Guía de diseño

De lo expuesto en los apartados anteriores, se derivan en la tabla 4.8 algunas directrices para la dosificación de morteros de relleno con características satisfactorias desde un punto de vista de la bombeabilidad, de la capacidad de rellenar el hueco anular y de la carga impuesta al anillo.

Tabla 4.8 - Recomendaciones para la dosificación de morteros de relleno

Propiedades Recomendación Actuación

Densidad

aparente Buscar valores bajos intentado estar por debajo de los 1,7

g/cm

Tensión umbral

Buscar valores bajos intentando nunca

superar los 300Pa. Variar el contenido de

finos Usar contenidos morteros con contenido de

finos inferior a 350 kg/

m

Viscosidad Cuando sea necesario inyectar mayores caudales y cuando se tenga baja tensión

umbral, buscar valores bajos de viscosidad

Jugar con la cantidad y los tipos de aditivos plastificantes empleados

Aparte, se recomienda el uso de la correlación entre el contenido de finos y la tensión umbral para realizar el control y la estimación de las propiedades reológicas en obra. La correlación a emplear debe contrastarse en cada caso a través de ensayos previos. Así todo, en base a la correlación definida en el presente estudio se recomienda limitar el contenido de finos de la dosificación en 350 kg/m3 el cual debería dar lugar a morteros con tensión umbral por debajo de los 300 Pa.

Aunque las directrices presentadas en la tabla son de gran utilidad para definir los parámetros de partidas de una dosificación, las prestaciones exigidas de los morteros de relleno dependen de la situación de contorno encontrada a lo largo de la excavación. Por lo tanto, ésta puede variar considerablemente de una obra para otra e incluso dentro de un mismo trazado. El planteamiento de establecer valores base para el contenido de algunos componentes de la dosificación de los morteros no parece ser el enfoque más adecuado puesto que, frente a las variaciones encontradas en la realidad, habría que definir rangos demasiadamente amplios resultando en recomendaciones excesivamente vagas.

En vez de esto, en el presente trabajo se propone un nuevo enfoque más flexible que se molda a los requerimientos encontrados tal y como evidencia la Figura 4.14. En ella se muestra el procedimiento de diseño para las dosificaciones de los morteros de relleno en base a los logros alcanzados a lo largo de los estudios en esta línea de investigación.

Figura 4.14 - Procedimiento de diseño para los morteros de relleno

Para ello, se deben emplear las directrices mostradas en la tabla 4.8 además de algunos procedimientos de análisis capaces de traducir los mínimos requerimientos de desempeño de cada caso en propiedades que deben presentar los morteros de relleno. Estas propiedades pueden luego ser usadas para proponer y optimizar las dosificaciones de partida.

Así pues, de manera similar al descrito en el apartado 4.3.5, se puede estimar la tensión umbral en base a las ecuaciones de flujo y a las características del proceso de ejecución del relleno. A través de la correlación propuesta en el apartado 4.3.4.2, la tensión umbral calculada puede ser usada para estimar el contenido de finos de la dosificación de partida. Por otra parte, en base a experiencias anteriores, se definen el tipo y contenido de aditivo aireante cara a asegurar una baja masa específica en estado fresco.

Experiencias anteriores Contenido de aditivos aireantes Dosificación de partida Caracterización de la tensión umbral Caracterización de la viscosidad Caracterización de la densidad aparente en fresco contenido de finos contenido de aditivos plastificantes contenido de aditivos aireantes Dosificación final Tensión umbral calculada en función de las ecuaciones de flujo y de las características del

proceso ejecutivo Correlación entre contenido de finos y tensión umbral Contenido de finos Negativo _Positivo Directrices dadas en la tabla 4.8

Una vez definida la dosificación de partida se procede a la producción y a la caracterización de la misma respecto a la tensión umbral, a la viscosidad, a la masa específica en estado fresco. Luego, las propiedades medidas son comparadas a los valores definidos inicialmente lo que da lugar a la propuesta de ajustes en el contenido de finos y en los aditivos empleados.

En este contexto, las correcciones de la tensión umbral se realizan mediante la variación en el contenido de finos de la dosificación. Por otro lado, cambios en la viscosidad son logrados a través de variaciones en el contenido e incluso en el tipo de aditivos plastificantes empleados. Los ajustes en la densidad en estado fresco son fruto de alteraciones en el cometido de aireantes.

Enseguida, se procede a la producción y ensayo de la nueva dosificación obtenida tras las primeras correcciones. Las propiedades medidas son nuevamente contrastadas con los valores de partida establecidos inicialmente. Si algunas de los resultados no se acerca suficientemente a los valores de partida, se realizan los ajustes correspondientes hasta que se obtenga una dosificación aceptable.

A continuación, se presenta el resumen de las principales propuestas y avances frutos de las líneas de investigación sobre los morteros de relleno. Estos logros sirven de base para el procedimiento de dosificación propuesto siendo también herramientas bastante útiles para el control de la calidad de dichos morteros.

4.5.

Conclusiones

En el desarrollo del estudio se han identificado las propiedades principales que determinan el comportamiento del mortero de relleno. Estas son la: tensión umbral, viscosidad y densidad natural en estado fresco. De manera bastante sencilla, con los ensayos realizados ha sido posible caracterizar estas propiedades en los morteros de relleno en estado fresco. Los resultados obtenidos se mostraron coherentes y sirvieron de base para prever y comparar el desempeño de dicho material teniendo en cuenta las condiciones de puesta en obra.

El ensayo con el reómetro representó una contribución fundamental al permitir cuantificar los principales parámetros físicos que gobiernan el comportamiento del mortero de relleno en estado fresco. Aparte, se observó que morteros con resultados aparentemente similares en la mesa de sacudidas, presentaron diferencias significativas con respecto a las propiedades reológicas medidas con el reómetro. En este ámbito, el hecho de poder evaluar la tensión umbral de cizallamiento y la viscosidad permitió identificar de manera más clara las diferencias reales entre los morteros de relleno ensayados.

A partir de los resultados obtenidos, fue posible cuantificar la bombeabilidad de los diferentes morteros ensayados en cuanto a presión mínima y potencia mínima demandad del conjunto de bombas. Así, en un análisis preliminar se puede apuntar los morteros de las dosificaciones 1 y 2 del Túnel de Pajares como los de más fácil bombeabilidad y, a priori, con mejor capacidad de rellenar uniformemente el hueco anular. Parece claro que la bombeabilidad de los morteros es función de sus propias características, así como, de las características del sistema de bombeo. Precisamente por ello, no parece lógico concebir un ensayo que, aplicado únicamente al material, permita determinar la bombeabilidad de manera directa y para cualquier sistema de bombeo. En vez de esto, los ensayos desarrollados deben servir para determinar y cuantificar las características inherentes al material que influyen en el proceso de bombeo. Asimismo se debe profundizar en el estudio sobre la formulación matemática usada para cuantificar la bombeabilidad a partir de las propiedades reológicas y del sistema de bombeo considerado.

Fue identificada un elevado coeficiente de correlación entre el contenido de finos pasantes por el tamiz 200 y la tensión umbral de los morteros ensayados. La confirmación de los resultados expuestos a lo largo de este estudio, da lugar a una previsión de las propiedades reológicas del mortero a partir del contenido de finos del mismo. Ello puede convertirse en una herramienta simple tanto para diseñar las dosificaciones de mortero de relleno como para controlar sus propiedades durante la construcción del túnel.

Por lo general, la definición de las dosificaciones de mortero de relleno usadas en la práctica se base en las experiencias obtenidas en obras anteriores. Las eventuales adaptaciones necesarias en cada caso son realizadas a través del método de prueba y error a lo largo de la ejecución del túnel. A consecuencia de esto, se verifican problemas graves relacionados con el proceso de inyección que pasa a comprometer la velocidad de avance de la tuneladora y la calidad del proceso constructivo. La lenta capacidad de respuesta que se obtiene en la adaptación de las dosificaciones en el método de prueba y error hace con que los problemas hallados se extiendan por largos tramos de la excavación. Por otra parte, el proceso de adaptación puede ser bastante aleatorio, llevando a alteraciones en la dosificación sin los resultados esperados o incluso comprometiendo la calidad del relleno.

Del presente trabajo se derivan algunas recomendaciones generales con objetivo de orientar el constructor a la hora de realizar adaptaciones en los morteros. Así pues, se deben buscar valores bajos de masa específica aun teniendo en cuenta la estabilidad del mortero frente al proceso de inyección. Esto se obtiene a través de la incorporación de aditivos aireantes. Asimismo en los casos en que se verifican problemas en el proceso de bombeo e inyección o relleno deficiente del hueco anular, se recomienda el uso de morteros con valores más bajos de tensión umbral, lo que se logra por medio de variaciones en el contenido de finos de la dosificación. De manera complementaria y en los casos en que se necesita un mayor caudal de inyección, se deben buscar morteros con viscosidad más bien baja obtenida a través de variaciones en la cantidad y en los tipos de aditivos empleados.

Teniendo en cuenta los resultados de las campañas experimentales se recomienda el uso de morteros de relleno con masa específica en estado fresco inferior a 1,7 g/cm³. Por otra parte, se recomienda el uso de morteros con tensión umbral por debajo de los 300 Pa. De acuerdo con la correlación mostrada en el apartado 4.3.4.2, ello se obtiene en dosificaciones cuyo contenido de finos no supera los 350 kg/m³. Estas directrices sirven de partida para una guía de diseño bastante flexible propuesta para dosificar el mortero de relleno en función de los requisitos del sistema de inyección de cada túnel.

El estudio de la influencia del procedimiento de conservación del mortero mostró que la tensión umbral aumenta considerablemente con el paso del tiempo. Ello se verificó de manera casi indistinta para el mortero que recibe amasado posterior y para el mortero que no recibe amasado posterior. En ambos casos, el aumento observado es bastante significativo (un 20% en las 4 primeras horas desde el final del amasado) lo que puede dificultar el proceso de bombeo y el relleno satisfactorio del hueco anular.

Por otra parte, la evolución de la viscosidad con el tiempo se mostró bastante sensible al procedimiento de conservación del mortero. Fue constatado que el mortero que no recibe el amasado posterior tiene un aumento exponencial de la viscosidad mientras que el mortero que recibe el amasado posterior presenta una pequeña disminución de la viscosidad. Ante estas constataciones, se recomienda el control del tiempo entre la producción del mortero y la efectiva inyección del mismo. Aparte, cara a garantizar mejores propiedades reológicas, se deben realizar mezclas periódicas durante el período en que el mortero se encuentra almacenado.

5.

PRESIÓN TRAS LA