Debajo de la superficie: una descripción general de las aplicaciones de inyección para una inyección exitosa de túneles — TBM: Tunnel Business Magazine

Por Jake Swanson y Britt N. Babcock

La construcción de túneles es uno de los tipos de construcción más profundos y desafiantes que enfrenta la comunidad de diseño y construcción. Los desafíos de excavar bajo tierra, a menudo dentro de formaciones acuíferas, son hazañas increíblemente difíciles de lograr. Felicitaciones a todos aquellos que trabajan incansablemente para diseñar, construir y hacer avanzar la industria de los túneles y los procesos utilizados. Este artículo destacará los tipos de lechadas que se usan comúnmente, cuándo y dónde se usan generalmente y cómo se utilizan para ayudar en el desarrollo y la construcción de un sistema de túneles. Este artículo no pretende abarcarlo todo ni simplificarlo demasiado, sino ofrecer una descripción general de los materiales, técnicas y aplicaciones de lechada utilizados en la construcción de túneles. Este artículo es un resumen de lo que puede ser un proceso muy complicado.

Tanto las lechadas de cemento (partículas) como las químicas (solución) se utilizan en aplicaciones de túneles para llenar cavidades/grietas estrechas, fisuras de rocas y huecos geológicos, reducir las presiones hidrostáticas, permear los suelos para controlar el agua subterránea, solidificar los suelos que fluyen, crear contacto entre los revestimientos y los alrededores. geología, o controlar el agua subterránea localmente a través de juntas o grietas en el revestimiento del túnel, o más globalmente con el uso de lechadas de cortina.

Las lechadas de cemento pueden consistir en una lechada de cemento Portland o una lechada de cemento ultrafina. La diferencia distintiva entre una lechada de cemento Portland y una lechada de cemento ultrafina es el tamaño de las partículas. Una lechada de cemento Portland puede variar entre un promedio de 50 a 100 micrones en tamaño de partícula para un Tipo I/II, y un promedio de 15 y 20 micrones para un Tipo III. El cemento ultrafino es mucho más pequeño con un tamaño de partícula promedio de tres micrones. Como referencia, el tamaño de un cabello humano es de aproximadamente 70 micras.

El lado químico de la familia de las lechadas se divide en dos tipos diferentes de lechadas: espumas de poliuretano químicamente reactivas y expansivas. Las lechadas químicamente reactivas consisten en acrilamida, acrilatos, acrílicos y silicatos de sodio. Las acrilamidas, acrilatos y acrílicos se utilizan predominantemente para el control del agua, mientras que los silicatos de sodio se utilizan como soporte estructural temporal. Las lechadas expansivas de poliuretano son de dos tipos: hidrofílicas e hidrofóbicas. Las lechadas hidrofílicas suelen ser sistemas de un solo componente que reaccionan con el agua y curan formando una espuma flexible expansiva o un gel no expansivo. Las lechadas hidrófobas requieren el uso de un catalizador, pero también se consideran de un solo componente cuando se bombean. Por lo general, son muy expansivos durante el curado y requieren muy poca agua para reaccionar. Aunque el cemento y las lechadas químicas pueden diferir en composición y aplicación, la mayoría de las veces son productos complementarios en el mismo proyecto.

Los túneles varían en tamaño, desde micro a macro, y se instalan para transportar cualquier cosa, desde agua hasta tráfico. Un sistema de túnel tiene componentes que consisten en el túnel mismo, pozos de entrada y salida, y pasajes de cruce entre túneles adyacentes cuando sea necesario. La inyección puede ser una tecnología utilizada en cada componente de un sistema de túneles: antes, durante y después de las fases de construcción. Ya sea como parte del diseño inicial o debido a desafíos imprevistos, la lechada es a menudo el héroe anónimo con respecto a la finalización exitosa y la funcionalidad de cualquier proyecto de túnel. Los siguientes son algunos de los propósitos más comunes para la inyección que pueden ser necesarios durante la construcción de un túnel. Pueden ocurrir situaciones especiales que no se enumeran a continuación:

Los tipos de desafíos que pueden enfrentar los contratistas ayudarán a determinar el tipo de lechada utilizada. La inyección de una formación geológica, roca o suelo puede ocurrir antes del avance de la construcción del túnel, durante la construcción o después de la construcción. El tipo de lechada elegido generalmente depende del resultado deseado y de las condiciones geológicas. Para la infiltración de agua a través de fracturas y fisuras de rocas o para reducir las presiones hidrostáticas en el revestimiento de un túnel, el cemento Portland suele ser la lechada de elección debido a su rendimiento y beneficios económicos. Cuando las fisuras y grietas requieran un material más fino, es posible que se requiera que el contratista utilice cemento ultrafino. Cuando se encuentran flujos de arena que pueden impedir el avance del túnel y potencialmente crear problemas de hundimiento o estabilidad para infraestructura y edificios sobre el nivel del suelo, se puede usar cemento ultrafino o lechadas de solución para permear las arenas y crear una matriz estable de arena/lechada. Pueden ocurrir vacíos geológicos en algunas formaciones que requieren relleno antes del avance de la maquinaria de excavación de túneles. A menudo se utilizará lechada de cemento Portland, pero cuando corresponda, se puede utilizar espuma de poliuretano. Después de que una tuneladora excava la alineación en suelo firme o roca dura, existe un espacio entre los límites de excavación y el revestimiento del túnel; El relleno y la lechada de contacto se realizan utilizando una mezcla de lechada de cemento Portland para lograr un contacto íntimo entre la geología y el revestimiento del túnel. En áreas grandes de túneles o revestimientos de pozos, el contratista puede realizar una lechada de cortina con cemento o lechada química para detener la infiltración de agua. Las lechadas de poliuretano se emplean a menudo cuando las fugas están más localizadas en juntas o defectos.

En resumen, el uso de cemento o lechadas químicas suele desempeñar un papel importante en la construcción exitosa de sistemas de túneles. Felicitaciones a todos los diseñadores y contratistas de túneles que lo hacen posible.

Jake Swanson es Gerente Regional del Medio Oeste y Britt N. Babcock, PE, es Presidenta de Avanti International, con sede en Webster, Texas. Para obtener información, visite avantigrout.com.

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