Introducción
En el ámbito de la ingeniería civil, una de las actividades más complicadas de ejecutar es la realización de las obras subterráneas, a parte de la dificultad que este tipo de construcciones conlleva, existe el agravante de la presencia de agua, que influye de manera negativa en la ejecución de los trabajos de construcción y afecta a largo plazo al correcto mantenimiento de la obra civil, por ello, es recomendable dotar a la obra de un sistema de drenaje adecuado y una impermeabilización que evite los efectos perjudiciales de la humedad en la estructura del túnel.
Debiéndose prestar la atención necesaria a todas las fases de construcción, una de las más importantes es la impermeabilización, pues es sinónimo de garantía en la durabilidad de la obra civil en el tiempo.
Tipos de impermeabilización
La clasificación más extendida para definir los tipos de impermeabilización es la que se enumera a continuación:
- Impermeabilización Primaria. Son trabajos provisionales que permite realizar el resto de impermeabilizaciones y los trabajos previos.
- Impermeabilización Intermedia. Consiste en la proyección de gunita, hormigón o morteros.
- Impermeabilización Principal. La más importante porque es la que garantiza la estanqueidad total.
- Impermeabilización Posterior. Son trabajos complementarios o de reparación.
Figura 1.
Dependiendo del tipo de túnel y de sus necesidades, para la correcta impermeabilización,puede ser necesaria la aplicación de un único tipo de impermeabilización o la combinación de varias, siendo posible incluso la utilización de los 4 tipos. Se resalta la importancia de la correcta ejecución de la impermeabilización principal ya que es la que tiene que garantizar la estanqueidad total del túnel. Para esta opción lo más utilizado es el empleo de geotextiles y barreras impermeables aunque también está bastante generalizado el empleo de morteros proyectados o gunitados. (Figura 1.)
Geotextiles y barreras impermeables
Las barreras impermeables utilizadas en túneles tienen el deber de garantizar el 100% de impermeabilidad y normalmente son de PVC ,tal y como recomienda la norma UNE 104.424 editada en el año 2.000.
Los geotextiles tienen una función de responsabilidad frente a la protección de la geomembrana, tienen que tener una resistencia a punzonamiento suficiente (hasta 4.000 N según la norma UNE 104.424) para impedir que la geomembrana sea dañada por irregularidades del terreno asegurando así el 100 % de impermeabilidad, además de esta función principal también realiza funciones importantes de drenaje impidiendo el efecto de las presiones intersticiales (hidrostáticas) producidas por el empuje del agua en la bóveda del túnel o galería,los geotextiles tienen capacidad de drenar en el plano para garantizar el transporte de líquidos y gases, aquí entra en juego el espesor y la permeabilidad del geotextil.
En la gran mayoría de las ocasiones, no se le presta a los geotextiles la atención que merecen.La experiencia me lleva a afirmar que es habitual encontrar que los geotextiles que vienen prescritos en los proyectos no están correctamente indicados para la función que va a desempeñar.Los proyectos de túneles no se salvan de este tipo de inexactitudes, estando presentes en más ocasiones de las deseables.Lo importante a la hora de redactar un proyecto es definir las características resistentes del material, siendo menos importante el gramaje (g/m2), que pasará a ser un dato secundario con un carácter meramente informativo, ya que,gracias a la mejora en la fabricación cada vez se consiguen geotextiles más resistentes y con mejores propiedades utilizando menos materia prima por metro cuadrado de fieltro.
Los geotextil utilizados en la ejecución de túneles están sometidos a una gran variedad de solicitaciones tanto en la colocación como en su vida útil. Para asegurar la durabilidad en el tiempo hay que tener en cuenta la estabilidad química del material que conforma el geotextil,es por eso, que uno de los datos que no se debe olvidar en la redacción de un proyecto es la definición del tipo de materia prima de la tienen que estar conformados.
Los geotextiles de polipropileno, son los que garantizan resistencias mayores en todos los aspectos consiguiendo una mayor durabilidad en el tiempo a diferencia de los geotextiles de poliéster que son atacados por las condiciones alcalinas que están presentes en el cemento e incluso en gran parte de los terrenos y que lo hidrolizan hasta su total desaparición.
Todos los geotextiles que se comercializan en la Unión Europea tienen la obligatoriedad de tener el marcado CE. Para ello es necesario ensayar los geotextiles bajo las normas UNE correspondientes a cada ámbito de aplicación del producto.En el caso de los túneles existe una norma que regula y define las propiedades mecánicas e hidráulicas mínimas que el geotextil debecumplir para la utilización del mismo, según eltipo de túnel:
- La norma UNE 104.424 (Puesta en obra.Sistemas de impermeabilización de túneles y galerías con láminas termoplásticas prefabricadasde PVC-P).
Para la obtención del marcado CE es necesario aportar los ensayos que se indica en:
La norma UNE 13256 (Requisitos para el uso en la construcción de túneles y estructuras subterráneas)
Abajo y en la página siguiente, se expone una tabla resumen con los valores, dependiendo del tipo de túnel.
Túneles a cielo abierto y túneles excavados:
| Características | Unidad | Norma | Valores | Geotesan NT-15 |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia a tracción | Kn/m | UNE EN ISO 10319 | 7 | 8 |
| Deformación a rotura | % | UNE EN ISO 10319 | 80/40 | 50/55 |
| Resistencia a perforación | N | UNE EN ISO 12236 | 1500 | 1560 |
| Permeabilidad a 2 Kn/m² | m²/s a 200 Kpa | UNE EN ISO 10958 | 10-7 | 49 x 10-7 |
| Características | Norma | Árido 0-4 mm | Árido 0-8 mm | Árido 0-16 mm | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Valor | Geotesan NT-23 |
Valor | Geotesan NT-30 |
Valor | Geotesan NT-40 |
||
| R. a tracción Kn/m | UNE EN ISO 10319 | 15 | 15 | 18 | 19,5 | 21 | 25,6 |
| Alargamiento a rotura % | UNE EN ISO 10319 | 80/40 | 55/60 | 80/40 | 60/65 | 80/40 | 60/65 |
| Resistencia CBR (N) | UNE EN ISO 12236 | 2500 | 2570 | 3000 | 3310 | 4000 | 4490 |
| K en el plano m2/s a 200 Kpa | UNE EN ISO 10958 | 10-7 | 64 x 10-7 | 10-7 | 75 x 10-7 | 10-7 | 82 x 10-7 |
Fibra de polipropileno para aditivar el hormigón en túneles y estructuras
Desde hace varios años se vienen estudiando soluciones efectivas para aumentar la resistencia de las estructuras de hormigón frente al fuego.El hormigón que está sometido a grandes temperaturas experimenta un fenómeno denominado desprendimiento explosivo o spalling.
Figura 2.
Este proceso se origina cuando, por efecto del calor, el agua que contiene el hormigón se convierte en gas (vapor de agua), generando aumento de volumen. El hormigón al ser un material de alta resistencia impide la correcta evacuación del gas creándose una presión interna en los poros que provoca un fallo brusco de la estructura, mermando la resistencia y en algunos casos incluso descubriendo las armaduras internas pudiendo llegar al colapso.
Para evitar este fenómeno indeseable, se recomienda el uso de fibras monofilamentosas de polipropileno de 31 micras de diámetro 6 y 12 mm de longitud como aditivo del hormigón (Figura 2.), siguiendo las prescripciones de la norma UNE-EN 14889: Fibras para hormigón-Parte 2 fibras poliméricas. Para su correcto funcionamiento se recomienda una proporción mínima de 1 kg de fibras por m3 de hormigón.
Las fibras de polipropileno tienen la capacidad de fundirse a una temperatura de 160º C, dejando huecos libres en forma de pequeños conductos para la expansión del gas(vapor de agua) evitando el desprendimiento explosivo o spalling tanto en los elementos estructurales (dovelas o bóvedas) como en el proyectado de gunita para recubrimiento.También se puede combinar su uso con cualquier fibra estructural.
El departamento de Mecánica de MediosContinuos de la Universidad de Sevilla, ha desarrollado un estudio denominado: “Estudios Iniciales sobre la Influencia de la Adición de Fibras de Polipropileno en el Comportamiento a Elevadas Temperaturas de Hormigones de Alta Resistencia”, obteniendo resultados muy satisfactorios, donde se ha demostrado el efecto positivo de la utilización de fibras de polipropileno en la resistencia al fuego del hormigón, determinando que las probetas aditivadas con fibras de polipropileno Geocem,experimentaron una sobresaliente reducción del desprendimiento explosivo, tal y como muestra la figura 3.
Cabe destacar, que las fibras de polipropileno además de la función principal entúneles anteriormente descrita, también tiene algunas funciones muy importantes como son:
- Aumento moderado de la resistencia a la tensión.
- Reduce el asentamiento plástico.
- Inhibe las grietas por retracción.
- Retarda la evaporación.
- Reduce la exudación.
- Aumenta la durabilidad.
- Aumenta la resistencia al impacto.
- Aumenta la resistencia a la abrasión.
Figura 3.
Bibliografía
- Ingeo Túneles. Libro 3. López Jimeno, Carlos
- Manual de túneles y obras subterráneas. LópezGimeno, Carlos
- Norma UNE-EN 104.424. Puesta en obra.Sistemas de impermeabilización de túneles ygalerías con láminas termoplásticas prefabricadas de PVC-P.
- Norma UNE-EN 14889-2. Fibras para hormigón.
