Fibra de acero en hormigón proyectado para túneles: rebote, absorción de energía y distancia de la boquilla

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15 de junio de 2014

El hormigón proyectado está diseñado para la absorción de energía, no para la resistencia a la compresión. Esa única diferencia explica por qué en los trabajos de túneles se utilizan fibras cortas, altas dosis y haces pegados.

Lo que necesita el hormigón proyectado es absorción de energía, no fuerza

El soporte primario del túnel sigue una lógica diferente a la de las estructuras de superficie. Cuando el suelo se deforma, la capa pulverizada debe deformarse con él en lugar de desprenderse repentinamente, por lo que el parámetro de diseño es cuánta energía absorbe la capa en una deflexión determinada. La práctica europea especifica resistencia residual o absorción de energía con pruebas según EN 14488-3; La práctica norteamericana suele trabajar con tenacidad a la flexión. Aquí es donde la fibra de acero gana su lugar: el hormigón proyectado simple pierde capacidad en el momento en que se agrieta, mientras que una capa reforzada con fibra mantiene una fracción sustancial de su capacidad después del agrietamiento, lo que gana tiempo para evacuar y agregar soporte.

Rebote: la fibra más larga rebota más

El rebote es el centro de costes oculto del hormigón proyectado. El material que no se pega vuelve a caer y el hormigón proyectado simple normalmente rebota entre un 15% y un 25%; La fibra lo aumenta ligeramente porque las fibras rebotan en la boquilla. La longitud es la variable más sensible: la fibra de 30 mm rebota notablemente más que la de 20 mm. Por eso, en los túneles casi nunca se utiliza fibra de 50 o 60 mm, aunque en teoría son mejores los anclajes de fibra más largos. El compromiso práctico es de 20 a 30 mm con un diámetro cercano a 0,55 mm, de modo que la fibra siga la corriente de aire hacia la superficie.

20-30 mm es la longitud de trabajo para mezcla húmeda

La mezcla húmeda restringe la longitud de la fibra más que la mezcla seca. El material húmedo se bombea a través de una línea, de modo que las fibras largas forman puentes y bloques en las curvas; en la boquilla debe dispersarse con aire comprimido. De 20 a 30 mm se adapta a la mayoría de los robots de mezcla húmeda, con un diámetro de 0,5 a 0,75 mm, lo que da una relación de aspecto de 40 a 55. Si la absorción de energía especificada es alta, la respuesta correcta es más dosis, no más fibra: aumentar de 30 a 45 kg/m3 aumenta la absorción de energía en más de un 40%, mientras que el rebote aumenta sólo dos o tres puntos porcentuales.

25-45 kg/m3 y clases de diseño

La dosis de hormigón proyectado para túneles suele oscilar entre 25 y 45 kg/m3. La gama de 25 a 30 cubre capas de nivelación detrás de buena roca; 35 a 45 cubre zonas de falla, cobertura poco profunda y grandes secciones de deformación. Por encima de 45 kg/m3 la trabajabilidad disminuye visiblemente y el operador instintivamente añade agua, lo que reduce directamente la resistencia. Esa es la verdadera razón por la que muchos sitios informan dosis adecuadas pero baja concentración. Las dosis altas deben combinarse con aditivos reductores de agua y modificadores de la viscosidad, y una verificación de asentamiento y cohesión antes de pulverizar.

Balling: el modo de falla que más teme el hormigón proyectado

Una bola de fibra en la capa es peor que inútil: crea un vacío y un plano débil que se convierte en un iniciador de grietas cuando el suelo se mueve. La formación de bolas tiene tres causas: introducir fibra a puñados en la mezcladora, tiempo de mezclado insuficiente y relación de aspecto excesiva. La fibra se debe rociar o alimentar mediante una máquina dosificadora específica y la mezcla se debe extender de 30 a 60 segundos sobre concreto simple. Los haces de fibras encoladas reducen en gran medida el riesgo: la hilera se alimenta como una unidad, el pegamento soluble en agua se disuelve y cada fibra se separa individualmente, lo que mejora la uniformidad en más de un 40 % con respecto a la fibra suelta. Por eso los robots de mezcla húmeda prefieren paquetes pegados.

Trabajar con arcos de malla y acero

La fibra de acero no sustituye a los arcos de acero. En las clases de terreno IV y V el arco aporta rigidez global mientras que la fibra aporta dureza a la propia capa; hacen diferentes trabajos. Sin embargo, la fibra puede reemplazar la malla dentro de la capa, eliminando el trabajo de colgar, atar y posicionar y eliminando los huecos detrás de la malla. La combinación común en el sitio es arco de acero más hormigón proyectado reforzado con fibra sin malla. Resulta más rentable en perfiles cambiantes, donde la malla no puede seguir una pared de roca irregular, pero el hormigón de fibra sí.

Mezcla seca y mezcla húmeda: dónde se forman las bolas de fibra

El rebote es el indicador de coste más directo en el hormigón proyectado para túneles, y su primera variable no es la fibra sino el proceso. En la mezcla húmeda, el material ya está completamente dispersado mientras se bombea y el acelerador se agrega en la boquilla, por lo que la mayoría de los grumos son bolas falsas unidas por pasta que se rompen al volar. La mezcla seca es al revés: se agrega agua en la boquilla, la hidratación es desigual y la fibra se acumula en verdaderas bolas en la pared de la manguera y en las curvas, y una de las que llegan a la corona deja un vacío. Elija el proceso entre sección y espesor. Para un revestimiento permanente de 20 a 30 mm por pasada, la mezcla húmeda proporciona una uniformidad de espesor visiblemente mejor; para soporte temporal, reparaciones de emergencia y cambios de sección abruptos, la mezcla seca se adapta mejor y acepta un mayor rebote. La mezcla húmeda lleva tres detalles. La longitud de la fibra no debe exceder un tercio del diámetro interior de la manguera, por lo que se bloquearán 50 mm de fibra en una manguera de 65 mm. La dosis de acelerador sigue la filtración en la pared de la roca, demasiado hace que la capa se vuelva quebradiza y muy poco la deja hundirse, y en cualquier caso la fibra deja de funcionar. Mantenga la boquilla de 1 a 1,5 m de la superficie y rocíe perpendicularmente; El rociado en ángulo alinea las fibras con la corriente de aire y crea un plano débil anisotrópico. La absorción de energía se mide mediante la prueba del panel en EN 14488-3, y la aceptación es el área bajo la curva de carga-deflexión en lugar de un valor máximo único, que el contrato debe indicar explícitamente.

Tres controles de aceptación en el sitio

La aceptación de la fibra de hormigón proyectado tiene en cuenta tres aspectos: dosificación, uniformidad de distribución y resistencia a la flexión. La dosis se verifica lavando una muestra del sitio y pesándola, dentro de más o menos 10%; uniformidad mediante extracción de núcleos e inspección de la cara cortada, que debe mostrar la fibra distribuida uniformemente sin parches libres de fibra; tenacidad mediante la prueba de viga mencionada en el diseño. Para el modelo, diámetro, longitud y dosis recomendada, la sección de túneles y minería de la página del producto de fibra de acero enumera los grados y dosis correspondientes, que se pueden adjuntar directamente como un anexo técnico.