Túneles Aliviadores del Emisario Principal del Arroyo Maldonado. Desarrollo, Proceso Productivo y Control de Calidad del Hormigón de Dovelas. Q. Gebert (1), D.Mantegna (1), G. Fornasier (1), F. Madile (2), C. Fava (2), G. Dascoli (3) (1) Hormigones LOMAX – LOMA NEGRA (2) GEODATA - CADIA (3) GHELLA S.p.A. PALABRAS CLAVES: Prefabricación, Dovelas, Alta Resistencia, Sustentabilidad RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo describir el proceso de desarrollo, producción y control de calidad de la mezcla de hormigón para la fabricación de las dovelas. Las 75.000 piezas serán utilizadas como revestimiento de los dos túneles aliviadores del Emisario Principal del Arroyo Maldonado, la obra de infraestructura en ejecución más importante de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires. La producción de estos elementos prefabricados se realiza bajo un proceso integrado, que incluye un sistema automatizado con moldes metálicos de gran precisión y un túnel de vapor para el curado acelerado de las piezas. El hormigón de las dovelas cumple con estrictos requerimientos de calidad con relación a sus materiales componentes, elaboración y características en estado fresco y endurecido. Se muestra en detalle cómo se elabora el hormigón con una planta dosificadora que alimenta un mezclador de 2,5 m3 de capacidad, sensores de humedad de áridos en funcionamiento, amperímetros que permiten establecer valores aproximados de asentamiento y un seguimiento permanente sobre el hormigón en estado fresco para su correcta colocación y compactación en los moldes. Del mismo modo, se detallan las mejoras implementadas sobre el proceso productivo a partir de las modificaciones realizadas sobre la mezcla de laboratorio, con el objetivo de optimizar el desempeño del hormigón permitiendo obtener un producto de mayor calidad en cuanto a su aptitud de colocación, terminación superficial, evolución de la resistencia efectiva, durabilidad y disminución progresiva de aparición de defectos y sus posterior reparación. INTRODUCCION En la actualidad, la red de drenaje de la ciudad de Buenos Aires es insuficiente para la correcta captación y conducción de las aguas pluviales, razón por la cual cuando se producen importantes lluvias y tormentas causan anegamientos en diferentes sectores de la ciudad. Dentro del plan hidráulico en ejecución dentro del ámbito de la Ciudad de Buenos Aires, la construcción de los túneles aliviadores del emisario principal del Arroyo Maldonado constituye la obra más importante en ejecución en la actualidad. Ambos túneles se revisten con anillos premoldeados de hormigón armado conformados por siete piezas diferentes denominadas dovelas y son fabricadas en el obrador ubicado en Punta Carrasco. Las dovelas conforman anillos circulares de 6,90 m de diámetro y 1,50 m de ancho compuestos por siete piezas, seis iguales y una más pequeña de cierre. Estas piezas de hormigón poseen un peso de aproximadamente 5 toneladas cada una y son moldeadas en encofrados metálicos montados en una línea de producción que pasa por diferentes etapas. La fábrica ocupa un predio de 2000 m2 y cuenta con las instalaciones y maquinas necesarias para la producción, colocación, compactación y curado de las dovelas. PROCESO CONSTRUCTIVO Se construyó en el obrador Punta Carrasco una fábrica de pre-moldeados totalmente automatizada. La planta cuenta con un conjunto mecánico (carrusel) que permite la rotación de los moldes entre una línea de trabajo y una línea de curado a vapor estableciendo una producción continua de dovelas.

El ciclo operativo tiene una duración aproximada de 6 hs. En primer lugar transcurren aproximadamente 30 minutos entre la salida de la estación de llenado y la entrada al túnel de curado. A continuación, el pasaje por el túnel de curado a vapor es realizado en aproximadamente unas 5 hs y 30 minutos, mientras que 10 minutos después de salir del túnel de curado, se procede al desencofrado de la dovela y posterior evacuación. Para realizar este proceso continuo se trabajan las 24 hs del día en dos turnos de 12 hs cada uno, elaborando en régimen entre 18 y 20 anillos diarios (126/140 dovelas diarias) lo que equivale a un volumen de hormigón de 230 m3/240 m3. A fin de cumplir con el exigente proceso productivo diseñado para abastecer a las máquinas tuneleras de estas piezas pre-moldeadas en forma ininterrumpida, las etapas que componen el mencionado proceso son las siguientes: 1. Dosificación y colado de la pieza en el molde: Para ello se cuenta con una planta dosificadora de 60 m3/hora de capacidad nominal que vuelca los materiales componentes en un mezlcador de doble eje de 2,5 m3 de capacidad de mezclado. El hormigón es transportado por una cinta hasta un balde de distribución que se traslada hasta el centro geométrico de la dovela a fabricar. La planta y el llenado se muestran en las Fotos 1 y 2.

Figura 1 – Planta elaboradora de hormigón

Figura 2 – Sala de llenado del molde y vibrado del hormigón

2. Terminación e inicio del ciclo de curado vapor: Se cuenta con dos estaciones posteriores al llenado del molde para una correcta terminación del extradós. La tarea de alisado y fratachado se realiza en forma manual procurando evitar la formación de irregularidades en la superficie de la pieza, hecho que puede provocar una inadecuada tarea de extracción del molde al no permitir el correcto apoyo de la ventosa de extracción. En las Fotos 3 y 4 pueden observarse los moldes a la salida de la estación de llenado y previo al ingreso en el túnel de curado a vapor. Dentro del túnel, el vapor ingresa por los orificios de las cañerías y el condensado producido es recolectado volviendo a la caldera. Hay cañerías a vapor perdido para mantenimiento controlado de la humedad. El túnel se mantiene a 45-50°C de temperatura con una humedad superior al 90%. 3. Desencofrado, Evacuación y Preparación para un nuevo ciclo: A la salida del túnel, transcurren 20 minutos a temperatura ambiente y se procede a desencofrar y posicionar la dovela en la línea de evacuación. Después del desencofrado por pinza de vacío (ventosa), se conduce por medio de un puente grúa a la máquina que gira la dovela 180° en el plano vertical, de modo que el intradós sea el plano superior de la misma. El traslado de las dovelas se realiza a través de cinco puestos que permiten reparaciones rápidas y colocación de la junta perimetral. A continuación y una vez retirada la dovela del molde se debe realizar sobre el mismo una serie de tareas de preparación antes de volver a dar inicio nuevamente al ciclo del llenado con hormigón. Entre las tareas que se realizan podemos citar las siguientes:    

Limpieza y engrase de todas las piezas móviles del molde Limpieza cuidadosa por cepillado de las paredes del molde Impregnación con desencofrante de todas las partes internas del molde Colocación en el molde de la armadura y de los separadores de PVC.

Figura 3 – Moldes a la salida de la estación de llenado

Figura 4 – Moldes al ingreso del túnel de curado

MATERIAL Y MÉTODOS

Especificaciones del hormigón. Requisitos La elaboración del hormigón para dovelas presentó exigentes requisitos de desempeño ya que el parámetro crítico de diseño de la mezcla consistió en su elevada resistencia inicial, empleando como materiales constituyentes los que a continuación se detallan:

    

Cemento Portland Normal – Categoría 50 (CPN 50) Arena silícea natural (MF: 1.90) Arena granítica de trituración (MF: 3.60) Piedra Partida Granítica 6-20 Aditivo hiperfluidificante de base policarboxilato.

Los requisitos planteados por el pliego de especificaciones de la obra para el hormigón fresco y endurecido se resumen a continuación:     

Contenido unitario mínimo de material cementicio por condiciones de durabilidad: 380 kg/m3 Relación agua/cemento máxima: 0,33 Asentamiento 2 cm +/- 1 cm Resistencia mínima al desmolde (ciclo de curado a vapor a 45 ºC/50 ºC: 15 MPa Resistencia característica según CIRSOC 201 M a los 28 días: 38 MPa

Diseño de la mezcla En primer lugar fueron ejecutadas en laboratorio sobre la fase mortero las correspondientes pruebas de compatibilidad entre el cemento utilizado y 3 aditivos hiperfluidificantes. De esta forma se establecieron los tiempos de escurrimiento por el Cono de Marsh con diferentes dosis, seleccionando aquel que mostrara el mejor comportamiento en cuanto al mantenimiento del efecto en el tiempo ya que el bajo asentamiento, el bajo contenido unitario de agua y la duración del efecto son parámetros críticos en este tipo de procesos por tratarse de piezas premoldeadas. El aditivo seleccionado fue el denominado B. Los resultados se muestran en la Tabla 1. En la Tabla 2 se muestran las características de la mezcla diseñada en laboratorio Tabla 1 – Evaluacion de aditivos – Cono de Marsh Tipo aditivo

Dosis

% peso cemento 0,25 0,50 Aditivo A 0,75 0,25 Aditivo B 0,5 0,75 0,25 Aditivo C 0,50 0,75

Tiempo escurrimiento Tiempo escurrimiento inicial (a 5 min.) Final (a 60 min) min:seg:cent min:seg:cent 00:49:25 (*) 00:27:72 01:12:56 00:24:35 (#) 01:01:35 (*) 00:29:56 01:04:06 00:24:97 00:30:85 (*) (*) 00:27:41 (*) 00:22:41 01:11:85

(*) Un litro de mezcla no logra fluir (#) La mezcla presenta una segregación irreversible luego de 55 minutos

Tabla 2 – Mezcla diseñada en laboratorio Material Agua Cemento CPN50

UM kg/m³ kg/m³

Cantidades 126 380

Relación agua/cemento

% peso

0,33

Relación Agregado fino/Agregado total Módulo de finura del agregado fino Dosis Aditivo Visco 20 HE

% volumen % volumen % peso cemento

44 2,4 0,67

Los ensayos de laboratorio se completaron evaluando la mezcla en un equipo que permite ejecutar a escala ciclos de curado a vapor a presión atmosférica. En la Figura 5 se muestra la evolución de temperatura en la masa de hormigón (medida mediante una termocupla embebida en el centro de una probeta cilíndrica de hormigón de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura), en comparación con el ciclo teórico programado.

65 60

Temperaturas (°C)

55 50 45 40 35 30 25 20 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Edad (horas)

Temperatura hormigón

Temperatura curado

Figura 5 – Ciclo Real vs Ciclo Teórico de curado en laboratorio En la Tabla 3 se muestran los resultados obtenidos para la mezcla evaluada en el Centro Técnico Loma Negra. Tabla 3 – Resultados Mezcla Laboratorio Propiedad Asentamiento Resistencia a compresión – 6:00 hs (Curado a vapor) Resistencia a compresión – 28 días (Curado a vapor) [*] Resistencia a compresión – 28 días (Curado normalizado)

UM cm MPa MPa MPa

Valores 2,5 27,1 56,3 68,1

[*] Curado Normalizado luego del ciclo de curado a vapor.

Es importante destacar el desempeño a corta edad de la mezcla ya que el requisito de 15 MPa necesarios para el desmolde a las 6 horas se cumple de forma holgada (casi el doble de resistencia). Ante el requerimiento netamente prescriptivo del pliego de especificaciones (Limitación en el contenido minimo de cemento a utilizar a 380 kg/m3), el concepto de sustentabilidad surge como parte de una discusión necesaria en el futuro. Es por ello que los resultados obtenidos en la mezcla hubieran permitido actuar en varios frentes tendientes a mejorar la sustentabilidad de la obra: