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Empleo de fibras sintéticas estructurales Sika Fiber en el sostenimiento de los túneles ferroviarios de Sighisoara a Atel, Rumania

Antonio Anes Acebo; Ingeniero de Minas, Tunnel Manager, FCC Servicios Ciudadanos.
Alberto Rey Sabín; Ingeniero de Minas, Corporate Key Account Manager, Sika.

En los últimos años, la evolución y mejora de las fibras estructurales sintéticas Sika Fiber® ha posibilitado entre otras aplicaciones su empleo tanto en hormigones proyectados, como en elementos prefabricados y en soleras.

Dada su composición química, las fibras estructurales sintéticas proporcionan al elemento armado el comportamiento deseado también en condiciones de exposición altamente agresivas (alta resistencia química).

Sika Fiber® cumple con los requisitos de la Norma EN 14889:2006 Clase II como fibras estructurales sintéticas, dotando al hormigón de la ductilidad deseada. Para conseguir el rendimiento deseado se recomienda seguir las indicaciones de uso detalladas en la Hoja de Producto, siendo especialmente importantes aquellas referidas al proceso de mezcla para garantizar la homogeneidad de la misma.

En el caso particular del hormigón proyectado como sostenimiento de una labor subterránea, las fibras sintéticas estructurales representan hoy una alternativa eficiente y competitiva frente a los mallazos y fibras metálicas.

De forma resumida, esta tendencia de sustitución de acero por de fibras sintéticas estructurales presenta las siguientes ventajas del uso:

  • Alta Durabilidad
  • Reducción del rebote y de los huecos/sombras ocasionados al proyectarhormigón sobre mallazos metálicos
  • Facilidad de manejo, de mezcla, de bombeo y de colocación
  • Reducción de los costes

En este artículo se detallan las caracteriśticas de la obra de referencia del tramo ferroviario entre Sighisoara y Atel en Rumanía en la que se han empleado fibras estructurales sintéticas Sika Fiber®.

Descripción de la obra y su problematica

La Companĩá Nacional de Ferrocarriles de Rumanía , CFR, ha adjudicado en 2012 al consorcio formado por FCC Servicios Ciudadanos y Azvi, la rehabilitación y mejora del tramo ferroviario de veintiocho kilómetros entre Sighisoara-Atel, en la región de Transilvania, al norte de Bucarest, perteneciente a la línea Simeria-Brasov, en Rumanía . Dicha línea forma parte del Corredor IV Paneuropeo de Transporte.

El Proyecto incluye la ejecución de cuatro variantes con una longitud total de casi nueve kiloḿ etros y la remodelacioń de dos estaciones y dos apeaderos. Entre las distintas obras de paso destaca un viaducto en arco, de un vano de 125 metros y dos túneles que suman una longitud total de 1.370 metros: el Tuń el de Danes de 969 m (20+862+87) y el Túnel de Sighisoara con una longitud total de 401 m (20+325+56).

A partir del diseño inicial la UTE ha propuesto con éxito una serie de modificaciones al mismo. Definidas las nuevas secciones de sostenimiento y el proceso constructivo, ha sido preciso, una verificacioń o caĺculo de los mismos con una modelizacioń 3D.

Para ello, la UTE ha recurrido a la colaboración de Uriel y Asociados, con amplia experiencia en el campo de la geotécnica y que tambień ha tomado parte del diseño de la campaña geotécnica complementaria llevada a cabo.

Dicha modelización ha sido llevada a cabo con el programa FLAC3D, y además de simular las secciones tipo, los elementos de sostenimiento por separado (cerchas, paraguas de micropilotes, gunita de sostenimiento, revestimiento) y la secuencia de ejecución, se ha modelizado en 3D situaciones concretas, muchas de las cuales a petición expresa del proyectista, podrían originar grandes deformaciones en el terreno circundante al túnel.

Algunos ejemplos son: la estabilidad del frente, la verificación sísmica, la verificacioń a esfuerzos de compresioń por acciones combinadas, el cálculo del revestimiento bajo subpresión geostática, y para el caso del túnel de Sighisoara dada la escasa cobertera, el efecto del tráfico y el cálculo considerando K0= 0.5.

Los resultados obtenidos tras la modelización ponen de manifiesto la validez de las secuencia de ejecución y los elementos de sostenimiento propuestos, y lo que es de gran importancia en el caso del tuń el de Sighisoara, con un desplazamiento max́ imo en clave de 34 mm, lo que supondría una afección prácticamente nula a la carretera y edificios cercanos, tema que preocupaba enormemente a la propiedad del proyecto.

El último paso para terminar con la definición del nuevo método constructivo, pero no por ello menos importante, fue la definicioń de un intensivo sistema de monitorización para ambos túneles. Para ello, se han definido unas pautas de medición y control a llevar a cabo desde el interior del túnel simultáneas a la ejecución de los mismos, y también un intenso control de movimientos en superficie, teniendo este último gran relevancia en el caso del túnel de Sighisoara por los condicionantes externos citados.

Ejecución del nuevo proyecto

Una vez que el nuevo Proyecto Constructivo de los túneles es aprobado por parte del proyectista y de la propiedad CFR, surge el difícil reto de arrancar la construcción de los túneles en un país, Rumanía, donde la experiencia en ejecución de túneles convencionales es limitada.

Por ello, la UTE opta por la instalacioń a pie de obra de una planta de ejecución de hormigón y gunita, y de un laboratorio propio para el control de resistencias, dosificaciones y realizacioń de ensayos in situ y se surte a traveś del Parque Central de Maquinaria, de la maquinaria especifica de ejecucioń de tuń eles (2 robots de gunita SIKA PM500, 2 ventiladores de 90KW, un jumbo Atlas Copco Boomer 282 y 2 manipuladores telescoṕ icos giratorios Merlo).

Como consecuencia de las particularidades tećnicas del Proyecto, la definición de las fórmulas de trabajo de los diferentes hormigones empleados ha resultado laboriosa, destacando el reducido rechazo producido incluso en las épocas de frío invierno con temperaturas por debajo de los -25 0C.

Por su parte, en el tuńel de Danes, se ha terminado la excavacioń en fase de avance, y se empieza la fase de destroza.

Desde el inicio de las pruebas de hormigoń en la planta de produccioń de la UTE se ha trabajado de forma coordinada con los diferentes Departamentos involucrados (Control de Calidad, Producción de Hormigón , Producción de Túnel, etc). Este modelo de trabajo basado en la comunicación ha permitido hacer frente a los retos y dificultades propios de los primeros tuńeles convencionales ejecutados en Rumania en décadas.

Para ello, Sika consciente de la relevancia del Proyecto, seleccionó el mismo como Proyecto Clave, asignando los recursos humanos y medios materiales necesarios para dar servicio a la UTE.

A nivel local, Sika Romania organizó un equipo de trabajo consistente en los responsables de TM Concrete (Radu Sava), R&D (Cristian Sava), KAM (Zeno Dan) y KPM (Rares Simedrea), poniendo a disposición de la UTE sus instalaciones (ej. Laboratorio de Control de Calidad y Almaceń).

Por su parte, Sika Services aportó tanto los medios materiales: robot Sika PM500 en la fase de ensayos de hormigón proyectado a escala real en el emboquille del tunel y el Laboratorio Corporativo de Fibras en Zur̈ich, como humanos, con un examinador de operarios de robot de guita EFNARC para realizar las pruebas en las mejores condiciones y el CKAM Main Contractors (FCC) para coordinar los trabajos.

Hormigones del Proyecto. Diseños y fórmulas de trabajo

Tras una cuidadosa campaña de ensayos previos y los correspondientes de caracterización posterior, las fórmulas de los principales hormigones del Proyecto han quedado tal y como se indica a continuación:

Tabla I. Análisis granulométrico de los áridos

Por otro lado, siguiendo los requerimientos de la UTE en cuanto a tiempo abierto necesario para la puesta en obra del hormigoń proyectado, el aditivo superplastificante Sika Viscocrete SC 900 ha conseguido mantener la consistencia de la mezcla durante >2 horas.

En la primera fase de pruebas del hormigoń proyectado, se consideró el uso de acelerantes libres de álcali (Sika Sigunita L53AF y Sika Sigunita L 93 AF) ensayando su comportamiento en la zona de emboquille del Túnel de Sighisoara. Finalmente, dadas las dificultades de almacenamiento en condiciones de invierno se opta por emplear el acelerante de base aluminato Sika Sigunita L 22 R.

Por su parte, en relación con el empleo de fibras sintéticas estructurales en el hormigoń proyectado, se han realizado campañas de ensayos para caracterizar el comportamiento de las diferentes mezclas.

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Especificación hormigón proyectado:

  • Resistencia compresión a 1 día 12 MPa
  • Resistencia compresión a 28 días 35 MPa
  • Energía de Absorcioń 700 J

La caracterización y control de calidad del hormigón proyectado reforzado con fibras sintéticas (PFRSC) se ha basado en ensayos de Absorción de Energiá con paneles cuadrados (EFNARC) de acuerdo con la Norma EN 14488-5.

Especificación hormigón revestimiento:

Resistencia compresioń 15 MPa a 12 horas.

Valores de resistencias a compresioń alcanzadas en los ensayos de Control de Calidad en el Laboratorio de la UTE:

10 h          29MPa

7 d           45,5 MPa

28 d         55 MPa

En todo momento el Laboratorio de Control de Calidad de Sika Romania ha estado apoyando la labor del equipo de Control de Calidad de la UTE realizando ensayos para completar la información disponible.

Una de las aplicaciones potenciales del hormigoń reforzado con fibras sintéticas (PFRC) analizadas ha sido el refuerzo del hormigoń de revestimiento del tuńel. Para ello, se han ensayado muestras en laboratorios locales en Rumanía y en Sika AG (Zur̈ ich).

En este caso, para determinar las resistencias residuales del PFRC se ensayan probetas prismat́icas de acuerdo a la Norma EN 14651.

Hormigón estructural en otras aplicaciones:

SikaPlast 421
Cemento CEM II ALL 42,5 R (Holcim)

Resultados de ensayos EN 14651

Resultados de ensayos EN 14651

Otros productos y sistemas Sika empleados en la obra

Además de los sistemas Sika ya mencionados, a continuación se presenta un listado de las principales soluciones Sika empleadas en esta obra.

Sika BV 3 M C10

Sikafrostschutz Liquid N RO

SikaMonoTop-620 CZ, Sika MonoTop-612 CZ y Sika MonoTop-614

Sika Plan WP 1100-20HL yellow RO

Sika Waterbar V-24, Sika Waterbar O-25 y Sika Waterbar O-32 Sikadur-12 Pronto (AB)

Sika Separol

Sika Plan W Felt 500 PP White

Sikagard-680S RAL7032 C15

Sikadur-52 Injection (AB)

SikaGrout-314 CZ

Sika-Felt A 300

SikaTop Seal-107 (AB) grey

Sikaswell S-2

Sika Viscocrete-2320S

Láminas Impermeabilización Sika Plan

Valoración y conclusiones

Gracias al plan de control de convergencias empleado en la obra se ha podido hacer un seguimiento continuo de las deformaciones en el túnel y a nivel de superficie.

Considerando estas mediciones, los movimientos reales originados durante la ejecución del túnel, han alcanzado un máximo de 33 mm(desplazamiento vertical) desde la clave del tuń el hasta la carretera, lo que certifica que, tanto el proceso constructivo, como los elementos de sostenimiento empleando fibras estructurales sintéticas Sika Fiber y los valores de cálculo considerados, han sido acertados.

Finalmente, el máximo desplazamiento en destroza registrado con cinta extensométrica ha sido inferior a 5 mm.

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