D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de Ia construcción, y más concretamente al diseño y fabricación de secciones híbridas base cemento prefabricadas, para su aplicación en obras de sostenimiento (tales como túneles, muros pantalla, muros de cimentación, etc.).

El objeto principal de Ia presente invención es conformar una sección estructural con propiedades mejoradas para Ia obtención de elementos estructurales más eficientes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La creciente demanda en ingeniería de contar con soluciones prefabricadas de sostenimiento (túneles, muros pantalla, muros de sótano, etc.) con una mayor vida en servicio, a Ia vez que con prestaciones adecuadas a distintos procesos de fabricación, transporte y/o puesta en obra mecanizados ha impulsado el desarrollo de nuevas soluciones a medida [Tailor made concrete structures. New solutions for our society, Eds. J. Walraven and D. Stoelhorst, ISBN 978-0-415-47535-8, 1196 págs].

Actualmente, existen dos grandes planteamientos de cómo abordar el complejo objetivo de integrar las distintas exigencias (acciones mecánicas, medioambientales, ignífugas, acústicas, etc.) a las distintas prestaciones efectivas que pueda tener el elemento de sostenimiento. La primera tendencia propugna el uso de nuevas tecnologías de materiales compuestos base cemento, los también llamados CBC (cement based composites) basadas, por ejemplo, en Ia modificación de su matriz o pasta de cemento, utilizando una tipología de fibras, o bien cócteles de fibras (fibras de distintos tamaños y tipos) con el fin de conferir al elemento estructural importantes mejoras. De esta manera, se obtiene una mejor ductilidad o resistencia al impacto utilizando fibras de acero, o una mejor aptitud ante el fuego si se usan fibras de polipropileno o a ambos si se combinan de forma adecuada ambos tipos [Perumalsamy N. Balaguru, Sarendra P. Shah, "Fiber reinforced cement composites", Mc Graw HiII International Editions 1992.], [Arnon Bentur & Sidney Mindess, " Fibre reinforced cementitious composites" Elsevier applied science London and Newyork 1990], [JJ. Beaudoin, CBD-223. Fibre-Reinforced Concrete, 1982], [Proceedings of JSCE (Japan Society of Civil Engineers), Properties of fiber reinforced concrete subjected to high temperature, 2005]

La segunda tendencia propugna el uso de soluciones de protección pasiva a base de capas que se aplican (pinturas, morteros proyectados) o se adhieren (paneles antifuego, barreras acústicas) a los segmentos de hormigón estructural en general tras su montaje, mediante el uso de adhesivos o técnicas especiales, [Insulated fiber cement siding, Patent Application 20060053740], [Concrete sandwich panel, EP1982030251] [Ductal elements Monaco Train Station, http://www.ductal- lafarge.com/wps/portal/Ductal/DiscoverDuctal/Architect/Refer ences] [http:// www.cbbnfireproofing.nl/htm/projects.htm].

Mientras que las primeras soluciones en general conllevan mayores costes en materiales, complejidad y costes de producción, las segundas, si bien optimizan el uso de materiales, conllevan por Io general mayores costes de instalación, ya que requieren trabajos previos o posteriores a Ia instalación del propio elemento estructural. Son las condiciones adversas (temperatura, humedad y presencia de agentes químicos nocivos) las que combinadas con Ia aparición de fisuras, las que provocan el deterioro temprano de las armaduras [A. Bentur, Steel Corrosión in Concrete: Fundamentáis and Civil Engineering Practice (Modern Concrete Technology, 1998], en especial las del extradós (cara exterior o en contacto con el terreno), reduciendo de manera importante Ia integridad estructural del elemento [Nuevas tendencias en los revestimientos de túneles, wwvj.geoconsu\t.es/fotos/publicaciones/ TendenciasRevestimien-tos.pdf\.

En el caso de los distintos elementos de sostenimiento del terreno, fabricados con hormigón armado, el agua ataca al hormigón y al acero deteriorándolos, Io que obliga a una reparación del revestimiento, que normalmente requerirá el cierre del túnel al tráfico. Por otra parte, el agua que cae sobre Ia calzada puede resultar peligrosa para los vehículos por Ia posibilidad de deslizamientos e incluso de formación de placas de hielo.

La colocación de capas drenantes [A. Rico, A. Rico Rodríguez, H. del Castillo, La ingeniería de suelos en las vías terrestres: carreteras, ferrocarriles y aeropistas, ISBN 9681800796, 9789681800796, 2002] así como el empleo de hormigones más impermeables [Stephen W. Forster, Ph. D., P. G., High- Performance Concrete: Understanding the Basics, 2006], [Aitcin, P. -C, and Neville, A., "High-Performance Concrete Demystified," Concrete International, V. 15, No. 1 , pp.21-26.], son una solución que permite paliar estos problemas pero que requiere de trabajos preliminares, Io que implica un mayor coste de mano de obra y una mayor exigencia de control debido a que se trata de un trabajo que necesariamente debe ser realizado in situ. Por otra parte el uso de hormigones u otros materiales estructurales base cemento más impermeables o de matriz más densa, resultan mucho más susceptibles al efecto del desconchamiento o explosión frente a acciones tales como el fuego [Hlgh TEmperatute COncrete and SPalling, EU RAM-H ITECO Project], [Upgrading methods for fire safety in existing TUNnels, EU-UPTUN Project 2002-2006]. Es por ello que o bien se colocan fibras de polipropileno o se protege el elemento con una capa ignífuga en Ia zona del intradós (o cara interior opuesta a Ia del terreno).

Cabe citar incluso como capa en Ia zona del intradós o extradós, Ia utilización de soluciones porosas [ACI 522-06 (2006). "Pervious Concrete."

American Concrete Institute Committee 522 Bear, J. (1972). "Dynamics of fluids in porous media", Elsevier, New York.], [Neithalath, N., Weiss, J., and Olek, J.

(2005). "Modeling the influence of pore structure on the acoustic absorption of enhanced porosity concrete", Journal of Advanced Concrete Technology, Japan Concrete Institute, 3(1 ), 29-40] que proporcionan capas densas de agregados y granulometría equilibrada. Se ha comprobado que estas soluciones presentan grandes ventajas acústicas y de confort: capacidad de absorción del ruido, seguridad y drenaje del agua.

En el proceso de preparación del hormigón es común añadir aditivos superplastificantes. Estos aditivos son empleados para aumentar Ia plasticidad, reducir Ia cantidad de agua de amasado y acelerar el fraguado del hormigón, entre otros. Además permiten obtener hormigones de altas resistencias y gran impermeabilidad, siendo el aditivo recomendado además para hormigones

En cuanto a las técnicas constructivas, el hormigón estructural armado, (u hormigón estructural tradicional), consiste en Ia utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero.

Por otra parte el armado tridimensional consiste en reforzar el hormigón o el CBC con fibras durante su proceso de preparación. Existen diferentes tipos de fibras, tales como fibras metálicas (acero), fibras sintéticas (polipropileno) o fibras de vidrio, que Ie confieren importantes mejoras, resistencia, tenacidad, protección contra el fuego, durabilidad, control de fisuración, etc. Estas fibras se añaden a Ia hormigonera o a Ia mezcladora de Ia planta de fabricación, siendo recomendable introducirla junto con Ia arena y los áridos o bien cuando el hormigón ya esté mezclado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Mediante Ia sección híbrida prefabricada objeto de Ia presente invención se resuelven los inconvenientes anteriormente citados, proporcionando una estructura multicapa para su aplicación en obras de sostenimiento (túneles, muros pantalla, cerramientos de sótanos, etc.), fabricada a partir de Ia superposición de al menos dos capas, de CBC (cement based composites), compatibles y con propiedades mecánicas diferenciadas que permiten resolver una función específica, (aislante frente al fuego, mayor resistencia frente a impactos, impermeabilidad, etc.) o si así se requiere funciones combinadas, moldeadas y unidas en una sola fase y en cualquier caso sin usar capas de adherencia adicionales, teniendo al menos una de estas capas funciones estructurales.

Respecto al procedimiento de fabricación de Ia sección híbrida prefabricada objeto de invención comprende las siguientes etapas:

- preparación de Ia primera capa de CBC con una propiedad diferenciada, - vertido de Ia primera capa sobre un molde hasta que se alcanza el espesor correspondiente,

- preparación de Ia segunda capa de CBC atendiendo a otra propiedad diferenciada,

- vertido de Ia segunda capa sobre Ia primera capa, y así sucesivamente, efectuándose dicho vertido antes del fraguado de Ia capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas,

- espera del tiempo que se estime oportuno, una vez terminada Ia colocación de las capas, hasta conseguir el curado del bloque, que será el elemento estructural final conformado.

El vertido de cada capa se realiza por simple adherencia, debida al efecto de unión química del fraguado, por Io que se recomienda usar el mismo tipo de cemento y aditivo superplastificante, aunque es suficiente con que sean compatibles.

Los espesores y requisitos inherentes de las capas, vendrán condicionados por los requisitos de cada obra en particular, los cuales determinarán el tipo de CBC a preparar para conformar cada capa.

La sección híbrida puede utilizar armado tradicional o mallazo (barras de acero) para su conformación, en este caso Ia estructura de ferralla, con sus correspondientes separadores, se coloca sobre una capa previa que tenga unas características tales que permitan evitar una incorrecta situación de Ia misma.

Asimismo se pueden utilizar armados tridimensionales (refuerzo con fibras) para Ia conformación de las capas, en este caso se procede como en el caso de cualquier otra capa de CBC.

También es posible el empleo de soluciones porosas o basadas en unos principios para conseguir una estructura densa de agregados, de granulometría equilibrada, Ia misma se coloca sobre una capa previa que tenga unas condiciones de viscosidad tales que permita Ia intrusión del material de esa capa sobre Ia de Ia solución porosa.

La sección híbrida objeto de invención tiene como ventaja principal Ia sinergia que se consigue al utilizar capas de CBC con propiedades mecánicas diferenciadas, trabajando de Ia forma en que resulten más aptas, y poder contar así con elementos estructurales mucho más eficientes desde el punto de vista de Ia resistencia, rigidez, capacidad de deformación, durabilidad frente a

Ia acción continua del agua, que puede afectar a su capa de extradós (cara exterior del elemento), o el fuego, que puede afectar a su capa de intradós

(cara interior del elemento).

La presente invención permite además optimizar el uso de materiales en obra al realizarse durante el proceso de prefabricación, evitando trabajos adicionales de colocación de elementos de protección pasiva y obteniendo una mayor rapidez en las obras, un mejor control de calidad, así como una reducción de los espesores de cada capa, con el considerable ahorro en el coste final que todo esto conlleva.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista seccionada de una sección híbrida para Ia formación de una dovela compuesta por tres capas de CBC con propiedades mecánicas diferenciadas.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En Ia figura 1 a título de ejemplo se puede observar una sección híbrida prefabricada que proporciona una estructura multicapa (1 ) para Ia formación de una dovela destinada al revestimiento de túneles, compuesta a partir de Ia superposición de tres capas (2, 3 y 4) de distintos CBC, compatibles y con propiedades mecánicas diferenciadas que permiten resolver cada uno una función específica, (aislante frente al fuego, mayor resistencia frente a impactos, impermeabilidad, etc.), insertadas en un molde hasta conseguir el espesor correspondiente para cada capa.

Dicha sección híbrida está conformada por una primera capa (2) de CBC que contiene funciones de resistencia y tenacidad, reforzado con fibras de acero (5), una segunda capa (3) de CBC con funciones estructurales, armado con barras (6) de acero (mallazo), y una tercera capa (4) de CBC reforzado con fibras de polipropileno (7) que actúa de aislante frente al fuego, y que corresponde con Ia cara de intradós (cara interior del túnel).

Respecto al procedimiento de fabricación de Ia sección híbrida arriba descrita, comprende las siguientes etapas:

- preparación de Ia primera capa (2) de CBC tipo 1 , - adición de las fibras de acero (5) aumentando así su tenacidad, rigidez y resistencia al impacto,

- vertido de esta primera capa (2) sobre el molde hasta que se alcanza el espesor indicado para esta capa,

- preparación de Ia segunda capa (3) de CBC tipo 2, - vertido de Ia segunda capa (3) sobre Ia primera capa (2), efectuándose dicho vertido antes del fraguado de Ia capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas (2, 3),

- preparación de Ia tercera capa (4) de CBC tipo 3,

- adición de las fibras de polipropileno (7) para un mejor comportamiento frente al fuego,

- vertido de Ia tercera capa (4) sobre Ia segunda capa (3), efectuándose dicho vertido antes del fraguado de Ia capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas (3, 4),

- espera del tiempo que se estime oportuno, una vez terminada Ia colocación de todas las capas (2, 3 y 4), hasta conseguir el curado del bloque, que será el elemento estructural final conformado.

Preferentemente se añaden materiales granulares especiales con o sin adicción de fibras (5, 7) varias durante Ia preparación de las capas (2, 3 ó 4) para un mejor comportamiento frente al fuego.