Fernando Puell Marín, Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Orbis Terrarum.

Francisco José Salvanés, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Proacon.

Javier Marín Loeches, Ingeniero técnico de Obras Públicas, Orbis Terrarum.

Durante la construcción del túnel correspondiente a la “Ampliación de la EDAR de Ciudad Real y colectores” se observaron patologías y lesiones en las dovelas de hormigón prefabricado que comprometían seriamente el comportamiento estructural e hidráulico del mismo.

Para encontrar la solución óptima al problema se encargó la realización de un estudio técnico a Orbis Terrarum, empresa especializada en Ingeniería del Terreno y proyectos de Obra Civil, con amplia experiencia en el diseño de túneles, que analizó las patologías existentes en el tramo de túnel entre los P.K 3+403 y P.K. 3+420, correspondiente al desdoblamiento del emisario. La solución de reparación y consolidación llevada a cabo por Proacon ha permitido finalizar la obra y garantizar el buen funcionamiento de la misma.

Geología

La zona objeto de estudio corresponde con el tramo entre el muro del pozo de explotación y el desmonte en terreno natural.

Geológicamente, el tramo estaba compuesto por el relleno antrópico del trasdosado del muro, de unos 34 m de altura, y el terreno natural, compuesto por margas y arcillas. Si bien, a fecha de elaboración del estudio no se había terminado el rellenado del trasdós del muro. En la Fig.1 puede observarse la posición del tramo de túnel con respecto al muro y los rellenos citados.

Fig. 1 Croquis posición túnel

Problemática

Los problemas comenzaron cuando una vez llevada a cabo la ejecución del túnel, realizada con una montera sobre la clave considerablemente pequeña (0,50-0,80 m), se continuó con el proceso de rellenado, lo que produjo una serie de patologías en las dovelas prefabricadas de hormigón. Cuando aún faltaban por completar 8 m del mismo, se paralizó la obra y se decidió proceder a su estudio.

Las patologías observadas fueron:

  • Aplastamiento de la sección circular. Fig 2.1
  • Rotura parcial de las dovelas. Fig 2.2
  • Movimiento relativo entre los labios de las juntas.

Fig 2.1. Ovalización

Fig 2.2. Fracturas

Estas patologías, observadas en las primeras 16 dovelas del túnel, generaban dos problemas diferenciados. Por un lado, como es obvio, el fallo en el funcionamiento estructural del túnel, que se encontraba próximo a su colapso. Por otro, el correcto funcionamiento hidráulico del emisario que veía comprometida su sección útil en la zona afectada.

Estudio de soluciones

Después de revisar el cálculo justificativo del sostenimiento del túnel se concluyó que el problema venia derivado de que éste había sido realizado para la hipótesis del túnel inscrito en el terreno natural, constituido por margas y arcillas, con un comportamiento completamente diferente al de los rellenos antrópicos atravesados en la zona de estudio, especialmente en lo que a confinamiento lateral se refiere.

Para llevar a cabo el estudio de soluciones se modelizó el comportamiento del túnel mediante elementos finitos en la sección que se encuentra entre el muro y el desmonte de terreno natural, reproduciendo la geometría real del túnel y el relleno acumulado en sus diferentes fases y considerando un anillo de 1 m de grosor alrededor del túnel con una mejora de las características del terreno asociada a una inyección de lechada. Este modelizado se llevó a cabo mediante el código Phase2, de Rocscience.

Para la modelización se simularon varias fases que van desde la obtención de tensiones con el terreno original y el proceso constructivo del túnel hasta la ejecución de un refuerzo y completado del relleno, pasando por cada una de las distintas posiciones de rellenado; en todas ellas se analizaron los movimientos de ovalización, Fig.3, las deformaciones por cortante y los puntos plastificados en el anillo y la distribución de esfuerzos (axiles, cortantes y momentos flectores).

Fig. 3 Movimientos horizontales

La solución elegida, viable por coste, consistía en el refuerzo interior y la inyección de lechada para mejorar el terreno alrededor del túnel. Esta solución conlleva una reducción del diámetro interior del túnel debido al refuerzo. Para evitar la formación de resaltos hidráulicos en el flujo en lámina libre y permitir que la presión fuese admisible cuando las condiciones fuesen las de una conducción a presión, la solución a adoptar debía ser lo más estrecha posible, llegándose a una solución óptima de hormigón armado de 10 cm de espesor (mínimo que se consideró como ejecutable), consistente en un mortero de alta resistencia fck>40 MPa y dos capas de barras φ20 mm cada 7,10 cm, Fig.4.

Fig 4. Detalles del refuerzo

Adicionalmente se propusieron tres tratamientos adicionales:

  • Un anillo de inyecciones de lechada.
  • Inyección de las grietas y fracturas existentes en las dovelas para su consolidación.
  • Tratamiento de acabado superficial del refuerzo para asegurar la durabilidad de la obra.

El anillo de inyecciones propuesto fue de 1 m de espesor con inyecciones de microcemento en una malla al tresbolillo de 10 taladros en sentido transversal por cada metro en sentido longitudinal, Fig.5.

Fig 5. Sección de inyecciones

Para la consolidación de las dovelas se recomendó el sellado de las fisuras, previo saneado y limpieza, mediante resinas epoxi, permitiendo asegurar la continuidad estructural de las dovelas y su buen comportamiento funcional.

Por último se recomendó dar un tratamiento superficial al hormigón de refuerzo para evitar la degradación de las armaduras. Ya que debido a la obligación de limitar el espesor del refuerzo los recubrimientos para las armaduras eran bajos.

Ejecución

La posterior ejecución de la solución técnica propuesta, llevada a cabo por Proacon, planteaba varias dificultades debidas a:

  • La zona de trabajos se encontraba situada entre los 2 y los 16 metros de distancia a la boca de entrada del túnel. Dicha boca se encontraba a 25 metros de profundidad.
  • La cuantía del armado del anillo interior de refuerzo y el espesor del mismo.
  • La reducida sección del túnel.

Se dimensionó el encofrado de manera que se redujesen riesgos frente a problemas de bombeo y corte en el amorterado del anillo. Llegando a la conclusión de disponer de encofrados de dos metros de longitud y realizar la inyección de dos tramos diarios.Fig.7.

Fig 7. Encofrado de la sección de refuerzo

La cuantía del armado y el espesor del anillo requerían de un mortero que proporcionase la resistencia de cálculo, que estuviese muy bien dosificado y con muy buena trabajabilidad de manera que facilitase su puesta en obra. Con esos condicionantes se habló con los distintos fabricantes con los que se realizó el diseño definitivo de la composición del mortero.

Se decidió instalar el equipo de fabricación y bombeo del mortero junto a la boca de acceso al túnel y suministrar el mortero pre dosificado en seco al que había que añadir el agua de amasado controlada con medidor volumétrico. Este condicionante se tuvo en cuenta a la hora de estimar el tiempo de trabajo durante la inyección de manera que se asegurase el suministro continúo.

Por último se diseñó la distribución de los puntos de inyección en el perímetro del encofrado de manera que se pudiese llevar controlado el nivel de mortero asegurando el completo relleno del anillo y facilitar la entrada del material. La presión de inyección estuvo controlada en todo momento en la conexión entre encofrado y línea no alcanzándose presiones superiores a 2 bares en ningún momento.

La reducida sección del túnel obligó a la utilización de equipos de perforación de pequeñas dimensiones que permitiesen la ejecución de los taladros para la posterior inyección de consolidación mediante microcemento. Se utilizaron martillos neumáticos de columna a rotopercusión.

La inyección de microcemento se realizó mediante la utilización de turbomezcladoras, agitadoras y bombas de presión y caudal variables con control y registro de parámetros de manera que se evitasen riesgos de sobre presión en el trasdós y se mantuviesen los criterios de diseño.

Tras la reparación, pudo completarse el rellenado de tierras y la correcta puesta en funcionamiento del túnel.

Agradecimientos:

Los autores de este artículo quieren agradecer a José Manuel Escuderos Marín, Jefe de Obra, de Aldesa, empresa contratista de las obras, la confianza mostrada y las facilidades mostradas durante el desarrollo del diseño y construcción del refuerzo.

0 comentarios

Dejar un comentario

¿Quieres unirte a la conversación?
Siéntete libre de contribuir!

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *