Informe Shotcrete Final

Nombre: Richard Mejia Rojo Docente: Jorge Martinez Fecha: 28 de noviembre de 2014

Índice

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Introducción

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Shotcrete por Vía seca

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Historia

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Primer Equipo en Chile

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Diseño de la mezcla

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Materiales del Shotcrete

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Características del material

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o

Resistencia a la flexión y compresión

6

o

Resistencia al Impacto

6

o

Tenacidad

6

o

Esfuerzos de tracción al 90% de la carga de falla

6

o

Resistencia al desprendimiento

6

Aplicación

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o

Manual

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o

Automática

7

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Preparando la superficie

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Método de Uso

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Datos útiles durante la aplicación del shotcrete

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Producción y costos

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Control de calidad

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o

Análisis físico del agregado

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o

Propiedades del Shotcrete

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Causas de un Shotcrete de baja calidad

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Ventajas y Desventajas

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Resumen de las características del Shotcrete por vía seca

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Conclusión

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Glosario

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Introducción En toda labor que se requiera evitar derrumbes de material, se deben tomar medidas de fortificación, su función básica es poder realizar las funciones de recubrir o reforzar el entorno de una labor subterránea o de cielo abierto para esto se utiliza shotcrete. Hay que resaltar que la fortificación en labores mineras es una actividad que realiza una parte muy importante para la contribución a la seguridad en labores subterráneas y cielo abierto. Una ventaja fundamental del shotcrete es que permite efectuar un soporte rápido y efectivo de grandes áreas. Con productos y un diseño adecuado de mezcla, en una sola aplicación se pueden obtener espesores de shotcrete superiores a 300 mm. La adición de acelerante especializados puede lograr que el concreto finalice su fraguado en pocos minutos y desarrolle altas resistencias mecánicas en horas. A continuación se dará a conocer todo lo relacionado con el shotcrete por via seca, como su historia, las características del material para crear una buena mezcla, sus métodos de aplicacion, manual y automática, producción y costo asi como también el control de calidad.

Shotcrete por vía seca Técnica en la que el cemento y agregados se procesan por lotes y se mezclan mecánicamente sin hidratar el cemento. El material es transportado neumáticamente a través de mangueras, en la boquilla se introduce el agua de hidratación antes de ser proyectado. Este hormigón proyectado también puede incluir aditivos o fibras o combinación de ambos, generalmente se usa para fortificación subterránea en minería.

Historia El primer hito en la historia del hormigón proyectado ocurrió en 1907 con la máquina inventada por Carl Akeley en Estados Unidos. Esta máquina permitía que materiales secos fueran aplicados neumáticamente agregando agua en la salida. En 1966, el ACI (Instituto Americano del Hormigón) adoptó el término “Shotcrete” para todas las aplicaciones neumáticas de mortero y hormigón incluyendo la vía húmeda y seca. La Unión Europea usó para el mismo material la terminología de “Sprayed Concrete” (Hormigón Proyectado). En los años cuarenta se introdujo el uso de agregado grueso de 10mm dentro de las mezclas de hormigón proyectado. A finales de los años sesenta se introdujeron los equipos operados en forma remota. Las primeras fibras metálicas fueron usadas en el año 1971 en Norte América y en 1977 los noruegos comenzaron a utilizar la fibra metálica y los equipos remotos en gran escala.

Primer Equipo en Chile El primer equipo de hormigón proyectado que se tenga noción de arribo a Chile fue en la División El Teniente de CODELCO, cercano a la localidad de Rancagua, VI Región. El primer equipo introducido fue de proyección para vía seca mediados de los años 70, posteriormente esta técnica de proyección fue llevada en los 80 a la División El Salvador. En Chile, solo una pequeña parte del hormigón es proyectado por vía seca (se estima que menos del 30% del volumen total del shotcrete).

Diseño de la mezcla El diseño de las mezcla de concreto proyectado debe siempre adaptarse a las especificaciones del agregado y del cemento disponible para poder obtener la resistencia inicial y la manejabilidad requeridas. Los ensayos preliminares en el laboratorio hacen más fáciles las operaciones en obra. El tipo del cemento tiene una fuerte influencia en el desarrollo tanto de la resistencia inicial como de la final y en las propiedades del concreto endurecido. Las fibras de acero incrementan la capacidad de carga y las propiedades de ductilidad del concreto proyectado. El tamaño máximo del agregado depende del espesor de capa y del acabado de la superficie requerida del concreto proyectado. Aproximadamente el 95 % de la superficie del agregado corresponde a la fracción de arena de 0-4 mm, las variaciones en la arena tienen un fuerte efecto en las propiedades del concreto fresco, en la relación a/c y por ende en las propiedades del concreto endurecido. Se considera que si la mezcla a lanzar cuenta sólo con agregados finos se llama mortero lanzado y si los agregados son gruesos se denomina concreto lanzado.

Materiales del Shotcrete Cemento.    

Cemento Pórtland de acuerdo a la Norma ASTM C150 o C595. Cemento portland tipo I y III Cementos puzolanicos Cementos adicionados

Arena. Como agregado pétreo se utiliza un árido combinado bién graduado, de granulometría controlada y constante, tamaño máximo 10 mm. • Mayor Tmáx: Menor demanda del agua, pero aumenta el rebote. • Menor Tmáx: Mayor demanda del agua, pero disminuye el rebote. Se deben preferirse agregados rodados o redondeados a los de trituración o chancados. Ya que se reduce el rebote La humedad optima esta entre 3% a 6% vía seca

Agua de Mezclado. Agua limpia de impurezas, de ser posible potable.

Aditivos. Acelerantes, plastificantes, puzolanas, fibras. El uso de fibras metálicas es poco frecuente en las mezclas secas y la razón es el mayor rebote (más del 50%)

Relación agua/cemento: 0.3 - 0.5

Características del Material El shotcrete reforzado con fibras metálicas, incorpora un volumen relativamente pequeño de estas fibras en comparación con su masa total (hasta un 2%). Las propiedades características de este material son definidas por el código ACI506.1R-98 en función a 5 criterios base:

1.- Resistencia a la flexión y compresión: Las resistencias típicas a la flexión obtenidas a las 28 días a partir de testigos prismáticos (vigas), obtenidas de acuerdo a la norma ASTM C78, se sitúan en un rango entre 42 kg/ (4.1 MPa) y 105 kg/  (10.3 MPa). Cabe señalar que este rango se basa en los valores típicos especificados para minería, sin embargo es posible incrementar la resistencia dependiendo de los requerimientos estructurales del proyecto siempre que esto sea factible tecnológica y prácticamente. La misma norma sitúa la resistencia en compresión del shotcrete entre 296 kg/ (29MPa) y 530 kg/ (52 MPa), aplicándose la misma consideración que en el caso anterior.

2.- Resistencia al impacto: De acuerdo al ensayo para cargas de impacto descrito en el código ACI 544.2R, se espera que el número de golpes del martillo estándar requeridos para fisurar y separar los especímenes de shotcrete reforzado con fibras a los 28 días, se encuentre entre100 y 500 dependiendo de la dosis y tipo de fibras. En comparación las mezclas de shotcrete sin fibras requieren usualmente 10 a 40 golpes para alcanzar la falla.

3.- Tenacidad: La cantidad de energía requerida para producir la falla en este tipo de concreto, dependerá de la dosis de fibra y su tipo. De acuerdo a las pruebas realizadas bajo la norma ASTM C 1018, en vigas pequeñas (100 x 100 x 350 mm), se espera que esta energía sea 10 a 20 veces la requerida para hacer fallar una muestra control sin fibra, bajo las mismas condiciones de ensayo.

4.- Esfuerzos de tracción al 90% de la carga de falla: A pesar de que este parámetro no es de referencia común, permite evaluar el comportamiento de shotcrete frente a cargas aplicadas rápidamente hasta llegar a la falla. De acuerdo a los ensayos realizados por R.A. Kaden descritos en su libro “Fiber  Reinforced Shotcrete: RirieDam and Little Goose (CPRR) Relocation” publicado por el ACI internacional, se espera que el desempeño del shotcrete reforzado con fibras sea aproximadamente el doble del obtenido por el shotcrete sin este refuerzo.

5.- Resistencia al desprendimiento (prueba de adherencia): Los ensayos realizados durante el proceso de vaciado, muestran una resistencia al desprendimiento del shotcrete reforzado con fibra superior en más de 50% con respecto a la resistencia de su contraparte de shotcrete carente de este refuerzo.

Aplicación Básicamente existen 2 formas de aplicación: Manual:

Donde la maquina únicamente se

encarga de generar un flujo de material constante para que el operario lo vaya aplicando a la superficie se tiene una menor relación producción/hora, pero con un precio más accesible.

Automática:

Donde el operario únicamente

debe ir configurando el brazo robótico para qué aplique el material uniformemente sobre una superficie determinada suele ser ideal para grandes obras.

El ángulo de lanzado debe ser perpendicular a la superficie, ya que con este ángulo, se creara una mejor compactación del material, ya que llevara una velocidad y fuerza al momento de choque que será la misma para toda el área afectada, y por lo tanto tendremos una mezcla homogénea, en cambio si el ángulo no es recto, no se generara la misma adherencia entre las partículas y tendremos una mezcla con menor resistencia, y por lo tanto un mayor rebote que derivara a su vez en mayor costo del mismo

Preparando la superficie Preparar la superficie de aplicación con un buen desatado, de ser posible perfilando la superficie.

Lavado de la superficie para quitar el polvo, puede ser con agua o aire comprimido. Colocación de calibradores (1 Unid/2m²) para el control del espesor.

Método de uso 

Preparación de mezcla seca (Cemento, Arenas)

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La mezcla se carga en la máquina de impulsión

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El equipo introduce material hacia la manguera

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El material es impulsado por aire comprimido hacia la boquilla

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En la boquilla se introduce agua con aditivo a través de los anillos perforados que la distribuye homogéneamente.

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El material es lanzado a alta velocidad.

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El shotcrete se debe curar cuando esté perdiendo la humedad superficial.

Datos Útiles durante la aplicación de shotcrete

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La distancia entre la boquilla y la superficie de proyección no debe ser mayor de 2,0 mt.

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Como regla general, deberá mantenerse la boquilla perpendicular a la superficie de aplicación.

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El Shotcrete debe salir de la boquilla en forma de





un

uniforme

e

ininterrumpido.

Todo material de rebote debe eliminarse del área de trabajo y no volver a utilizarse. Para superficies verticales o semiverticales, la aplicación



flujo

debe

comenzar

desde

abajo .

Todo Shotcrete debe ser curado adecuadamente a fin de limitar la fisuración.

Producción y costos Mensualmente se aplica 1,3m³ de Shotcrete Vía Seca; que representa una cobertura aproximada de 11,700 m² a un espesor de 2”. Los costos son aproximadamente de US $ 25.97 por m²

Control de calidad La calidad del Shotcrete depende del Control de Calidad que se les da a los materiales que lo conforman, se debe tener especial cuidado con los agregados. Para tal fin se deben realizar los ensayos pertinentes mencionados en las normas ASTM. Se realizaran análisis físico y químico de los agregados.

Análisis Físico del Agregado: 

Granulometría

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Peso Específico

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Absorción

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Contenido de Humedad

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Porcentaje pasante de malla # 200

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Análisis Químico del Agregado

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Impurezas Orgánicas

Propiedades del Shotcrete: 

Resistencia a la Compresión

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Resistencia a la Flexión

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Adherencia

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Impermeabilidad Resistencia al intemperismo

Causas de un shotcrete de baja calidad 

Inadecuado diseño de mezcla o sin diseño.

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Especificaciones técnicas inadecuadas o inexistentes.

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Equipos e infraestructura de proyección inadecuados.

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Mano de obra no calificada.

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Incorrectas técnicas de aplicación.

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Deficiente logística de suministros.

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Servicios inadecuados (aire comprimido, agua y energía).

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Control de calidad ineficiente o inexistente.

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Incorrectos/incompletos análisis de costos, conducentes a falsos ahorros (problema generalizado en minería).

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Fuerte resistencia al cambio.

Ventajas y Desventajas Ventajas 

Fácil manejo para volúmenes pequeños.

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Equipos lanzadores son más económicos.

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En la boquilla se tiene el control del agua y de la consistencia de la mezcla

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Mantenimiento de equipos es más económica

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Transportable a mayor distancia.

Desventajas 

Alta generación de Polvos.

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Alto Rebote.

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Mayor contaminación.

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Perdidas de mezcla por rebote de hasta 35%.

Resumen de las características del shotcrete por vía seca Factores Calidad

Mezcla seca Alta resistencia debido a la baja razón entre A/C La mezcla depende de la adicion del agua que es regulada por el operador manualmente Alta, buena adhesión y fácil de aplicar. En polvo para agregar a la mezcla seca Alta producción de polvo, puede ser reducida teniendo el agregado con una humedad promedio de 5 a 6% Bajos costos de inversión Mantenimiento simple y poco frecuente Equipo compacto y adaptable en tuneles con espacios limitados Se hace frecuentemente en el sitio de trabajo o se llava la mezcla seca preparada No hay buen control de la relación agua-cemento La mezcla puede ser transportada grandes distancias En promedio  /hora Puede ser entre 15-40% Alta perdida de agregados y cemento.  

Velocidad de impacto Aditivos Polvo Equipo

  

  

Mezcla



 

Rendimiento Rebote

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Conclusión Con este informe se mostró el método de fortificación por vía seca, que a pesar de ser un método con poco rendimiento igual se debe usar para espacios reducidos, nos dimos cuenta que la aplicación varía mucho con el desempeño del operador y conocimos su forma de trabajo desde que se prepara la superficie hasta que el shotcrete es aplicado.

Glosario Adherencia: Característica que posee el hormigón proyectado de pegarse al sustrato después de ser proyectado neumáticamente a través de una boquilla.

Aditivo: Cualquier material activo agregado al hormigón en pequeñas cantidades para modificar alguna de sus propiedades por acción física, química o física-química.

Adiciones: Materiales minerales finamente molidos utilizados en el hormigón con el fin de mejorar ciertas propiedades o para conferirle propiedades especiales.

Acelerante: Aditivo que normalmente se añade en la boquilla del hormigón proyectado con el fin de aumentar la velocidad de hidratación del cemento, reducir la fluidez y provocar una rápida rigidización de la mezcla.

Boquilla: Pieza final por donde el shotcrete es proyectado sobre el sustrato. Capa: Aumento de espesor con sucesivas pasadas o capas de hormigón proyectado. Capa de repaso : Corresponde a una capa fina de hormigón proyectado, aplicada generalmente con la intención de proporcionar una superficie uniforme. Se aplica sobre una capa inicial de hormigón proyectado. También se conoce como “capa de acabado”.

Cemento: Material aglutinante hidráulico definido en NCh148. Cohesión: Capacidad de los componentes del hormigón o mortero para mantenerse totalmente mezclados de manera homogénea cuando son transportados, manipulados, descargados, bombeados o proyectados a través de la boquilla.

Curar: Mojar el shotcrete cuando este perdiendo la humedad superficial Exudación: Movimiento del agua desde el interior de la masa de hormigón hacia la superficie como resultado de la separación de la fase líquida de los ingredientes sólidos en la mezcla.

Escurrimiento/desprendimiento: Movimiento descendente del hormigón proyectado desde su punto de aplicación inicial.

Fraguado: Endurecimiento de algunas mezclas que se usan en construcción Fibras: Elementos cortos y de forma alargada y de alta capacidad a la tracción utilizados como refuerzo. Las fibras comercialmente disponibles son las de acero, polímeros de diversa composición. Las fibras son normalmente incorporadas en el hormigón proyectado para aumentar la tenacidad.

FRS: Shotcrete Reforzado con Fibra (por sus siglas en inglés) Hormigón: Se realiza con una mezcla de cemento, agua y piedras (graba) según las cantidades se obtiene mayor o menor resistencia.

Hormigón proyectado por vía seca : Hormigón proyectado en que los componentes se transportan en estado “seco” mediante aire comprimido y donde el agua de hidratación es introducida en la boquilla junto con el acelerante. El material se mezcla al interior de ésta y durante su proyección sobre el sustrato. La proyección se realiza mediante aire comprimido a alta velocidad.

Hidrolavado: Lavado con agua a alta presión que ayuda a mejorar la adherencia del hormigón proyectado con el sustrato. Se recomienda que esta actividad sea realizada por el operador del equipo de proyección.

Impermeabilidad: Imposible de ser penetrado por un liquido Mortero: El mortero se realiza mezclando cemento y arena, su resistencia y capacidad de compactar es menor, se utiliza en el colocado de suelos, levantamiento de paredes.

Pitonero: Persona encargada del control de la boquilla y por tanto de la proyección del hormigón. El término “pitonero” se utiliza frecuentemente asociado al operador de equipo.

Pasada: Area conformada por el movimiento de la boquilla durante la operación de proyección de hormigón. Una capa de hormigón proyectado es usualmente construida haciendo varias pasadas.

Planchón de hormigón : Parte del hormigón proyectado que cae (se desprende) de la superficie de trabajo tiempo después de la proyección. No debe confundirse con “rebote”, referente a las partículas que saltan desde el sustrato o del hormigón ya proyectado durante el proceso de proyección.

Rebote: Parte del hormigón proyectado que es rechazada del elemento proyectado y cae lejos de ésta superficie durante el proceso de proyección, depositándose en el suelo o en superficies cercanas.

Razón a/c: Razón entre la cantidad de agua libre en lamezcla y la cantidad de cemento (en peso).

Resistencia a la Compresión : Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento.

Resistencia a la Flexión : Medida de la resistencia de un elemento o miembro estructural a las fuerzas flectoras. También llamada resistencia a la tracción.

Resistencia al intemperismo : propiedad de los materiales a resistir degradación debida a efectos de intemperie, como son asoleamiento, lluvia, viento, salinidad, humedad atmosférica.

Sustrato: Superficie sobre la que se coloca el hormigón proyectado, por ejemplo suelo o roca. Incluye estructuras como marcos o armaduras cuando existen.

Tenacidad: Es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido.