Elementos Prefabricados Durables y Resilientes para Obras Subterráneas Dr. Ralf Winterberg / Ing. Armando Vázquez Group Chief Engineer / Gerente Técnico LatAm
Presentation Authors Dr.-Ing. Ralf Winterberg BarChip Group Chief Engineer
Ing. Armando Vasquez Paez Gerente Técnico BarChip America Latina
Elementos Prefabricados de Concreto Reforzado con Macro Fibras SintĂŠticas
BarChip es el Refuerzo para el Concreto del s.21 BarChip funciona distribuyendo cientos de miles de fibras de alta resistencia a la tracciรณn en toda la mezcla de concreto. Refuerzan todas las partes de la estructura de concreto, sin dejar vulnerable las cubierta de concreto no reforzadas. El Sistema de refuerzo BarChip ยง Se active al inicio del micro agrietamiento ยง Controla la propagaciรณn de grietas, y ยง Minimiza el ancho de la grieta. El resultado final es una estructura de concreto mรกs durable, mรกs ductil y mรกs rรกpida de producir.
Hasta medio millรณn de fibras BarChip se distribuyen uniformemente en cada metro cรบbico de concreto. Nadie padecerรก por la corrosiรณn.
Concreto Fibro Reforzado (CFR) Tenacidad y Desempeño post-agrietamiento • La adición de fibras mejora sustancialmente las características del concreto, transformando su comportamiento de elástico-frágil (quebradizo) a elástico-plástico (dúctil), haciéndolo apto para aplicaciones estructurales.
¿Qué son las Macro Fibras Sintéticas? • Fibra de acero: cuerpo liso, menor fricción para resistencia a la extracción con pequeños elementos de anclaje, lo que genera fuerzas concentradas • Fibra BarChip: polímero de alta resistencia, el relieve continuo proporciona adherencia en toda la superficie de la fibra, lo que mantiene el desempeño
¿Por qué Fibra Sintética? • Corrosión del acero: problema número uno de las estructuras de concreto reforzado • El diseño estructural puede regirse por cuestiones de durabilidad, Estado Límite de Servicio (ELS) • Eliminando las preocupaciones por la corrosión genera libertad en el diseño • Minimizar las emisiones de carbono
Los Beneficios Clave de la Macro Fibra Sintética • Durabilidad • Durabilidad a largo plazo – MFS no presentan corrosión • Vida util de activos garantizados • Sin costos adicionales por reparaciones, etc. causados por la corrosion del acero
• Desempeño a largo plazo • Sin pérdida de despempeño con el paso del tiempo durante el postendurecimiento sin problemas de fragilización)
Dosificaciones Comunes en Revestimientos con Dovelas CRFM: • l 60mm, dia. 0.75mm • 4600 fibras por kg • Dosificación tipo: 35 – 40 kg/m3 (161,000 – 184,000 fibres/m3)
CRMFS: • BarChip 48 • 59,500 fibras por kg • Dosificación tipo: 7 – 8 kg/m3 (416,500 - 476,000 fibres/m3)
Ventajas del uso de Fibras en Elementos Prefabricados Reduce el desconchamiento de la cubierta de concreto en los bordes y esquinas
¿Qué ofrecemos? BarChip es un Proveedor de Soluciones, no sólo proveedor de
Elige un Socio – no sólo un Producto
fibras: • Soporte en Diseño Estructural • Soporte en Diseño de Mezclas • Soporte en aplicaciones • Soporte en Control de Calidad
¿Qué ofrecemos? Soporte en Diseño Estructural
Soporte en Diseños de Mezcla
• Asegurar estándares correctos
• Proporcionamiento de agregados
•
• Requerimientos de especificación
• Selección de Aditivos
•
• Soporte en el Proceso de Batch de carga • Auditorías del Proceso de Batch de carga
• •
• Determinación de los requisitos de desempeño • Diseño Estructural • Analisis por Elemento Finito • Manuales de Diseño
• Orientación en Ajustes de Revenimiento y Trabajabilidad para CRF
Soporte en Aplicación
•
Certificación EFNARC para lanzadores Supervisión de lanzadores
Soporte en Control de Calidad •
Supervisión de Equipos
• Muestreo • Programas de pruebas
• Supervisión de Procesos Supervisión de Equipos • Análisis de Resultados de Supervisión de Procesos Pruebas Guias en Técnicas de Acabado
Implica un Bono extra – Es ecológico Caso de Estudio – Mina York Potash, 37 km MTS
Esto Equivale a:
Huella de Carbono de un revestimiento con dovelas de espesor nominal de 250 mm (132,220 m3 de concreto) con trés soluciones de refuerzo : 1. 7 kg/m3 Fibra Sintética BarChip. 2. 35 kg/m3 fibra de acero. 3. 100 kg/m3 canastilla con barras de acero.
4,919
Fibra de acero kg CO2e
Malla de acero kg CO2e
Fibra BarChip kg CO2e
Ahorro Total de Carbon vs. Fibra de acero kg CO2e
Ahorro Total de Carbono vs. Malla de acero kg CO2e
11,222,130
25,544,807
2,572,991
8,649,139
22,971,816
Existe un ahorro potencial de 22,971,816 kg de carbono incorporado. Simplemente cambiando el refuerzo a fibra sintética BarChip.
8,004
3,392
Vehículos de pasajeros conducidos en un año
Toneladas de residuos reciclados en un vertedero
Hogares por año con electricidad
53,185
595,346
183
Barriles de petróleo consumidos
Árboles cultivados durante un año
Acres de bosques preservados para la conversion a tierras de cultivo durante un año
https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gas-equivalencies-calculator
La Investigación y el Desarrollo están en nuestro ¡Nuestra filosofía es ensayar, ensayar, ensayar! ADN ¡No lo sabras hasta que lo evalúes!
• BarChip se basa en I & D & I Investigación, Desarrollo e Inovación. • Nos comprometemos con la investigación y el Desarrollo, líderes a nivel mundial para garantizar que BarChip continue siendo el punto de referencia para las fibras de alto desempeño. • Realizamos miles de ensayos de paneles y vigas para evaluar y mejorar el desempeño de nuestros productos. • Continuamente realizamos multiples estudios académicos que involucran a los principales fabricantes, organismos institucionales y agencias gubernamentales.
Nuestra Industria – Túneles Brindando un sostenimiento Seguro a más de 120 Túneles Carreteros, Ferroviarios y de Servicios Públicos. § Revestimientos con concreto lanzado, temporales y permanentes § Revestimientos colados in situ § Revestimientos con elementos prefabricados § Segmentos invertidos § Calzadas y losas para vías
Nuestras Industrias – Prefabricados Reduciendo el Costo de miles de Elementos Prefabricados
§ Tanques de agua y alcantarillado § Gradas § Dovelas § Barreras y muros § Pozos de registros y anillos para ejes § Cajas de transformadores § Durmientes § Y mucho más
InvestigaciĂłn en Dovelas para TĂşneles Universidad de Brescia, Italia
Investigación en el Desempeño de Dovelas Prof. Giovanni Plizzari, Dr. Giuseppe Tiberti: • Ensayos completos de caracterización de CRF para la obtención de datos de desempeño para el diseño estructural y análisis numérico • Comportamiento de division y desconchamiento de dovelas con CRF a escala real sometidas a fuerzas de empuje por TBM, replicando las experimentadas por la propulsion deTBM • Dovelas a escala real de CRF sometidas a carga en el tercer punto con y sin soportes que restringen en los extremos, modelado de una dovela sometida a tensiones de anillo que se experimentan en un revestimiento de un túnel con dovelas.
Revestimiento de túnel con prefabricados • El revestimiento del túnel, con prefabricados, considerado corresponde al túnel de Scilla, que es una de las estructuras principales de una nueva línea eléctrica entre Sicilia y Calabria (Italia)
• Este túnel tiene un diámetro interno (Di) de 3500 mm, un espesor (t) de 200 mm y un ancho de 1100 mm → se investigó el segmento C1
Identificaciรณn de los Parรกmetros de los Materiales
Clasificaciรณn por el MC 2010 (8 kg/m3)
FabricaciĂłn de Segmentos del TĂşnel, Universidad de Brescia
Ensayos de Flexión – Montaje Experimental • Se colocaron intrados tres Trasductores Diferenciales de Variable Linear (TDVL) en el segmento para medir la deflección a la mitad del segmento; • La apertura de grieta por flexión en el momento máximo flector se midió mediante Transductores Potenciométricos (TP)
Configuración de las pruebas a flexión – sin Restricciones
Agrietamiento Multiple, sin colapso de carga
Los resultados se representan en términos de carga total aplicada vs. deflexión en la mitad del tramo • CR: Contenido de barras de acero 110 kg/m3 (referencia) • CRO+CRFP8 (solución híbrida); 8 kg/m3 de fibras + 35 kg/m3 de barras de acero. • CRFP8 (unicamente fibras); 8kg/m3 de fibres
Load [kN]
Resultados – Ensayos a Flexión 120
Load vs Deflection
100
80
60
40
20
RC RCO+PFRC8-II PFRC8-II
0 0,0
3,0
6,0
9,0
RCO+PFRC8-I PFRC8-I 12,0
15,0
Deflection [mm]
Capacidades de Diseño de BarChip Análisis por Elemento Finito con ATENA por JKP
Diseño Estructural con AEF – ATENA (JKP Static)
Juhasz K.P., Nagy, L. y Winterberg, R. (2015). “Análisis numérico completo de barras de acero tradicionales y segmentos de concreto reforzado con macro fibra sintética para la Extensión del Metro de Shanghai”, Actas del Congreso Mundial de Túneles 2015, Dubrovnik, Croacia, 22-28 de mayo de 2015.
Simulación Numérica del Túnel Metro de Shanghai Ensayos físicos en la Universidad de Tongji, Shanghai, China
Simulación Numérica por JKP Static – comparando los resultados de los ensayos físicos
Túnel Euclid Creek, USA
TĂşnel Metro de Santiago, Chile
Proyectos de Referencias Revestimiento con Dovelas
Harefield to Southall Gas Transfer Tunnel, UK – Revestimiento con Dovelas
Harefield to Southall
El contratista Murphy Pipelines comisionado por The National Grid, Reino Unido, para la construcción de una tubería de gas a 27 bares y 18,5 km en total, comprendía un túnel construido con tuneladora de 900 m de longitud.
DiseĂąo Estructural con AEF
Diseño del Anillo Diámetro Interior 2.59 m Espesor 180 mm Longitud del anillo 1.0 m Configuración: 7 segmentos + clave Condiciones del suelo: Arcilla de Lóndres • Tipo de Concreto C45/55 Resistencia a la Flexión 5.0 MPa Resistencia Residual 2.4 MPa • Refuerzo: 7 kg/m3 BarChip Shogun macro fibra sintética • • • • •
Alineación del Túnel – Conducción de la TBM NATIONAL GRID AGI
1220 mm TuberĂa de gas
Relleno con arena ecolĂłgica
Túnel Proyecto Santoña-Laredo Colector Interceptor General Santoña-Laredo-Colindres
Proyecto de Saneamiento Marismas de Santoña Constructor:
Cliente:
Descripción general del Proyecto, túnel submarino Túnel Santoña-Laredo: • 1444 m longitud • Pozo de 40 m de profundidad en Santoña • Pozo de 25 m de profundidad en Laredo • TBM con escudo mixto de 4.30 m diametro
M-1553M TBM ‘La Vijanera’ • • • • • • • • •
Escudo mixto (Herrenknecht) Diámetro de excavación: 4.30 m Longitud Total TBM: 150 m Torque: 1200 KNm (continuous) – hasta 1600 KNm Número de motorreductores principales: 4 Empuje: 18,800 KN Número de cilindros de empuje: 11 Año de fabricación: 2011 (perforó el túnel Corrib de 4.9 km, Co. Mayo, en Irlanda) Año de Remodelación: 2015 (modificaciones menores por Acciona)
Retos del Proyecto El proyecto presenta numerosos desafíos técnicos: • Limitaciones de espacio en la parte inferior del pozo de lanzamiento de 40 m de profundidad y en la superficie debido a la ubicación del lugar de trabajo en una zona urbana; • Montaje umbilical de la tuneladora en el fondo de un pozo profundo para evitar la excavación de una caverna de montaje; • Presión esperada de hasta 4 bar y bombeo permanente de agua subterránea para minimizar la presión del agua subterránea contra las paredes del pozo; • Uso de macro fibra sintética como refuerzo estructural de los segmentos debido al ambiente marino y problemas de corrosión asociados; • Diseño de los segmentos de concreto reforzado con fibra
Diseño del Revestimiento con Dovelas Proyecto Estructural: Ingemey Consultores, Madrid Controles Individuales realizados: • Modelado numérico secuencial tridimensional con FLAC 3D en siete secciones críticas • Analisis y verificación de: • Cargas Temporales • Cargas de agua y suelo • Juntas del anillo (Empuje del pistón y efecto de separación) • Articulaciones Radiales • Comprobación de los conectores entre anillos (Extracción y cortante) www.ingemey.es
Diseño del Anillo
• Diámetro Interno = 3.50 m • Espesor del Segmento = 250 mm • Configuración “5+1” • Relación de Aspecto del Segmento = 8.6 • Longitud del Anillo = 1.20 m • Anillos Universales: • Remate del anillo ±10 mm • 11 posiciones posibles (controlado por computadora, VMT)
Diseño para Condiciones Temporales • “Rejillas” provistas por 3 nos. barras de 8 mm conectadas refuerzo alternado a 6 mm • As = 151 mm2 (16 kg/m3) • Diseño original 95 kg/m3 de rejillas de acero • Para mayor rigidez y facilidad de colocación, las rejillas se extendieron a lo largo de las juntas radiales.
Resumen de Diseño Conclusions después de la revision del diseño: Estado Límite Último • Sin tensiones por tracción por cargas geoestáticas (condición permanente) • Barras de acero necesarias para el desconchado en las caras laterales (propulsión TBM) Estado Límite de Servicio • Durante las operaciones de desmolde, torneado, izado, manipulación, apilado y transporte, las tensiones de tracción permanecen por debajo del parámetro de diseño.
Producción y Almacén de Segmentos 1200 anillos 7300 segmentos Almacenados sólo en la fábrica
Propulsiรณn de la TBM
Blacksnake Creek Proyecto para SeparaciĂłn de Aguas Pluviales TĂşnel de desbordamiento de alcantarillado combinado
Socios de Ejecución del Proyecto
… to create and deliver a North America’s First!
El Proyecto para Separación de Aguas Pluviales “Blacksnake Creek” Objetivos del Proyecto: • Primero: Reducir la combinación de desbordamientos de alcantarillas (CDA’s) para cumplir la instrucción de Abatimiento por el Missouri Department of Natural Resources (MDNR) y mejorar la calidad del agua como lo exige la Federal Clean Water Act • Segundo: Reducir el volumen tratado de aguas residuales combinadas separando el alcantarillado y reduciendo así los costos de tratamiento.
Plan – Alineación del Túnel • Menos perjudicial para las áreas desarrolladas que a cielo abierto • Más rentable que a cielo abierto • Soporta flujo por gravedad sin necesidad de sifón
Cerca de la alineación de la superficie Alineación del Túnel
Eje de caída Estructura de Disipación de Energía Desagüe al Río Missouri N
Revestimiento con Dovelas • 3.425 m diámetro de EPB TBM • DI 2.74 m • Configuración: 6 trapezoidal • Espesor 190 mm • Relación de Aspecto 8.1 • Longitud del anillo 1.22 m
Especificaciones de los Materiales • Resistencia a la Compresión f’c (28d): 48 MPa (C40/50) • Pruebas de vigas ASTM C1609 para obtener las propiedades del material CRF • Especificación de resistencia residual: mín. 3,2 MPa en cualquier deflexión en o más allá del intervalo / 600 (0,75 mm) • Refuerzo: 7 kg/m3 de BarChip BC54 • Reemplazar la jaula de acero por fibra ahorra material y reduce significativamente el tiempo de producción • Diseño estructural usando capacidad N-M y AEF
Planta de fabricaciรณn de dovelas en Macedonia, OH
DE del Túnel Blacksnake
EPB TBM Carrie comenzó a perforar en junio de 2018
Lanzamiento de TBM umbilical con transportador de tornillo pequeĂąo
Instalaciรณn de Anillos con dovelas
Avance de la TBM en octubre de 2019
Conclusiones • Las asociaciones sólidas entre todas las partes involucradas en los proyectos producen soluciones innovadoras, líderes en tecnología y economía que brindan un proyecto de calidad al propietario. • El uso de segmentos de hormigón armado de MSF ha demostrado un rendimiento robusto, duradero y fiable en proyectos de túneles incluso en condiciones muy difíciles durante la fase de lanzamiento de la tuneladora. • Los proyectos de túneles segmentados (de tráfico o de servicios públicos) están ampliamente presentes en el mercado mundial y presentan una gran oportunidad para los revestimientos de hormigón reforzado con fibra y el complejo montaje vertical de tuneladoras. • La investigación en curso y los continuos desarrollos en macro fibra sintética y hormigón armado MSF lo han convertido en un material de construcción moderno y rentable.
Organizaciones Internacionales Organizaciones dedicadas al desarrollo y estandarizaciรณn de CRMFS
Organizaciones Dedicadas a FMS
Asociación del Concreto Reforzado con Fibras http://fiberreinforcedconcrete.org/ Base en USA Inicialmente formada en 1991 12 emprasas asociadas, 5 también están en MSFA
Asociación de Macro Fibras Sintéticas http://msfassociation.com/ Base en Suiza Fundada en octubre de 2017 10 empresas asociadas