Impermeabilización de túneles: Alternativas para un buen sellado

 

Gentileza Sika
Gentileza Sika

La impermeabilización es un procedimiento que protege las obras subterráneas ante las filtraciones de agua o la agresividad de los suelos.

Las soluciones y materiales, junto con su correcta aplicación, marcarán la diferencia a la hora de proteger la estructura.

Existen distintas alternativas para lograr este objetivo, entre las más utilizadas, destacan las membranas de PVC, membranas asfálticas, hormigones con aditivos y la inyección de resinas impermeables.

Fabiola García S.
Periodista Construcción Minera

Dependiendo del tipo de suelo donde se ejecute un túnel, la impermeabilización puede ser un procedimiento relevante a la hora de evitar fallas estructurales y filtraciones de agua. Este sistema permite aislar la estructura de la humedad y flujo de agua, generando una barrera estanca que restringe el ingreso de humedad al interior del elemento.

Además de ello, otro de sus objetivos es proteger las construcciones de la agresividad de los suelos cuando tienen cloruros y sulfatos. Es por esto que, a la hora de ejecutar un proyecto subterráneo, el estudio de mecánica de suelos resulta fundamental para determinar si es necesario impermeabilizar o no.

En esta línea, la amplia gama de soluciones en esta materia, juega un papel protagónico en la durabilidad de las estructuras subterráneas a lo largo del tiempo.

Existen distintas alternativas para desarrollar este procedimiento, entre las más utilizadas, destacan las membranas de PVC, membranas asfálticas, hormigones con aditivos o la inyección de resinas para sellado.

Dependiendo del caso, cuando en una obra subterránea hay presencia de napa freática (agua bajo tierra), la solución no busca luchar contra la naturaleza, sino de dirigir el curso del agua para que no afecte la obra. Es por ello que los expertos coinciden en que lo mejor es considerar la impermeabilización desde el origen del proyecto que dejarlo para después, puesto que las futuras reparaciones suelen ser más costosas. Es decir, más allá de ver el valor en el corto plazo, resulta más conveniente aumentar la inversión al principio pensando en un plazo más largo; en construcciones durables donde las mantenciones serían menores.

Un tema fundamental que aún resta por atender, concuerdan distintos proveedores del mercado, es que la correcta ejecución y aplicación de estos sistemas resultan clave al momento de buscar buenos resultados. Según indican, gran parte de las fallas o errores de impermeabilización, tendrían que ver más con errores de aplicación que con una mala respuesta del material.

A continuación se entregan los detalles de las diversas soluciones y materiales relacionados con este tema.

 Tecnología 1

Hormigón hidrófugo – Ready Mix

Desde Ready Mix, Arturo Holmgren, apuntó que más allá de indicar “recetas” que no siempre son garantes del comportamiento deseado, es necesario implantar lo adecuado que resulta establecer una evaluación por desempeño.

Según el experto, en el hormigón se pueden ofrecer diversos rangos de profundidad de penetración de agua, desde un máximo de 20 mm, para los casos más extremos, hasta profundidades de 50 mm, para los casos leves y más moderados. Es decir, a medida que se requiere menor desempeño (caso de ambientes menos agresivos), se permite penetraciones de agua de mayor magnitud.

De acuerdo con Holmgren, la durabilidad de las estructuras de hormigón armado que están sometidas a ataques de ambientes agresivos –como los marinos, condiciones climáticas extremas y ambientes industriales– depende fundamentalmente de la calidad de los materiales que se emplean en su construcción, aunque su uso y una dosificación adecuada, no garantizarían un hormigón durable por sí mismo.

Para obtener un hormigón durable, sería necesario incorporar, también, un control de calidad en la fabricación, ensayo, inspección, colocación, compactación, curado y mano de obra.

Una forma de potenciar la durabilidad del hormigón, así como su protección de las armaduras frente a la corrosión, es obtener una baja permeabilidad. Actualmente es usual especificar hormigones con requerimientos de uso de aditivo hidrófugo o similares, con el propósito de generar barreras al paso de la humedad y de este modo proteger las armaduras de la estructura. Sin embargo, aún no se ha profundizado en conocer el grado de permeabilidad real que se obtiene al utilizar aditivo hidrófugo en un determinado hormigón, lo que genera la duda respecto a su efectividad para evitar una penetración de agua, humedad excesiva, u otro agente agresivo al hormigón y/o a su armadura.

Existen diversos estudios que evidencian que incluir este tipo de aditivos sería eficaz en dosis de cemento bajas (~210 kg cemento/m3). Sin embargo, en dosis desde 250 kg cemento/m3  ya no serían necesarias pues las profundidades de la penetración de agua, acorde a NCh2262, serían similares a aquellos que no incluyen este tipo de aditivos. De hecho, en casi todo el rango de dosis de cemento utilizado es factible observar una disminución de las resistencias a compresión cuando este tipo de aditivos son incluidos.

Es así como la futura NCh170 ha considerado el ensayo de penetración de agua bajo presión según NCh2262 a efectos de evaluar la capacidad de protección de un determinado hormigón. Para los casos más extremos en tipo de agresividad, el proyecto de NCh170 estipula como máximo una profundidad de penetración de 20 mm.

Con todo, Ready Mix dispone de productos que son evaluados acorde a la NCh2262 a medida que sea requerido por las especificaciones técnicas de los proyectos.

Tecnología 2

Aditivos, membranas e inyecciones – Sika Chile

Desde Sika, indican que para la impermeabilización la clave está en un adecuado diseño de la estructura y de la solución, así como en la mezcla de hormigón y la utilización de aditivos impermeabilizantes en conjunto con aditivos reductores de agua (plastificantes, superplastificantes o hiperplastificantes). Lo anterior, sin olvidar que para un resultado óptimo, se debe conjugar  la solución, con la colocación del hormigón y el tratamiento de los puntos críticos de una estructura, tales como juntas, pasadas y envolventes.

Si bien, se pueden tomar todas las precauciones de diseño, si la impermeabilización en el proceso de instalación es mal ejecutada, el proyecto podría fallar. Sika, en particular, recomienda que un hormigón impermeable no sobrepase los 30 mm de penetración de agua bajo NCh2262 Of97.

De acuerdo a lo que indican en Sika, adicionalmente, la impermeabilidad dependería del espesor de hormigón, del diseño de su mezcla (relación A/C, dosis de cemento, etc.), materias primas utilizadas y adiciones utilizadas (impermeabilizantes de masa, micro sílice – nano sílice, fibra, reductores de retracción, plastificantes, y los súper e hiperplastificantes).

Además, el  hormigón es un material sensible a los tiempos, colocación y curado, por lo que se recomienda trabajar con una consistencia fluida y efectuar una correcta vibración.

En términos de aditivos que se incorporan al hormigón, Sika cuenta con la Tecnología Sika Viscocrete 40HSCL. Según indican, este producto corresponde a un hiperplastificante de última generación con nanosílice incorporada, que actúa en forma sinérgica reduciendo los requerimientos de agua y la correspondiente exudación en los hormigones. Al utilizarlo en una dosis de 1% r.p.c. (respecto al peso del cemento), se obtendría una concentración de partículas casi en orden de magnitud superior a la sílice precipitada, cumpliendo, así, con altos estándares de impermeabilidad. Por otra parte, en lo relativo a su aporte como adición activa en morteros y hormigones, reduciría los requerimientos de agua, actuaría como modificador reológico, reduciría la exudación, incrementaría la resistencia mecánica (inicial y final) y mejoraría la impermeabilidad.

Esta tecnología se ha utilizado en grandes proyectos en reemplazo del microsílice, por ser una solución costo efectiva, de manipulación fácil y segura por ser un aditivo líquido.

Sika Chile también cuenta con aditivos por cristalización. En esta línea, Sika WT200 P, por ejemplo, permitiría sellar microfisuras y aumentar la resistencia a ataques químicos, mejorando la durabilidad del hormigón. Es un producto en polvo, se agrega en dosis del 1% r.p.c y logra disminuir en más de un 50% la permeabilidad respecto de un hormigón tradicional.

Entre los materiales que protegen la envolvente de la estructura, Sika Chile ofrece las membranas preformadas de PVC y TPO/FPO Sikaplan y SikaProof A. Estas se pueden instalar  en sustratos húmedos, serían flexibles, con alta resistencia química,  al envejecimiento y a la penetración de raíces, su vida útil superaría los 50 años, el 100% impermeable, entre otros.

Otra de las soluciones de Sika son las inyecciones con resinas de poliuretanos bicomponentes, resinas de silicatos, acrílicos y preinyecciones con microcementos.

Para inyecciones definitivas recomiendan utilizar SikaFix 210, una resina de poliuretano bicomponente (1:1 en volumen) de baja viscosidad, alta penetración y resistencia final, capaz de sellar y consolidar suelos/roca suelta fracturada.

Finalmente, destacan los microcementos Spinor A20, para la consolidación e impermeabilización de suelos y rocas. Esta solución sería complementaria a métodos convencionales de inyección como lechadas de cemento corriente y permitiría la inyección de vacíos microscópicos y milimétricos.

Tecnología 3

 Composite Shell Lining con membrana proyectada – BASF

En BASF indican que las nuevas tecnologías del hormigón proyectado y la innovación en las membranas impermeables proyectables han permitido a los ingenieros de túneles diseñar un sistema de revestimiento considerablemente más económico: el sistema de revestimiento de material compuesto (Composite Shell Lining – CLS). Se trata del perfeccionamiento de un único revestimiento monolítico. Esto, consiste en dos revestimientos de hormigón, el principal (interior) y el secundario (exterior), a los que se añade en el centro una membrana impermeable proyectable con adherencia por ambas caras a los dos revestimientos. El sistema CSL puede ser utilizado en túneles situados en terrenos con pequeñas filtraciones de agua o donde la entrada de esta haya sido tratada con pre-inyección. Aunque el revestimiento compuesto se usa principalmente en la construcción de túneles, es adecuado para todas las estructuras subterráneas.

El revestimiento de hormigón proyectado primario de un sistema CSL está diseñado como una solución permanente y las dos capas de hormigón unidas por la membrana proyectable MasterSeal 345 permitiría que el grosor del revestimiento secundario se reduzca de manera significativa, lo que conlleva un ahorro considerable, explican. Los ahorros más importantes se dan por una reducción en las necesidades de excavación, una reducción en los materiales de construcción y el hecho de no necesitar el uso de encofrado. Además, presentaría otros ahorros adicionales en comparación con las membranas de impermeabilización convencionales, ya que tienen una mayor flexibilidad en la construcción y generan una reducción en los costos de mantenimiento a largo plazo.

En tanto, MasterSeal 345 de BASF es una membrana impermeable proyectada con adherencia por ambas caras que establecería un nuevo concepto para la impermeabilización. Según su promotor, se utiliza en sistemas de revestimiento monolítico único y podría resolver problemas técnicos que han demostrado ser difíciles de solucionar con membranas de láminas convencionales ya que prevendría las filtraciones o migración de agua a ambos lados de la membrana. Puede ser aplicada en la reparación de túneles ya existentes, y sería especialmente adecuada para proyectos en los que el espacio es limitado. Consigue grandes beneficios en nuevas estructuras de hormigón, en particular aquellas con geometrías complejas, como pueden ser las particulares intersecciones de túneles y galerías de evacuación, ya que ofrece un sistema de impermeabilización flexible y continuo. No necesitaría  juntas de impermeabilización de hormigonado y evitaría el embolsamiento de aguas en el trasdós del revestimiento secundario o definitivo. Además MasterSeal 345 de BASF también es compatible con la mayoría de los sistemas de impermeabilización. Sería fácil de aplicar con equipos de proyección por vía seca que permiten índices de producción de hasta 80 m² por hora de forma manual o incluso hasta 150 m² por hora usando un robot de proyección standard automatizado. Algunas de sus propiedades serían: resistencia a la tracción: 4 MPa, adherencia de 1.2 MPa, elongación de 100% y presión de agua hasta 20 bar.

 Tecnología 4

Tratamientos impermeabilizantes – MC Bautek

MC Bautek genera diseños optimizados de shotcrete que usaría aditivos de última generación para lograr durabilidad por medio de impermeabilización. Desde la compañía destacan los tratamientos de reparación: resina de inyección acuarreactiva de base poliuretano MC-Injekt 2033, resina de inyección para sellado elástico MC-Injekt 2300 NV, resina de inyección de sellado rígido MC-Injekt 2700 L, y resina de inyección blanda-elástica para impermeabilización y sellado MC-Injekt GL-95 TX.

MC-Injekt 2033: es una resina de inyección hidroactiva en base poliuretano, que en contacto con el agua aumenta su volumen hasta 3.700 veces, cuenta con 6 a 8 horas de tiempo de utilización sin contacto con agua y es requerido un equipo monocomponente para su aplicación.

Este material es habitualmente utilizado en impermeabilización temporal de fisuras con grandes vías de agua, antes de la impermeabilización permanente mediante la inyección con resinas elastómeras de MC-injekt 2300 NV, detiene la irrupción de agua, llenado de cavidades.

MC-Injekt 2300 NV: es una resina de inyección elastomérica de baja viscosidad en base de poliuretano para el sellado elástico (deformación de 145%). Tiene una reacción acelerada en contacto con agua con aumento limitado del volumen, que permite generar impermeabilizaciones y sellado elástico.

Este material es habitualmente utilizado en relleno elástico e impermeabilización de fisuras, juntas y cavidades en edificación y obra civil en condiciones secas, húmedas y con infiltración de agua a presión, resina para llenado de tubos de inyección, impermeabilización contra subida de humedad en estructuras de mampostería.

MC-Injekt 2700 L: es una inyección de poliuretano estructural hidroactivada de dos componentes, que en contacto con agua aumenta su volumen entre 1 a 10 veces, dependiendo de la cantidad de aditivo utilizado. En contacto con el agua MC-Injekt 2700L forma una espuma dando como resultado material semi rígido con una resistencia a la compresión de entre 25 a 75 MPa. Este material es habitualmente utilizado en inyección y sellado rígido de grietas, juntas y huecos en estructuras secas, con presencia de agua y con entrada de agua a presión, Impermeabilización y solidificación de fisuras y huecos en terrenos de roca suelta, roca maciza y zonas similares, sellado de tablestacado, muros pantalla y estructuras equivalentes bajo el nivel freático e inyección para sellado de fugas en estructuras de agua potable.

MC-Injekt GL-95 TX: resina hidroestructural de base de acrílica de baja viscosidad modificada mediante polímeros libre de disolventes. Cuenta con un tiempo de reacción regulable. Presenta buena elástica elasticidad una vez endurecida (396%), buena adherencia y una capacidad de expansión de 20 a 30%, indica su promotor. Este material es habitualmente utilizado en impermeabilizaciones de fisuras con presencia de agua, juntas y huecos de elementos de mampostería y hormigones, impermeabilización suplementaria de estructuras en contacto con el terreno, por medio de inyección de lámina de consolidación impermeable en el trasdós e impermeabilización contra subida de humedad en estructuras de mampostería.

Lo importante es que todos estos productos desarrollados por MC Bauchemie y Xypex actúen en conjunto.

Shotcrete impermeable – Polpaico

En Polpaico destacan MacMetro, un mortero del tipo shotcrete que posee un diseño ajustado para responder a requerimientos especiales. Desde su Gerencia de Soluciones explican que de acuerdo a la norma NCh 2262, el shotcrete MacMetro poseería una penetración de agua potencial máxima de 12 mm (medida en testigos extraídos de paneles de muestra proyectados). Este valor correspondería a un hormigón impermeable al agua, incluso en ambientes agresivos, según lo establecido por la Instrucción Española de Hormigón Estructural EHE08, precisan.

Dada la combinación de áridos y adiciones para ajustarse a un diseño granulométrico propio y al empleo de cemento con alta resistencia inicial –considerando bombas de hormigón y bombas de aditivo acelerador de fraguado debidamente calibradas, junto con una adecuada proyección por parte del pitonero u operador de robot–, el shotcrete MacMetro cumpliría con la Clase J2 de resistencia temprana definida por la Guía Austríaca de Shotcrete, lo cual aportaría a la seguridad de los trabajadores y a una pronta reanudación de las faenas de avance en el frente del túnel. A los 28 días, se obtendría una resistencia a compresión superior a un H45, con una reducción de resistencia inferior al 20% (shotcrete con aditivo acelerador de fraguado con respecto al shotcrete patrón), comentan.

En tanto, el shotcrete MacMetro facilitaría la disminución del rebote a valores medidos en terreno del orden de un 15%, reduciendo los costos asociados a este tipo de pérdida.

Tipos de impermeabilización de un túnel

De acuerdo con las especificaciones de Sika, existen distintos tipos y etapas de impermeabilización: primaria, intermedia, principal y posterior.

Impermeabilización primaria: Son los trabajos provisionales de taponamiento o conducción de aguas que permiten la ejecución posterior, en su caso, de las impermeabilizaciones intermedias y principal. Consisten en el taponamiento de filtraciones localizadas mediante cemento amasado con hidrófugo líquido de fraguado ultrarrápido, completado con tratamientos superficiales en zonas con filtraciones difusas.

El trabajo se completa con la formación de drenes superficiales permanentes en forma de espina de pez, empleando medias cañas, tuberías, etc., para la captación de agua y su conducción a las canaletas o drenajes. Los métodos actuales de impermeabilización primaria son: procedimiento Oberhasli, Oberhasli mecánico, impermeabilización con medias cañas y con tuberías plásticas (barbacana).

Impermeabilización intermedia: Son los trabajos posteriores a la impermeabilización primaria mediante la aplicación de morteros u hormigones proyectados.  La impermeabilización intermedia puede ser de protección o de regularización.

La impermeabilización intermedia de protección consiste en la aplicación de un mortero u hormigón proyectado armado, con un espesor superior a 7 cm en toda la superficie a tratar, consiguiendo así una protección del método primario, ya que de no efectuarlo, y debido a los acelerantes de fraguado empleados, los drenes, taponamientos e impermeabilización, quedarían fisurados.

La impermeabilización intermedia de regularización consiste en la aplicación de un  hormigón proyectado o de un mortero preparado con un espesor que suele oscilar entre 5 y 25 cm, con el fin de servir de soporte a una impermeabilización principal. También cumple la finalidad de sostener provisionalmente la excavación del túnel o galería.

Impermeabilización principal: Consiste en la ejecución de una membrana impermeable de cualquier tipo de material que garantice la absoluta estanqueidad de la galería o túnel. Hay diferentes tipos de ejecución: revestimientos con resinas (acrílicos, PU), morteros predosificados, con láminas PVC,  TPO, HDP, bentonita, asfalto.

Estos revestimientos se aplican sobre todo el perímetro del túnel o parte de la bóveda. La elección del tipo de revestimiento vendrá indicada por la naturaleza del terreno, por el caudal de agua presente, y por el tipo de hormigón estructural de revestimiento.

Impermeabilización posterior: Son aquellos trabajos previstos o no, complementarios de la impermeabilización principal, o bien trabajos de reparación que conduzcan posteriormente a la estanqueidad de la construcción.

Estos trabajos pueden consistir en: inyecciones, aplicación de morteros predosificados impermeables, recubrimientos con hormigón proyectado o convencional, sellado de juntas y fisuras, drenajes, y juntas de construcción, de dilatación.

Artículos anteriores:

Tendencias en impermeabilización: Construcciones a prueba de agua. Construcción Minera Nº 11, abril 2015, pp. 54-59.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders