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Gestión de estructuras: obra civil

ACTUACIONES DE MANTENIMIENTO EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL EN EL ACUEDUCTO TAJO – SEGURA (ATS)

Enrique DE DIEGO SANZ

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Confederación Hidrográfica del Tajo Jefe de Área ATS enrique.diego@chtajo.es

Joaquín MOYA SIERRA

Ingeniero Agrónomo Tragsa Jefe de Grupo ATS jmoya@tragsa.es

Carlos CONSEJO SÁNCHEZ Ingeniero Agrónomo Tragsa Gerente Zona Cuenca cconsejo@tragsa.es

Jesús Benito DE LA PLAZA GARCÍA Ingeniero Agrónomo Tragsa Gerente Zona Albacete jdelapla@tragsa.es

Jacinto RUIZ CARMONA Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Tragsa Delegado Autonómico Castilla-La Mancha jruiz16@tragsa.es

RESUMEN

En el presente trabajo describimos las actuaciones de mantenimiento en elementos de hormigón estructural que se realizan en el acueducto Tajo – Segura, una de las infraestructuras hidráulicas de mayor importancia en nuestro país. Ejecutada a finales de los años 70, lleva en servicio desde 1981. La ejecución de la infraestructura se realizó con hormigón en masa para las zonas de canal y hormigón armado y postesado en acueductos y túneles, requiriéndose un mantenimiento de la infraestructura para asegurar la integridad y funcionalidad de la misma. Los resultados del trabajo también muestran el bajo coste que supone un mantenimiento planificado y activo frente a la inversión inicial en infraestructuras de este tipo.

PALABRAS CLAVE: reparaciones superficiales, corrosión, impermeabilización de hormigón, sellado de fisuras, costes reparaciones.

1. Introducción

El acueducto Tajo - Segura (ATS), con una longitud de 292 km., es una de las infraestructuras hidráulicas de mayor importancia en nuestro país. Ejecutada a finales de los años 70, lleva en servicio desde 1981. Esta diseñada para trasvasar una capacidad máxima de 1000 hm3/año a tierras de las provincias de Murcia, Alicante y Almería desde la cuenca alta del Tajo [1, 2]. La ejecución de la infraestructura en la mayoría de su recorrido se realizó con hormigón en masa para las zonas de canal y hormigón armado y postensado en acueductos y túneles; destacando las obras de los acueductos del Cigüela de 6,2 km. de longitud y el de Riansares de 2,8 km, así como el Túnel del Talave de 32 km. de longitud, considerado durante su tiempo el mayor túnel de

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Europa. En la figura 1 mostramos un mapa del recorrido del trasvase desde su inicio en los embalses de Entrepeñas y Buendía hasta la salida del túnel del Talave, punto de inicio del post-trasvase y unos datos generales sobre el ATS. La inversión realizada en valor actualizado sería equivalente a 620 M€ de los cuales unos 70 M€ suponen la ejecución del túnel del Talave. A lo largo de estos años el volumen de agua trasvasado ha sido aproximadamente de unos 15.000 hm3. Es decir el coste de trasvasar un m3 supone, respecto a la inversión inicial, aproximadamente 0,045 €/m3. El valor medio de agua trasvasada anualmente en la actualidad es de unos 350 hm3.

En la presente ponencia analizamos las principales actuaciones de mantenimiento realizadas durante una campaña anual así como los costes del mantenimiento. En general durante los años que lleva el ATS en servicio no se han producido grandes actuaciones de reparación, presentado la infraestructura un estado de conservación bueno. Parte de este resultado se debe al plan de inspección y mantenimiento, el cual ha evitado la aparición de problemas mayores. El presente trabajo se centra en las intervenciones que se realizan de forma continua en la infraestructura, quedando fuera del trabajo actuaciones extraordinarias y actuaciones en el post-trasvase (Murcia).

a) b)

Figura 1. (a) Mapa del recorrido del ATS; (b) Datos generales [3].

2. Descripción de las actuaciones de mantenimiento

En este apartado describimos las actuaciones más importantes que se llevan a cabo para el mantenimiento de los elementos de hormigón de la infraestructura.

2.1. Reposiciones de losas

El acueducto Tajo-Segura se subdividió, a efectos de proyecto, en diferentes tramos que tenían distintas particularidades en función de la topografía y el terreno por el que discurriesen. La sección tipo del canal mismo preveía una caja trapezoidal dimensionada para 33 m3/s con una solera de 3 metros de anchura y una altura y unos taludes variables en función del tramo del que se tratase (la altura se proyectó en torno a 4 metros y los taludes iban desde el 1:1 hasta el 2:1). Las aristas en la parte superior del revestimiento se prolongan exteriormente por remates

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horizontales de 20 centímetros a cada lado. En toda su longitud el canal está revestido de hormigón en masa con un espesor variable en función de la naturaleza del terreno atravesado. El espesor medio del revestimiento es de 20 centímetros. Se dispusieron juntas de contracción tanto longitudinales (en la unión de los cajeros con la solera) como transversales (cada 5 metros). Estas juntas se conformaron mediante escotaduras trapezoidales practicadas en el hormigón y rellenadas con mástic asfáltico.

Las fisuras que aparecen en las losas generalmente están provocadas por pequeños asentamientos del terreno debidos al lavado del mismo bajo las losas, cuando el agua del canal fuga y recorre el trasdós del revestimiento de hormigón. En los años 80, y con el fin de corregir estas filtraciones en varios tramos de canal, se dispuso una lámina de polietileno encima del revestimiento de hormigón protegida con un geotextil superior y otro inferior. Además se dispuso una segunda capa de revestimiento continuo de hormigón armado con un mallazo de unos 15 cm de espesor encima de todo el paquete al que no se le practicó ningún tipo de junta. Esta última capa, al no permitir visualizar el revestimiento original, dificulta la localización de posibles fugas. Estos tramos de doble revestimiento con lámina de polietileno, se dispusieron sobre todo en el primer tramo de canal, que discurre por las provincias de Guadalajara y Cuenca y en cuyo terreno se identifica la presencia de yesos y arcillas.

a) b)

c) d)

Figura 2. Reposición de losas: (a) Desmantelamiento capa impermeabilizante; (b) Demolición losa

hormigón; (c) Preparación terreno para hormigonado; (d) Reposición de losa finalizada.

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En la actualidad, cuando se detecta una fuga en el canal, se demuele la primera capa de hormigón y se retira la lámina de polietileno, véase la figura 2a. Una vez eliminada esta primera capa se pasa una hidrolimpiadora para sanear el revestimiento original. En este momento es cuando se puede evaluar el estado real del mismo. Se identifican las losas defectuosas y se demuelen con martillo hidráulico, véase la figura 2b.

Una vez demolidas las losas y retirado el escombro, se eliminan todos los restos de raíces y se regulariza la superficie de tierra del canal, barriendo partículas sueltas tanto en el fondo como en los cajeros y compactando los mismos, como se muestra en la figura 2c.

Por último se repone el revestimiento de hormigón comenzando por lo la solera y posteriormente proseguir subiendo los cajeros hasta la coronación. La restitución del hormigón se ejecuta en espesores de unos 20 cm. El hormigón utilizado es un HM-30/B/20/I/Qb+Fibra. La reposición finalizada se puede apreciar en la figura 2d.

2.2. Reparaciones de armaduras

Para salvar los desniveles del terreno se proyectaron varios acueductos de hormigón armado con dos tipologías diferentes: Acueductos abiertos, diseñados con sección en artesa y ejecutados in situ y acueductos cerrados, ejecutados con dovelas prefabricadas y postensadas.

El paso del tiempo y la acción continuada del agua provoca, en ambos casos, la aparición de la corrosión en las armaduras exteriores de la cara interna de los acueductos. Estas armaduras deterioradas se presentan claramente visibles o se manifiesta su proceso de corrosión a través de fisuras que marcan la posición de las barras en el paramento o por el hinchamiento de la capa de recubrimiento de hormigón debajo de la cual se está produciendo el proceso de corrosión de la armadura.

Para la reparación de estas armaduras, en primer lugar se elimina el hormigón defectuoso con medios mecánicos (radiales, picoletas, etc.). Una vez saneada la zona, se limpian los restos de óxido con cepillos de cerdas de acero hasta que la armadura queda totalmente saneada. En caso de haberse producido una pérdida de sección sustancial de armadura, se suplementa hasta alcanzar la cuantía necesaria.

Una vez se tiene toda la zona limpia y saneada, se aplica un tratamiento a las armaduras a base de un cemento de un componente mejorado con resina sintética y humo de sílice (Sika MonoTop 910-S) que tiene una doble función; actúa como capa de adherencia y como protección de las armaduras frente a la corrosión. Posteriormente se repone el hormigón perdido con un mortero de reparación estructural de 1 componente de baja retracción, reforzado con fibras (Sika MonoTop 412-S).

2.3. Impermeabilización de paramentos hormigón

La acción continua del paso del agua durante un tiempo prolongado provoca el deterioro progresivo de los paramentos de hormigón. En el caso de los tramos de canal en acueducto de hormigón armado, se aprecia cómo en el intradós de los mismos van apareciendo paulatinamente problemas tales como la pérdida de recubrimientos, lavado de superficie de apoyo en las zonas en canal y corrosión de armaduras. Estos daños se manifiestan fundamentalmente a través de la

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aparición de fisuras en los paramentos, que pueden llegar a provocar una perdida de estanqueidad de la sección.

Con el fin de alargar la vida útil de las estructuras de hormigón armado del ATS, fundamentalmente acueductos, se ha decidido en las dos últimas campañas, impermeabilizar con diferentes soluciones el interior de tres acueductos que se encontraban más afectados por estos problemas de envejecimiento. La impermeabilización de los acueductos persigue un doble objetivo: Por un lado eliminar las pérdidas de agua producidas por filtraciones y por otro lado, ante la pérdida general de recubrimiento, establecer una película protectora que impida la agresión de elementos presentes en el ambiente (CO2, cloruros, sulfatos, etc.) al hormigón o a las armaduras de la estructura.

Los acueductos elegidos fueron los números 1, 6B y 7, sitos todo en el límite entre las provincias de Cuenca y Guadalajara en la parte alta del trasvase, en un zona con fuertes gradientes térmicos estacionales. Estos acueductos tienen una superficie a tratar de unos 1.600 m2 el 1 y el 7 y de unos 800 m2 el 6B. La solución adoptada para los acueductos 1 y 6B fue el tratamiento con un mortero de impermeabilización flexible de dos componentes a base de ligantes hidráulicos y resinas sintéticas (SikaTop 209 ES). El acueducto número 7 se impermeabilizó con una membrana continua proyectada de poliurea pura 100% (Tecnocoat P-2049).

En ambos casos antes de la aplicación del producto, hay que preparar la superficie a tratar como sigue:

• Limpieza del paramento con chorro de arena o hidrolimpiadora

• Reparación de armaduras en mal estado

• Reposición de desconchones y mermas en el paramento de hormigón

• Soplado de toda la superficie para eliminar el polvo adherido

• Aplicación del producto impermeabilizante elegido para cada caso: Mortero de impermeabilización o Poliurea proyectada.

a) b)

Figura 3. Impermeabilización de acueductos: (a) Paramento interior sin impermeabilizar; (b) Paramento tras ser impermeabilizado.

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Transcurrida una campaña completa trasvasando agua, el acueducto número 1, que es el primero que se ejecutó, se muestra en un buen estado. El mortero de impermeabilización ha tenido un comportamiento muy bueno tanto desde el punto de vista mecánico como desde el punto de vista de la estanqueidad de la infraestructura. La poliurea proyectada en el acueducto número 7 se ha ejecutado en la parada de 2013, y hasta el momento sólo lleva unos meses con el acueducto en carga. A día de hoy lo que se ha podido comprobar es que también está funcionando perfectamente en cuanto a la impermeabilidad del paramento, ya que en las inspecciones realizadas no se detecta la presencia de fugas o manchas de humedad. En cuanto a su comportamiento mecánico, habrá que esperar a que esté en parada el canal para poder evaluarlo.

2.4. Reparaciones en juntas

Los acueductos abiertos de hormigón armado en artesa, véase la figura 3, se diseñaron mediante la repetición de un tramo tipo. Este tramo tipo es de 32 metros de longitud y está constituido por una cuba autoportante apoyada en dos pilas, de manera que la luz central es de 16 metros y los voladizos laterales son de 8 metros cada uno.

La sección interior de la cuba es trapezoidal de 3 metros de base un solera y 3,06 metros de altura y taludes 1:3. El espesor de la solera es de 40 cm y el de los cajeros de 30 cm. La sección va atirantada cada 4 m. Las juntas que quedaban en los acueductos se sellaban con un producto elastomérico del tipo “Thiokol”.

Los acueductos cerrados, los del Cigüela y el Riánsares, tienen una longitud de 6,9 y 2,9 km respectivamente. La ejecución se realizó con dovelas trapezoidales prefabricadas de hormigón armado mediante avance en voladizos sucesivos, postesando las dovelas. Las dovelas tienen unas dimensiones de 2,30 m de base menor, 4,50 m de base mayor, 4,00 m de altura y una longitud de cada pieza de 3,50 m. Las juntas entre piezas, se sellaron con un material tipo “Thiokol”, mientras que para las juntas de dilatación se dispuso un tapajuntas mediante bandas de amianto plastificado.

Con el paso del tiempo en las juntas se están produciendo fugas o filtraciones, provocadas conjuntamente por la acción mecánica del fluido en movimiento, envejecimiento del material y movimientos entre piezas.

Para el sellado de las juntas que fugan, se ha optado por el sistema Sikadur Combiflex SG, consiste en una banda flexible e impermeable de Poliolefinas (FPO) de 2 mm y un adhesivo estructural de dos componentes para su fijación (Sikadur 31 CF).

Para un óptimo resultado, en primer lugar se debe preparar el soporte adecuadamente. Para ello se eliminan la banda y el material sellante de la junta deteriorada para posteriormente sanear unos 20 cm a cada lado de la misma, limpiando las incrustaciones del paramento de hormigón con elementos mecánicos (radial o similar). A continuación se rellena el fondo de junta con espuma de poliuretano para generar una superficie plana de apoyo de la banda y evitar tensiones en la misma cuando el canal esté en carga. Seguidamente se prepara y aplica el adhesivo sobre el que se fijará la banda flexible. Esta se adherirá al paramento de hormigón como mínimo unos 10 cm a cada lado de la junta y posteriormente se sellará todo el perímetro de la banda con el mismo adhesivo estructural. El resultado es un conjunto perfectamente estanco y resistente que embute las juntas entre las estructuras de hormigón.

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a) b)

Figura 4. Juntas: (a) Filtraciones en junta en acueducto; (b) Estado de conservación de junta.

2.5. Inyecciones de fisuras en revestimientos de canal de hormigón en masa

Uno de los problemas más habituales con el que nos encontramos en el revestimiento de hormigón del canal, es la aparición de fisuras, las cuales pueden dar origen a problemas de estanqueidad. En función de su ancho, las fisuras reciben un tratamiento diferente. Así, cuando estas fisuras tienen una anchura inferior a 30 mm y no se aprecia una fuga de agua, se tratan mediante un sellado superficial, mientras que si la fisura es de mayor espesor o la fuga de agua es apreciable, se puede tratar mediante la inyección de mortero sin necesidad de parar de trasvasar agua. La forma de actuar se resume en los siguientes puntos

2.5.1. Fisuras de anchura inferior a 30 mm

En este caso, se reparan mediante la aplicación con dosificador neumático de alto rendimiento de un sellador de juntas en base de poliuretano monocomponente (Sikaflex-11 FC+).

2.5.2. Fisuras de anchura superior a 30 mm

En este caso, si se puede parar el suministro de agua, se seca el canal y se repara con alguno de los procedimientos vistos hasta ahora (morteros estructurales, reposición de losas, etc.). Si las circunstancias aconsejan acometer la reparación con el canal en carga, se realizan inyecciones de mortero, para lo cual se ejecutan perforos (taladros) de 90-150 mm de diámetro, formando una pantalla equidistante a la zona a tratar y se inyecta al terreno lechada de cemento 1:1 hasta lograr que la lechada selle las fisuras existentes. Los perforos tienen una separación entre ellos igual al diámetro del mismo, ejecutándose con una pendiente igual a la del talud del canal y con una profundidad 1 m por debajo de la cota de solera (la longitud depende de la pendiente de cada tramo de canal).

En la campaña 2013, se realizó este tratamiento en unos 100 m de canal obteniendo muy buenos resultados cuando las fisuras se localizan en los cajeros y resultados menos favorables cuando las fisuras se localizan en solera.

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a) b)

Figura 5. Inyecciones de fisuras: (a) fisura reparadaza; (b) Ejecución de perforo (Taladro) para

inyectar.

2.6. Otras actuaciones

Además de las operaciones que se realizan anualmente para la conservación de elementos de hormigón, existen otras labores de mantenimiento transversales que de forma indirecta, tienen una enorme influencia en la prevención de daños, coste de reparaciones de hormigón y en la ejecución de las actuaciones de mantenimiento presentadas en los anteriores apartados. Estas labores comprenden:

2.6.1. Caminos de servicio

La guardería del canal recorre la infraestructura varias veces al día identificando fugas, roturas, averías, o cualquier otro tipo de problema, para lo que es fundamental mantener en perfecto estado los caminos de servicio del canal. Los caminos de servicio están construidos con zahorras y riegos asfálticos de mucha edad. El mantenimiento se basa en el reciclado del firme, cuando este lo permite, la posterior adición de zahorras si es necesario y la terminación con una capa de rodadura formada con riegos asfálticos.

2.6.2. Limpieza y mantenimiento de drenajes transversales

Anualmente se repasan todas las obras de drenaje transversal existentes en el canal desatascándose aquellas que hubiesen colmatado. En función del tamaño de la obra de fábrica (existe una gran variedad de estas, desde caños de 60 cm de diámetro hasta pontones de varios metros cuadrados de sección) la limpieza se realiza con maquinaria autopropulsada (miniexcavadoras, dúmperes, etc) o con equipos autónomos de limpieza con chorro de agua a presión.

2.6.3. Limpieza superficial del canal

La ova es una típica planta acuática que crece en este tipo de canales. La ova se adhiere a las superficies del canal y en conjunción con la precipitación de carbonato cálcico presente en el agua dulce, va formando la conocida como toba calcárea. Este precipitado va mermando sección del canal y por consiguiente su capacidad hidráulica y ocultando las superficies del paramento de hormigón, lo que enmascara posibles fisuras o roturas del mismo.

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La eliminación de esta capa se realiza con medios mecánicos, mediante una pasada de cuchilla fabricada específicamente para esta labor y que se implementa en una retrocargadora o máquina similar y posterior retirada de residuos con una minicargadora y un pequeño camión basculante.

a) b)

Figura 6. Labores transversales de mantenimiento: (a) Reparaciones de caminos de acceso; (b)

Limpieza de ova en el canal.

3. Costes de las actuaciones de mantenimiento

Con el fin de completar la información sobre las actuaciones en este apartado y de forma orientativa exponemos un rango de precios estimados, según nuestra experiencia, de cada una de las actuaciones de mantenimiento de la infraestructura, incluyendo todas las actividades necesarias para la ejecución de los trabajos. Los precios indicados no incluyen tasas ni impuestos y pueden sufrir variaciones sustanciales dependiendo de las condiciones de ejecución:

• Reposición de losas: 60-90 €/m2 incluyendo la gestión de todos los residuos de acuerdo a la legislación vigente.

• Impermeabilización de acueductos con poliurea: 10-15 €/m2 de preparación del paramento más 40-50 €/m2 del tratamiento.

• Impermeabilización de acueductos con mortero: 10-15 €/m2 de preparación del paramento más 20-40 €/m2 del tratamiento.

• Reposición de juntas: 100-130 €/m de junta (cada junta tiene aprox. 10-12 m).

• Reparación de armaduras: 100-130 €/m2 de acueducto.

• Inyecciones de mortero: 100-150 €/m (longitud de perforación 10 m).

• Sellado de fisuras: 5-8 €/m de fisura sellada (el rendimiento aproximado es de unos 150 m de fisura por jornada).

• Limpieza de drenajes transversales: Es muy variable y no existe una actuación tipo, debido a la diversidad de dimensiones existentes y al diferente grado de colmatación que presentan. Para el caso de caños totalmente colmatados y longitud media de 50 m, podemos establecer estos parámetros:

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• Caño diámetro 1.000 mm: 1.500-2.000 €/ud

• Caño diámetro 600: 900-1.200 €/ud

• Pontón de 2x2 m: 4.000-6.000 €/ud

• Caminos de servicio: Entre 25.000 y 35.000 €/km para un camino tipo de 12 cm de zahorra artificial previo escarificado, refino, planeo y compactación del plano de fundación y una capa de rodadura formada por un doble tratamiento superficial asfáltico. El precio puede variar significativamente en función del estado del camino.

• Limpieza superficial de ova incrustada: 2000-4000 €/km de canal, incluida la limpieza, la carga, extracción y gestión de los residuos. El precio de esta partida es muy variable y depende del mantenimiento que se realice, ya que si la capa de ova se limpia de forma periódica la limpieza es más rápida y el coste puede disminuir sensiblemente.

En cada campaña y según las inspecciones que se realizan, se decide por parte de la Dirección de Obra un orden de priorización de las actuaciones a realizar, en función de las disponibilidades presupuestarias y la urgencia de la reparación. En todo caso la experiencia acumulada nos indica que el orden de magnitud del coste del mantenimiento en una campaña, sino se acometen obras extraordinarias, se sitúa entre 1,5 - 1,75 M€ (sin impuestos), es decir el mantenimiento anual de los elementos de hormigón supone aproximadamente el 0,3% de la inversión inicial de ejecución del trasvase a precio actualizado.

4. Conclusiones

A lo largo del presente trabajo se han expuesto las principales actuaciones que conforman el mantenimiento de los elementos de hormigón que integran el trasvase Tajo – Segura. El objetivo fundamental de las actuaciones es tanto asegurar la integridad estructural como evitar perdidas en la funcionalidad de los elementos que forman la infraestructura. La mayoría de daños que se observan están asociados a asientos o daños provocados por el desgaste por el paso de agua sobre los paramentos del canal, así como por la corrosión de armaduras y envejecimiento de juntas en los acueductos.

El mantenimiento de la infraestructura supone aproximadamente un coste de 0,005 €/m3 de agua trasvasada. El total del coste de trasvasar un m3 de agua incluyendo resto de costes de operaciones y repercusión de la inversión se sitúa en el orden de 0,2 €/m3. Es decir el coste del mantenimiento de los elementos de hormigón supone aproximadamente un 2,5% del coste total.

El resultado de las actuaciones de mantenimiento minimiza las pérdidas por las filtraciones y asegura la funcionalidad de la infraestructura en el tiempo, consiguiendo un coste por m3 del agua trasvasada competitivo frente a otras posibilidades de toma de agua como desalinizadoras o pozos.

Referencias

[1] MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS. Proyecto Reformado del Canal de Riánsares y sus obras complementarias. Dirección General de Obras Hidráulicas. 1974.

[2] MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS .Segundo Proyecto Reformado del paso de los ríos Riánsares y Cigüela (Cuenca). Dirección General de Obras Hidráulicas. Año 1974.

[3] MOPT . Acueducto Tajo-Segura. Direccion General de Obras Hidráulicas – Confederación hidrogáfica del Tajo. 1992