Uso de la tecnología del Soft-Eye en Latinoamérica

Uso de la tecnología del Soft-Eye en Latinoamérica

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 65)
Antonio Corba Colombo; Gerente SIREG Latinoamérica S.A.S.

Hoy en día, un número creciente de túneles son excavados usando tuneladoras (TBM) de grande diámetro. Uno de los retos más difíciles a enfrentar es el cruce de la TBM a través de estructuras de hormigón (pilotes, pantallas, vigas) que conforman los pozos de lanzamiento y recogida de la misma, así como a través de las paredes de las estaciones construidas a lo largo de la ruta de la tuneladora. Normalmente, estas paredes de hormigón tienen un espesor consistente y son armadas con acero, el cual tiene una alta resistencia al corte, propiedad que impide el paso de la TBM ya que se dañarían el escudo y las herramientas de corte de la misma.

La solución a este problema fue encontrada hace más de quince años, investigando el uso de nuevos materiales de refuerzo (llamados materiales compuestos) realizados en fibra de vidrio. Esta tecnología, llamada soft-eye, prevé armar únicamente la sección de la estructura de hormigón por donde pasará la tuneladora con refuerzo en fibra de vidrio (GFRP), el cual puede ser excavado con mucha facilidad debido a su baja resistencia al corte. La jaula de refuerzo de GFRP se ensambla sin sustanciales diferencias comparada a una jaula de acero común, salvo por el hecho de que las barras y los estribos en fibra de vidrio no pueden ni soldarse ni doblarse en obra y, por consiguiente, todo el material entregado debe encajar con el plan realizado durante la fase de diseño.

Una de las primeras aplicaciones en el mundo (sino la primera en absoluto) y en Asia de esta tecnología se realizó durante la construcción del proyecto de ferrocarril KCRC EAST RAIL EXTENSION en Hong Kong, en el año 2001. Sireg suministró la fibra de vidrio para el refuerzo de los diafragmas de tres pozos de extracción de la tuneladora para este proyecto.

Cuatros años después de haber sido aplicada por primera vez, la tecnología del soft-eye hizo su primera aparición en absoluto en Europa, durante la construcción de la línea del Metro de Barcelona (Línea L9), del tren de cercanía de Sabadell y Tarrassa, y de la conexión del AVE entre las estaciones de Sants y La Sagrera.

Para estos proyectos, Sireg suministró la fibra de vidrio como refuerzo no solo para los diafragmas, sino también (como en el caso del metro de Barcelona) para la realización de vigas semicirculares de 24 m y 26 m de largo y pilotes de 1,500 mm de diámetro completamente en fibra de vidrio.

En el 2011, Sireg suministró refuerzos en fibra de vidrio para la construcción de la Estación Santo Tomás perteneciente a la Línea 1 del metro de Panamá, que fue la primera implementación de esta tecnología en Centro América.

En el año 2016, la tecnología del soft-eye fue utilizada por primera vez en una obra en Sud América. Sireg suministró fibra de vidrio para la realización de cuatro estaciones (Jipijapa, El Calzado, San Francisco e Iñaquito) de la primera línea del metro de Quito.

En el 2017, la fibra de vidrio fue utilizada para la realización de algunos diafragmas en el proyecto Altamira – Landfalls en México.

Uso de la tecnología del Soft-Eye en Latinoamérica

Llegada de la tuneladora, estación Jipijapa, Metro Quito

Uso de la tecnología del Soft-Eye en Latinoamérica

Ensamblaje de jaula en fibra de vidrio para el proyecto Altamira Landfalls, México

Uso de la tecnología del Soft-Eye en Latinoamérica

Llegada de la tuneladora, pozo de recogida – A.V.E. Sants – La Sagrera (Barcelona)

La fibra de vidrio, así como otros materiales compuestos (fibra de carbono y fibra de aramida), es un material relativamente nuevo. No obstante, hoy en día existen varios códigos/guías disponibles para el diseño de refuerzos de estructuras de hormigón armado con materiales compuestos. Algunos de los más importantes son:

  • A.C.I. 440.1 R-06: “Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars”
  • C.N.R.: “Guide for the Design and Construction of Concrete Structures Reinforced with Fiber Reinforced Polymer Bars”
  • FIBTG 9.3: “FRP reinforcement for concrete structures”
  • CHBDC: Canadian Highway Bridge Design Code
  • J.S.C.E: Japan Society of Civil Engineers.

Generalmente, durante la fase de diseño se asumen las siguientes condiciones:

  1. El diafragma es temporal y tiene un período de servicio < 1 año. En caso fuera necesario reforzar el diafragma por un periodo >1 año, la fibra de vidrio deberá ser fabricada usando resina viniléster en lugar de resina poliéster (la resina comúnmente utilizada para la fabricación de perfiles en fibra de vidrio para aplicaciones temporales). La resina viniléster evita que la alcalinidad del cemento afecte las propiedades mecánicas de la fibra de vidrio a largo plazo.
  2. La fibra de vidrio no contribuye al aumento de la resistencia a compresión del hormigón.
  3. La sección de la estructura permanece plana.
  4. Existe una perfecta adhesión entre la fibra de vidrio y el hormigón.
  5. Para aplicaciones permanentes, el ancho máximo de las fisuras del hormigón no puede exceder 0,7mm (según A.C.I. 440), mientras que para aplicaciones temporales no está indicado un límite. Por ende, está permitida una mayor fisuración del hormigón en la parte del diafragma reforzado con fibra de vidrio, excepto en algunos casos en donde hay prescripciones particulares para evitar la penetración de agua en la zona de solape entre la jaula de fibra de vidrio y la jaula de acero. En ese caso será suficiente agregar algunas barras en fibra de vidrio adicionales para controlar la fisuración.
  6. La resistencia a compresión admisible a servicio en el concreto, debe ser < a 0,55 con respecto a la resistencia a compresión especificada.

Teniendo como base las condiciones arriba mencionadas, el diseño deberá garantizar los siguientes tres puntos:

  1. Cálculo del refuerzo a flexión: se calcula cuantas barras en fibra de vidrio serán necesarias para poder garantizar el cubrimiento del momento último a flexión Mu en toda la sección de la pantalla.
  2. Cálculo del refuerzo a cortante: se calculan cuantos estribos en fibra de vidrio serán necesarios para poder garantizar el cubrimiento del momento último a cortante Tu en toda la sección de la pantalla.
  3. Cálculo de la longitud de solape: se calcula cual será la longitud de solape entre las barras en fibra de vidrio y las barras en acero.

Finalmente, en la fase de diseño, se debe también tener en cuenta que las propiedades mecánicas de la fibra de vidrio son típicamente diferentes a las del acero:

  • la resistencia a tracción con respecto al acero de refuerzo común es más del doble (1100MPa vs. 480Mpa);
  • el módulo de elasticidad con respecto al acero de refuerzo común es menor (46GPa vs. 200GPa);
  • la fibra de vidrio es un material elástico y no plástico, por lo que el comportamiento del material es linear / elástico hasta la ruptura.

Debido a estas diferencias, no es posible realizar una sustitución directa entre acero y fibra de vidrio, ya que es necesario compensar las diferentes propiedades del material. Esto es importante sobre todo en lo que concierne al valor del módulo de elasticidad, que es uno de los principales parámetros a tener en cuenta cuando se diseña el refuerzo de un diafragma, ya que la sección reforzada con fibra de vidrio exhibirá una mayor deformación si es comparada a la misma sección reforzada con acero.

La tecnología del soft-eye se ha convertido hoy en día en el estándar en los proyectos de construcción de las metropolitanas más importantes en el mundo. Se ha demostrado una tecnología económicamente factible, segura y económica ya sea en términos de tiempo que de dinero.

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