obras de ingeniería y en construcción en general, su mayor campo de aplicación es la construcción de túneles, donde forma una parte vital en el sistema de soporte y revestimiento.

Apropiadamente aplicado, el hormigón proyectado es un material estructuralmente resistente y durable, con alta adherencia a: roca, hormigón, albañilerías, acero y otros materiales. La obtención de estas propiedades favorables es fruto de una adecuada planificación, supervisión y habilidad de la cuadrilla de aplicación.

En la construcción de túneles, la demanda de más alta calidad y economía en el hormigón proyectado se ha incrementado fuertemente en los últimos años en todo el mundo . El desarrollo de la moderna tecnología del hormigón proyectado ha tomado lugar a través de una estrecha colaboración entre usuarios y fabricantes de equipos y aditivos, lográndose que el actual rango de equipos y productos disponible en diversos países satisfaga la demanda por alta calidad y economía de este material.

La calidad de los materiales a utilizar, los áridos y sus granulometrías, el cemento y su dosificación, el lugar y las condiciones de trabajo, y, por último, el equipo empleado, influyen en la calidad del hormigón proyectado. Se deberán realizar ensayos previos, tanto del funcionamiento de los equipos como de los materiales a emplear, para determinar así la composición más idónea y la calidad del equipo a utilizar.

Debido a sus ventajas técnicas y económicas los aditivos se han vuelto indispensables para obras donde se utiliza el hormigón proyectado. Actualmente existe una amplia gama de productos y sistemas de alta tecnología que se han desarrollado especialmente para esta técnica de hormigonado. Los aditivos de mayor uso en hormigón proyectado son los acelerantes de fraguado, los cuales se hacen imprescindibles en faenas de túneles y obras que requieren hormigones de muy rápido fraguado.

Proyeccion del Trabajo

MÁQUINAS Y EQUIPOS PARA HORMIGÓN PROYECTADO.

Los equipos de hormigón proyectado disponen hoy en día de los procedimientos más avanzados y estudiados, y se complementan con modelos autónomos que disponen de todos los servicios complementarios para el hormigón proyectado como aire, energía eléctrica, bombas de agua, dosificadores, cintas transportadoras, carro móvil y brazos robot hidráulicos, lo cual permite una movilidad fácil para el desarrollo de cualquier trabajo.

El tipo de máquina empleado en la práctica dependerá del tipo de hormigón que se requiera, pero casi todas las máquinas permiten que se adapte en alguna medida su producción. Las propiedades del hormigón pueden modificarse cambiando la salida acoplada al rotor, el tamaño de la manguera o el diámetro de la boquilla o pistola.

En general se recomendará, si es posible, la proyección automatizada por medio de brazos robot hidráulicos. Con su utilización se mejorará la calidad del hormigón, se disminuirán los porcentajes de rebote, se mejorarán en gran medida las condiciones de trabajo y la seguridad del mismo, además de obtenerse unas dispersiones menores en los resultados de resistencias de dicho hormigón. En el hormigón proyectado por vía húmeda es obligada la utilización de dichos brazos hidráulicos debido a los rendimientos que se obtienen y a los empujes soportados por los sistemas de transporte que imposibilitan su proyección manual.

En cualquier caso, independientemente del sistema de proyección escogido (vía seca, vía húmeda, vía semihúmeda), la máquina de proyección deberá asegurar un transporte continuo del hormigón con el fin de conseguir una colocación uniforme del mismo, descartándose así las máquinas estucadoras con velocidades de proyección escasas.

Las máquinas de hormigón proyectado por vía seca /semihúmeda de flujo diluido, disponen de un tambor o rotor perforado con una serie de cilindros, a través de los cuales baja la mezcla procedente de la tolva de alimentación de la máquina. En la parte inferior del rotor, la mezcla entra en la tubería de transporte, en la cual se le añade el aire comprimido que empuja al hormigón en seco hasta la boquilla de salida, adicionándose el agua en la misma boquilla (vía seca) o a 4-5 m de la misma (vía semihúmeda). El aditivo acelerante, cuando es en polvo se agrega directamente en la tolva de alimentación, y cuando es líquido se agrega junto con el agua.Las máquinas de hormigón proyectado por vía húmeda flujo diluido son similares a las de vía seca, con un diámetro de los cilindros algo superior para permitir la bajada del hormigón ya húmedo (cono 10-12 cm), por lo cual ya no se le adiciona el agua en la boquilla de salida. El aditivo acelerante líquido se agrega junto con aire comprimido en la boquilla de salida.Las máquinas de hormigón proyectado por vía húmeda flujo denso son adaptaciones de las bombas de hormigón tradicionales. Estas máquinas se limitan a un bombeo de la mezcla húmeda (cono 10-12 cm), empujada por émbolos hasta la boquilla de salida, en la cual se le adiciona el aire a presión y el aditivo acelerante.

Maquinaria

REBOTE EN LA PROYECCIÓN.

El rebote de proyección está formado por los componentes que no se adhieren a la capa de hormigón, y que salen rebotados fuera del lugar adecuado. La proporción de rebote es mayor inicialmente porque el chorro de mezcla rebota directamente en el soporte antes que se forme una capa de hormigón amortiguadora, y también cuando está dirigido a las armaduras. Por ello, los espesores gruesos tienen una menor proporción de rebote en contra de los espesores delgados.El porcentaje de rebote en todos los casos dependerá de la relación agua/cemento, del tipo de granulometría de los áridos, de la cantidad de árido grueso presente en la mezcla de hormigón, de la presión de agua (vía seca), de la velocidad de proyección (caudal de aire), del ángulo de proyección, de la distancia de proyección, del diseño del robot y, sobre todo, de la habilidad y experiencia del pitonero. Como experiencia, se pueden establecer los siguientes parámetros comparativos de porcentajes de rebote en los diferentes sistemas de proyección:-

Vía seca: 30 - 35%-

Vía húmeda: 8 - 12%-

Vía semihúmeda: 12 - 16%

La reducción del rebote es una consideración muy importante a tener en cuenta en una obra, para lo cual se debe hacer un estudio serio y exhaustivo de los factores enumerados con anterioridad, y utilizar además adiciones a base de microsílice o aditivos especiales reductores del rebote.

ADITIVOS Y ADICIONES PARA HORMIGON PROYECTADO EN TUNELES

El aditivo principal utilizado tanto en el hormigón proyectado por vía seca como por vía húmeda es el aditivo acelerante de fraguado. Este producto se presenta en polvo o en líquido. La acción del aditivo acelerante en el fraguado inicial y en el endurecimiento del cemento difieren mucho en función de la clase y tipo de cemento, de la cantidad de agua añadida y de la temperatura ambiente, por lo que se hace imprescindible la realización de ensayos previos. Estos ensayos previos de laboratorio deben complementarse con pruebas preliminares en obra para tener en cuenta la influencia de todas las variables de la misma.

En el hormigón proyectado por vía seca pueden emplearse otros aditivos como por ejemplo retardadores de fraguado, reductores del rebote, etc.En el hormigón proyectado por vía húmeda es necesario y obligatorio el empleo de aditivos superfluidificantes, y en algunos casos estabilizadores de fraguado, con el fin de conseguir la trabajabilidad y la transportabilidad del hormigón, utilizándose además otros tipos de aditivos tales como reductores del rebote, facilitadores de bombeo, etc.

El humo de sílice o microsílice mejora considerablemente la adherencia del hormigón proyectado, disminuye su rebote, mejora la trabajabilidad y la impermeabilidad, y aumenta las resistencias iniciales y finales. El uso de microsílice como adición en el hormigón proyectado debe de ir acompañado con el empleo de un superfluidificante, ya que por una parte se obtiene la defloculación de dicha microsílice y por lo tanto un buen reparto en la pasta de cemento, y por otra para la propia defloculación del cemento.

Las fibras metálicas incorporadas al hormigón proyectado mejoran la resistencia a la fisuración, su ductilidad, la absorción de energía y su resistencia al impacto. La presencia de las fibras de acero transforma el comportamiento frágil del hormigón en un comportamiento dúctil, soportando deformaciones importantes sin perder su capacidad portante. La superficie de dichas fibras deberá estar limpia, y no incorporarán lubrificantes u otros productos que puedan impedir una buena adherencia al hormigón. La fibra estará conformada para obtener un buen anclaje al hormigón. La distribución de fibras en la mezcla deberá ser homogénea, no permitiéndose la formación de erizos. Las fibras podrán estar encoladas en peines para facilitar su puesta en obra. Su dosificación variará en función de la resistencia requerida, aunque normalmente se suelen emplear unos 30-35 kg. por m3 de hormigón, con el fin de facilitar su mezclado en el hormigón.

ADITIVOS ACELERANTES PARA HORMIGON PROYECTADO

Los aditivos acelerantes son productos solubles en agua que actúan químicamente influyendo en la velocidad de disolución de los constituyentes del cemento, apresurando las reacciones químicas. Los acelerantes permiten disminuir los tiempos de fraguado y obtener resistencias elevadas a edad temprana, aunque la resistencia a largo plazo puede disminuir en mayor o menor medida según el tipo de acelerante que se utilice.

Con los acelerantes que se utilizan en hormigón proyectado se logra un fraguado extraordinariamente rápido. La técnica de aplicación permite que el acelerante reaccione sólo en el momento de la proyección, sin riesgo de fraguado prematuro en la mezcla inicial.

Las ventajas obtenidas al utilizar acelerantes en el hormigón proyectado son las siguientes :

 Reducción del rechazo y desprendimientos al aplicar el hormigón.

 Aplicación rápida de capas sucesivas.

 El rápido fraguado permite detener las filtraciones de agua.

 Rápida adquisición de resistencia.

 Rápida consolidación de la zona de trabajo en túneles.

La base química de los acelerantes tradicionales para hormigón proyectado son los aluminatos y los silicatos, siendo las dosis de 3% a 6% del peso del cemento para los aluminatos y de 10% a 15% del peso del cemento para los silicatos. Estos aceleradores alcalinos se usan tanto para el sistema vía húmeda como para el sistema vía seca, con una reducción de la resistencia final respecto al hormigón patrón sin acelerante, que varía según el tipo de aditivo, siendo notoriamente mayor la baja de resistencia al utilizar silicatos en lugar de aluminatos.

Una importante consideración en la dosificación del hormigón proyectado con acelerante convencional es la disminución de la resistencia respecto a un hormigón sin el aditivo. Este efecto depende del tipo y dosis de aditivo utilizado; con los acelerantes convencionales en general, a mayor dosis de aditivo más rápido es el fraguado y mayor la disminución de la resistencia final. La disminución de resistencias finales con la utilización de silicatos puede llegar a 50%; se ha llegado a no recomendar el uso de silicatos en el sostenimiento de túneles por posibles problemas de adherencia a las armaduras. La disminución de resistencia final con el uso de aluminatos alcanza a un 20% en promedio. Con los acelerantes libres de álcalis, dicha disminución es aún menor.El comportamiento de un acelerador de fraguado depende del tipo, contenido y edad del cemento utilizado. Depende también del método de aplicación del hormigón proyectado así como de la temperatura ambiente. También la cantidad de agua adicionada en el sistema vía seca así como la razón agua/cemento de la mezcla inicial en el sistema vía húmeda, influyen en el comportamiento del acelerador.

ACELERANTES LIBRES DE ÁLCALIS

Aunque los acelerantes convencionales son cáusticos y fuente de riesgo para la salud de los operarios, ellos se han utilizados masivamente por décadas con excelente resultados. Sin embargo, además de la alta calidad del hormigón proyectado, hay actualmente una creciente demanda a nivel mundial en la construcción de túneles por productos no cáusticos y ambientalmente seguros. No sólo la calidad del hormigón proyectado es un requisito para grandes proyectos de túneles. Tan importante como la calidad son los aspectos económicos, la compatibilidad ecológica, transporte y almacenamiento seguro y un ambiente de trabajo no dañino para los operarios.

Con el uso de acelerantes libres de álcalis de reciente desarrollo, además de una rápida adquisición de resistencia inicial, se obtiene mayor resistencia final en el hormigón proyectado. Se obtiene también un ambiente de trabajo más seguro, dado que el uso de estos aditivos no es considerado de riesgo para la salud de la cuadrilla de aplicación. Los aceleradores libre de álcalis se presentan en forma de polvo o líquido, son de base mineral y pueden ser usados tanto para la vía seca como para la vía húmeda. Estos nuevos productos no son tóxicos, no son cáusticos y no son fuente de riesgo los operarios.

Las siguientes ventajas pueden obtenerse al utilizar un acelerador libre de álcalis: -Gracias a la mayor resistencia y densidad de la matriz de cemento, se obtiene un rápido desarrollo de la resistencia durante las primeras horas unido a óptimas propiedades adhesivas.

-Gracias a la mayor resistencia y reducido rebote se obtiene un óptimo resultado desde el punto de vista económico.

-Puede ser usado tanto para vía seca como para vía húmeda

-Mayor resistencia final

- No agrega álcalis adicionales a las aguas subterráneas.- Producto no riesgoso para la salud en su uso, almacenamiento y transporte.

- No irritante para los ojos.

- No dañino en contacto con la piel o cuando es inhalado.