Diseño de morteros de relleno (backfilling) en tuneladoras tipo TBM Guillermo Ramos Martínez Product Manager UGC España
Contenido Qué es un mortero de relleno de trasdós (backfilling)? Por qué es importante el mortero de relleno? Tipos de mortero Procedimientos de inyección. Requerimientos técnicos de un mortero de relleno. Problemas típicos de los morteros de relleno. Aditivos para morteros de relleno. Sistema TCC. Sumario Carascterísticas mortero de relleno (EFNARC).
Qué es un mortero de relleno de trasdós (backfilling)? Durante la excavación de un túnel con máquina tuneladora (TBM) con escudo, las dovelas de revestimiento, se colocan en el interior del escudo, quedando así un espacio entre el terreno y el anillo de dovelas (normalmente de 8 20 cm), que se ha de rellenar cuanto antes Espacio anular relleno de mortero de backfilling
Por qué es importante el mortero de relleno? Para dar continuidad entre el terreno y el anillo de dovelas. Para prevenir esfuerzos / flotación del anillo al salir del escudo. Para transmitir cargas rápidamente en zonas urbanas. Para reducir asentamientos, especialmente en terrenos no competitivos. Para prevenir el movimiento de las dovelas en el anillo y la posible rotura de las juntas de estas. Para eliminar / reducir el ingreso de agua en el túnel.
Tipos de Morteros de Relleno EFNARC, Specification and Guidelines for the use of specialist products for Soft Ground Tunneling, November 2001, divide los morteros de relleno en tres grupos: Morteros activos: Morteros semi-inertes: Morteros inertes: Cemento > 300 kg/m3 Cemento < 100 kg/m3 Sin Cemento Portland pero con Filler y/o Cenizas. La selección de los distintos tipos de mortero depende de requerimientos tales como el risgo de asentamientos, ingreso de agua en túnel, etc Una segunda subdivisión son - (EFNARC): Un solo componente Dos o más componentes: Componente A (mortero o grout) + Componente B Gravilla de inyección en trasdós.
Tipos de Morteros de Relleno Sistema de un solo componente: Todas las partes (cemento, adiciones, áridos, agua y aditivos) se amasan juntos. Posteriormente se bombea el mortero en el espacio anular. Sistema de dos componentes: [Sistema MEYCO TCC (Total Consistensy Control)] Componente A: i) Conglomerante(s) + arenas consistencia fluida/líquida. ii) Grout consistencia líquida. Component B: Aditivo líquido adicionado justo antes del punto de inyección del mortero de relleno, con un mezclador. Control total de la consistencia del mortero inyectado y/o resistencia iniciales rápidas.
Tipos de Morteros de Relleno Gravilla de inyección Se usa únicamente en terrenos muy estables. Se coloca en el trasdós impulsado por aire a presión y posteriormente se inyecta una lechada de cemento para consolidar la gravilla La lechada suele tener R A/C altas, por lo que tiende a exudar. En presencia de agua en el terreno, la inyección de lecha es compleja. Si la inyección de gravilla y posterior relleno con lechada no se hace correctamente, pueden quedar huecos en la clave del anillo. En túneles de poco diámetro supone un problema debido a la maquinaria que se precisa para la inyección, tanto de la gravilla como de la lechada.
Inyección de mortero a través del escudo Para terrenos inestables Soporte inmediato Requiere sincronización entre la inyección del mortero y el avance de la TBM Disminución del espacio anular Se reduce la posibilidad de una segunda reinyección Grout ports Problemas con la limpieza de las líneas de inyección Peligro de atranques en las toberas del mortero. Soporte cepillo Cepillo Cámara intermedia rellena de grasa Escudo Grout Linea de inyección de mortero Linea inyección grasa de cola Presión agua y carga del terreno Dovelas de hormigón
Inyección de mortero a través de la dovela Colocación del mortero a través de los agujeros de inyección de las dovelas. Inyección del mortero varios metros detrás del escudo. Gran parte del trasdós de varios anillos queda momentáneamente vacío. Sistema de inyección para terrenos bastante estables. Ventajas: - Más sencillo de manejar y poner en marcha. - Riesgo de bloqueos mucho más controlado.
Requerimientos técnicos para Morteros de relleno Buena bombeabilidad (largas distancias _ 30-60 m; a veces más). Correcta fluidez: - Adecuada colocación en el trasdós - Inyección de grandes cantidades en poco tiempo (5-40 m3/h) Tiempo abierto y trabjabilidad adecuados para: - Transportes largos - Paradas TBM - Posibles inprevistos (transporte, producción, etc )
Requerimientos técnicos para Morteros de relleno Rápido desarrollo de resistencias mecánicas iniciales (terrenos no competitivos). Sin exudación (<1% de agua de exudación) Propiedades antilavado (en función de las condiciones del terreno y del túnel) Fácil de limpiar en las líneas de inyección del escudo. Durable y sin retracción plástica. Solución económica para las condiciones del túnel.
Problemas típicos del Mortero de Relleno Exudación y Segregación dan morteros inestables: - Dificultades de bombeo - Atranque de las líneas de inyección. En terrenos con ingreso de agua en el túnel, el mortero de relleno se lava Si el tiempo abierto no es suficiente pérdidas de trabajabilidad: - Dificultades de bombeo - Problemas de limpieza al final del bombeo. El endurecimiento del mortero, una vez inyectado, no es suficientemente rápido.
Reductores de agua Amplia gama de plastificantes y superplastificantes - RHEOBUILD - GLENIUM Ventajas: Incremento de la plasticidad y bombeabilidad del mortero. Reducción de la exudación. Disminución de la R A/C, mejorando las resistencia mecánicas iniciales y finales.
Lubrificantes y ayudantes de bombeo POLYHEED SGE / POLYHEED 350 MEYCO FIX GA40 Ventajas: Reducción de fricción interna, mejora de plasticidad y bombeabilidad del mortero. Mejora la cohesibidad del mortero, permitiendo el bombeo de mezclas incluso con granulometrías muy deficientes en finos. Reducción de la tendencia a la exudación y a la segregación. Óptimo bombeo de morteros inertes
Estabilizadores DELVO CRETE STABILIZER E Tiempos abiertos y trabajabilidad de hasta 72 horas Puede readicionarse en el mixer para alargar el tiempo abierto. Mejora los bombeos a muy largas distancias. Esencial para puestas en obra prolongadas en periodos calurosos y/o imprevistos de la obra.
Sistema MEYCO TCC (Total Consistency Control) Sistema de dos componentes (Componente A + Componente B) Rápida inversión de la consistencia del mortero. Cambio instantáneo de la consistencia del mortero. Morteros bombeables en los que se puede controlar el tiempo del inicio de fraguado. Compatibilidad con aditivos anti-lavado (Meyco Fix GA 322) permitiendo un control total de la inyección en trasdós con corriente de agua.. El sistema Meyco TCC permite inyectar morteros acelerados o morteros con súbita pérdida de consistencia (slump killing) sin fraguar.
Sistema MEYCO TCC (Total Consistency Control) Control de Consistencia (slump killing): Control de Consistencia (desarrollo de resistencias iniciles): RHEOBUILD GLENIUM POLYHEED + MEYCO TCC 780 RHEOBUILD GLENIUM POLYHEED + MEYCO TCC 766 Control de Consistencia (Control corriente agua ingreso en túnel): MEYCO FIX GA 322 + MEYCO TCC 766
Características del Mortero de Relleno (Recomendaciones EFNARC) Mínimo contenido de agua, permitiendo un correcto bombeo y resistencia a la segregación. Consistencia y trabajabilidad adecuadas para un correcto relleno del trasdós durante el avance de la TBM. Retracción controlada durante y después del endurecimiento del mortero. Pérdida de consistencia o endurecimiento rápido cuando los asentamientos del terreno lo requieran. Resistencia a la segragación y exudación para evitar atranques de las líneas, bombas y toberas del escudo. Resistencia al lavado del agua que ingresa en el trasdós del terreno circundante. Colocación de un mortero de relleno en el trasdós del anillo que sea homogéneo, estable y de baja permeabilidad.