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Del Cad a Ltschberg: La tecnologa CARFOAM Ponencia durante el
Congreso organizado por AETOS en Madrid en
octubre de 2007
Eduardo Snchez Morrondo
RESUMEN:
La solucin a la problemtica del tnel del Cad, en 1984, fue la
base para iniciar el desarrollo de una nueva tecnologa que
permitiese impermeabilizar, drenar y aislar trmicamente el tnel sin
disminuir el glibo, la que hoy se conoce con el nombre de SISTEMA
CARFOAM.
Desde entonces se ha invertido en desarrollo e investigacin y el
resultado es el actual sistema con su gama de productos capaz de
resolver todo tipo de necesidad de drenaje, aislamiento e
impermeabilizacin en tneles y obras subterrneas.
El Sistema CARFOAM adems de contar con un solo producto que
garantiza las tres funciones mencionadas anteriormente; es fcil de
instalar y mantiene sus funciones a largo plazo.
El proceso de fabricacin de las lminas ha sido estudiado
detenidamente y cada componente de las mismas es imprescindible
para el xito de las tres funciones. Tanto sus propiedades mecnicas
como fsicas han sido ensayadas en diversos laboratorios, tanto
nacionales como internacionales, y los resultados han sido de total
satisfaccin.
En cuanto a las posibilidades de aplicacin, cuya fijacin es
mecnica, adems de la clsica, en sndwich, las lminas CARFOAM pueden
instalarse en cara vista gracias a sus propiedades de resistencia
al fuego. Esta segunda opcin permite rehabilitar tneles antiguos
con problemas de glibo y participar en proyectos de nueva
construccin rebajando considerablemente los costes, puesto que ni
se necesita el revestimiento de hormign y se disminuye el tiempo de
ejecucin de obra, una vez perforado el tnel e instalados los
elementos auxiliares, lo nico que falta para ponerlo en
funcionamiento es la instalacin de las lminas, sin necesidad de
geotextiles o productos de proteccin.
En Espaa se han instalado ms de dos millones de m2 y a nivel
internacional se ha aplicado en Sudamrica, Francia, Suiza y
Alemania tanto en su sistema
sndwich como en cara vista.
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Del Cad a Ltschberg: La tecnologa CARFOAM
El presente documento describe el pasado, presente y futuro de
una tecnologa que ha resuelto uno de los problemas que con ms
frecuencia se presentan en la construccin o rehabilitacin de tneles
tanto carreteros como ferroviarios y que an hoy continua de vigente
actualidad, nos referimos a la influencia del agua tanto en forma
liquida como slida y su impacto en no slo la construccin sino
tambin durante la utilizacin del tnel.
I. INICIOS
La primera experiencia coincide con la construccin del tnel del
Cad, donde las condiciones climticas hacen necesario que se
resuelva no solamente el problema de las filtraciones de agua sino
tambin que sta no se convierta en hielo, por lo que en realidad se
est requiriendo un producto que aporte capacidad de drenaje,
impermeabilizacin y aislamiento trmico.
CARSA, que en aquel momento trabajaba con la multinacional Dow
Chemical, desarrolla un producto que da respuesta a dichos
requerimientos: as nace la tecnologa CARFOAM.
Fundamentalmente estamos ante un producto que conjuga, la
capacidad de drenaje, con la de impermeabilizacin debido al empleo
de materiales plsticos impermeables, tipo polietilenos, combinados
con una espuma de clula cerrada que aporta las propiedades de
aislamiento trmico. De esta forma mediante un compuesto sndwich se
logran los tres efectos.
La otra particularidad importante de la tecnologa es su modo de
instalacin, en este sentido la colaboracin con la empresa suiza
HILTI fue muy importante ya que se estudiaron todos los mtodos
posibles y de ah se desarroll una fijacin especficamente para el
anclaje de la tecnologa CARFOAM. Dicha fijacin plstica cumple los
requisitos derivados de las caractersticas de los distintos
sustratos, as como la necesidad de evitar los puentes trmicos.
El producto junto con su sistema de instalacin est hoy da
patentado en ms de 15 pases, incluidos toda la UE, EEUU y
Latinoamrica.
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Figura 1: tneles impermeabilizados en Bergara
II. CARACTERISTICAS
Evidentemente hay diversas soluciones de abordar el problema del
agua en tneles y los productos tradicionales tipo PVC, PE, etc, son
tambin utilizados sobre todo cuando se trata de situaciones
estndar, o cuando por el diseo del tnel se puede o se debe de
proteger la membrana impermeabilizante con una capa de hormign, y
en este caso el producto CARFOAM, compite como uno ms dentro de las
distintas opciones.
Hay sin embargo tres tipos de situaciones donde la solucin
estndar no es siempre viable:
- El galibo del tnel es tal que no se permite aplicar una
solucin de alto espesor, tal como una lamina y un hormign
proyectado.
- Se necesita una solucin de rpida ejecucin, efectiva y
competitiva por razones tcnico-econmicas.
- Estamos ante un tnel de alta montaa donde el riesgo de
formacin de hielo es muy alta.
En estos casos, la instalacin de la tecnologa CARFOAM es la
solucin.
El producto no solamente ofrece unas prestaciones inigualables
desde el punto de vista de aislamiento trmico, sino que al ser un
sndwich cuyos componentes son todos altamente resistentes al fuego,
tiene una resistencia total segn el Instituto de la Construccin
Francs (CSTB) de M-1, la ms alta clasificacin de un producto
plstico, con lo que su empleo en cara vista es posible, ya que
adems la posible combustin en caso de fuego permanente no desprende
humos txicos ni gotas inflamables.
Por otra parte, al tener distintas opciones tanto desde el punto
de vista de la espuma como de los distintos componentes del
sndwich, el producto se adapta a las necesidades de cada proyecto,
bien modificando las capas exteriores, bien modificando el espesor
de la espuma.
Por ltimo, dadas las caractersticas de flexibilidad de la
lamina, sta se adapta al relieve de la superficie del tnel, con lo
que se puede instalar sobre el sustrato tal y como est, una vez
realizada la perforacin, sin necesidad de aplicar ningn tipo de
tratamiento para hacerlo mas homogneo.
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Figura 2: Aspecto de nuestras lminas
III. DESARROLLO
Inicialmente, el producto consista de tres capas soldadas por
calor, y ambas caras eran de PE de alta densidad, y el cuerpo
central consista en una espuma de PE reticulado qumicamente.
Los distintos proyectos, mas de 2500000 m2 instalados, y las
diversas condiciones de los tneles tanto climticas como de cantidad
de agua a drenar, como las complejidades de instalacin nos han
llevado a travs de un proceso de I+D+i al producto actual que si
bien mantiene las caractersticas bsicas conceptuales, supone una
mejora espectacular sobre aquel de los inicios, y as:
- La espuma ha pasado a estar reticulada fsicamente, con lo que
eliminados las barreras de los aditivos que se emplean en la
reticulacin qumica, tales como derivados de cloro y bromo, hoy en
da eliminados por las directrices de la UE.
- Se ha modificado la superficie de la cara posterior para
hacerla mucho mas drenante, a base de acanaladuras en el sentido
vertical del tnel.
- Se han incluido nuevos polmeros en las composiciones del
sndwich todos de ultima generacin que aportan mayor grado de
resistencias al agua y mejores propiedades mecnicas, tipo
AFINITY.
- Se han introducido nuevos recubrimiento en su parte exterior
para mejorar las propiedades de resistencia al fuego con film de
aluminio.
- Se han mejorado las resistencias de todos los materiales tanto
mecnicas como trmicas como de resistencias al fuego.
En estos momentos se est trabajando sobre una lnea de desarrollo
que dar al producto una resistencia an mayor (objetivo segn las
Euroclasses: B-s1-d0) al fuego, lo que llevara a conseguir la mejor
resistencia de un producto plstico en el mundo de la
impermeabilizacin.
Cara externa
Cara interna
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Figura 3: Acanalado de las lminas CARFOAM
IV. SISTEMAS DE INSTALACION Y MANTENIMIENTO
Como se ha indicado, la otra particularidad de la tecnologa
CARFOAM, es su instalacin y su mantenimiento.
Hay tres formas de instalar el producto: - Cara Vista - En
Sndwich - En falso Tnel
1) Impermeabilizacin en vista: Es la aplicacin que caracteriza
al sistema CARFOAM. En este caso la lmina constituye el
revestimiento final de la obra,
perfectamente estanco y definitivo. La impermeabilizacin en
vista es aplicable tanto en tneles nuevos
como en la rehabilitacin de los ya construidos. En el caso de
tneles nuevos, la lmina puede instalarse directamente sobre la
roca, una vez realizada la perforacin, independientemente de las
caractersticas de la superficie. En el caso de tneles ya
construidos, las lminas CARFOAM solucionan los problemas de
filtraciones de agua limitndose al glibo que exija la estructura.
Este aspecto es clave en el caso de los tneles ferroviarios o de
metro en los cuales la altura est limitada por la construccin
original y no puede sufrir grandes modificaciones, el hecho de
tener un producto con las caractersticas ya reseadas, ofrece la
posibilidad de dar una solucin que cualquier otra tecnologa no
permite.
Asimismo, esta aplicacin no obliga a impermeabilizar el tnel en
su totalidad y as en casos donde se den fugas de agua localizadas o
reas de mas riesgo estn pueden impermeabilizarse reparando los
tramos mas crticos.
Lmina
Roca
Hormign armado
Roca
Lmina
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Figura 4: Impermeabilizacin en vista
Figura 5: Tnel impermeabilizado en vista
2) Impermeabilizacin en sndwich: En aquellas obras en las que se
requiere un revestimiento final de
hormign, la impermeabilizacin debe realizarse segn el mtodo
tradicional en sndwich.
Nuestros productos tambin se adaptan a esta circunstancia y
garantizan una impermeabilizacin total de manera definitiva con la
ventaja que conlleva un proceso de instalacin mucho ms rpido que el
de las alternativas existentes en el mercado puesto que las
resistencias mecnicas y fsicas de nuestras lminas aseguran la
impermeabilizacin, el drenaje y el aislamiento trmico sin la
necesidad de utilizar otros productos accesorios tales como
geotextiles. El proceso de instalacin ms rpido y por tanto reduce
costes. Consideramos clave la posibilidad de poder observar el
comportamiento de la roca detrs de las lminas y por ello se han
buscado materiales que fueran transparentes al georadar. Se puede
as comprobar de forma peridica el estado del terreno sin tener que
desmontar las instalaciones. Es importante resear en este aspecto
el modelo de anclaje malla y tipo de hormign que optimizan la
instalacin de CARFOAM segn esta forma y que no solo abaratan el
coste total sino que permiten minimizar los espesores de las
distintas capas implicadas.
Figura 6: Impermeabilizacin en sndwich
3) Impermeabilizacin de falsos tneles: Las lminas CARFOAM
permiten la impermeabilizacin de falsos
tneles y no requieren la instalacin de ningn geotextil de
proteccin pues las resistencias mecnicas son excelentes.
Lmina
Hormign
Mallazo
Terreno
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Figura 7: Impermeabilizacin en falso tnel
V. GAMA DE PRODUCTOS DE LA TECNOLOGA CARFOAM
Tabla 1: Gama de productos Tipo de lmina Tipo de instalacin
Resistencia al fuego
Standard Sndwich M3 New Aff Sndwich M3 Super Class Cara vista M2
Top Class Cara vista M1 Falso tnel Falso tnel M3
Lmina Standard:
Tabla 2: Propiedades de la lmina Standard Propiedad Norma de
ensayo Resultado
Resistencia a la traccin Long/Trans
UNE-EN-ISO 527.3
> 1100 N/50mm
Resistencia al desgarro UNE 53358 50 N Conductividad trmica UNE
92202 0.034 kcla/hr.m.C Permeabilidad al vapor de agua
ISO 1663
0.48 gr/m2*24hr > 3000 factor
Lmina Top Class:
Tabla 3: Propiedades de la lmina Top Class Propiedad Norma de
ensayo Resultado
Resistencia a la traccin Long/Trans
UNE-EN-ISO 527.3
> 5.5 N/mm2
Alargamiento a la rotura Long/Trans
UNE-EN-ISO 527.3
> 30%
Resistencia al desgarro UNE 53358 50 N Resistencia a la
perforacin
UNE 104300
121 N
Conductividad trmica UNE 92202 0.034 kcla/hr.m.C Comportamiento
al PNE 104305 Autoextingible
Falso tnel
Lmina
Terreno
Arena
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fuego Toxicidad de humos
ABD0031 C
Cumple con todos los gases
VI. EL PROCESO DE INSTALACIN DE LAS LMINAS CARFOAM
El proceso de instalacin consta de 5 fases:
1- En primer lugar se cortan los rollos en las medidas que se
necesitan. Si bien el ancho de los rollos suele ser de 1.50 mts
para poder manejarlos fcilmente, el largo puede alcanzar los 90
mts.
2- La fijacin mecnica se realiza mediante pernos inoxidables,
desarrollados por HILTI en exclusiva para nuestra tecnologa, tras
la perforacin de orificios en la roca o hormign a lo largo de
secciones transversales, a las distancias necesarias, estableciendo
tres lneas de anclaje (centro y ambos lados).
La longitud de los anclajes puede variar entre 6 y 16 cm en
funcin de las necesidades y pueden llegar a fabricarse an ms largos
si el terreno presenta caractersticas particulares tales como
grandes deformaciones, agujeros de aire en la roca
En el caso de la impermeabilizacin en vista el nmero de anclajes
utilizado es superior, 5 o 6 unidades por m2 mientras que en la
impermeabilizacin en sndwich slo son necesarios 3 por m2. Esa
diferencia se explica por la utilizacin del hormign en el segundo
de los casos y que sujeta la lmina contra la roca.
Figura 8: Proceso de instalacin: solape de rollos
3- Fijacin de esta nueva tira mediante soldado por termofusin en
el lateral del solape, y fijaciones mecnicas en el otro lateral y
eje longitudinal.
Para realizar la termofusin nuestros equipos utilizan unas
pistolas de aire caliente que pueden alcanzar hasta los 500C de
temperatura.
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Figura 9: Proceso de instalacin: termofusin de las lminas
4- Impermeabilizacin de las fijaciones que quedan vistas con
piezas de la misma lmina termosoldadas.
Figura 10: Proceso de instalacin: fijacin de los anclajes
5- En los casos en los cuales existan venas de agua importantes,
se realizan drenajes primarios con el material y mtodo descrito,
para conducir el agua a las cunetas de desage. El sistema CARFOAM
busca solucionar en primer lugar las fugas ms importantes y despus
aade una nueva lmina para garantizar que el agua se recoja
correctamente en las cunetas.
Figura 11: Aspecto de la obra terminada
Nuestros equipos, compuestos por personal formado y experto en
la materia, pueden llegar a instalar hasta 400 m2 de lmina por
jornada de trabajo (8 horas), dependiendo de las condiciones de la
superficie y del tipo de
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impermeabilizacin que se est realizando. Dichos equipos estn
compuestos por un mximo de 5 personas.
VII. REFERENCIAS
Tal como se ha mencionado, desde la impermeabilizacin del tnel
del Cad, la tecnologa CARFOAM, nuestras lminas se han instalado en
ms de 100 tneles con un total de 2 millones y medio de m2, de los
cuales ms del 60% son en cara vista.
En Espaa las referencias son mltiples y se refieren tanto a
tneles de carretera como de ferrocarril y metro.
Tabla 4: Referencias en Espaa Tnel Localizacin M2
impermeabilizados Tipo de
aplicacin Tneles del Padrn
Asturias 32.000 Sndwich
Autova del Mediterrneo
20.000 Sndwich
Autova del Cantbrico
Asturias 130.000 Sndwich
Tneles de Miravete
58.000 Sndwich
Tneles Laredo Pas Vasco 45.000 Vista Tnel de Viella Catalua
14.000 Vista Tnel de las Nieves
Islas Canarias 10.000 Vista
Tnel Sacedn Guadalajara 15.000 Vista Tneles Autova
Eibar-Vitoria
Pas Vasco 170.000 Vista
Autova de Leizarn
Navarra 115.000 Vista
Tneles de RENFE
100.000 Vista
Nueva Lnea de Metro
Madrid 27.000 En falso tnel
Si bien la gama de productos es estndar, segn las caractersticas
de los proyectos, se ha diseado o producido un producto para cada
uno de ellos.
A nivel internacional, el primer tnel se impermeabiliz en Chile.
El tnel de Caracoles, situado en la Cordillera de los Andes, entre
Chile y Argentina, deba cerrarse en invierno por las bajas
temperaturas y la aparicin de estalactitas que suponan un peligro
para la circulacin de vehculos. En este caso se instalaron
aproximadamente 5.000 m2 de lmina y no slo fue necesario garantizar
la impermeabilizacin del tnel sino aislar
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trmicamente la estructura para evitar la formacin de hielo, por
lo que se utiliz una lmina en vista de 10 mm de espesor.
Entre los ltimos proyectos a nivel internacional, cabe destacan
los tneles en Francia y Suiza. En el caso del tnel de la SNCF
(empresa francesa de ferrocarriles), de Saut et Morillon, en el
Jura francs, la situacin en invierno era insostenible. Cada ao, la
SNCF deba designar una partida del presupuesto para pagar a
aquellas personas que da tras da deban entrar en esos tneles y
arrancar el hielo y las estalactitas con la ayuda de piolets. Los
bloques de hielo en los laterales de las vas y en las paredes podan
alcanzar los 10 cms de espesor. Para solucionar este problema, la
SNCF opt por instalar nuestros productos en los tramos en los que
se encontraban las principales fugas de agua. Se impermeabilizaron
finalmente 1.100 m2 de tnel con la lmina Top Class, nuestro ltimo
desarrollo, de 15 mm de espesor.
Figura 12: Trabajos en los tneles de Saut et Morillon
Otro caso particular que se nos ha presentado en Francia ha sido
el tnel de Maurice Lemaire. Se trata de un tnel de carretera a
rehabilitar cuyos trabajos de impermeabilizacin y aislamiento
trmico, a realizar en sndwich, estn limitados por el glibo. Se
trata de un proyecto en el que se instalar la solucin con la lmina
CARFOAM en 25mm de espesor, con un anclaje especialmente diseado, y
utilizando un revestimiento de mortero corta-fuegosde 30 mm de
espesor.
En el mercado Suiza, hemos tenido la oportunidad de participar
en uno de los principales proyectos del ao 2006, el tnel de
Ltschberg. Nuestros productos se han utilizado para impermeabilizar
las galeras de seguridad, un total de 15.000m2 de la lmina Top
Class de 4 mm han sido instalados. Se trata de un tnel de
ferrocarril cuya roca es muy porosa, lo que favorece filtraciones
muy abundantes. La direccin de obra obtuvo conocimiento de la
existencia de nuestros productos durante la feria internacional en
Chambry, y la consideraron idnea para solucionar los problemas de
drenaje e impermeabilizacin. Dado que las temperaturas no bajan de
0C, el aislamiento trmico no era necesario, por lo que se utiliz un
bajo espesor.
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Figura 13: Trabajos en el tnel de Ltschberg
VIII. PATENTES DE LA TECNOLOGA CARFOAM
Tabla 5: listado de patentes solicitadas para la tecnologa
CARFOAM
Patente principal Tipo de lmina Zona
geogrfica ES2118035A1
9600657: Solicitud de patente espaola: lmina de
recubrimiento
Lmina ignfuga: rafia+ espuma+ acan. con film de alum. Espaa
200003128: Invencin en EEUU n
PCT/IB01/02101
Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR)
EEUU
200003128: Invencin en Canad n 2.433.253
PCT/IB01/02101
Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR)
Canad
200003128: Invencin en Rusia n2003119440
PCT/IB01/02101
Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR)
Rusia
EP1360066B1: European Patent Specification: wateproofing
sheet
PCT/IB2001/002101
Rafia+ espuma+ acan. film de plastico (no especifica FR o NO FR)
Europa
9600657: Adicin a la patente del 1/09/98 por mejoras en la
lmina
Lmina Top Class: film de alum.+ rafia+ espuma+ acan. film alum.
Espaa