PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE LA MISMA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una estructura bicapa con propiedades impermeabilizantes y estructurales útil para construcción y al procedimiento para la obtención de la misma.

La estructura bicapa comprende un hormigón proyectado reforzado con fibras de acero con carácter impermeabilizante y con contribución estructural sobre una estructura de hormigón. En particular, se refiere a un hormigón proyectado reforzado con fibras de acero e impermeabilizante sobre un muro pantalla de hormigón armado. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica se conoce el hormigón proyectado, el hormigón reforzado con fibras y los morteros técnicos impermeabilizantes.

El hormigón proyectado se define como un hormigón cuyo tamaño máximo de árido es superior a 8 mm y que, aplicado a máquina, se proyecta a gran velocidad a través de una manguera y una boquilla sobre una superficie. La forma de aplicación se denomina gunitado y existen tres formas de realizarlo: 1. Gunitado por vía seca, en el cual todos los componentes del mortero u hormigón proyectado son previamente mezclados, a excepción del agua que se incorpora en la boquilla de salida antes de la proyección de la mezcla. El transporte de la mezcla sin agua se realiza a través de mangueras especiales de forma neumática (flujo diluido) desde la máquina hasta la boquilla de proyección; 2. Gunitado por vía húmeda, en el cual todos los componentes del mortero u hormigón proyectado se mezclan previamente, incluyendo el agua, antes de incorporarse a la manguera a través de la cual serán transportados (flujo diluido o flujo denso) hasta la boquilla de proyección; y 3. Gunitado por vía semihúmeda, en el cual todos los componentes del mortero u hormigón proyectado se mezclan previamente, a excepción de una parte del agua que se incorpora a 4-5 metros de la boquilla especial de salida antes de la proyección de la mezcla. Se utilizan áridos que pueden tener hasta el 8% de humedad.

El transporte de la mezcla se realiza a través de mangueras especiales de forma neumática (flujo diluido) desde la máquina hasta la boquilla de proyección.

Por otra parte, los hormigones reforzados con fibras (HRF) se definen como aquellos hormigones que incluyen en su composición fibras cortas, discretas y aleatoriamente distribuidas en su masa según el Anejo 14 de la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE 2008). La aplicación de estos hormigones puede ser con finalidad estructural o no estructural.

También existen morteros para la impermeabilización de superficies. Básicamente hay de dos tipos: los que actúan como revestimiento formando una película de unos pocos milímetros, o película impermeabilizante sobre la superficie a tratar, y los que actúan en la red capilar del hormigón que, proyectados en forma de lechada penetran desde la superficie del hormigón hasta su interior y reaccionan con el hidróxido de calcio del hormigón creando una estructura cristalina que bloquea permanentemente la capilaridad del hormigón y le confirieren propiedades impermeables.

Sin embargo, dichas impermeabilizaciones presentan limitaciones en su aplicación cuando se desea la impermeabilización de hormigones ya existentes o en especial, cuando se desea la impermeabilización de muros pantalla.

Desde el punto de vista teórico, un buen hormigón puede tener un coeficiente de permeabilidad muy bajo, tal que puede ser considerado impermeable incluso al agua con presión. Pero en condiciones reales, a pesar de las modernas tecnologías productivas, es muy difícil obtener un hormigón que sea perfecto en toda su masa. Incluso los más pequeños defectos (fisuras finas, nidos de grava, etc.), así como las juntas de hormigonado y las juntas estructurales, constituyen un riesgo de filtraciones de agua muy elevado. Por lo tanto, la única solución real a adoptar hasta la fecha para impedir infiltraciones en las estructuras enterradas de hormigón es la utilización de los morteros técnicos impermeabilizantes.

Además, las particularidades propias de los muros pantalla hacen que el acceso al trasdós sea inviable, por lo que el sistema de impermeabilización debe aplicarse por el interior de la estructura y, por lo tanto, ha de ser capaz de resistir presiones negativas del agua. Es por ello que cuando se requiere la impermeabilización de muros pantalla se utilizan los morteros técnicos impermeabilizantes.

Sin embargo, los sistemas de impermeabilización basados en morteros técnicos presentan una serie de limitaciones. Estos actúan e impermeabilizan toda la superficie del muro pantalla excepto puntos singulares, ya que no son capaces de sellar juntas constructivas, coqueras, nidos de grava, fisuras, armaduras vistas, como puede darse el caso en los muros pantalla. Para ello son necesarios morteros de reparación y morteros bicomponentes flexibles, además de un saneamiento de toda la junta. Por lo tanto, son necesarios otros productos y otras aplicaciones y, una vez más, es necesario una aplicación complementaria a la propia impermeabilización de las superficies del muro pantalla, suponiendo un consumo de material y de horas extra.

Así por ejemplo, la patente JP2007245540 describe una estructura de revestimiento compuesta con propiedades impermeabilizantes para morteros y hormigones.

Otro inconveniente con el que se encuentran los muros pantalla es la depresión del nivel freático. Como es sabido, para la ejecución de los trabajos de impermeabilización en estructuras bajo nivel freático o con riesgo de infiltraciones de aguas de escorrentías es necesario, desde el primer momento, la depresión del nivel de las aguas, de manera que se habilite un escenario de trabajo adecuado y seco. Esto se consigue con drenajes, canalizaciones o sistemas de bombeos continuos, que han de mantenerse hasta finalizados los trabajos de impermeabilización y fraguados de materiales.

Mantener estos sistemas de depresión del nivel freático supone un coste económico considerable, por lo que si se consiguiera reducir el tiempo de ejecución de la impermeabilización y con ello el tiempo de bombeo de las aguas, se conseguiría un considerable ahorro económico.

Todavía otro inconveniente de la cimentación profunda con muros pantalla es la necesidad de asegurar la cimentación durante el rebaje del terreno. Las técnicas más habituales son la ejecución de anclajes al terreno o el apuntalamiento de muros con estructuras metálicas. Las dos soluciones presentan una serie de inconvenientes. En el caso de los anclajes, en muchas ocasiones y debido a la existencia de elementos en el terreno como son canalizaciones y/o infraestructuras enterradas, son imposibles de realizar. Respecto a los apuntalamientos, estos complican la ejecución de la obra, ya que son elementos que cruzan el solar y que dificultan considerablemente el movimiento y tránsito tanto de maquinaria como de personas.

Por lo tanto, todavía no existe una solución real a los problemas existentes en el estado de la técnica para la impermeabilización de hormigones existentes, en particular de muros pantalla. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es pues resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando una estructura bicapa con propiedades impermeabilizantes y estructurales útil para la construcción.

De acuerdo con este objetivo, la estructura bicapa para construcción de la presente invención se caracteriza por el hecho de que comprende una capa (1) de hormigón proyectado reforzado con fibras de acero e impermeabilizante y una capa (2) de hormigón armado, donde dicho hormigón proyectado comprende un aditivo impermeabilizante en estado líquido o en polvo (no es determinante) a una concentración comprendida entre 0,5 y 5% en peso respecto al peso del cemento contenido en el hormigón a proyectar y, opcionalmente, una capa (3) de imprimación entre ambas capas (1) y (2).

El conjunto de la estructura bicapa hormigón armado-hormigón proyectado se caracteriza por poseer al mismo tiempo propiedades impermeabilizantes y estructurales. En particular, dicha capa (2) de hormigón armado es un muro pantalla.

El aditivo impermeabilizante utilizado posee las propiedades de reducción de la absorción capilar entre un 26-50% y de la penetración del agua entre un 20-40% y, preferiblemente, está a una concentración comprendida entre 0,5 y 5% en peso respecto al peso del cemento contenido en el hormigón a proyectar.

Sorprendentemente, con el aditivo impermeabilizante en el hormigón proyectado se consigue actuar directamente sobre la formación de poros durante el fraguado del hormigón en la reacción exotérmica por evaporación del agua, ya que reduce la relación AJC y por lo tanto la formación de poros, consiguiendo así un hormigón proyectado con carácter impermeabilizante.

Con la invención se resuelven los inconvenientes relativos a la impermeabilización de los muros pantalla mediante un mecanismo distinto, consiguiendo, en una sola aplicación, una impermeabilización continua del muro pantalla y obteniendo la impermeabilización de las superficies, el sellado de las juntas y la reparación de posibles defectos del hormigón armado o muro pantalla, además de proporcionar una superficie regularizada y homogeneizada.

Ventajosamente, dicho hormigón comprende agua y cemento a una relación comprendida entre 0,25 y 0,40, preferiblemente a una relación inferior a 0,40.

La capa (3) de imprimación opcional, cuando se utiliza es preferible que sea una imprimación epoxi en base agua o una imprimación acrílica. A este efecto, la invención también propone un hormigón proyectado reforzado con fibras de acero con carácter impermeabilizante sobre una pantalla de hormigón armado que proporciona mayor contribución estructural.

Los muros pantalla tienen particularidades propias tales como que presentan grosores importantes. Normalmente, los muros pantalla tienen espesores mayores que los muros encofrados, lo que supone un mayor consumo de hormigón e hierro y, en consecuencia, una disminución de la superficie construible.

Ventajosamente, con la estructura bicapa según la invención puede reducirse sustancialmente el grosor del hormigón armado o muro pantalla dado que la adición del hormigón proyectado con las fibras de acero proporciona una contribución estructural al conjunto y, por lo tanto, una solución para obtener muros de contención de menor espesor, con igual resistencia y seguridad, y para reducir el consumo de materiales y proporcionar una mayor superficie de construcción.

Además, la estructura bicapa según la invención también es de aplicación para solucionar los problemas de construcción y evacuación de las aguas que actualmente existen en la construcción de los túneles.

También ventajosamente, con la estructura bicapa de la invención se suprime la necesidad de apuntalar el muro con lo que además se consigue un ahorro de tiempo de ejecución.

Es de destacar que el sistema constructivo propio de la ejecución de los muros pantalla hace que sea habitual encontrar superficies con grandes irregularidades, por lo que estéticamente no se consigue una superficie homogénea como la de un muro encofrado. De acuerdo con la presente invención, se soluciona también este problema proporcionando una superficie acabada del conjunto muro pantalla-hormigón proyectado homogénea y regular.

La invención también se refiere al procedimiento para la obtención de la estructura bicapa y se caracteriza por el hecho de que comprende las siguiente etapas:

i) preparación y humectación de la superficie del hormigón armado cuya preparación comprende chorreado de arena o proyectado de agua a presión;

ii) preparación de la mezcla de hormigón para proyectado reforzado con fibras e impermeabilizante, donde se mezclan todos los componentes y se añade un aditivo impermeabilizante en estado líquido o en polvo (no es determinante) a una concentración comprendida entre 0,5 y 5% en peso respecto al peso del cemento contenido en el hormigón a proyectar; y

iii) proyección por vía húmeda de todos los componentes del hormigón previamente mezclados, incluyendo el agua y el aditivo impermeabilizante.

Opcionalmente, después de la etapa i) puede aplicarse una capa de imprimación sobre la superficie preparada del hormigón armado. Dicha imprimación puede llevarse a cabo con imprimaciones epoxi en base agua o imprimaciones acrílicas.

Ventajosamente, en dicha etapa ii), la mezcla de hormigón a proyectar comprende áridos de tamaño máximo 12mm, agua, cemento, donde la relación agua/cemento está comprendida entre 0,25 y 0,40, fibras de acero, un aditivo impermeabilizante y un aditivo superfluidificante y, opcionalmente, un aditivo de base sílice coloidal y sílice amorfa.

También ventajosamente, en dicha etapa iii) de proyección se utilizan agentes acelerantes de fraguado libres de álcali (AF).

Con la invención, no es necesario reparar defectos con morteros estructurales y, por lo tanto, una vez construido el muro pantalla y realizada la excavación del solar, se procede únicamente a preparar el soporte o superficie del muro pantalla u hormigón armado mediante un chorreado de arena o de agua a presión. De esta forma, la superficie del muro queda preparada para proyectar el hormigón que incluye las fibras de acero y el aditivo impermeabilizante.

Es de destacar que hasta la fecha es necesario no sólo preparar la superficie del muro pantalla, es decir limpiarla, sino que también es necesario llevar a cabo una reparación para que exista una buena adherencia del mortero técnico impermeabilizante que se va a utilizar. Dichos trabajos de reparación tienen por objeto sanear los defectos o zonas deterioradas como coqueras, nidos de grava, fisuras, armaduras vistas, etc., que existen en prácticamente todos los muros pantalla, de lo contrario el mortero técnico impermeabilizante no sería efectivo.

Sorprendentemente, con la estructura bicapa según la invención es suficiente una adecuada preparación del soporte, superficie del hormigón o muro pantalla, y una humectación de dicha superficie para asegurar una correcta adherencia entre el muro pantalla y el hormigón proyectado con fibras de acero e impermeabilizante.

La preparación de la mezcla para la obtención del hormigón reforzado con fibras e impermeabilizante comprende los siguientes componentes, sin embargo, la dosificación concreta de cada uno depende de las particularidades concretas de cada obra.

- Cemento: los cementos a utilizar en los hormigones proyectados serán del tipo I, categorías 42, 5R ó 52,5R. Es preferible utilizar cementos de bajo calor de hidratación, lo que permite obtener hormigones con menor fisuración y, por lo tanto, menor permeabilidad. En los casos en que el hormigón proyectado vaya a estar expuesto a la acción de suelos o aguas subterráneas con una alta concentración de sulfatos, deberá emplearse cemento resistente a sulfates.

- Áridos: De acuerdo a las recomendaciones de bombeabilidad y compacidad de la mezcla, la curva resultante de la mezcla de los áridos deberá encajar en el huso correspondiente de la Norma UNE 83.607/94.

El tamaño máximo del árido a emplear puede ser de hasta 12mm.

- Agua: El agua para mezclar y curar debe ser limpia y estar exenta de sustancias que puedan dañar al hormigón o al acero. El agua deberá cumplir las prescripciones de la EHE 08.

- Fibras: Según el Anejo 14 de la EHE 08, "La efectividad de los distintos tipos de fibras puede variar mucho, por ello se recomienda designar el hormigón por propiedades, y definir el tipo y dosificación de fibras en los ensayos previos. Cuando se utilizan fibras de acero con función estructural no es recomendable utilizar dosificaciones inferiores a 20 kg/m de hormigón.

Las fibras de acero deben ser conformes con UNE 83500-1 y, según el proceso de fabricación se clasifican en: trefiladas (Tipo 1), cortadas en láminas (Tipo II), extraídas por rascado en caliente (virutas de acero) (Tipo III) u otras (por ejemplo, fibras de acero fundidas) (Tipo IV). La forma de la fibra tiene una incidencia importante en las características adherentes de la fibra con el hormigón y puede ser muy variada: rectas, onduladas, corrugadas, conformadas en extremos de distintas formas, etc. Preferiblemente, la longitud de la fibra (lf) debe ser, como mínimo, 2 veces el tamaño del árido mayor. Es más preferible el empleo de longitudes de 2,5 a 3 veces el tamaño máximo de árido.

- Aditivos:

Para proporcionar el carácter impermeabilizante al hormigón proyectado se utiliza un aditivo impermeabilizante en estado líquido o en polvo (no es determinante). Ventajosamente el aditivo impermeabilizante tiene además propiedades superplastificantes, por lo que también puede utilizarse como aditivo reductor de agua de alta actividad/superplastificante, permitiendo confeccionar hormigones de elevada resistencia con consistencias fluidas y líquidas partiendo de consistencias secas sin la necesidad de incrementar el agua de amasado y sin retrasos de fraguado. Además, una relación agua cemento baja favorece la impermeabilidad de la masa de hormigón. El hormigón con fibras de acero e impermeabilizante según la invención se proyecta por vía húmeda. Por vía húmeda es necesaria la adición de un aditivo superfluidificante con el fin de reducir la relación agua/cemento y aumentar las resistencias iniciales y finales.

Existen en el mercado aditivos superplastificantes de alta reducción de agua basados en polímeros policarboxilatos específicos para hormigón proyectado que permiten fabricar mezclas de este tipo.

Preferiblemente, en la etapa de proyección se emplean acelerantes de fraguado libres de álcali (AF). Considerando la permeabilidad del hormigón proyectado, los acelerantes AF permiten reducir la cantidad de cemento obteniendo la misma resistencia final del hormigón colocado. Como consecuencia directa, el calor de hidratación generado es mucho menor con lo que se reduce la fisuración por retracción del hormigón.

Por otro lado, los aditivos de base sílice coloidal (líquido) y sílice amorfa (polvo) también pueden utilizarse para reducir el rebote en hormigones proyectados al tiempo que se favorece el bombeo. Los autores de la presente invención han realizado ensayos de acuerdo a la Norma UNE 83.608 para la cantidad de rebote en fase de avance en diferentes secciones de túnel, obteniendo una reducción del 50% de rebote con mezclas en las que se incorpora al menos un 2% de sílice coloidal en estado líquido. El uso de aditivos y sus dosificaciones puede variarse en función del tipo de obra.

De acuerdo con la etapa iii) se lleva a cabo la proyección por vía húmeda, donde todos los componentes del hormigón proyectado se han mezclado previamente, incluyendo el agua, antes de ser incorporados a la manguera a través de la cual serán transportados (flujo diluido o flujo denso) hasta la boquilla de proyección.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompaña una figura en la que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

En dicha figura 1, se muestra la estructura bicapa que comprende una capa (1) de hormigón proyectado reforzado con fibras de acero e impermeabilizante, una capa (2) de hormigón armado y, opcionalmente, una capa (3) de imprimación entre ambas capas (1) y (2). En dicha figura 1 , la relación de grosor entre las capas no representa un valor real sino que esta puede variar en función de las necesidades de cada obra.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

A continuación, se describe una realización preferible del procedimiento y etapas para la obtención de la estructura bicapa según la invención, así como la estructura bicapa obtenida.

En primer lugar se construyen los muros pantalla y, a continuación, se empieza a realizar el vaciado del solar. Con la superficie interior del muro pantalla descubierta empieza el proceso de ejecución de la invención.

1. Preparación del soporte: Se procede a preparar el soporte para conseguir una superficie limpia, eliminando cualquier material extraño que pueda afectar de manera negativa a la adhesión del hormigón proyectado. El método utilizado para la limpieza es el de chorreado de arena.

Si se observara que la superficie del hormigón y/o las condiciones de la obra pueden presentar dificultades para la adhesión del hormigón proyectado, se contemplará la posibilidad de aplicar una imprimación, que podrá consistir en imprimaciones epoxi en base agua, o imprimaciones acrílicas. En este caso no fue necesario.

2. Dosificación del hormigón proyectado: La dosificación del hormigón proyectado ha sido la siguiente:

· Cemento CEM II 42,5 R: 425 kg

•Arena 0/4: 1412 kg

• Grava 5/12: 420 kg

• Agua (A/C = 0,35): 150 litros

• Fibras de acero estructurales (30kg/m )

· impermeabilizante 3%: 12,75 kg

• Acelerante de fraguado AF 6%: 25,5kg

• Superplastificante (0,9 %) 3,6 kg

• Microsílice (5%): 21 ,25 kg A continuación, se exponen los datos técnicos de los componentes del hormigón:

I. Fibras de acero estructurales:

• Características Nominales:

Diámetro D: 0,75mm

Longitud L: 33mm

Relación L/D: 44

Ud/kg: 8700

• Forma: La forma elegida fue la siguiente, ya que la conformación de los extremos de la fibra garantizó la máxima adherencia a la matriz del hormigón.

• Características Mecánicas:

Carga de rotura a tracción del hilo > 1 lOOMPa

Alargamiento a rotura < 4% II. Impermeabilizante: aditivo impermeabilizante en estado polvo (en este ejemplo)

• Tipo: base mineral

• Aspecto: polvo gris

• Dosificación: 3% del peso del cemento

• Reducción de absorción capilar:32%

• Reducción penetración de agua: aprox. 30%

III. Acelerante de fraguado: en estado líquido, exento de productos alcalinos, especialmente indicado para trabajos de hormigones proyectados.

• Tipo: base mineral libre de álcalis

• Aspecto: Líquido blanquecino

• Densidad: aprox. 1 ,4 kg/lt

• pH: aprox. 3

· Presentación: Bidones de 250 kg o a granel

• Dosificación: 6-8% del peso del cemento.

IV. Súperplastificante: Permite la proyección de espesores importantes de hormigón, con unos tiempos de inicio de fraguado reducidos, aumenta las resistencias a compresión finales y reduce el rebote de proyección. ^• Tipo: Naftaleno formaldehído

^• Aspecto: Líquido marrón oscuro

^• Densidad: aprox. 1 ,2 kg/lt

^• pH: aprox. 8

· Presentación: Bidones de 240kg o a granel

^• Dosificación: 0,8-1% del peso del cemento.

V. Microsílice: La microsílice tiene un elevado poder puzolánico, e incrementa propiedades del hormigón como la impermeabilidad, la resistencia ante el ataque por sulfatos, resistencia a las heladas, etc. Tiene varias ventajas:

^• Mejora de la bombehabilidad, ya que lubrica y reduce el riesgo de segregación,

^• Aumenta la cohesión y reduce el consumo de acelerante, hecho positivo para la correcta evolución de las resistencias mecánicas.

· Aumenta la adherencia entre el proyectado y el soporte, y entre las diferentes capas del proyectado.

^• Reduce el rebote.

^• Reduce el riesgo de reacción alcalina.

• Facilita la distribución de las fibras metálicas en la masa y mejora la adhesión entre la matriz de cemento y las fibras.

Datos técnicos

^• Tipo: Sílice amorfa

^• Aspecto: polvo gris

^• pH: Aprox. 10

· Densidad: Aprox. 2,3 g/cm3

^• Contenido en Si02 >90%

^• Contenido en cloruros < 0,1%

^• Dosificación 5-10% del peso del cemento. 3. Mezcla de los componentes: La mezcla de los componentes se realizó en la planta amasadora, exceptuando el acelerante de fraguado, que se adicionó en la boquilla del sistema de proyección.

4. Transporte: El transporte de la mezcla a obra se realizó mediante camiones cuba, no dejando de amasar en ningún momento. 5. Proyección del hormigón: El sistema de proyección elegido fue el sistema por vía húmeda, procedimiento mediante el cual todos los componentes del hormigón proyectado son previamente mezclados, incluyendo el agua, antes de ser incorporados a la manguera a través de la cual serán transportados hasta la boquilla de proyección. El hormigón se bombeó mediante bomba hasta la boquilla de proyección, donde se halla la reducción de sección. En la boquilla se añadió aire a una presión aproximadamente de unos 5-7 bar y a razón de 7-15 m ³ /min. Con ello se consiguió incrementar la velocidad del hormigón y su compactación y adherencia a la superficie sobre la que se proyectó.

Asimismo en la boquilla se añadieron también los aditivos acelerantes de fraguado.

Se tuvo especial atención a la posición de la boquilla de proyección cuidando que se mantuviera lo más perpendicular posible a la superficie de proyección con objeto de disminuir el rebote. El máximo rebote se obtuvo proyectando a 45°, y disminuyó progresivamente hasta 90°, donde se minimizó. La distancia se reguló de modo que no excediera de 1,5 m.

Simultáneamente, se recomienda proyectar a distancias no inferiores a 0,5 m, por razones de rebote.

A pesar de que se ha descrito y representado una realización concreta de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido en las reivindicaciones adjuntas.