CAPÍTULO 4
ESTUDIO DE LA INFORMACIÓN RECOPILADA
4.1.- INTRODUCCIÓN
El objetivo que se ha perseguido con la recogida de datos es ver la situación actual del hormigón proyectado en todo el mundo, en España en particular y compararla. Se ha analizado el sistema de proyección más utilizado (vía seca, vía húmeda) y a partir de ahí se han estudiado los componentes de las mezclas para cada sistema. Con esto, se ha buscado entender el por qué de la evolución de la proyección por vía seca a vía húmeda.
La metodología seguida en este estudio ha consistido en la recopilación de una serie de obras subterráneas realizadas a lo largo de todo el mundo en las que se ha empleado hormigón proyectado. Una vez recopiladas, se han plasmado sus datos más significativos para el objetivo del estudio en fichas.
Toda la información recogida sobre las distintas obras se encuentra recopilada en el anejo número 1.
4.2.-DESCRIPCIÓN DE LAS FICHAS 4.2.1.- Características
Las fichas elaboradas constan de tres apartados principales. En cada una de las fichas se indica la fuente principal de obtención de la información.
En el primero de los apartados se realiza una identificación de la obra en cuestión. Es importante situar la obra en el tiempo y citar ciertos aspectos referentes a su construcción para poder entender el contexto en el que se utiliza el hormigón proyectado. Los datos que se incluyen en este apartado son: año en que finalizó su construcción, empresas que participaron, magnitud de la obra, es decir, el volumen de excavación y también el volumen de hormigón proyectado utilizado. La geología por la que discurre la obra también se indica. Una vez que está la obra identificada, el siguiente paso es saber la forma en que se proyectó el hormigón y la función que desempeña. Estas dos últimas cuestiones son de un gran interés, puesto que permitirán dar respuesta a uno de los objetivos básicos del presente estudio que son conocer el porcentaje de utilización de la vía seca y de la vía húmeda, cómo ha ido evolucionando en el tiempo este porcentaje y cuáles son las funciones que desempeña primordialmente el hormigón proyectado.
El segundo apartado es el que ya sirve para referenciar al hormigón proyectado.
Describir todos los materiales que lo componen: cementos, áridos, adiciones y aditivos.
Conociendo la cantidad de cemento que se utiliza, se podrá realizar una comparación entre la vía húmeda, la vía seca y un hormigón normal. Además, obtener después interesantes relaciones con el rebote y las resistencias a 24 horas y a 28 días. Los áridos son un componente diferenciador del hormigón proyectado respecto a un hormigón normal. El distinto porcentaje de fracción fina y fracción gruesa y de cantidad total de material granular respecto a un hormigón normal permitirá realizar un interesante análisis. Por lo que respecta a las adiciones y aditivos que se utilizan, resultan tremendamente interesantes su conocimiento para ver la evolución que han sufrido en los últimos 10-15 años y ver cómo han ido variando tanto los tipos de adiciones y aditivos como su frecuencia de uso.
Por último, el tercer apartado recoge 3 magnitudes destacables en el hormigón proyectado como son el rebote, y las resistencias a 24 horas y a 28 días. Lo que se quiere con estos datos es tener un orden de magnitud de estas variables y ver la relación existente entre ellas. Además, comprobar también cómo las variaciones en la dosificación llevan consigo variaciones en estas magnitudes, es decir, cómo influye la cantidad de cemento o de fibras de acero en el rebote o en la resistencia a compresión, etc. Todo ello permitirá obtener unas interesantes conclusiones.
En la tabla 4.1 se muestra un modelo de las fichas que se han utilizado para recoger la información de cada una de las obras.
Referencia:
Fuente:
Año:
Empresa:
Vol. excav.:
Vol. horm.proy.:
Geología:
Vía utilizada:
Función:
DOSIFICACIÓN
Cemento
Áridos
a/c
Adiciones
Aditivos
CARACTERÍSTICAS
Rebote Resistencia a las 24 horas Resistencia a los 28 días
4.2.2.- Relación de obras estudiadas.
A continuación se indican todas las obras que han sido objeto del análisis.
En primer lugar, en la tabla 4.2, aparecen las obras pertenecientes a España.
Tabla 4.2 Obras españolas objeto de análisis. Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 4.3 se recogen las obras pertenecientes a Europa.
REFERENCIA ES 01 ES 02 ES 03 ES 04 ES 05 ES 06 ES 07 ES 08 ES 09 ES 10 ES 11 ES 12 ES 13 ES 14 ES 15 ES 16 ES 17 ES 18 ES 19 ES 20 ES 21 ES 22 ES 23 ES 24 ES 25 ES 26
Paso bajo la Ronda de Dalt entre la estación de Valldaura y la Plaza Karl Marx Prolongación de la cola de maniobras de la estación de Montbau hasta un poco antes de la estación de Mundet
NOMBRE
ESPAÑA
Túneles Rabo de la Sartén (límite Cuenca-Valencia)
Túnel de Somport (sostenimiento frentes excavados por voladura) Túnel de Somport (sostenimiento pozo ventilación)
Túnel de Somport (sostenimiento galería piloto)
Túneles de Bagís (eje transversal, tramo Santa Coloma Farners- Tres Camins) I Túneles de Bagís (eje transversal, tramo Santa Coloma Farners- Tres Camins) II
Túnel de Costafreda, en la variante de Súria, de Manresa a Tortosa Túnel de la Torre, en la variante de Súria, de Manresa a Tortosa Eje transversal, túnel del tramo Viladrau-Sant Hilari
Túnel de Montant de Tost (Organyá-Adrall)
Túnel de las Fosas (eje transv. Lleida- Girona tram. S. Col. Farners- Tres Camins) I Túnel de las Fosas (eje transv. Lleida- Girona tram. S. Col. Farners- Tres Camins) II Perforación y sostenimiento del túnel para el desvío del río Cardener I
Perforación y sostenimiento del túnel para el desvío del río Cardener II Túnel ferrocarril A.V. Madrid-Sevilla (tramo Adamuz-Villanueva) Túnel de Parpers (Mataró)
Reparación y refuerzo del túnel de Belate (Navarra) Túnel del Llobregat
Túnel de Bianya (Andorra) Túneles de El Pardo (Madrid) Túnel de Nueva Mina (León) Túnel de La Palma de Santa Cruz Túnel de Veriña (Monte Areo, Asturias) Túnel de Belate (Navarra)
Tabla 4.3 Obras europeas objeto de análisis. Fuente: Elaboración propia.
Por último, en la tabla 4.4 aparecen todas las obras que pertenecen al resto de continentes.
REFERENCIA EU 01 EU 02 EU 03 EU 04 EU 05 EU 06 EU 07 EU 08 EU 09 EU 10 EU 11 EU 12 EU 13 EU 14 EU 15 EU 16 EU 17 EU 18 EU 19 EU 20 EU 21 EU 22 EU 23 EU 24 EU 25 EU 26 EU 27 EU 28
NOMBRE
EUROPA
Túnel de Heilsberg-Singen (Alemania) Túnel de Flurlinger (Suiza)
Túnel de Hüslen (Suiza) Túnel de North Cape (Noruega)
Túnel-galería de Rosenberg (Saint Gallen, Suiza) Galería en espiral de la central eléctrica de Etzel (Suiza) Túnel de Chauderon (túnel ferroviario LEB, en Lausana) Túnel de Zammer (Tirol, Austria)
Túnel de Girsberg (Suiza)
Doble túnel subterráneo en la A-14 (París) Túnel de Ditschard (Alemania)
Túnel de carretera de montaña en Urner (Suiza) Reparación del túnel del Canal de la Mancha Túnel de Laerdal (Noruega)
Túnel de Froya (Noruega) Túnel de Blisadona (Austria)
Túnel de North Downs (Reino Unido) Túnel de Sveti Marko (Eslovenia)
Túnel de Bolu (proyecto de autopista en Anatolia, Turquía) Estación en el Teatro Nacional de Oslo (Noruega)
Heatrow Express (Londres) Túnel de Sieberg (Austria) Túnel de Irlahüll (Alemania) Galleria di Orte (Italia) Metro de Atenas Metro de Londres
Túnel de acceso vertical (Sedrun, Suiza) Túnel de acceso intermedio (Sedrun,Suiza)
Tabla 4.4 Obras del resto del mundo objeto de análisis. Fuente: Elaboración propia.
La recopilación de la información ha sido complicada. Si bien es cierto que los datos han sido proporcionados por tres fuentes principales (GISA, Sika y Bettor MBT), este no es un dato que quite representatividad al estudio puesto que Sika y Bettor son las 2 empresas que abarcan la mayor parte del mercado de aditivos en el mundo, y GISA ha aportado la información de gran parte de las obras realizadas en Cataluña. Para acabar de completar cada una de las fichas, ha debido recurrirse a la búsqueda vía internet, con las dificultades que conlleva encontrar datos tan específicos como los que aquí se muestran de los distintos túneles.
El total de fichas elaboradas es de 71. En algunos de los túneles, al no utilizarse un mismo tipo de hormigón proyectado a lo largo de toda la obra y disponer de la información acerca de la dosificación de estos hormigones, se han elaborado varias fichas. Se han agrupado según continentes de la forma que se refleja en la figura 4.1.
Para el posterior análisis, se trabajará por separado con las fichas de España, Europa y el resto del mundo (Asia, América y África).
El objetivo que se busca agrupando las obras de esta manera, es situar la posición española y a partir de ahí realizar una comparación con Europa y el resto del mundo. El motivo de agrupar las obras de Asia, América y África en un mismo grupo, es debido a que están realizadas por empresas multinacionales, es decir, que no influye la localización de las obras en la forma de trabajar con el hormigón proyectado con lo
REFERENCIA RM 01 RM 02 RM 03 RM 04 RM 05 RM 06 RM 07 RM 08 RM 09 RM 10 RM 11 RM 12 RM 13 RM 14 RM 15 RM 16 RM 17
Estación de subterráneo Shirogane Dai (Tokio, Japón)
Proyecto de cuele vertical (Johanesburgo, República Sudafricana) Instalación hidroeléctrica Sondu Miriu (Kenia
NOMBRE
Túneles Tai Lam (Hong Kong) Cavernas de Roca (Singapur) Autopista Dali Baoshan (China)
Estación de la planta nuclear de Hamaoka (Japón) Túnel de Buenavista (Villavicencio, Colombia) Túneles de Lo Prado 2 y Zapata 2 (Chile) Estación de Quarry Bay (Hong Kong) Túneles de Blackhill (Hong Kong)
Aeropuerto de Dulles, túnel de acceso peatonal (Virginia, EEUU) Túnel de Numi (Illinois, EEUU)
Túnel Heliopolis del Metro de Belo Horizonte (Brasil) Proyecto de Planta hidroeléctrica Miel 1 (Colombia) Túneles de Burnley y Domain (Melbourne, Australia) Túnel de Cameron Run (Virginia, EEUU)
RESTO DEL MUNDO
que tiene coherencia agruparlas y así las conclusiones que se obtengan tendrán un mayor peso.
Figura 4.1 Distribución de las fichas. Fuente: Elaboración propia.
4.3.- ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS CORRESPONDIENTES A ESPAÑA.
En España se disponen de 26 fichas correspondientes a 17 túneles.
Año
Para datar el año de realización del túnel, se ha seguido el criterio de indicar su año de finalización, considerando que aunque no coincida con la fecha en que se realizó el sostenimiento o el revestimiento mediante hormigón proyectado (muy difícil de obtener) no afecta al análisis, pues, en cualquier caso se cometería el mismo error sistemático para todos los túneles.
La cronología de los túneles tratados se muestra en la figura 4.2.
Distribución de las fichas
3% 12%
10%
42%
33% ASIA
AMÉRICA ÁFRICA EUROPA ESPAÑA
Cronología de las obras
35%
50%
15%
2001-2003 1996-2000 1990-1995
Se debe comentar que el centro de gravedad de la muestra se encuentra alrededor del año 1997-1998. La razón de ser de este hecho es clara. La mayoría de las obras son bastante recientes, puesto que es lógico que se disponga de más información de las últimas obras realizadas, sobretodo, por ejemplo, de la información proveniente de internet. Además, un número importante de los túneles corresponden a las obras que se realizaron en el eje transversal alrededor de esa fecha.
Empresa
La realización de las obras se lleva a cabo en su mayor parte por UTE, uniones temporales de empresas, especializándose cada una de las empresas que la configuran en un aspecto determinado. No se producen uniones entre una empresa grande y otra pequeña, sino que la filosofía suele ser la de una constructora nacional con otra del lugar donde se hace la obra. Da la sensación, o puede entenderse, que la intención de la administración es distribuir las obras entre todas las empresas para que se reparta el mercado
Volumen de excavación y de hormigón proyectado
Por lo que respecta al volumen de excavación y al volumen de hormigón proyectado, evidentemente las cifras son dispares, en función de la magnitud de la obra, de la geología sobre la que se está trabajando y de la función que debe cumplir el hormigón proyectado. Básicamente desempeña la función de sostenimiento, aunque la mejora en la calidad de aplicación ha hecho que su uso como revestimiento definitivo empiece a generalizarse.
Para obtener un orden de magnitud del cociente entre el volumen de excavación y el volumen de hormigón proyectado y ver si las obras que se desarrollan en España se encuentran próximas a ese valor, se puede hacer un pequeño cálculo.
Considerando una sección media de excavación de 100 m2 y un tramo de túnel de 1 metro lineal, se trata de 100 m3 de excavación por metro lineal de túnel.
Asemejando la sección a una semicircunferencia (para facilitar cálculos), resulta un
¨radio¨ de 8 metros.
100 = (½)· (radio)2 · π → radio = 8m.
Por lo tanto, el perímetro aproximado de la sección es de 25 m. (π · radio). De esta manera, y al ser el tramo de túnel de 1 metro lineal, considerando un espesor de aplicación de 10 cm (en sostenimiento que es la función habitual), el volumen de hormigón proyectado por metro lineal es de 2,5 m3.
Así que el cociente entre volumen de excavación y volumen de hormigón proyectado es de 100/2,5 = 40.
Comparando este valor con los que se pueden obtener en los túneles que se han analizado y que se muestran en la tabla 4.5, se observa que excepto en la referencia ES 12 que pertenece al túnel de Somport, en el resto se utiliza más cantidad de hormigón proyectado que la que resulta en teoría del coeficiente que se ha obtenido. Una posible explicación es la geología del terreno. El túnel de Somport discurre por rocas duras y en buen estado como son las calizas, y el resto lo hace por terrenos de peor calidad y hace necesario un mayor sostenimiento con hormigón proyectado.
Tabla 4.5. Cocientes entre volumen de excavación y volumen de hormigón proyectado. Fuente: Elaboración propia.
De todas maneras, el resultado obtenido debe relativizarse en base a la información de la que se dispone. Es decir, los volúmenes de excavación aportados puede ser que no solamente se refieran a excavación del túnel sino también a alguna otra obra auxiliar que sea necesaria y en la que no haya después que proyectar hormigón. Por lo tanto, ese aspecto debe dejarse claro.
Método de proyección
Si se analiza el método de proyección más utilizado, se observa que en los últimos años ya se puede hablar de una preponderancia de la vía húmeda respecto a la vía seca. En el periodo 1991-1996, de las obras de túneles y subterráneas realizadas en España, el 77% se habían ejecutado mediante el sistema tradicional de la vía seca, mientras que el 23% restante se habían hecho por vía húmeda. Zängerle (1996).
Las obras de las que consta el presente estudio, comprendidas, como se ha comentado con anterioridad, entre los años 1991-2003, reflejan como se muestra en la figura 4.3 una dominante utilización de la vía húmeda sobre la vía seca.
REFERENCIA
VOLUMEN EXCAVACIÓN
(m3)
VOLUMEN HORMIGÓN PROYECTADO
(m3)
COCIENTE
ES 01 335000 75000 4,47
ES 06 39000 1961 19,89
ES 08 43288 8114 5,33
ES 09 686000 75000 9,15
ES 12 2051247 45600 44,98
Figura 4.3 Porcentaje de utilización en el periodo 1991-2003. Fuente:
Elaboración propia.
El 65% de los túneles están ejecutados por vía húmeda y el 35% por vía seca.
Si se hace un análisis evolutivo en el tiempo del porcentaje de obras en las que se utiliza vía seca y en las que se utiliza vía húmeda en España, agrupando las obras de la muestra en los periodos de tiempo del 1990-1995, 1996-2000, 2001-2003, se observa un porcentaje creciente en el uso de la vía húmeda excepto en el periodo 2001-2003 donde se reduce un poco, aunque tampoco es significativo por la escasez de obras de la muestra pertenecientes a ese periodo. Pese a no ser una información que aporte en exceso, se recogen estos porcentajes en la tabla 4.6.
Tabla 4.6. Porcentaje (%) en la evolución de la vía seca- vía húmeda. Fuente:
Elaboración propia.
Cabe destacar que de las 26 fichas correspondientes a España analizadas, 12 pertenecen a obras gestionadas por GISA, es decir, que un peso importante de la muestra proviene de obras realizadas en Cataluña por esta institución que depende del gobierno de la Generalitat y que fue la pionera en la aplicación del hormigón proyectado por vía húmeda en obras de túnel en España. De las 12 obras de GISA, 8 han utilizado un hormigón proyectado por vía húmeda. Por tanto, se mantiene el porcentaje de dos terceras partes de las obras realizadas por vía húmeda.
35 65
0 20 40 60 80 100
%
Vía seca Vía húmeda
Porcentaje de utilización de la vía seca-vía húmeda
V ía seca V ía h ú m ed a
1990-1995 33 66
1996-2000 28 72
2001-2003 43 57
Si se hace una restricción al periodo 1996-2003 para ver la evolución respecto a los datos que se comentaban con anterioridad del periodo 1991-1996, se ve todavía más claramente la tendencia que se está teniendo al uso de la vía húmeda. Como se ve en la figura 4.4, en un 70% de las obras analizadas se utiliza la vía húmeda y en un 30% se utiliza la vía seca.
Figura 4.4 Porcentaje de utilización en el periodo1996-2003. Fuente:
Elaboración propia
Es un porcentaje similar al que resultaba con anterioridad incluyendo el periodo 1991-1995 ya que el número de túneles de esta franja temporal es reducido. Pero ahora ya se puede realizar una comparación directa con los datos mostrados antes y ver cómo se ha pasado de un 77% en vía seca a un 30%, y de un 23% en vía húmeda a un 70%.
Por tanto la tendencia está clara. La vía húmeda ha ocupado el lugar de la vía seca.
Características de los hormigones utilizados
Las características de los distintos hormigones utilizados varían tanto en cuanto a dosificación como a resistencias a compresión. En la tabla 4.7 se aglutinan una serie de datos referidos a las fichas tratadas.
30
70
0 20 40 60 80 100
%
Vía seca Vía húmeda Porcentaje de utilización de la vía seca-vía
húmeda
Tabla 4.7 Hormigones proyectados que se utilizan. Fuente: Elaboración propia.
La norma UNE 80 301:1996, que denomina, clasifica y especifica los cementos comunes, denomina a los cementos con las 3 letras CEM. Los cementos comunes, conforme con esta norma, se subdividen en los 5 tipos principales siguientes.
I Cemento Pórtland
II Cementos Pórtland compuestos III Cementos de horno alto
IV Cementos puzolánicos V Cemento compuesto
En el caso de las obras que estamos analizando, los cementos utilizados son del tipo I y II. En función del tipo de adición de que dispongan, escoria, humo de sílice, cenizas volantes, su designación varía y se indica con varias letras. Por eso aparecen cementos de tipo II/A-P (cemento Pórtland con puzolana), de tipo II B-V (cemento Pórtland con cenizas volantes), etc. Alguna de las designaciones no coinciden con las actuales como el cemento tipo II-C (cemento Pórtland con ceniza volante). UNE 80.301 (1988).
Tipo kg/m3
ES 01 Húmeda Tipo II B-V 32.5R 360 24 y 35 > 25 30/70
ES 02 Húmeda Tipo II 42.5 A-P 450 10 > 30 15/85
ES 03 Seca Tipo I 45 A 310 - - 25/75
ES 04 A Seca Tipo II C-45 A 400 - 25 34/66
ES 04 B Húmeda Tipo II C-45 A 400 - 32 42/58
ES 05 A Húmeda - 420 - 40,7 -
ES 05 B Húmeda - 400 - 47,8 -
ES 06 Húmeda Tipo II 42.5 475 - 30 30/70
ES 07 Húmeda - 500 < 6 40 2/98
ES 08 Húmeda - 400 - 35 40/60
ES 09 Seca - 400 - - -
ES 10 Húmeda - 400 - 32 -
ES 11 Húmeda - 400 8-10 - -
ES 12 Húmeda Tipo I 52.5 A 410 6-8 32,7 21,5/78,5
ES 13 Húmeda Tipo I 52.5 A 410 6-8 32,7 21,5/78,5
ES 14 Seca Tipo I 52.5 A 400 6-8 33,1 15/85
ES 15 Seca Tipo I 45 A 400 - - 34/66
ES 16 Húmeda Tipo I 45 A 400 12 - 25/75
ES 17 Seca Tipo I 45 A 400 - - 34/66
ES 18 Húmeda Tipo I 45 A 400 18,47 y 8,97 - 25/75
ES 19 Seca Tipo I 42.5R - - 37 -
ES 20 Seca Tipo I 42.5R - - 40/43(con-sin fibras) -
ES 21 Húmeda Tipo I 42.5R - - 40/37(con-sin fibras) -
ES 22 Húmeda Tipo I 42.5R - - 40/37(con-sin fibras) -
ES 23 Húmeda - 400 - - 15/85
ES 24 Húmeda Tipo I 45 A 475 - 25 30/70
ES 25 Húmeda Tipo I 45 A 475 - 25 30/70
ES 26 Húmeda Tipo I 45 A 475 - 25 30/70
fc 28 días (MPa) % A. Grueso/
% A. fino REBOTE
REFERENCIA VÍA UTILIZADA CEMENTO (%)
El siguiente paso en la identificación de un cemento es ver su resistencia mecánica a la compresión a los 28 días. Se contemplan tres clases de resistencia normal (o resistencia mecánica a la compresión): clase 32,5, clase 42,5 y clase 52,5. Además, para cada clase de resistencia normal, se definen 2 clases de resistencia inicial: una clase con resistencia inicial ordinaria y una clase con resistencia inicial elevada indicada por la letra R.
En las obras que se están analizando, la mayoría de cementos son de clase de resistencia normal 42,5 o 52,5, y algunos con resistencia inicial elevada. La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) 2000, considera a los cementos de categoría 42,5R, 52,5 y 52,5R de endurecimiento rápido. Los de categoría 32,5R y 42,5 los considera de endurecimiento normal. Por lo tanto, la mayoría de cementos que se utilizan en las obras españolas son de endurecimiento rápido. Se busca un endurecimiento rápido del hormigón al proyectarlo para poder aumentar el ritmo de trabajo (para poder aplicar una segunda capa de hormigón proyectado, la primera debe haber alcanzado cierta resistencia) y también para que el material rebotado sea lo menor posible. Ésa es la ventaja que ofrecen los cementos de categoría resistente elevada, un rápido crecimiento de la resistencia inicial y a partir de ese instante un crecimiento bastante reducido en comparación con los de categoría resistente inferior.
Un aspecto a comentar, como se ha dicho antes, es que al tener algunos cementos la denominación antigua, UNE 80.301-88, aparecen categorías resistentes como la 45, que ha quedado obsoleta en la normativa actual, y que en la UNE 80.301- 88, correspondía a un cemento de resistencia alta.
La cantidad de cemento utilizada es distinta según si el hormigón se proyecta por vía seca o por vía húmeda. Además, en ambos casos, supera a la dosificación de cemento que se suele emplear en los hormigones normales como se ve en la figura 4.5.
Figura 4.5 Cantidad de cemento utilizado. Fuente: Elaboración propia.
385 417
300
0 100 200 300 400 500 600
kg/m3 cemento en la mezcla
Vía seca Vía húmeda Horm. Normal Cantidad de cemento utilizado
En el hormigón normal las cantidades de cemento utilizado no suelen superar los 300-350 kg/m3. En las fichas de análisis, se ha obtenido una cantidad de cemento para la vía seca de 385 kg/m3 y para la vía húmeda de 417 kg/m3. El motivo que lleva a usar una mayor cantidad de cemento en el hormigón proyectado que en el normal es por razones del rebote. Debido a la pérdida de material que se produce hay que aumentar la dosificación inicial, aunque no hay que olvidar que proporcionalmente, el material que menos se pierde en el rebote es el cemento, con lo que existe una mayor proporción de cemento en el hormigón colocado que en el de partida.
La diferencia entre la vía seca y la vía húmeda (385 – 417 kg/m3) es por motivos de puesta en obra, de necesidades de transporte. A igualdad de cemento, por motivos de porosidad (en vía seca hay más poros), la resistencia de un hormigón proyectado por vía seca es inferior. Resulta que en la proyección por vía húmeda el rozamiento de la mezcla con la manguera es mayor, y para reducir este rozamiento, se necesita lubricar.
Una manera de lubricar es mediante un incremento de la cantidad de finos, por ejemplo, con una mayor cantidad de cemento, y de esta manera la consecuencia es que aumenta la resistencia.
Por lo tanto, la mayor cantidad de cemento en vía húmeda es por motivos de puesta en obra, y lo que provoca es una reducción de la porosidad y por consiguiente resistencias más elevadas. En la siguiente tabla 4.8, se recogen las porosidades que suele tener el hormigón según se proyecte por vía seca o por vía húmeda, y la cantidad de cemento y las resistencias que se han obtenido en los túneles analizados.
Tabla 4.8 Comparación entre la vía seca y la vía húmeda. Fuente: Elaboración propia.
La conclusión que se desprende es lo que se ha comentado en el párrafo anterior.
El hormigón proyectado por vía seca, al tener más poros, alcanza resistencias menores.
El hormigón que se proyecta por vía húmeda, al requerir de mayor cantidad de cemento por cuestiones de rozamiento y por consiguiente reducir notablemente el número de poros, alcanza mayores resistencias.
Áridos
Aunque sea parecido, existe una diferencia en el porcentaje de árido fino en vía húmeda respecto a la vía seca (74,8 a 71,6). Ver figura 4.6. La razón que lleva a un porcentaje superior de árido fino en el hormigón proyectado por vía húmeda es la misma que se ha comentado en el apartado anterior. El rozamiento que se produce en la mezcla húmeda al ser transportada por la manguera es superior que en la vía seca. Para solucionar este problema, lo que se ha de hacer es lubricar la mezcla, y eso se consigue
POROSIDAD (%)
CANTIDAD CEMENTO
(kg/m3) RESISTENCIA (kg/cm2)
VÍA SECA 15 385 34,1
VÍA HÚMEDA 11 417 35,2
añadiendo finos. Por ese motivo, la proporción de fracción fina en el hormigón proyectado por vía húmeda es superior al hormigón proyectado por vía seca.
Por lo que respecta a la cantidad de material granular total que se incorpora a la mezcla es, de media, de 1673 kg/m3 para la vía húmeda. Para la vía seca únicamente se dispone de 2 datos, y no puede extraerse ninguna conclusión. De todas maneras, la lógica lleva a pensar que la cantidad de material en vía seca debe ser ligeramente superior, o visto de otra forma, que la cantidad de áridos en vía húmeda debe ser inferior a la vía seca. La explicación está clara. En vía seca, la mezcla se transporta de manera discontinua debido a que es impulsada por aire a presión. En cambio, en la proyección por vía húmeda (flujo denso), al transportarse la mezcla por bombeo, es un todo continuo y hay mucha mayor superficie de contacto. Esto provoca que el rozamiento sea mucho mayor y por tanto para intentar lubrificar, la cantidad de material granular debe ser lo menor posible.
En un hormigón normal, suele haber unos 1800 kg/m3 de áridos. El material granular es lo que le da cuerpo a la mezcla. En el caso del hormigón proyectado se busca mayor fluidez, capacidad de bombeabilidad y por tanto hay una menor aportación de áridos.
Figura 4.6 Porcentaje de árido fino y árido grueso. Fuente: Elaboración propia.
Antes de entrar a valorar las motivaciones que llevan a optar por esta proporción, indicar que el tamaño máximo del árido se encuentra entre los 10-12 mm como consecuencia de las limitaciones del equipo de bombeo y también para evitar grandes pérdidas por rebote. Además, para las relaciones a/c con las que se suele trabajar, bajas, del orden de 0,4-0,5, el efecto del tamaño de grano influiría negativamente en las resistencias a compresión de la mezcla, como se observa en la figura 4.7.
28,4 71,6
25,2 74,8
0%
20%
40%
60%
80%
100%
%
Vía seca Vía húmeda
% Árido fino/Árido grueso
árido fino árido grueso
Figura 4.7 Influencia en la resistencia a compresión del tamaño de árido para distintas relaciones a/c. Fuente: Cordon y Gillespie.
A medida que crece el tamaño del árido, las resistencias a compresión prácticamente no decrecen en el caso de relaciones a/c medias o altas. Pero con relaciones bajas, que son con las que se trabaja en el hormigón proyectado, del orden de 0,4-0,5 sí que influye mucho.
Volviendo al tema de la dosificación, en los hormigones normales, la dosificación de árido suele ser un 60% mayor de 5 mm y un 40% inferior a 5 mm. Se observa la diferencia con el hormigón proyectado donde la fracción predominante es la fina (un 70%) y la gruesa representa un 30% aproximadamente, con las diferencias habidas entre vía seca y vía húmeda.
Los áridos deben hacer del hormigón una pasta compacta y homogénea, manteniendo la trabajabilidad exigida que será distinta según las circunstancias de uso y aplicación del hormigón. En el caso del hormigón proyectado, para poder bombear la mezcla a través de la manguera sin que se produzcan alteraciones, ni falta de cohesión, ha de haber un mayor porcentaje de árido fino. En el momento de proyectar, al inyectar el aire a presión, la presencia de partículas más gruesas también influirían en la disgregación de la mezcla. Por último, un aspecto esencial que es el rebote. Las partículas gruesas comienzan a adherirse únicamente después de que se ha formado una capa de 5-10 mm sobre la superficie del substrato donde se proyecta. No obstante, a partir de ese instante todavía algunas continuarán rebotando. Al tener un mayor peso que los finos siempre serán rechazadas en mayor cantidad. Es otro de los motivos por los que su proporción es inferior.
Resistencias a compresión alcanzadas
De los pocos datos que se han facilitado respecto a las resistencias a 24 horas, para la vía húmeda resulta una media de 14,3 MPa. Es un valor alto, sin duda, fruto de la aplicación de acelerantes de fraguado. Para la vía seca no se dispone de dato alguno.
El valor de las resistencias a compresión alcanzadas a 28 días es, de media, para la vía húmeda de 35,2 MPa. Para la vía seca es de 34,1 MPa. Aunque tampoco hay una gran diferencia respecto a la vía húmeda, es un valor inferior. Como se ha comentado antes para justificar ciertos resultados, el mayor porcentaje de poros en el hormigón proyectado por la vía seca trae como consecuencia que las resistencias que se alcancen sean inferiores.
Rebote
La influencia del rebote es clave en la técnica del hormigón proyectado.
Económicamente, porque cuanto mayor sea, mayor cantidad habrá que aplicar para conseguir el espesor deseado. Medioambientalmente, porque al caer el material al suelo, los sustancias peligrosas que lleva la mezcla pueden pasar al subsuelo y contaminar el medio. De ahí que se observe que en las obras de las que se ha podido disponer de la información del rebote, que no son demasiadas al no ser un dato que se suela dar ya que en las obras no se acostumbra a realizar esta medición, éste sea un valor bastante reducido.
En las obras españolas de túnel (vía húmeda) analizadas, existe una correlación entre la cantidad de cemento utilizada y el rebote producido. Aunque no se dispongan de excesivos datos, se aprecia en la figura 4.8 que, al aumentar la cantidad de cemento, disminuye el rebote. De todas formas, no es la única variable incidente, y la presencia de aditivos puede hacer que hormigones proyectados con menor cantidad de cemento, consigan mejores resultados en cuanto a rebote.
Figura 4.8 Relación rebote/cantidad de cemento en vía húmeda.. Fuente:
R e la c ió n c a n t id a d c e m e n t o /R e b o t e
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0
0 5 1 0 1 5
% R e b o t e
kg/m3 de cemento
No se ha incluido en la gráfica el valor del rebote obtenido en la ficha ES 01, perteneciente al túnel de Nueva-Mina (León). El rebote que se produce es de 24% en los hastiales y 35% en la clave. Sin duda que son valores fuera de toda aceptación por parte de cualquier director de obra, sólo pudiéndose llegar a entender por el hecho de la existencia de una complicada geología, con presencia de capas de carbón, que hace que el rebote que se produzca no pueda ser inferior. Pero al tratarse de un caso insólito, no se incluye en la gráfica 4.8.
No se aprecia correlación entre el rebote y la resistencia a 28 días, según muestra la figura 4.9. Y esto es evidente puesto que, por ejemplo, hormigones con importantes resistencias a corto plazo, y por consiguiente con bajo rebote, no tienen por qué ser muy resistentes a largo plazo. La correlación de la recta de ajuste es despreciable.
Figura 4.9 Relación rebote/resistencia a 28 días en vía húmeda. Fuente:
Elaboración propia.
Relación cantidad de cemento- resistencias alcanzadas
Por otro lado, los hormigones proyectados por vía húmeda que tienen una mayor cantidad de cemento suelen alcanzar una mayor resistencia a 28 días. En la figura 4.10 se puede apreciar esta tendencia. Pero esta resistencia no sólo es función de la cantidad de cemento, aunque sea la variable principal, sino también lógicamente del tipo de cemento y de las adiciones y aditivos (influyen mucho a cortas edades y a largo plazo) que estén presentes en la mezcla y que modifican las propiedades del hormigón. Por lo tanto, un hormigón con menor cantidad de cemento que otro, podría darse el caso que alcanzara una mayor resistencia a compresión a largo plazo. La incidencia de otras variables hace que la correlación de la recta de ajuste no sea excesivamente buena, aunque si permite vislumbrar la tendencia que se marca.
Resistencias a 28 días/Rebote
0 10 20 30 40 50
0 5 10 15
Rebote (%) Resistencia a 28 días (MPa)
Figura 4.10 Resistencia a compresión en función del cemento en vía húmeda.
Fuente: Elaboración propia.
Adiciones
El uso de las fibras aporta al hormigón proyectado una mayor energía de rotura que en el caso de la malla electrosoldada. Las funciones de sostenimiento que debe desempeñar el hormigón proyectado en zonas de grandes deformaciones hacen que estas adiciones tengan una gran utilidad. Las figuras 4.11 y 4.12 muestran lo generalizado que está el uso de las fibras (normalmente de acero) como adición tanto en vía seca como en vía húmeda.
Figura 4.11 Porcentaje de uso de fibras en vía húmeda. Fuente: Elaboración propia.
Una de las problemáticas que genera el uso de las fibras es el mayor rebote que
kg/m 3 de cem ento - R esistencia a los 28 días
0 100 200 300 400 500 600
0 10 20 30 40 50 60
R esistencias a com presión a los 28 días(M Pa)
kg/m3 de cemento
69
31 0
20 40 60 80 100
%
Fibras metálicas No usan Uso de fibras en vía húmeda
mayor rebote, con el empleo de fibras se incrementa la falta de homogeneidad y se dificulta la mezcla. Por eso su porcentaje de uso se reduce en relación a la vía húmeda
Figura 4.12 Porcentaje de uso de fibras en vía seca. Fuente: Elaboración propia.
(62% por el 70% de la vía húmeda) aunque algunos manuales indican que no deberían utilizarse nunca las fibras en vía seca. MBT (2000). Una explicación a los datos que se manejan en el presente estudio puede ser la experiencia que se va adquiriendo durante los últimos años y las posibilidades actuales que se tienen de reducir el rebote, con lo que se tiene más en consideración la ductilidad que adquiere el hormigón proyectado con el uso de las fibras que no el posible aumento del rebote.
Las otras adiciones que se emplean son la microsílice y las cenizas volantes (vía húmeda). La microsílice aporta grandes ventajas al hormigón proyectado. Puede sustituir en parte al cemento (con el ahorro económico que supone), aumentando la resistencia a compresión, la impermeabilidad y reduciendo el rebote. Siempre es interesante añadir microsílice al hormigón proyectado. Sin embargo, a pesar de las grandes mejoras que supone para la calidad de la mezcla, su uso no está generalizado ni en vía seca ni en vía húmeda como indican los gráficos de las figuras 4.13 y 4.14.
Figura 4.13 Porcentaje de utilización de microsílice en vía seca. Fuente:Elaboración propia
63
37 0
20 40 60 80 100
%
Fibras metálicas No usan Uso de fibras en vía seca
25
75
0 20 40 60 80 100
%
Microsílice No usan Uso de microsílice en vía seca
Figura 4.14 Porcentaje de utilización de microsílice en vía húmeda. Fuente:
Elaboración propia.
El coste que supone su transporte, que encarece en gran medida el precio final del producto, ha hecho que su aplicación no esté del todo generalizada. De todas formas, se aprecia una evolución respecto de unos datos del año 1996 donde se dice que en ese año, la utilización de la microsílice en vía seca era de un 25% y en vía húmeda solamente se utilizaba en las obras que dependían del Gobierno de la Generalitat.
Zängerle (1996).
Si el análisis se centra en los últimos 5 años, el porcentaje es significativamente mayor (si se habla de la vía húmeda) y sube hasta un 54%. Esta es una de las claras tendencias de futuro, la progresiva utilización de la microsílice por las grandes ventajas que supone a pesar del coste que representa su transporte.
Es interesante comprobar que, para la vía húmeda, si se restringe el uso de la microsílice a los hormigones proyectados que disponen de fibras, se incrementa el porcentaje de utilización a un 60% como indica la figura 4.15. Es decir que se produce una subida del 36% en uso de microsílice.
44 12 44
0 20 40 60 80 100
%
Microsílice Cenizas volantes No usan Uso de adiciones en vía húmeda
60 40
0 20 40 60 80 100
%
M icro sílice N o usan
U so d e m icro sílice en h o rm ig ó n co n fib ras en la vía h ú m ed a
Si como ya se ha comentado antes, la microsílice mejora en gran medida las propiedades del hormigón proyectado, si este hormigón está reforzado con fibras todavía es más beneficiosa por facilitar la mezcla de las fibras y disminuir el rebote que provocan. Se observa que se incrementa el porcentaje de uso de microsílice en un hormigón proyectado si éste está reforzado con fibras.
Aditivos
Los aditivos acelerantes de fraguado son los que se emplean más comúnmente en trabajos de hormigón proyectado tanto por vía seca como por vía húmeda.
En vía seca se utilizan aditivos acelerantes de fraguado en polvo, líquidos, o bien libres de álcali (en polvo). En vía húmeda se utilizan aditivos acelerantes de fraguado con base de aluminatos, silicatos o libres de álcalis. Los porcentajes de utilización se muestran en las figuras 4.16 y 4.17.
Figura 4.16 Porcentaje de utilización de acelerantes en vía seca. Fuente: Elaboración propia.
Figura 4.17 Porcentaje de utilización de acelerantes en vía húmeda. Fuente:
Elaboración propia.
7 54 39
0 20 40 60 80 100
%
Silicato Aluminato Libre de álcali
Uso de acelerantes en vía húmeda
0 50 50
0 20 40 60 80 100
Líquidos En polvo En polvo libre de álcali Uso de acelerantes en vía seca
De las obras realizadas con hormigón proyectado por vía seca durante el año 1996, el 75% utilizaba acelerantes de fraguado en polvo, y el mismo porcentaje (12,5%) acelerantes líquidos y libres de álcali. Zängerle (1996). Por aquellos años, los acelerantes libres de álcali acababan de entrar en España con lo que su implantación todavía no era total. Comparando con los resultados aportados en la figura 4.16, se observa una clara aceptación del acelerante libre de álcali. Se pasa de un 12,5 % a un 50
%. Las causas que llevan a su progresiva utilización son la reducción de costes, al no ser tan elevados en comparación con los de los aditivos en polvo y sobretodo los aspectos de seguridad en personas y del medio ambiente: se reduce de manera importante la formación de polvo, así como las quemaduras en los operarios debidas a los acelerantes tradicionales. Además, también se reduce el rebote pues con estos acelerantes las resistencias iniciales son superiores.
Por lo que respecta a la vía húmeda, la estadística no deja lugar a dudas. En el año 1996, únicamente se empleaban acelerantes de fraguado a base de aluminato. Los acelerantes a base de silicato habían demostrado un comportamiento inferior a los de aluminato por ser muy influenciables por la temperatura ambiente y tener que emplearse en dosificaciones elevadas provocando bajadas ostensibles de la resistencia a 28 días.
En cuanto a los acelerantes libres de álcali, todavía no habían penetrado en el mercado por los problemas que existían en ese momento (año 1996) en el mezclado y la dosificación de un aditivo acelerante en polvo (en ese instante los acelerantes libres de álcali eran en polvo) con una mezcla húmeda. Zängerle (1996). Si se compara con las estadísticas reflejadas en la figura 4.17 se aprecia un notable cambio. Si bien los acelerantes a base de aluminato continúan siendo los más empleados (54%), los libres de álcali empiezan a utilizarse bastante (38%) al solventarse el problema antes comentado y por las ventajas de seguridad y ambientales que aportan. El uso de los acelerantes a base de silicato sigue siendo testimonial.
Un aspecto interesante a analizar es la cantidad de cemento que se utiliza en el caso de optar por un acelerante libre de álcali o bien por un acelerante tradicional. Para un hormigón proyectado con acelerante libre de álcalis, la media de cemento que se utiliza en los túneles analizados es de 416 kg/m3. Para un hormigón proyectado con acelerante tradicional, resulta una media en este caso de 398 kg/m3. No son por tanto unos resultados demasiado evidentes que lleven a pensar que el uso de un tipo de acelerante u otro influya en la cantidad de cemento. La diferencia entre un acelerante y el otro se encuentra en la cinética de la reacción. Los primeros provocan un desarrollo más lento de la resistencia inicial para lograr después resultados superiores. Por su parte, los acelerantes tradicionales reaccionan más rápidamente a corto plazo para después disminuir la resistencia final del hormigón. Como conclusión, a priori, no hay ninguna relación entre la cantidad de cemento y el acelerante utilizado.
También es interesante realizar un comentario sobre el porcentaje de acelerante que se utiliza en vía húmeda, según si es libre de álcali o a base de aluminato. Los resultados indican que en el primer caso es de un 6% y en el segundo de un 4%
aproximadamente. Lo esperado. Siempre se añade un poco más del libre de álcali ya que el desarrollo de la resistencia que se alcanza con este acelerante durante las primeras
Por último, se debe mencionar el uso de superplastificantes, en vía húmeda, y estabilizadores de fraguado tanto en la vía húmeda como en la vía seca. Su porcentaje de utilización se ve en las figuras 4.18 y 4.19.
Figura 4.18. Uso de superplastificantes en vía húmeda. Fuente: Elaboración propia.
Figura 4.19. Uso de estabilizadores en vía seca y húmeda. Fuente: Elaboración propia.
Como se observa, en ninguna de las obras por vía seca analizadas se utiliza estabilizadores de fraguado. Por vía húmeda, su empleo llega al 31 %. Se muestra por tanto que el uso de estos estabilizadores no ha llegado a implantarse en nuestro país; sí en cambio los superplastificantes que alcanzan un 65%. La función de los estabilizadores de fraguado es, como indica la palabra, estabilizar un hormigón en un periodo alrededor de 48 horas. Su falta de uso puede deberse a factores como la instalación de una planta de hormigón en la misma obra o bien a la cercanía entre la obra y la planta suministradora de hormigón. De esta forma, no es necesario que la mezcla esté estabilizada tanto tiempo sino que es suficiente con recurrir a superplastificantes que permiten unos tiempos de manejabilidad del hormigón de unas
65 35
0 20 40 60 80 100
%
Si No
Superfluidificantes en vía húmeda
69 31
100
0 0 20 40 60 80 100
%
No Si
vía seca
vía húmeda Uso de estabilizadores de fraguado
vía seca vía húmeda
2-3 horas, tiempo que es completamente suficiente para llevar a cabo la proyección desde que se fabrica el hormigón.
4.4.- ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS CORRESPONDIENTES A EUROPA.
En Europa se disponen de 28 fichas correspondientes a 28 túneles. La mayoría de ellos están situados en países del centro-norte de Europa, con muchos desniveles, y en los que se debe recurrir a la obra subterránea para salvar este desnivel.
Año
Al igual que en el caso de España, se establece como año de datación de la obra el de su finalización. La mayor parte de túneles se sitúan en la década de los noventa estando su centro de gravedad alrededor del año 1997. En este caso, la fuente de información proviene principalmente de la empresa Bettor MBT. La obra más antigua es el túnel de Heilsberg-Singen finalizado el año 1987. La cronología de los túneles es la que aparece en la figura 4.20.
Figura 4.20. Períodos de finalización de los túneles europeos analizados. Fuente:
Elaboración propia.
Como se observa, las obras objeto de estudio pertenecen principalmente a la última década. Coinciden en tiempo con las que se han visto antes en España. De esta manera se podrá realizar una comparación más exacta.
Empresa
De los 28 túneles, se tiene información sobre las empresas que han llevado a cabo las obras en 18 de ellos. Como en el caso español, se suelen asociar en uniones
Cronología de las obras
25%
57%
13% 5%
2001-2003 1995-2000 1990-1995 1987-1989
Geología
Acerca de la geología sobre la que se trabaja, en las obras de las que se dispone información, se puede decir que en un amplio número discurren en terreno defectuoso, blando y bastante alterado. El hecho de trabajar con hormigón proyectado en terrenos malos habla de la buena calidad del material y de la confianza que se tiene en su respuesta.
Funciones del hormigón
Por lo que respecta a las funciones que desempeña el hormigón proyectado, en un 70% de las ocasiones se ha utilizado como sostenimiento y en un 30% como revestimiento.
Método de proyección
En Europa, la evolución de la vía seca a la vía húmeda es evidente. Se muestra en la figura 4.21 que en un 90% de los túneles se aplicó el hormigón por vía húmeda.
Figura 4.21 Porcentaje de utilización en el periodo 1987-2003. Fuente:
Elaboración propia.
En comparación con España, la implantación de la vía húmeda es más rotunda.
Mientras que en nuestro país en el periodo 1991-2003 un 65% de los túneles están ejecutados por vía húmeda, y en el periodo 1996-2003 el porcentaje sube a un 70%, en Europa, entre los años 1987-2003, en el 90 % de las obras que se han analizado en este estudio la aplicación del hormigón proyectado ha sido por vía húmeda.
10
90
0 20 40 60 80 100
%
Vía seca Vía húmeda Porcentaje de utilización de la vía seca-vía
húmeda
Esto significa que dentro de lo que representa Europa, España no marcha a la cabeza en cuanto a la implantación del nuevo sistema aunque sí está evolucionando rápidamente.
Características de los hormigones
Análogamente a lo que se hizo en las obras españolas, en la tabla 4.9 se reflejan una serie de datos referentes a las características de los distintos hormigones utilizados.
Tabla 4.9. Hormigones proyectados que se utilizan. Fuente: Elaboración propia.
Los cementos que se utilizan son al igual que en el caso español, de tipo I o tipo II. De igual forma, son también de categoría resistente alta. No hay ninguna diferencia ni variación a comentar respecto a la situación española.
Tipo kg/m3
EU 01 húmeda - 400 <10 30 -
EU 02 húmeda - 400 5 30 -
EU 03 húmeda Tipo II A-S 32,5R 450 - 55 40/60
EU 04 húmeda Tipo I 42,5 450 < 8 42 -
EU 05 húmeda OPC 42,5N 355 - 50 -
EU 06 húmeda Gmunder PZ375 (H) 425 10-12 48 -
EU 07 húmeda Tipo I 52,5 380 - > 45 55/45
EU 08 húmeda Tipo II 42,5 500 < 8 45 -
EU 09 húmeda Tipo I 52,5 360 - > 36 40/60
EU 10 húmeda PC-30-45S - - 45 40/60
EU 11 húmeda Tipo II 42,5 500 - 55,8 28/72
EU 12 húmeda Tipo I 52,5 500 - > 50 -
EU 13 seca - 400 - 70 -
EU 14 húmeda Tipo II 42,5 439 <5 42 -
EU 15 húmeda Tipo II 42,5 480 5-6 47 -
EU 16 húmeda PZ 375 420 - 31 -
EU 17 húmeda Tipo I 42,5 425 - > 55 40/60
EU 18 húmeda - 425 - - -
EU 19 húmeda Tipo I 32,5R 380 - - 53/47
EU 20 húmeda - 450 8-15 55,3 -
EU 21A seca Tipo I 42,5 350 - - 50/50
EU 21B húmeda Tipo I 42,5 400 - - 45/55
EU 22A seca - 425 - - -
EU 22B húmeda - 425 - 42,3 -
EU 23 húmeda Tipo I 52,5 425 - 58 -
EU 24 húmeda - 360 - - -
EU 25 húmeda Portland PZ45F 350 10-15 33 -
EU 26 húmeda - 425 8-10 33,5 -
EU 27 húmeda (Siggenthal) 42,5 450 8 61 -
EU 28 húmeda Tipo I 52,5R 520 8 48 -
%Á.grueso/%
Á. fino
REFERENCIA VÍA CEMENTO
UTILIZADA
REBOTE (%)
fc 28 DÍAS (MPa)
De la misma manera, tampoco hay cambios en la cantidad de cemento que se utiliza tanto para la vía húmeda como para la vía seca. En la vía húmeda, analizando las obras disponibles, resulta una media de 411 kg/m3 y en vía seca de 392 kg/m3. Se ve en la figura 4.22.
Figura 4.22 Cantidad de cemento utilizado. Fuente: Elaboración propia.
Las mismas razones que se argumentaban en el caso español pueden servir para justificar esta diferencia entre vía seca y húmeda; cuestiones de rozamiento a la hora del transporte. Por otra parte, se sigue utilizando más cemento para un hormigón proyectado que para un hormigón normal.
El resto del análisis que se realiza, se referirá únicamente a la vía húmeda que es el sistema de proyección que realmente tiene peso en las obras europeas que se analizan.
Áridos
El porcentaje de árido fino-árido grueso correspondiente a los hormigones proyectados por vía húmeda se observa en el gráfico de la figura 4.23 y es de 57% a 43%. La cantidad de material granulado que interviene en las mezclas es de unos 1700 kg/m3, similar al que había en el caso español y nuevamente una menor aportación de áridos que en un hormigón normal.
392 411
0 200 400 600
kg/m3 cemento en la mezcla
Vía seca Vía húmeda
Cantidad de cemento utilizado
Figura 4.23 Porcentaje de fracción fina y gruesa. Fuente: Elaboración propia.
En el caso europeo se opta por un hormigón con un mayor porcentaje de fracción gruesa que en España. La ventaja de trabajar con unos áridos que en su conjunto tengan un mayor módulo de deformación es que los valores de fluencia y retracción son inferiores. Este mayor porcentaje de fracción gruesa podría provocar unos mayores problemas para transportar por la manguera el hormigón (mayor rozamiento) y también un mayor rebote de material al proyectarlo. Sin embargo, en los túneles en los que se disponen datos de rebote se observa que se alcanzan unos valores bastante bajos, de media, inferiores a los que se recogen en las fichas españolas. El motivo que permite dosificar con un mayor porcentaje de fracción gruesa, sin alteraciones en el material rebotado, puede ser el uso de aditivos de última generación, que se comentarán después, que mejoran las condiciones de bombeabilidad y de pérdida de material a pesar de que los áridos sean un poco más gruesos.
Resistencias a compresión alcanzadas
Las resistencias a 24 horas son más elevadas que en el caso español;
concretamente 19 MPa. El desarrollo alcanzado por los acelerantes de fraguado para conseguir esos resultados a tan corto plazo es tremendo.
El valor medio de resistencias a 28 días es de 45,12 MPa. Denota que las exigencias en las obras europeas analizadas son superiores a las de España. A destacar la resistencia alcanzada en la reparación del túnel del Canal de la Mancha, referencia EU 13, de 70 MPa.
57,4 42,6
0 20 40 60
%
Árido fino Árido grueso
% Árido fino/Árido grueso
Rebote
Por lo que respecta al rebote, comparándolo con características como son la cantidad de cemento que se utiliza, la resistencia a 24 horas y a 28 días, se ven distintas relaciones.
En primer lugar, como se observa en la figura 4.24, no hay una relación directa entre el rebote y la resistencia a 28 días. Así lo indica el índice de correlación de su recta de ajuste. Por ejemplo, hormigones proyectados que alcanzan elevadas resistencias rápidamente para reducir la pérdida de material y acelerar el ritmo de trabajo, es difícil que después no sufran una cierta disminución en sus resistencias. Esta es una de las problemáticas de los acelerantes de fraguado tradicionales y que en parte es solventada por los acelerantes libres de álcalis. En las fichas españolas sucedía lo mismo.
Figura 4.24 Relación entre el rebote y la resistencia a 28 días. Fuente: Elaboración propia.
En cambio, y a pesar de disponer de pocos datos, sí se aprecia claramente en el gráfico de la figura 4.25 que cuanto mayor sea la resistencia inicial menor será el rebote.
No es que el valor de la recta de ajuste sea excesivamente bueno, pero se puede ver esta tendencia. Obviamente, es la función que tienen los acelerantes de fraguado y se está trabajando en ellos para producir continuas mejoras.
R e s is te n c ia a 2 8 d ía s /R e b o te
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0
0 5 1 0 1 5
R e b o te (% ) Resistencia a 28 dias (MPa)
Figura 4.25 Relación entre el rebote y la resistencia a 24 horas. Fuente:
Elaboración propia.
La relación existente entre la cantidad de cemento utilizado y el rebote que se produce no es clara. Mientras que en los túneles españoles analizados la tendencia era decreciente, es decir, a más cemento menos rebote, en el caso europeo no se ve tan claro. Se observa en la figura 4.26. La presencia de acelerantes de fraguado es la que realmente marca el rebote.
Figura 4.26 Relación entre la cantidad de cemento utilizado y el rebote. Fuente:
Elaboración propia.
Resumiendo, el rebote y la resistencia a corto plazo están directamente relacionados, mientras que la cantidad de cemento utilizado y la resistencia a 28 días son variables secundarias a la hora de indicar el rebote que se produce.
R e la c ió n c a n tid a d d e c e m e n to /R e b o te
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0
0 5 1 0 1 5
% R e b o te
kg/m3 de cemento
Resistencia a 24 horas/Rebote
0 10 20 30 40 50
0 5 Rebote(% ) 10 15
Resistencia a 24 horas (MPa)
