8.1 durabilidad de los materiales - nuevas tecnologías y materiales - nanotecnología, nuevos...

Controlar la abertura máxima de las fisuras

Garantizar un espesor de recubrimiento adecuado que proteja a las armaduras de la corrosión

Obtener una adecuada calidad de hormigón, especialmente en sus caras expuestas

Frente a condiciones ambientales adversas, es conveniente tomar medidas de

carácter preventivo, que eviten desde el primer momento el deterioro de la estructura,

teniendo en cuenta factores como la climatologfa, el terreno, la superficie expuesta, etc., y

siguiendo una estrategia claramente definida:

l (

Los tipos de ambientes y las exposictones consideradas agresivas, vienen

especificados en la Instrucción EHE en su Art. 8.2.2, de obligado cumplimiento dentro del

territorio español. (

Seleccionar formas geométricas adecuadas (evitar zonas de encharcamiento) (.

(

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La durabilidad no abarca sólo un buen dimensionamiento y mantenimiento de la

estructura en cuestión, sino también de todos aquellos elementos adyacentes que podrían

interactuar con ella y contribuir a su deterioro, tales como desagües, salidas de humos,

elementos accesorios, etc.

(

(

l (

En el proyecto de cualquier estructura y especialmente en el caso del revestimiento de túneles, deben tenerse en consideración todas las cargas a las que ésta va a verse

sometida, así como las condiciones ambientales de trabajo, estableciéndose los criterios

oportunos para que sus prestaciones iniciales se prolonguen lo más posible en el tiempo.

(

(

(

Se entiende por durabilidad, la capacidad que posee una estructura para soportar durante su vida útil de proyecto, las condiciones físico-químicas a las que puede verse

expuesta, sin pérdida apreciable en sus condiciones de seguridad, estabilidad y

funcionalidad.

(

(

8.1 DURABILIDAD DE LOS MATERIALES

Desde el punto de vista del mantenimiento y la conservación durante la explotación

del túnel, en este capítulo se estudian la durabilidad de los materiales que constituyen los revestimientos, principalmente hormigón; la detección y reparación de los deterioros, tanto

en los túneles ya construidos como en los de futura ejecución, aplicando las nuevas tecnologías de auscultación para el control de daños y alteraciones de los materiales.

(

(

8. MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN (

(

(

Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005)

Entre ambos, se encuentra el hormigón armado, constituido por una matriz de hormigón en la que están embebidas las armaduras de acero. La experiencia con este

material apenas es de 100 años, y esa es la vida útil nominal que puede tomarse como

significativa para definir las estructuras de hormigón armado.

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El acero por el contrario, es un material de carácter más inestable, cuya protección a

largo plazo no está asegurada en medios muy agresivos.

Alteración del hormigón del revestimiento de un túnel por ataques químicos

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Considerando por separado hormigón y acero pueden efectuarse diversas especificaciones. En primer lugar, el hormigón en masa resulta tan durable como la piedra

natural en ausencia de agresiones químico-físicas y sólo frente a exposiciones continuadas

que provoquen procesos de difusión y absorción de sales, presenta una pérdida

considerable de resistencia. En estos procesos, destacan por su importancia la

carbonatación y las reacciones álcali-árido.

Todos estos puntos están desarrollados ampliamente en las disposiciones

constructivas dentro de la Instrucción EHE y que garantizan, dentro de su marco de

aplicación, una calidad suficiente de la estructura, que permita mantener niveles de servicio

aceptables dentro de su vida útil. (

(

Disponer elementos de protección frente a la corrosión de las armaduras,

distinguiendo entre pasivas y activas (

Establecer medidas especiales de protección superficial en zonas y

ambientes altamente agresivos (

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(

l

La vida útil de las estructuras de hormigón armado, va a estar definida en todo caso

por la corrosión que sufran las armaduras de acero. Existe un método simplificado, basado

en consideraciones como la relación a/e, la proporción de cemento, la resistencia

característica, etc., recomendando unos recubrimientos mínimos, y que responde a unas

(

l (

(._

Este concepto de vida útil no está definido con claridad en ninguna normativa actual.

En el caso de la normativa española, se establecen criterios constructivos y de buena práctica, encaminados a incrementar en lo posible esta vida útil, pero no aparecen criterios

de diseño específicos que determinen una vida útil mínima para estas estructuras.

(

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Deterioro de cerchas metálicas HEB

(

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(

Puesto que estas situaciones se hacen del todo inevitables, es necesario prever su

alcance y modo de actuación, estableciendo criterios que determinen el periodo de tiempo

para el cual la estructura en cuestión va a conservar sus cualidades, esto es, definir la "vida

útil" de la estructura.

(

(

(

Las principales causas de deterioro que se han presentado en estructuras de

hormigón, son las relativas a las armaduras de acero y que son especialmente

problemáticas en aquellas estructuras situadas en medio marinos (con alta concentración de

cloruros) y en estructuras sometidas a ciclos de hielo-deshielo.

(

(

( (

Se ha comprobado a través de la experiencia, que ciertas prácticas constructivas

contribuyen a mejorar las condiciones estructurales del hormigón armado y entre ellas las

más significativas son proporciones elevadas de cemento por metro cúbico de hormigón y un espesor de recubrimiento elevado. Con estas dos premisas, puede controlarse con

bastante margen de seguridad las condiciones de servicio de cualquier estructura,

debiéndose prestar atención al cumplimiento de lo establecido en la normativa y en el

proyecto.

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La aparición de las fibras sintéticas de alta estabilidad química, abre un nuevo

horizonte en el cálculo de estructuras de hormigón, dada su resistencia frente a los ataques

químicos y su buen comportamiento mecánico, pudiendo sustituir al acero en un gran número de situaciones. Se trata de un campo nuevo, que requerirá mucho tiempo

experimentación hasta alcanzar los niveles de conocimiento que se tienen del hormigón armado, pero que cada vez adquiere mayor notoriedad.

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l

El objetivo fundamental de todo este proceso, es la cuantificación real del período de

vida útil de una estructura, de tal manera que puedan diseñarse, calcularse y construirse de

manera más fiable y segura, reduciendo en lo posible los gastos de mantenimiento y

rehabilitación, que alcanzan valores muy elevados en países como EE.UU.

En la actualidad están desarrollándose distintos métodos de evaluación de la. vida útil

del hormigón armado, en función del ambiente de exposición, la compacidad, la humedad,

etc., tratando de determinar la velocidad con la que ésta se produce. l.. (

(

(

(

Por su parte, el Instituto Torroja posee un amplio registro de valores reales de la

velocidad e intensidad de corrosión, cuantificando los periodos de propagación y ofreciendo valores orientativos de la vida residual que le queda a la estructura.

(

(

(

La norma ASTM 632-81 "Standard practice of developing accelerated test to aid

prediction of the service life of building components and materials", ofrece una metodologia

de los pasos que deben tenerse en cuenta para definir la vida útil de una estructura, según el tipo de deterioro, su evolución en el tiempo y el grado máximo que se considera

aceptable. ( (

exigencias mecánicas o de resistencia al fuego más que a una durabilidad del hormigón

propiamente dicha.

(

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(

(

Una vez que en el revestimiento del túnel (ya sea en el trasdós o en el intradós) ha

aparecido o se ha formado algún deterioro, los componentes estructurales (hormigón, acero u otros elementos) se encuentran desprotegidos y son objetivo de agresiones físico-

Es conveniente crear un registro informático de estos defectos cada vez que se

realice una inspección del túnel, para controlar su evolución, así como para detectar nuevos

fallos. La inspección del túnel se tratará más adelante. l (

(

(

Circulación de agua por juntas y fisuras.

Huecos entre los segmentos del revestimiento (

(

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Roturas y fisuras

Drenajes taponados o dañados l (

Exposición de las armaduras del sostenimiento

Presencia de huecos entre el sostenimiento y el revestimiento (

(

Hormigón poroso o de baja calidad

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(

( (

Las prácticas constructivas, la utilización, el envejecimiento, la mala conservación,

etc., generan en el conjunto del túnel una serie de defectos, de carácter constructivo, que

pueden ser origen de ataques más localizados (y por tanto más agresivos}, de origen físico- químico casi siempre y que pueden afectar de manera más profunda a la estructura del

revestimiento. Estos defectos deben de ser tratados pues, aunque el comportamiento estructural del túnel no varíe en exceso, consideraciones estéticas y de conservación

requieren su reparación. Entre estos defectos destacan:

(

(

(

(

Se entiende por deterioro un movimiento, una pérdida de material constituyente o una disminución o pérdida de las propiedades de los materiales que constituyen el

revestimiento, siendo el objetivo fundamental de las reparaciones el devolver al revestimiento sus condiciones iniciales o, si esto no es posible, detener el avance de ese

deterioro que afecta a la durabilidad, a la estructura, a la funcionalidad o a la apariencia del

revestimiento.

(

(

El revestimiento de los túneles carreteros está sometido a una amplia gama de

agentes y fenómenos que llevan a su deterioro paulatino. Estos varían mucho dependiendo

del uso a que esté destinado el túnel, del medio en el que se encuentre construido y de la

calidad de las capas construidas que recubren al revestimiento. (

8.2 PRINCIPALES DETERIOROS DE LOS REVESTIMIENTOS (

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Alteració11 por agentes químicos

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Alteración por acción del agua

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Circulación del agua

El conjunto de defectos y amenazas puede presentarse en el túnel de muy diversas

maneras y a escalas muy distintas, pudiendo ser de carácter puntual (fugas de agua), localizadas superficialmente (pequeños desprendimientos o incrustaciones calcáreas) o en

Abrasiones, impactos, erosiones, cavitación

Ataques químicos (procedente del terreno, o del humo, aceite u otras sustancias de los vehículos)

(

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Acción del fuego (

Envejecimiento y deterioro

Reacción álcali-árido (

(

Carbonatación del hormigón

Penetración de cloruros (corrosión de armaduras) (

( (

Ciclos hielo-deshielo

químicas, que pueden dañarlos en profundidad y de manera irreversible en un corto período

de tiempo. Entre los procesos que atacan de manera más agresiva a los componentes del revestimiento tenemos:

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La inspección de un túnel exige un conocimiento claro del estado del revestimiento,

una evaluación de los riesgos potenciales que presenta, la propuesta de una o varias

soluciones de actuación, y la realización de las labores que se hayan considerado

adecuadas.

(

(

(

Dependiendo del nivel de deterioro que sufra el túnel, éste requerirá un tratamiento de rehabilitación específico, que irá desde la limpieza superficial, hasta la destrucción de

secciones. completas del túnel o a su clausura en última instancia.

(

(

profundidad (chimeneas), superficialmente generalizadas (agresión química de la superficie de hormigón) o generalizadas (deterioro de hormigón y acero en profundidad).


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Una vez que se han realizado las mediciones oportunas y se tiene una constancia

clara del estado del túnel y del alcance e importancia que tienen los defectos detectados,

debe decidirse, en consonancia con los requerimientos que exige el nivel de servicio, y

dentro de las posibilidades de que se disponga, el alcance, prioridad y condiciones en que va a llevarse a cabo la rehabilitación del revestimiento. No hay que olvidar que estas

rehabilitaciones suponen cerrar el túnel al tráfico durante un período relativamente largo de tiempo, o como mínimo reducir la capacidad de la vía, con el peligro que para los usuarios

supone acceder a una zona donde se realizan trabajos pesados y que ofrece pocas

opciones de evacuación en caso de accidente. A esto debe añadirse la fuerza que suele

ejercer la administración o empresa titular del túnel, que exigirá el cierre durante el período

de tiempo mínimo y mirando siempre la repercusión económica de la operación.

(

(

(

Dada la actual tendencia y la evolución que están experimentando nuevas técnicas

como los ultrasonidos, el georradar o la microsismicidad, es conveniente evaluar en los

túneles la posibilidad de instalar un sistema de control que ofrezca una información detallada

y minuciosa del estado y evolución del túnel, a través de sensores instalados en el seno del

revestimiento, o de elementos exteriores de evaluación rápida. El coste de estos sistemas

es todavía elevado, lo que reduce su implantación en túneles de nueva construcción,

limitándose a casos concretos que requieren un estudio detallado. En túneles ya construidos

la instalación de dispositivos internos resulta compleja y cara, mientras que el empleo de sistemas basados en la emisión de ondas está adquiriendo cada vez mayor relevancia, dada

su rapidez, aunque sigue exigiendo una inversión en equipos inicial bastante importante.

(

(

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La inspección visual y con un pequeño martillo, resulta una buena aproximación

inicial, siendo rápido y relativamente barato. Existen a pesar de ello defectos que no pueden

ser evaluados de manera suficiente con estos métodos, requiriéndose en ocasiones raspar

la superficie del revestimiento o extraer testigos para comprobar su estado en profundidad.

(

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(

Las construcciones subterráneas de hormigón requieren un control y mantenimiento

continuo, con el fin de contrarrestar los efectos de envejecimiento en el hormigón, de los

ciclos hielo-deshielo, de la penetración de cloruros y de la carbonatación, así como revelar daños y defectos que a menudo son consecuencia de unas técnicas constructivas

inade.cuadas.

(

(

8.3 RESTAURACIÓN DE REVESTIMIENTOS


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(

Las labores de reparación deben tener en cuanto todos y cada uno de los principios

hasta aquí expuestos y elegir en consecuencia aquella metodología de actuación que mejor

se adapte a los objetivos buscados, según las posibilidades técnicas, económicas,

ambientales y materiales de que se disponga. (

(

Mejorar la apariencia estética

Devolver la integridad al sistema de impermeabilización

Prevenir futuros deterioros (

(

(

(

Detener los procesos de deterioro

Restaurar la integridad estructural

De acuerdo con estos principios puede optarse por distintos niveles de reparación:

Coste

Mantenimiento

Durabilidad

Integridad estructural (

(

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( (

Las rehabilitaciones se realizan en base a cuatro principios:

Por estas razones, la rehabilitación de un túnel debe abordarse con cautela,

actuando primeramente en las zonas más deterioradas, reduciendo en lo posible los plazos

de actuación y recordando que la rehabilitación busca igualar la vida útil de la zona tratada a la del resto del túnel, por lo que una rehabilitación excesivamente profunda puede empeorar

mucho la sensación que se tenga del resto del túnel y una rehabilitación demasiado

superficial puede requerir una nueva actuación en un plazo relativamente corto de tiempo.

(


(

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(

A continuación se exponen de manera detallada los procesos de rehabilitación y

reparación de revestimientos más utilizados en la actualidad. Sólo se hace mención a las

operaciones destinadas a la recuperación de las características estructurales, funcionales y

estéticas del revestimiento. No se tratan otros procedimientos de rehabilitación que pudieran

afectar al equipamiento del túnel, como es la limpieza de drenajes, sustitución de equipos de

Reparaciones electro-químicas (

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Mejora del ambiente de exposición

Protección superficial (pinturas, imprimaciones, morteros)

Reparación de materiales b) l (

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Sustitución o refuerzo de elementos estructurales

Sustitución del material

Reparaciones estructurales: a)

Pueden establecerse diferentes clasificaciones según las opciones elegidas para la

reparación y el alcance de éstas. Así se tiene: l (

(

(

(

Estos puntos deben ir acompañados de un plan de actuación adecuado,

estableciendo los plazos y alcances de la reparación e incluyendo una evaluación

económica detallada, tanto de los gastos de reparación, como de explotación y

mantenimiento, así como un plan de seguimiento que supervise la idoneidad de la solución

adoptada.

(

(

(

Establecer las condiciones de mantenimiento una vez realizada la reparación

Definición de las propiedades de los productos y sistemas que van a utilizarse

Selección de métodos

Selección de los puntos que requieren mayor protección y reparación (

(

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(

(

Discusión de los objetivos de protección y reparación

ldentificaeión de las causas del deterioro

Valoración de las condiciones de la estructura

El proceso de restauración consta de varias fases, que comienzan con la inspección

inicial del túnel y finaliza con su puesta de nuevo en servicio. Entre ambas se desarrolla todo

un proceso de planificación y toma de decisiones destinado a restaurar las condiciones de

servicio requeridas en el túnel y que puede dividirse como sigue: (

(

(

(

(

8.4 PROCESOS DE RESTAURACIÓN (

(

(

(


(

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(

El mortero está formado por arena, agua y cemento y es preferible que se aplique

manualmente, siendo además recomendable un proceso de curado de hasta 14 días, para asegurar la correcta unión mortero-hormigón y que se han alcanzado unas resistencias

iguales o superiores a las del revestimiento, aplicándose a continuación una emulsión de

resina que impermeabilice la zona y permita continuar con los procesos de fraguado durante

un período mayor ya exento de control por parte de los operarios.

(

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(

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(

(

Las zonas a tratar deben ser limpiadas superficialmente antes de aplicar al mortero, preferiblemente con chorro de arena. Igualmente, debe saturarse en agua la zona a tratar,

para impedir la migración de agua del mortero hacia el hormigón.

Hay que prestar especial atención al color que adquiere el "parche" reparado, puesto

que debe asimilarse en lo posible al de la pared del revestimiento, para mejorar la impresión

visual.

Debe emplearse en su aplicación una resina para garantizar la correcta unión entre

el mortero y la pared del revestimiento, ya que de lo contrario, el proceso de unión mortero-

hormigón se detendría al mismo tiempo que el proceso de endurecimiento del mortero, no siendo la resistencia de esta unión la sufici.ente para garantizar la eficiencia de la reparación.

(

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Se aplica en aquellos defectos que alcanzan una profundidad moderada, por

aplicación de un mortero de cemento, de manera manual o mecanizada, obteniéndose un

mejor acabado superficial con la primera técnica.

(

(

MORTERO DE CEMENTO

Este saneado debe alcanzar una penetración moderada en el hormigón, del orden de 0,5 veces el diámetro máximo del árido empleado, ya que de lo contrario puede verse muy

debilitado. En caso de ser necesaria una mayor profundidad, es preferible sustituir la

totalidad del revestimiento, evitándose espesores demasiado reducidos de hormigón

subyacente.

(

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(

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(

(

Consiste en eliminar las protuberancias, cavidades y otras irregularidades que sobrepasen las tolerancias superficiales establecidas para el revestimiento de hormigón.

Suele emplearse como tratamiento inicial, para obtener una superficie de mayor regularidad.

Es muy común en los sostenimientos de hormigón proyectado, donde en ciertas zonas

tiende a acumularse elevada cantidad de hormigón, lo que puede dificultar la colocación del

posterior revestimiento.

(

(

SANEO SUPERFICIAL

ventilación o tratamientos del pavimento, así como actuaciones que afecten a las partes

estructurales del túnel propiamente dichas, es decir, bulones, cerchas, mallazos, etc. (

(

(


(

(

Cada capa aplicada debe tener un espesor de entre 8 y 20cm, ya que espesores

mayores no ofrecen una buena compactación, debiendo esperar entre 30 y 40 minutos antes de aplicar la siguiente capa. La compactación puede realizarse manualmente

(

(

El pack seco de mortero, consiste en una mezcla que contiene una parte de cemento y dos partes y media de arena media, con una pequeña cantidad de agua que reduzca la

retracción y permita obtener altas resistencias. Pueden obtenerse colores más claros con la adición de cemento blanco si fuese necesario. Es importante que el contenido de agua

permita una consistencia plástica en et momento de la aplicación, no fluida en ningún caso,

y que garantice un fraguado adecuado.

(

l

Por último, puede garantizarse la adhesividad entre el pack seco y el revestimiento mediante una resina epoxi, aplicada sobre el hormigón seco a

una temperatura adecuada, empleándose a continuación el pack seco, antes

de que endurezca la resina. Esta técnica garantiza una buena hidratación del

pack seco, al proporcionar una superficie impermeabilizante y resistente entre

ambos materiales.

(

(

(

Puede humedecerse la pared del agujero durante la noche, agregándose una

cierta cantidad de cemento seco hasta que absorba todo el agua libre,

momento en el cual se aplica el pack seco de mortero.

Puede aplicarse un mortero tosco, de consistencia fluida, antes del mortero de pack seco, que se aplicará con consistencia plástica. Este mortero tosco no

podrá ser ni muy seco ni demasiado húmedo, para evitar migraciones de agua

en uno u otro sentido. (

(

(

La aplicación del pack seco está precedido de la adición de una capa adhesiva en el

contorno del agujero, que puede ser aplicada siguiendo tres métodos distintos: (

(

(

e

El interior de los agujeros reparados debe ser lo más regular y limpio posible, aunque

con su superficie rugosa para asegurar una buena unión, mientras que los bordes deben ser

lo más perpendiculares posible al revestimiento.

(

(

El pack seco es una combinación de cemento y arena, con la cantidad de .agua

exacta para hidratar el cemento. Es adecuado para defectos de profundidad muy importante,

igual o mayor a su anchura, por ejemplo, para reparar los agujeros formados al extraer

testigos de sondeo o formados por pernos de anclaje temporales. No es adecuado para

grandes secciones ni para defectos superficiales.

PACK SECO Y PACK SECO UNIDO MEDIANTE RESINA EPOXI (

1 {

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(

Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) (

La inyección debe asegurar la correcta ocupación de todos los huecos libres que

puedan quedar en la zona tratada, comprobándose que esto se ha logrado al observar que le flujo de lechada sale por la parte superior de la zona de tratamiento, arrastrando par del

aire que pudiera estar ocluido. El resto del aire se elimina de manera satisfactoria con la

vibración exterior. En todo caso debe controlarse que el producto obtenido tiene una

consistencia adecuada, y permite una buena compactación de la masa.

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La inyección de la lechada no requiere especiales exigencias. Es importante realizar

la inyección desde el punto más bajo posible, de tal manera que el nivel de lechada quede

por encima de la bomba, consiguiéndose así una distribución homogénea y continua de la

lechada. El nivel de la bomba puede ir subiendo progresivamente, una vez está sumergida

en la lechada, para evitar el bombeo con presiones excesivas. La vibración interna no es

recomendable, mientras que la externa es adecuada, sobretodo para suavizar las

superficies que están en contacto con los elementos exteriores.

l (.

Es necesario en cualquier caso realizar ensayos específicos para comprobar que

granulometrías y contenidos de agua y aditivos ofrecen las mejores características

resistentes y de puesta en obra de la mezcla.

(

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Consiste en rellenar los huecos existentes en o sobre el revestimiento, con un árido

bien graduado, colocado por bombeo, y a continuación inyectar una lechada o mortero de cemento, obteniéndose un hormigón denso de alto contenido en áridos. Es importante

asegurarse una estanqueidad suficiente de la zona tratada, para evitar la pérdida tanto de áridos como de lechada o mortero. Pueden aplicarse en la lechada adiciones de distinto tipo,

como puzolanas o cenizas volantes, que proporcionan mayor penetración y bombeabilidad,

y mejoran las características del hormigón obtenido. En el caso de aplicarse en el

revestimiento, es necesaria la instalación de un encofrado que respete la forma de éste.

Se trata de una técnica que ha sido muy utilizada en la construcción de túneles y en reparaciones de otras obras subterráneas, siendo base del relleno del trasdós de los túneles

construidos con tuneladora. (

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(

HORMIGÓN DE ÁRIDO PRECOLOCADO

El proceso de curado es el mismo que sigue cualquier otro elemento de hormigón,

aplicándose una película impermeabilizante que evite la evaporación del agua de fraguado,

e intentando que las temperaturas del entorno no sean excesivamente elevadas ni que caigan por debajo del punto de congelación del agua.

(

(

mediante algún elemento adecuado, no siendo necesario el uso de vibradores. La superficie

de la reparación debe enrasarse con la superficie del revestimiento.

(


(

(

La superficie del agujero o zona a reparar, debe abarcar hasta 5cm dentro del

hormigón sano, para evitar la presencia de restos, así como estar perfectamente limpia. Debe garantizarse una superficie minima expuesta para

Este método posee varias exigencias constructivas:

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(

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Se trata de una técnica destinada a grandes superficies, que además afectan a una

profundidad importante o incluso a todo el revestimiento. Consiste en añadir hormigón nuevo

a aquellas zonas en que el hormigón está especialmente deterioro, previa retirada de éste,

sin emplear ningún tipo de adhesivo cementítico o no. Requiere por esta razón unas

condiciones precisas de curado, de manera que se garantice una correcta hidratación del

material nuevo y una buena adhesión con el material existente.

l

SUSTITUCIÓN DEL HORMIGÓN

Si se aplica sobre armaduras, deben estar totalmente limpias de hormigón

viejo, para garantizar una correcta adhesión a toda la barra.

Se trata de un tipo de reparación muy versátil, que prescinde del encofrado, y

permite acceder a zonas donde otros métodos no son operativos. A pesar de esto, se trata

de un método bastante exigente en cuanto a composición de la mezcla y puesta en obra, ya que puede sufrir un importante rechazo por parte de la superficie de aplicación y una

distribución muy desigual sobre esta superficie, así como ausencia de juntas constructivas

que pueden favorecer la retracción. Por estas razones, son exigibles equipos especializados

en la ejecución de este tipo de reparaciones, para obtener unos resultados acordes.

(

(

El hormigón proyectado puede aplicarse por via húmeda o por via seca, siendo

distintas las características en su composición y proceso de proyección. Actualmente, y gracias al empleo de aditivos fluidificantes y plastificantes, se ha podido reducir el agua de

amasado en el hormigón proyectado por vía húmeda, lo que ha desplazado al hormigón por

vía seca en la mayoría de los casos, especialmente en aquellos que exigen un mayor

volumen de hormigón, obteniéndose unas características mecánicas adecuadas y un bajo

rechazo.

(

(

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(

El hormigón proyectado consiste en un hormigón convencional o un mortero grueso

impulsado mediante un sistema neumático contra la pared o elemento que quiere revestirse

o repararse. Es especialmente apropiado para aquellas reparaciones de gran superficie o

reparaciones situadas a pequeña distancia unas de otras.

HORMIGÓN PROYECTADO

En el curado, las exigencias son las mismas que para cualquier otro elemento de

hormigón. (

( (

(

(


(

El mortero se compone básicamente de arena bien graduada, seca y con limitación de finos y de resina epoxi de grado 2, clases B ó C. Las proporciones deben estar

Suele emplearse en reparaciones de carácter superficial y en zonas poco expuestas

a cambios bruscos de temperatura, dada su baja dilatación térmica respecto del hormigón,

que puede ocasionar daños de distinta índole. No es recomendable tampoco en zonas

donde las armaduras hayan sufrido corrosión, dado que favorecen la formación de

corrientes parásitas. Es importante garantizar una temperatura suficiente de la superficie

reparada, para favorecer la penetración de la resina epoxi, por lo que es recomendable un precalentamiento de la superficie durante un cierto tiempo.

(

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(

MORTERO EPOXI

Si el tamaño de la zona a reparar es reducido, son preferibles otros métodos.

El empleo de encofrados en la reparación, vendrá determinado por la zona en la que

ésta se realice, ya que en zonas sensiblemente horizontales o que se encuentren en el interior del revestimiento, no será necesario su empleo. (

(

(

(

La aplicación de varias tongadas debe estar espaciada por unos 30 minutos, con el

fin que la vibración afecte en parte a la tongada inferior. La calidad de la reparación está

muy condicionada por una correcta vibración del hormigón, con el objetivo de rellenar todos

los huecos existentes en la pared de la reparación y eliminar el aire de la mezcla. Esta

exigencia corre el riesgo de producir una sobrevibración que segregue la mezcla, por lo que precisa una puesta en práctica cuidadosa.

Las características de la mezcla son función de las condiciones estructurales y de puesta en obra exíqlbles, debiendo adecuarse de manera suficiente a las del revestimiento

reparado (incluyendo el color). Es necesario mantener una temperatura baja durante el

proceso de fraguado, de tal manera que se minimice la retracción del nuevo material, y se asegure una buena cantidad de agua de fraguado.

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La superficie del hormigón reparado debe estar saturada en agua y limpia de

cualquier sustancia o polvo que pudiera aparecer.

Si la profundidad de la reparación supera los 30cm, es recomendable realizar

dos o más tongadas, especialmente si se están reparando chimeneas en la bóveda.

Los bordes de reparación deben ser tan rectos como sea posible.

facilitar la vibración del hormigón de reparación, bien mediante vibrador de aguja, bien mediante encofrado vibrante.

(

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(

A pesar del empleo de la resina epoxi como adhesivo, es necesario un cierto curado

del hormigón, para obtener una resistencia adecuada, evitando la pérdida de agua de fraguado por evaporación, mediante la aplicación de una película protectora impermeable.

(

(

(

La compactación puede realizarse manualmente, no siendo necesaria la adición de

ninguna sustancia sobre la superficie terminada. Esta superficie, puede rematarse manualmente para obtener unas características adecuadas, que no resalten en el conjunto

del revestimiento.

(

l

Este método exige el empleo de encofrado, lo que incrementa el plazo de ejecución

de este tipo de reparaciones, especialmente en la zona de la bóveda. Debe prestarse mucha

atención a los procesos de fraguado de la resina, puesto que una puesta en obra muy tardía del hormigón, puede desembocar en una ausencia de adhesividad entre ambos elementos,

y como consecuencia la retirada de la resina mediante chorro de arena.

El empleo de cada tipo de resina dependerá esencialmente de su temperatura de

aplicación. El hormigón empleado debe poseer una adecuada trabajabilidad, no requiriendo especiales exigencias más allá de la equiparación con el hormigón que quiere repararse.

l (

(

Se emplea en reparaciones de espesor medio, donde la capilaridad y la superficie de

exposición, tienen influencia importante sobre los procesos de fraguado, lo que requiere un

elemento que garantice la unión y el aislamiento con el hormigón de base.

(

(

SUSTITUCIÓN DE HORMIGÓN Y UNIÓN CON RESINA EPOXI (

(

El empleo de distintos aditivos, puede dotar de variables cromáticas muy

interesantes a las resinas epoxi.

(

e

Durante el proceso de curado debe garantizarse que la temperatura no supera los

márgenes especificados para la resina empleada, de lo contrario podría fluir más allá de los márgenes de la zona tratada o endurecerse prematuramente, lo que restaría eficacia al

tratamiento.

(

(

(

Este método requiere revestir previamente la superficie tratada con una cobertura de

resina, que debe aplicarse igualmente a las armaduras. Esta resina puede ser la misma del mortero, aunque sin adición de arena. El mortero puede aplicarse manualmente o mediante

proyección, requiriendo en este segundo caso un equipo especial tanto para la puesta en

obra como para el operario, con el fin de protegerlo frente a su contacto e inhalación, dado

su carácter tóxico.

(

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(

respaldadas por la experiencia, y garantizar un resistencia y durabilidad acorde con el

revestimiento que se repara. (

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t. (

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(.

El éxito de un tratamiento de inyección con resinas, está condicionado especialmente

por la experiencia que tenga la empresa que realiza la reparación, ya que se trata de un

método que exige una preparación en medios técnicos y humanos muy específica.

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( (

(

Suelen emplearse resinas epoxi o resinas de poliuretano, requiriéndose para cada producto unas condiciones de viscosidad que son función de su tiempo de endurecimiento, y

que deben garantizar una puesta en obra adecuada, así como un equipo específico que

responda a las exigencias de la resina empleada y de las fisuras a tratar, puesto que las

presiones de inyección serán muy distintas dependiendo de su ancho.

l (

(

Ha sido un técnica muy empleada en el sellado de juntas y de fugas en los revestimientos de hormigón. Las grietas, juntas o fisuras de aplicación, deben estar limpias

de cualquier tipo de sustancia. Este tipo de reparaciones requiere el empleo de un equipo

específico para realizar la inyección del producto, por lo que su aplicación resulta costosa.

(

(

Se emplea en el sellado de fisuras o en zonas que han sufrido decompresión.

Ofrecen una adecuada capacidad resistente, y un módulo de elasticidad equiparable al del

hormigón. Devuelven de manera muy efectiva las caracteristicas iniciales del hormigón antes de haber sufrido la físuraeión. Presentan el inconveniente de la lentitud de

endurecimiento, especialmente a bajas temperaturas. No debe aplicarse a grietas y fisuras

de más de 1cm de amplitud, siendo difícil o imposible aplicarse a fisuras de menos de 1mm.

(

(

(

INYECCIÓN DE RESINA (


(

(

(

l l

Representación de inspección visual de los deterioros en el revestimiento de un túnel

.5+540 5+265 5+151

5+540

1

5+478 5+488

!] 5+4J5. 51445

[I 5+J75 5+J90

[I 5+255 5+270

LI 5+205 5+220

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5+151

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l ZONIFICACIÓN

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- Techo Pleno EEEJ Momposterfo ~ Fóbrico de lcdrillo ~ H0tmig6n de col tm Mampostería y fob. ladrillos

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5+540

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(

Con un equipo adecuado puede realizarse un archivo gráfico de toda la pared del túnel, para evaluarla después digitalmente, lo que ofrece una información muy precisa de la

situación, longitud y apertura de las grietas, y del tamaño, forma y localización de otro tipo

de defectos.

(

Este método sólo ofrece información superficial o a poca profundidad del estado del

túnel, no del sostenimiento ni de las condiciones geotécnicas.

Se realiza una inspección visual en superficie del estado del revestimiento,

localizando grietas, manchas, fugas de agua, etc., empleando un martillo para discernir posibles huecos o zonas con espesor de hormigón insuficiente y realizando demoliciones

puntuales si fuese necesario.

(

(

( (

(

a) Inspección visual o con martillo (

(

Se distinguen tres etapas en la evaluación de los defectos que pudiera presentar el

revestimiento de un túnel, según la profundidad a la que actúan:

(

(

(

8.5 AUSCULTACIÓN PARA DETECCIÓN DE DETERIOROS


l <..

Sistemas de emisión de ondas. En este campo el desarrollo está siendo muy

amplio, abarcando un gran número de técnicas, desde el radar a las ondas sonoras. Dependiendo del tipo de onda empleada y de su período, pueden

l (

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(

\. (

Integrados en el propio revestimiento, con la inclusión de sensores o células de presión, que registran de manera continua el comportamiento y evolución

del revestimiento según los cambios de tensión que en él se produzcan, detectando posibles roturas, desprendimientos, variaciones de la presión

intersticial, etc. Pueden registrar las ondas que genere el propio terreno, o la

respuesta de éste a impulsos emitidos desde el exterior.

(

(

(

(

Pueden ser de dos tipos:

Se trata de métodos de reciente aplicación, que respetan la integridad del

revestimiento, evaluando su estado a través de mediciones indirectas.

e) Método no destructivo (

L l (

(

( (

(

(

Medida y detección de espesores y deterioros

(

(

Tiene el inconveniente de romper la estanqueidad de la capa de impermeabilidad en

aquellos puntos donde se realiza el sondeo.

Permite comprobar la continuidad revestimiento-sostenimiento, el grado de

carbonatación del hormigón, la penetración de cloruros, la deformación, el estado tensional,

etc.

( '

(·

( 1

(

(

( 1 Se realiza la extracción de testigos procedentes de la pared del túnel, en distintos

puntos de éste, comprobándose el espesor y todas las condiciones mecánicas que de

ensayar ese testigo se desprendan.

( )

Método destructivo b) ( '

( \

( 1

Revestimientos de Túneles (Borrador diciembre 2005) ( 1

( 1

( 1

Interpretación tridimensional de las alteraciones del revestimiento

La información obtenida por los radares es analizada y modelizada por programas informáticos específicos, que consiguen interpretar los datos recibidos, proporcionando

imágenes bidimensionales y tridimensionales del estado del revestimiento, su espesor, su

alteración y la orientación de las grietas o fisuras.

(

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(

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l l (

Con este método se consigue tener un informe o análisis del estado dél revestimiento

del túnel en un tiempo razonable, aspecto importante si se tiene en cuenta que normalmente

estos túneles están en explotación.

Plataformas autopropulsadas con equipos de detección no destructiva por radar de ondas electromagnéticas

(

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En la actualidad se han empleado equipos montados sobre vehículos

autopropulsados, que incorporan un sistema de detección adaptado al túnel objeto del estudio. Montados sobre chasis de neumáticos para los túneles carreteros, los brazos

articulados de los sensores analizan el paramento completo del revestimiento.

(

(

(

Así, la microsismicidad emite ondas de frecuencias comprendidas entre 0, 1 y 1 O kHz, abarcando grandes volúmenes de roca y registrando fisuras,

discontinuidades o daños en el revestimiento. Las ondas acústicas, entre 30 y 250 kHz, ofrecen alta resolución en volúmenes de roca pequeños (unos

10.000 m''),

(

(

estudiarse distintos tipos de defectos o propiedades que interesan en el

revestimiento o en el propio terreno circundante. (


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Grafico de variación de temperaturas en hastiales y clave de túnel

P.K.

15D+----~~:--~-~-~-~-~-~-~-~-~-~-.--J 5+150 5+100 !tt210 5+:140 5+270 5t3JO 51330 5+360 5+3']0 5'4:¡o 5+450 5<400 !tt510 5+540

0 ~D!--~------ir----~----""""';--:;;;;:-------------~ \t.. e t 230

E 21D+---------44-""--1---------------->.-+-~---~ ~

GRAFICOS TERMOMETRIA

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Otra técnica experimental empleada en los últimos años es la "termografia",

consistente en la obtención de un registro termal de la superficie del revestimiento. Con

estos datos, pueden establecerse aquellas zonas en las que la presencia de agua es más

latente (zonas más frías) o aquellas con presencia de cavidades sobre el revestimiento (más

calientes).

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-Tmp:r<tt.ras hast:ia' derecho

Las técnicas basadas en emisión de ondas, exigen la instalación de sensores cada

cierta distancia, de manera que se registre la respuesta que ofrece el terreno frente a los

impulsos emitidos. (

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l•I l1f1l1i•I i1f1li-l--i•I lol•l1l1t•I

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O'~tondo (m) Georradar para detectar deterioros en el revestimiento de un túnel

1 l 1 1 1--1 1 1 1 1 1 ~ ~ g 3 ~ 8 ~ .-f\4..,~V>l,tir"

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Las técnicas de georradar o de emisión de ondas gamma, pueden detectar la

presencia de agua en el revestimiento, así como variaciones en su densidad o la presencia

de sustancias o elementos no deseados.


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l.

Actualmente esta ya disponible y en continuo desarrollo una tecnologla que permite

utilizar un sistema inteligente de auscultación y de evaluación de daños que, mediante una

Es necesario conocer la degradación, a largo plazo, de las estructuras subterráneas

de modo que sea posible establecer un sistema de gestión racional y económico del

mantenimiento, que evite deterioros graves, de reparación muy costosa o accidentes importantes y permita incrementar la duración del ciclo de vida de la estructura subterránea.

l (

Factores que afectan a la degradación estructural

Meteorización ~

Fatiga e=> Sobrecarga e>

Distorsión Deformación Tensión Rotura, fisuración Corrosión

Asiento ~ Cargas no previstas

Envejecimiento ~

(

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Su importancia, deriva de una parte, de la necesidad de mejorar el conocimiento de la evolución de los parámetros del terreno circundante, poco conocidos y no considerados

adecuadamente en la fase de proyecto, que actúan sobre el revestimiento; de otra parte, de

la necesidad de conocer la evolución de los mecanismos de deterioro que actúan sobre

éste, as! como de su inteqrldad.

(

La auscultación a largo plazo de las obras subterráneas, principalmente las urbanas

mediante un sistema de control estructural continuo y fiable de la misma, esta cobrando una

relevancia creciente por motivos técnicos y económicos.

(

(

(

SENSORES INTELIGENTES EN LA AUSCULTACIÓN (

(

El conocimiento del estado real del revestimiento, permite evaluar la necesidad de su

restauración y el alcance de ésta, llevando a cabo actuaciones urgentes donde el estado

sea más precario, realizando labores de reparación ligera donde se requiera, y obviando

aquellas zonas en que el revestimiento se encuentre sano, aunque no debe olvidarse que cualquier rehabilitación requerida un seguimiento a lo largo del tiempo, pues hay que evitar

en lo posible repetir la situación de precariedad que ya se ha remediado.

(


<. (

El sensor óptico se compone de : una zona activa de medición de una longitud

variable entre 200mm y 6m (1 Om) en la que se incluye el anclaje a la estructura con una

Este último tipo es el que utiliza el sistema SOFO (Survillance d'Ouvagres par Fibres Optiques). El sistema de medida se basa en la utilización de interferómetros Michelson en

configuración tandem.

Existen diferentes tipos de sensores de fibra óptica: repartido, multipunto, de

multiarena extensa y de área extensa.

(

(

(

(

(

(

Tipo Parámetros medidos Tecnología Observaciones

Máxima distancia a medir: Sistema de medición en

1 Sistema de 15-20Km. Frecuencia de

posicionamiento global Deformación global movimiento.(MMS

medición: 2 Movement Measurement

(GPS) mediciones/hora System).

precisión:5-10mm.

Para medir el Sensores de memoria de

2 Sensores de pico Deformación de pico pico.(peak mernory desplazamiento máximo

del pedestal de un puente sensory).

con mucha precisión.

Para medir la tensión en

cables y tendones de

3 Sensores elasto- (EM elast-magnetic anclaje, torones,

Tensiones actuales barras ... no tiene contacto magnéticos sensory technology).

mecánico que el elemento

que se mide. Gran

durabilidad.

Sensores de pequeño

tamaño y muy robustos,

Desplazamiento, (Fiber Optic Sensory de aplicación preferente

4 Sensores de fibra óptica en auscultación de obras temperatura technology).

subterráneas, taludes,

cimentaciones y pilotes

con el sistema SOFO.

t l e

En la tabla se indican los diferentes tipos de sensores que se utilizan:

(

(

(

El incremento de coste de implantación de un sistema de auscultación razonable en

una estructura nueva, puede suponer entre el 1 /2 %-1 % del coste total de construcción, no

incluyéndose el coste adicional del análisis de los datos; el 50% de este coste es atribuible a

la instalación de los equipos.

red digital, realiza la toma de datos en tiempo real, el procesado, el almacenado, la

transmisión y la interpretación de los mismos. (

( (


l \ (

(.

La medición se realiza del siguiente modo: La emisión de un diodo láser es inyectada

dentro de la parte pasiva del sensor a través de un acoplamiento.

Las deformaciones que se produzcan en la estructura producirán una diferencia de

longitud entre las dos fibras.

Anclaje del Sensor

(

(

(

(

\._

Espejos Fb'a de Reremnda Fb'a de medida Fb'a de Proteccion Aooplador ConedDr t (

Es sensor SOFO esta formado por una pareja de fibras instaladas dentro de la

estructura que se va a controlar. Una de las fibras es la de medida y está en contacto

mecánico con la estructura, mientras que la otra fibra es de referencia y va colocada

libremente dentro de un tubo contiguo.

Las piezas de anclaje del sensor permiten a éste soportar hasta 2 bares de presión

de agua. (

l (

(

(

(

Zona Activa y Zona Pasiva de un sensor

) Zona Pasiva

( ) ZonaAdlva (

200mm-6m (10m) Zona Espejo

100 mm Zona Activa

Pieza de Anclaje

0 8mm 0 2omm 0 8mm 11=--__::::......=..:.:..:..:..:..: __ ci

Zona Pasiva 1.4m • 50m (120m) Zona Intermedia incluida (

05mm rmin= 250mm"

Tuerca prensaestopas 020mm 55mm 130mm Protección de PVC

Cable con-------~·--- conector

(

(

(

zona de espejos de 1 OOmm de longitud en el extremo de la zona activa; una zona pasiva de

transporte de la información de una longitud variable entre 1,4m y 50m (120m) en la que se

incluye una zona intermedia, entre la activa y la pasiva de 620 mm de longitud.

(

(

(

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(

(


(

(

(

Para las aplicaciones en túneles, las mediciones de convergencia se realizan

utilizando los sensores como extensómetros, colocándolos dentro de taladros inyectados

situados radialmente al túnel; éstas mediciones deben realizarse durante la fase de construcción sino también durante largo espacio de tiempo; varios años, para determinar el

efecto de la fluencia de las rocas (squeezing) sobre los revestimientos.

l

Las mediciones se realizan con una precisión mayor de 0,2% de la deformación

medida y su resolución es de 2 micras.

Este sistema de medida se puede utilizar también en la auscultación de viejas

estructuras adosando los sensores a éstas.

\ (.

El sistema consta de una unidad maletín de lectura muy rápida (1 O segundos) que se

puede utilizar para realizar múltiples lecturas en diferentes puntos de la estructura y de otras

estructuras.

Sistema de demodulación interferométrica

Láser 1550nm

(( \SQfO] ))

(

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(

SOFO Demodulador Dinámico

(

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Estructura auscultada (

(

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En la fase final del sistema la luz del láser es dividida con un acoplador que permite

la demodulación simultánea de ocho canales, cada uno con un optimizador de fase DSP. (

(

(

(

(

(

La luz pasa al interferómetro Michelson formado por las dos fibras dentro de los sensores SOFO y es reflejada hacia atrás hacia el interferómetro desmodulador de

frecuencia; el modulador se lleva a una frecuencia de 50 KHz. Finalmente la intensidad de la

luz es recogida por un fotodiodo y digitalizada. La franja resultante de la muestra es analizada con un optimizador de fase DSP que proporciona la fase correspondiente

acumulada en formato digital y analógico.

(

(


Aplicación de sensores de fibra óptica para trabajos subterráneos

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e (

(

El sistema SOFO permite también instrumentar dovelas prefabricadas fijando las fibras ópticas en un entorno protegido dentro de la planta de fabricación.

5

3

/> /' 1.Extcnsomelro

1.~·~·---- .

2.Auclajc de cable •--.__ l J.Pllotc (Fricción lateral) ---...__ 4.Clmcntaclones en suelos ' • (Levantamlento y asiento) i• ,..-

...

-S._P_llo.,.te-(-dl-sl-rl-bu-c-ló-n-de..-f-u-cn-za-s)-----' 8 ·.f: »: _j 2 ·~----. 6.Túnel (desplazamiento tangencial) : 1

_, ~

7.Túncl (desplazamlento radial, convergencia) 8.Muro de contención (dcflexlón, flecha)

í 14

I

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( (

Los sensores de fibra óptica pueden utilizarse para medir la deformación en los

revestimientos; utilizados en parejas paralelas circunferencialmente dispuestas en el

revestimiento, permiten determinar las deformaciones circunferenciales. Mediante los cálculos pertinentes de revestimiento pueden determinar las fuerzas N, o los momentos M y

la convergencia.


8.1 durabilidad de los materiales - nuevas tecnologías y materiales - nanotecnología, nuevos...

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