Colocación de productos para la construcción subterránea y cerámica en la Variante de Valico (Italia)

Mapei está presente en la realización de la Galleria Sparvo y del túnel de base, la obra emblemática de la Variante de Valico, en la Autopista A1.

El tramo de los Apeninos de la A1, entre Bolonia Casalecchio y Barberino, tiene una importancia estratégica en la conexión entre el norte y el sur del país. La ampliación de este tramo, que registra diariamente picos de 89.000 vehículos, representa desde hace más de 30 años una intervención prioritaria en el marco del plan de mejora de la red de autopistas italianas.

En esta gran obra, destinada a modernizar los transportes y realizada en un área geológicamente compleja, la tecnología avanzada y la experiencia de Mapei ofrecieron diversas soluciones innovadoras que facilitaron la ejecución de las obras y permitieron cumplir plenamente los objetivos fijados. Dos ejemplos ponen de relieve las innovaciones aportadas por la compañía a este gran proyecto: la excavación mecanizada mediante la utilización de ‘topos’ denominados TBM (Tunnel Boring Machines) de la galleria (galería o túnel) Sparvo, donde jugó un papel decisivo la tecnología Mapequick CBS System, y la mezcla de relleno inyectada en el trasdós de los segmentos de revestimiento, así como la opción técnica adoptada para el revestimiento superficial de los hastiales del ‘Túnel de Base’, donde se colocaron baldosas de gres porcelánico fino utilizando el adhesivo Keraflex Maxi S1.

A finales de julio de 2013, la empresa Toto Costruzioni Generali SpA concluyó con éxito la excavación de la Galleria Sparvo, ubicada en los lotes 6-7 del proyecto Variante de Valico de la Autopista A1 Milán-Nápoles. La excavación se llevó a cabo empleando una tuneladora del tipo TBM-EPB, de 15,625 m de diámetro, fabricada por Herrenknecht AG. El túnel de doble tubo fue excavado en el difícil contexto geológico de los Apeninos tosco-emilianos, donde a la complejidad geológica cabía añadir la presencia de gas metano disperso en las formaciones arcillosas que se atravesaron durante la excavación.

Los túneles realizados con la tecnología de la excavación mecanizada prevén la utilización de ‘topos’ denominados TBM (Tunnel Boring Machines), que atacan el frente de terreno a plena sección. Durante el avance de estas máquinas, la diferencia entre el diámetro externo del escudo de la tuneladora y el trasdós de las dovelas de revestimiento implica, inevitablemente, la creación de un espacio anular que debe ser rellenado completamente y de manera simultánea a las operaciones de excavación.

De un tiempo a esta parte, proyectistas y constructores de túneles excavados con TBM apuestan cada vez más por el sistema de relleno denominado ‘bicomponente’, compuesto por:

• Componente A: una lechada cementosa de consistencia superfluida y, por lo tanto, fácilmente bombeable, cuya estabilidad e impermeabilidad se han visto mejoradas gracias a la utilización de la bentonita. Para garantizar el mantenimiento de la trabajabilidad de la mezcla hasta 72 horas tras su confección, es necesario añadir un aditivo retardante líquido con efecto plastificante, en este caso concreto Mapequick CBS System 1.
• Componente B: está compuesto por un aditivo acelerante líquido, Mapequick CBS System 2, que se añade al componente A inmediatamente antes de la inyección de la mezcla dentro del espacio anular a rellenar. Este aditivo anula de manera eficaz el efecto retardante del Mapequick CBS System 1 y provoca una gelificación casi inmediata de la mezcla y, en todo caso, modulable (de 5 a 25 segundos).

Las principales ventajas de este sistema de relleno son:

• La consistencia superfluida y mantenimiento de la trabajabilidad, que minimizan los riesgos de obturación de las líneas de transporte y de los conductos de bombeo.
• La capacidad para rellenar completamente el espacio anular en el trasdós del anillo, minimizando así el movimiento del terreno y, en consecuencia, el riesgo de desplomes durante la fase de excavación.
• El endurecimiento muy rápido que, incluso con presencia de agua, permite un rápido desarrollo en la fase inicial de las resistencias mecánicas, bloqueando de este modo el anillo en la posición prevista en el proyecto. El progresivo endurecimiento del sistema se debe a una rápida transición de una consistencia líquida a una gelatinosa, que permite reducir incluso las posibles penetraciones de material inyectado dentro del espacio de trabajo de la TBM.

Mapequick CBS System

Sistema bicomponente para inyección, de base cementosa, compuesto por:

• Mapequick CBS System 1: aditivo retardante líquido, inhibidor del fraguado con efecto fluidificante, para su uso en mezclas cementosas de inyección, diseñado específicamente para ser utilizado en mezclas cementosas en las que se requiera un elevado mantenimiento de la trabajabilidad.
• Mapequick CBS System 2: aditivo líquido activador del fraguado para sistemas cementosos extremadamente fluidos, incluso con elevados contenidos de agua. Incrementa la viscosidad de las mezclas de base cementosa, confeccionadas incluso con una elevada relación agua/ cemento y una elevada fluidez.

La composición de la mezcla de relleno inyectada en el trasdós de los segmentos de revestimiento debe concebirse específicamente para garantizar las prestaciones requeridas y una cuenta de resultados adecuada.

Una vez desarrollado y testado el diseño de la mezcla en laboratorio, el Servicio de Asistencia Técnica de Mapei UTT (Underground Technology Team) sometió a ensayo en la obra la mezcla producida durante las primeras semanas de excavación de TBM y, posteriormente, con frecuencia semanal durante el período de producción constante de la TBM. El objetivo era verificar que los resultados fueran equiparables a los obtenidos en laboratorio y, de ser necesario, intervenir de acuerdo con los parámetros detectados para adecuar el material producido a las especificaciones del proyecto.

Como es sabido, cada proyecto tiene sus particularidades propias, de ahí la importancia de saber diseñar la mezcla de dos componentes de acuerdo con las exigencias específicas de cada obra. Teniendo en cuenta dichas exigencias, los Laboratorios de Investigación y Desarrollo de Mapei en Milán llevaron a cabo toda una serie de pruebas previas.

Las cifras de la megaobra

• 41 nuevos túneles (57,3 km de calzada)
• 41 nuevos viaductos (16,4 km de calzada)
• 7,9 millones de m³ tierra excavada en túneles 14,5 millones de m³ movimientos de tierras
• Aprox. 30 millones de horas trabajadas
• 4.100 millones de euros coste global

El constante trabajo de control y asistencia técnica, así como las numerosas pruebas efectuadas tanto en el laboratorio como en la obra, permitieron obtener una mezcla capaz de cumplir las diferentes exigencias planteadas, garantizando un resultado acorde con las expectativas.

La estabilidad volumétrica del componente A quedó demostrada por la ausencia de obstrucciones en las líneas de transporte desde la planta de hormigón hasta la TBM. La peculiaridad del sistema es garantizar el rápido cambio de consistencia de líquido a sólido, pasando por una fase gelatinosa, que permite el completo llenado del espacio anular y evita, en caso de presencia de agua (eventualidad muy probable en trabajos subterráneos), el deslavado de la mezcla y su consiguiente debilitamiento.

En el caso particular de la Galleria Sparvo, se verificó la eficacia del diseño de la mezcla especialmente después de la rotación y traslación de la TBM. El bombeo de la mezcla, realizado a lo largo de más de 5 km, mostró un buen funcionamiento constante y conforme a las expectativas del proyecto, minimizando los tiempos de espera necesarios para la limpieza y sustitución de las tuberías de bombeo o de las líneas de inyección obturadas.

El tramo Badia Nuova-Aglio (11,2 km) de la Variante de Valico incluye la obra emblemática de la intervención: el túnel de base. El tramo subterráneo está compuesto por los túneles Poggio Civitella, dos túneles de 250 m de longitud que, a su vez, están conectados con el túnel de base a través de un viaducto existente (en el lado Bologna). Lo que hace de este túnel algo único en su género es la opción técnica adoptada para el revestimiento superficial de los hastiales. De hecho, partiendo desde la base hasta una altura de 4 m, se colocaron losas de gres porcelánico fino, fabricadas por la empresa Cotto d’Este y denominadas ‘Kerlite 3 Plus White A1’ para un total de 170.000 m².

La elección del revestimiento del túnel se realizó por razones de índole práctico y económico, así como de seguridad. Por lo general, los túneles de autopista se pintan con resinas poxídicas, que requieren lavados periódicos (cada 5-6 meses) y su repintado cada 4-5 años.

Como es bien sabido, los lavados, aunque se realicen a fondo, no son totalmente eficaces, ya que la pintura no cubre las macroporosidades eventualmente presentes en el hormigón, en cuyo interior se acumula el hollín que, durante el lavado, provoca manchas oscuras. La acumulación de suciedad en las paredes reduce la luminosidad de los túneles, con la consiguiente pérdida de los estándares de seguridad y/o el incremento de la potencia lumínica para compensar dicha pérdida.

Con el objetivo de minimizar los lavados y repintados, junto a la necesidad de mantener la luminosidad exigible por motivos de seguridad, se optó, por primera vez en Italia, por la colocación de cerámica como alternativa a la pintura.

El mayor coste de la primera colocación se verá compensado, de hecho, por lavados menos frecuentes y más fáciles de realizar, por la ausencia de reparaciones periódicas y una menor potencia lumínica instalada (aprox. un 40% menos de potencia media instalada en los túneles de sección similar). El aspecto de las paredes resulta, además, mucho más liso y más agradable respecto a las superficies de hormigón pintadas. La elección de los paneles cerámicos totalmente encolados, en lugar de paneles metálicos fijados mecánicamente, responde asimismo a una mayor seguridad en caso de impacto accidental, ya que el panel cerámico aplicado de este modo se rompería sin desgarrarse, al contrario de lo que sucedería con los paneles metálicos, que resultarían muy peligrosos para el resto de vehículos.

Keraflex Maxi S1

Adhesivo cementoso blanco de altas prestaciones, deslizamiento vertical nulo, con tecnología Low Dust, tiempo abierto prolongado, deformable, para baldosas de cerámica, particularmente indicado para la colocación de gres porcelánico y piedras naturales de gran formato (espesor del adhesivo de 3 a 15 mm), con bajísima emisión de sustancias orgánicas volátiles.

Keraflex Maxi S1 está compuesto de cemento, arenas de granulometría fina seleccionada, una elevada cantidad de resinas sintéticas y aditivos especiales según una formulación desarrollada en los laboratorios de Investigación y Desarrollo de Mapei.

Las dificultades de diseño y aplicación que hubo que afrontar previamente residían en el hecho de que las paredes de colocación no eran planas, sino convexas, con un radio de curvatura de unos 6 m. El formato de las baldosas a colocar era de 1x1 m para la primera hilada, en contacto con el nivel de la carretera, y de 1x3 m para la segunda hilada. Cabe señalar que las características del adhesivo que se utilizó para el encolado y las técnicas de aplicación del mismo, así como el sistema de colocación de las baldosas, fueron objeto de concienzudos estudios y pruebas por parte del cliente junto con la empresa instaladora Pavimental Spa, de Cotto d’Este y Mapei, al objeto de determinar el mejor sistema adhesivo a utilizar para este proyecto específico.

El adhesivo elegido fue Keraflex Maxi S1 que, por sus particulares características respondió a todas las necesidades y requisitos de colocación. Entre esos requisitos destaca la alta tixotropía, debido tanto al radio de curvatura del soporte como al espesor del adhesivo a aplicar –que oscilaba entre 5 mm y 3 cm aproximadamente- y a que no debían producirse fenómenos de corrimiento o desprendimiento del propio adhesivo recién aplicado sobre el soporte antes de colocar las baldosas. Además, el adhesivo no debía sufrir retracciones higrométricas a pesar de que este debía aplicarse con un elevado y variado espesor.

Keraflex Maxi S1 ha demostrado toda su versatilidad para su aplicación. Tanto sobre el soporte como sobre el reverso de las baldosas, se utilizaron máquinas revocadoras con premezclado. A pesar de la aplicación no convencional para un adhesivo cementoso, gracias a la especial tixotropía de Keraflex Maxi S1 las mermas por caída de la masa al suelo resultaron totalmente insignificantes.

El tiempo abierto y el tiempo de fraguado particularmente largos de Keraflex Maxi S1 facilitaron las operaciones de colocación. La elevada adherencia y la suficiente deformabilidad de Keraflex Maxi S1 hicieron posible la colocación sobre un hormigón armado proyectado especialmente impermeable y liso, así como sobre el reverso de las baldosas cerámicas reforzadas con malla de fibra de vidrio.

A fin de garantizar la total resistencia a las sales de deshielo, a la fuerte abrasión a que se ve sometido el revestimiento durante las fases de limpieza del hollín y al polvo, el rejuntado se realizó con Kerapoxy CQ.

Ficha Técnica

Variante De Valico, Autopista A1

• Año de construcción: 2005-2015
• Período de intervención Mapei: 2005-2015
• Intervención Mapei: suministro de aditivos para las mezclas de inyección y de productos para la colocación y el rejuntado de baldosas cerámicas de gran formato
• Cliente: Autostrade per l’Italia Spa, Roma
• Proyecto y Dirección de obra: Spea Engineering Spa, Roma
• Empresas ejecutoras: fases de excavación y revestimiento del Túnel de Base: Todini SpA (Roma); para la Galleria Sparvo: Toto SpA (Chieti); Colocación de las baldosas de gres porcelánico: Pavimental SpA (Roma)
• Coordinación Mapei: Mapei UTT, Rossi C&CA (Mapei Spa)
• Productos Mapei: Aditivos para mezclas de inyección: Mapequick CBS System 1, Mapequick CBS System 2; Colocación de baldosas: Keraflex Maxi S1, Keraflex Maxi S1, Kerapoxy CQ