Monografia de Concreto Lanzado

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

“Año de la consolidación del Mar de Grau”

TEMA: CONCRETO LANZADO

ASIGNATURA

: TEC. DE CONCRETO

DOCENTE

: Ing. Salas de la

Calle Katherine ALUMNO

: ADAMA LEYVA

Gustavo Yeltsin CICLO ACADEMICO

:V

HUANCAYO------PERU 2016

CONCRETO LANZADO

1

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

INDICE 1. CARATULA…………………………………………………………………………… ………………………………… 2. DEDICATORIA………………………………………………………………………… ……………………………… 3. AGRADECIMIENTO………………………………………………………………… …………………………….. 4. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………… ………………………………. 5. OBJETIVO……………………………………………………………………………… ……………………………..  OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………………… ……………  OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………… …………… 6. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN……………………………………………………………………… … 7. ANTECEDENTES…………………………………………………………………… ……………………………… 8. JUSTIFICACIÓN……………………………………………………………………… ……………………………. 9. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………………………… ……………….. 

Concreto Lanzado………………………………………………………………………………… ……..  Materiales constituyentes del concreto lanzado………………………………………………  Cemento……………………………………………………………………………… ………………………..  Agregados……………………………………………………………………………… ……………………. 10. ADITIVOS……………………………………………………………………………… ……………………………

CONCRETO LANZADO

2

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS



FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Tipo A/Reductor de agua………………………………………………………………………………  Tipo B/Retardador…………………………………………………………………… ……………………  Tipo C/Acelerante…………………………………………………………………… ……………………… 11. FIBRAS…………………………………………………………………………… ………………………………………. 

Requerimientos de fibras estructurales………………………………………………………………  Fibras metálicas…………………………………………………… …………………  Ventajas técnicas……………………………………………………………………… …………………  Fibras sintéticas  Fibras de vidrio…………………………………………………………………… ………………… 12. USO DE LA MAQUINA ……………………………………………………………………………………  Aplicación manual………………………………………………………………… …………………  Equipo para lanzado por vía seca………………………………………………………………  Equipo para lanzado por vía húmeda……………………………………………………………  LAS VENTAJAS…………………………………………………………… ………………………. 13. CONCLUSIONES……………………………………………………………… ……………………………… 14. ANEXO…………………………………………………………………………… ……………………………………. 15.

BIBLIOGRAFÍA

………………………………………………………………………………………… ………….

CONCRETO LANZADO

3

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

DEDICATORIA Quiero dedicarle ese trabajo a dios y a mis padres que me han dado la vida y la fortaleza para terminar este proyecto de investigación, en especial dedico este trabajo a mi madre por su ayuda y constante cooperación.

CONCRETO LANZADO

4

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

AGRADECIMIENTOS A Dios, a mi papá Godofredo Adama, a mi mamá Maura Leyva, a mis hermanas Alain Adama por apoyarme y darme la oportunidad de formarme como persona e ingeniero. Al ingeniero Ing. Salas de la Calle Katherine por el conocimiento que nos brinda cada dia en las aulas de clases

CONCRETO LANZADO

5

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

INTRODUCCIÓN En la actualidad, el concreto lanzado es un elemento indispensable en la construcción de túneles alrededor del mundo. Si bien su uso es generalizado como elemento de soporte, su uso como revestimiento definitivo es nuevo en Colombia. El uso de fibras sintéticas le brinda características de ductilidad y tenacidad permitiéndole obtener condiciones más seguras junto con aumentos en los índices de seguridad y reducción de costos.

A nivel mundial, existen ejemplos de varios países donde la tecnología del concreto lanzado ha alcanzado niveles muy altos y en donde los estudios han demostrado grandes ventajas técnicas y económicas de esta tecnología. En Colombia, con la construcción de nuevos túneles como los de la ruta del sol o los de la segunda calzada a Villavicencio, se busca construir proyectos con mejores características a menores costos. Esto aumentaría la cantidad de túneles que tienen revestimiento en concreto lanzado y mejoraría la competitividad de nuestro país a nivel regional.

Un aspecto importante del concreto lanzado es su reforzamiento con fibras el cual ha demostrado ofrecer beneficios substanciales en comparación con el refuerzo arcos o mallas de acero. La aceptación del uso del concreto lanzado como revestimiento enfrenta obstáculos por parte de algunos diseñadores que no saben de sus ventajas y usos. En la actualidad lo que se cree, es el que concreto lanzado trabaja más en el reforzamiento de la roca que en el soporte de la misma.

Una forma de aproximarse a un buen diseño es basándose en las experiencias de distintos países los cuales hacen uso de ecuaciones o modelos tales como el de Barton Q o el uso de la experiencia del diseñador. En estos casos, los resultados han brindado reducciones de espesores de la capa de recubrimiento de 1 m hasta los 10 o 15 cm, sin comprometer la integridad.

CONCRETO LANZADO

6

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Analizar los beneficios del concreto lanzado como revestimiento definitivo en túneles en comparación con el uso de concreto convencional. 2.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

2.1 Identificar los criterios para la selección de los distintos tipos de revestimiento en concreto para túneles. 2.2 Establecer los beneficios técnicos y económicos del concreto lanzado como revestimiento definitivo en un túnel según sus características en condiciones peruanas .

3.

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

3.1 ANTECEDENTES Con el objetivo de lograr implementar dicha cantidad de túneles, se busca valerse de nuevas tecnologías usadas en el mundo que permiten optimizar los procesos constructivos con altas calidades, en términos de seguridad y comportamiento estructural (ITA, 2010). La tendencia internacional es reforzar los túneles con el uso del método definido por Knut Garshol (1997) como “single shell sprayed concrete lining” o revestimiento de concreto lanzado mediante monocapa (Garshol, K. 1997). Este método propone el empleo del concreto lanzado, tanto como soporte primario como revestimiento definitivo. Reemplazando los sistemas tradicionales de estructuras de hormigón “cast-in-place” (Proenca, A. M. 1999) o a los segmentos prefabricados colocados dentro del sostenimiento temporal, con esta metodología se aprovecha el soporte primario –antes considerado como de sacrificio–, y adicionando otra capa permanente se establece como revestimiento definitivo (Dimmock, R.H. et ál. 2001).

CONCRETO LANZADO

7

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

3.2 JUSTIFICACIÓN En PERU, la utilización de esta tecnología apenas está desarrollo. Entre estos encontramos el túnel de Daza en Pasto, que se halla en construcción y tiene una longitud de 1.6 kilómetros en concreto lanzado como revestimiento definitivo. Otro, es el túnel de Dosquebradas, el cual posee una primera capa de concreto lanzado reforzado con un espesor de 20 milímetros, fibras metálicas de 30 kg/m³, arcos metálicos en celosía como soporte definitivo y una capa final de 7 mm (Jaramillo, Fabio. 2008). Los ejemplos citados anteriormente demuestran que el empleo del concreto lanzado como revestimiento definitivo es todo un éxito y efectivo al lograr mejoras en plazos y costos de construcción, así como un aumento en los niveles de seguridad. Sin embargo, algo que ha sido observado en varios países, es que haciendo uso de los mismos principios del concreto lanzado, cada uno ha hecho modificaciones a los sistemas constructivos y ha implementado distintas tecnologías (ITA, 2010). En PERU, el poco conocimiento de esta tecnología y sus ventajas hacen que la aplicación del mismo sea una fuente de investigación y una puerta de entrada a un sistema que brindaría numerosas ventajas. Esto hace necesario investigar la aplicación de esta tecnología en proyectos nacionales.

4.

MARCO TEÓRICO

Concreto Lanzado En la actualidad existen dos procesos diferentes para la aplicación del concreto lanzado:  

Concreto lanzado por vía seca. Concreto lanzado por vía húmeda.

El concreto lanzado por vía seca se define como una mezcla de cemento, agregados gruesos y finos y aditivos, conducida a través de una manguera y proyectada neumáticamente a alta velocidad sobre una superficie, agregando el agua en la boquilla. El concreto lanzado por vía húmeda, reforzado o no con fibras, se define como la mezcla del cemento, agregados gruesos y finos, agua, aditivos y fibras, preparado en una planta dosificadora con anterioridad a la conducción y aplicación de la mezcla mediante la máquina impulsora. Los requerimientos principales de la mezcla se centran en la manejabilidad y durabilidad

CONCRETO LANZADO

8

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

     

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Alta resistencia inicial. Buen bombeo (suministro de flujo denso). Adecuadas características de fraguado del concreto. Diseño de mezcla adecuado para lanzar. Manejabilidad adecuada para el operario (largos tiempos abiertos). Rebote mínimo.

El proceso de lanzado determina su colocación. Después de producido, el concreto se transporta al equipo de lanzado y es llevado al frente por medio de tubos o mangueras de alta presión sellados, lanzado y compactado. cuando se requieren. La mezcla de concreto es lanzada sobre el sustrato a alta presión, densificándola y formando una estructura de concreto compacta. Dependiendo del tiempo de fraguado, puede aplicarse a cualquier elevación, e incluso verticalmente sobre cabeza del operario.      

Aplicación sobre superficies irregulares. Configuración flexible según el espesor de capa en sitio. Aplicación a cualquier altura, gracias a su adherencia y capacidad de autosoporte. Buena adherencia al sustrato. Reforzamiento con mallas o fibra. Revestimiento con rápida capacidad de soporte a cargas, sin formaletas o tiempos de espera prolongados.

Materiales constituyentes del concreto lanzado El concreto es una mezcla de tres materiales: cemento, agregados y agua. Sin embargo, para entender sus propiedades y aplicaciones puede convertirse en un sistema de cinco variables, que da como resultado una interacción compleja al combinar con los parámetros de aplicación del concreto lanzado. Por consiguiente, en el proceso de concreto lanzado es importante no variar al mismo tiempo demasiados parámetros durante la etapa de pruebas. La calidad de los materiales a utilizar, los agregados y sus granulometrías, el cemento y su dosificación, el lugar, las condiciones de trabajo, y el equipo empleado, influyen en la calidad de la mezcla. Entonces, se debe realizar ensayos previos, tanto del funcionamiento de los equipos como de los materiales a emplear.

CONCRETO LANZADO

9

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Cemento Este elemento actúa como aglutinante en la mezcla de concreto lanzado, que une y fija las partículas de agregado a través de la mezcla. También interviene como lubricante principal del concreto y tiene un fraguado hidráulico que lo hace parcialmente responsable de las propiedades mecánicas del concreto endurecido. Pero aquí hay un requerimiento importante que no es condición en el concreto estructural. El cemento para el concreto lanzado debe tener un desarrollo rápido de fraguado inicial y muy alta resistencia temprana. El concreto lanzado requiere de acelerantes y aditivos, razón por la cual el cemento que no reaccione bien al combinarse con éstos, no es apropiado para la producción y estabilización del terreno. Agregados Entre arena y grava, los agregados constituyen aproximadamente el 75% del volumen total de la mezcla de concreto. El origen geológico del agregado tiene una fuerte influencia en la manejabilidad y otras propiedades del concreto endurecido. A continuación se menciona las funciones principales de los agregados (Hofler, 2004):   

Parámetros que determinan el requerimiento de agua. Llenante de menor costo en la mezcla de concreto. Obtención de propiedades mecánicas (resistencia a la tensión, flexión y resistencia a compresión).  Fuerte influencia en la manejabilidad de la mezcla (formas de las partículas y finos).  Alta influencia en la durabilidad requerida (porosidad y pureza).

Figura 11. Distribución granulométrica recomendada por la norma europea de concreto lanzado.

CONCRETO LANZADO

10

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

ADITIVOS En la literatura hay varias clasificaciones según la región y países, por lo que como base para la clasificación de los tipos de aditivos se hará uso de la norma ASTM C-494 de acuerdo con su función en el concreto. Los aditivos tienen como finalidad lograr propiedades específicas en el concreto fresco y en el endurecido. Comúnmente, los más utilizados son: estabilizantes, acelerantes, plastificantes o súper plastificantes e incorporadores de aire. Por ejemplo, los estabilizantes son indispensables para mantener un trabajo eficaz y extender el tiempo de transporte y colocación, sin afectar la calidad del concreto. Éstos logran mantener el material “dormido”, desde algunas horas hasta tres días según la dosis aplicada. Para reactivar la hidratación se agrega el acelerante durante el proceso de proyección. Aditivos Tipo Reductores de agua A Retardadores B Acelerantes C Reductores de agua D Retardadores Reductores de agua E Acelerantes Reductores de agua de F alto poder Reductores de agua de G alto poder-retardantes Tabla 8. Clasificación aditivos.

Como se aprecia en la tabla anterior, existen aditivos con funciones simples y otros que conjugan una función primaria o principal con una función secundaria. Cada uno se define a continuación: Tipo A/Reductor de agua: permite disminuir la cantidad de agua para obtener determinada consistencia del concreto. Tipo B/Retardador: posterga el fraguado del concreto. Tipo C/Acelerante: aditivo que acelera el fraguado del concreto y la ganancia de resistencia. Tipo D/Reductor de agua-retardador: permite disminuir la cantidad de agua para obtener determinada consistencia (acción primaria) y además retarda el fraguado del concreto (acción secundaria).

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Tipo E/Reductor de agua-acelerante: aditivo que acepta reducir la cantidad de agua necesaria para conseguir determinada consistencia del concreto (acción primaria) y acelera el fraguado y la ganancia de resistencias (acción secundaria).

FIBRAS El concreto es relativamente resistente en compresión, pero débil en tensión, que da como resultado fragilidad. La debilidad en tensión puede superarse con el uso de refuerzo convencional de varilla y, en cierta medida, con la adición de un volumen suficiente de ciertas fibras. El concreto reforzado con fibras en su composición incluye fibras cortas aleatoriamente distribuidas en la mezcla. Su uso brinda mayor energía de rotura a flexión y menor retracción del material. Hoy, en el mercado existe una amplia variedad de fibras que se utilizan para mejorar las propiedades, gracias a su buen comportamiento estructural, ductilidad y durabilidad. Hay dos tipos de fibras: metálicas y sintéticas. Las metálicas se utilizan en el concreto para incrementar su ductilidad, mejorar la resistencia al impacto y reducir la propagación de grietas. Las sintéticas se usan para mejorar las propiedades de contracción inicial y aumentar la resistencia al fuego. Según Hofler (2004), sus principales ventajas son:    

Distribución homogénea del refuerzo de fibra en el concreto. Incremento en la ductilidad del concreto lanzado. Alta resistencia a la tensión y flexión. Mayor seguridad debido a la deformación pos-fisuración.

   

Aumento de la resistencia al impacto. Mejor adherencia. Reducción de las fisuras por retracción temprana. Mayor resistencia al fuego.

Gracias a que estas fibras se fabrican de diversas maneras, hay una gran variedad de formas, diámetros, longitudes y aleaciones. La norma ASTM C 820 clasifica las fibras metálicas según su origen –alambre frío, lámina cortada y extracción a partir de una masa fundida–. Los parámetros que describen la calidad de las fibras son: el radio de aspecto (longitud/diámetro), la resistencia a la tensión de la fibra y su forma geométrica. No todas las fibras metálicas son iguales. Existen diferentes calidades de acero, longitudes y formas; por tanto, diferentes tipos de fibras requieren distintas dosificaciones, motivo por el cual debe verificarse la cantidad mediante pruebas previstas en el sitio. No obstante, las fibras de acero presentan algunas deformaciones: extremos más anchos, terminación en forma de gancho u ondulaciones, entre otros. Estas deformaciones tienen el fin de incrementar la resistencia al desprendimiento de la fibra con la matriz cementante. Otra característica muy importante en la selección de una fibra metálica, es la resistencia a la tensión. Con fibras de acero de alta resistencia a

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

la tensión, se obtiene mejor ductilidad (resistencia residual luego del agrietamiento). Debe evitarse el uso de fibras con resistencia baja a la tensión.

Requerimientos de fibras estructurales Como se mencionó antes, el concreto lanzado es un material frágil con resistencia limitada a la tensión y a la flexión, pero con excelente resistencia a la compresión. Su reforzamiento con acero convencional o malla electrosoldada es posible, pero su instalación es dispendiosa, toma demasiado tiempo y presenta condiciones críticas en cuanto a seguridad industrial. Además, las barras de refuerzo no se adaptan bien al grosor de capa flexible de diseño del concreto lanzado. Por esto, el concreto lanzado reforzado con fibra se ha vuelto mucho más importante. Sumado a esto, el desarrollo de nuevos y más efectivos tipos de fibra, su creciente disponibilidad y su inclusión en varios estándares lo hace una práctica más común y de mayor auge.

Figura 12. Curva esfuerzo deformación de algunas fibras de refuerzo. Fibras metálicas Las fibras de metal se han usado en el concreto desde principios del siglo XX. Las primeras fibras eran redondas, lisas y el alambre era cortado en pedazos de acuerdo con la longitud requerida. Actualmente, estas tienen superficies ásperas, extremos en gancho, o son rizadas u onduladas a lo largo de su longitud. Por lo general, las fibras metálicas tienen diámetros equivalentes según el área de la sección transversal, de 0.15 a 2 milímetros y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Ventajas técnicas Las fibras de acero tienen alta resistencia a tensión (0.5–2 GPa) y alto módulo de elasticidad (200 GPa), una característica dúctil y plástica en esfuerzo-tensión y una baja fluencia. Las fibras metálicas incorporadas al concreto lanzado mejoran la resistencia a la presencia de fisuras, la ductilidad, la absorción de energía y su resistencia a la deformación bajo carga. La superficie de las fibras deberá estar limpia y libre de otros productos que comprometan su adherencia al concreto. El módulo elástico en compresión y el módulo de rigidez en torsión no son diferentes antes del agrietamiento, cuando se compara con el concreto simple probado bajo condiciones similares. Se ha encontrado que el concreto reforzado con fibras de acero, gracias a la ductilidad mejorada, mejora su capacidad de resistencia a impactos, y la resistencia a la fatiga del concreto se ha incrementado hasta en 70% (imcyc, 2007). En la actualidad existen nuevos tipos de fibras diseñadas para conseguir unas propiedades óptimas, que mejoran la geometría, el tamaño, sus propiedades mecánicas y su compatibilidad con la matriz de cemento.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Figura 13. Curva de esfuerzo-deformación de algunas fibras de refuerzo,

a). Concreto convencional con fibra, b). Concreto de alta resistencia con fibra Tore

Fibras sintéticas Como su nombre lo indica, se fabrican a partir de materiales sintéticos que resisten el medio alcalino del concreto durante largo tiempo. Las fibras sintéticas son añadidas al concreto antes o durante la operación de mezclado. El uso estas, en proporciones típicas, no requiere de ningún cambio en el diseño de la mezcla.

Fibras de vidrio Para su fabricación se extruye el vidrio fundido a través de unos tamices. En forma pura es un molímero (SiO2) N. En su forma más frecuente presenta una estructura tetraédrica, con los átomos de oxígeno situados en los vértices del tetraedro y el átomo de silicio situado en el centro del tetraidro.

Fibras de carbono Las fibras de carbono se fabrican a partir de dos tipos de materiales: polímeros textiles, como el rayón, y alquitranes, procedentes de las refinerías de petróleo o carbón. Este tipo de fibras alcanza módulos de elasticidad Young de hasta 1000 Gpa. Al mezclarse con el concreto brinda alta resistencia a tracción y flexión, durabilidad, menor densidad, estabilidad química, resistencia a la corrosión, a ácidos y álcalis, resistencia a altas temperaturas, al igual que resistencia a vibraciones, sismos y explosiones. .

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Concreto lanzado por vía seca En el concreto lanzado por vía seca el agua se añade en la boquilla antes de ser lanzado. Por vía seca, la mezcla de concreto se compone de agregado, cemento y cualquier tipo aditivo de concreto lanzado sin agua. Esta puede estar completamente seca (polvo seco) o estar humedecida por la humedad del agregado. Para su lanzado por vía seca, el concreto se mezcla con agua y acelerantes de fraguado en la boquilla, justo antes de ser aplicado. Por lo regular, se emplean cementos de fraguado especial, que se endurecen en corto tiempo después de humedecerlos con agua, en lugar de aceleradores de fraguado.

Este procedimiento de colocación presenta algunas desventajas (Osorio, Concreto lanzado en túneles):   



Mayor cantidad de polvo. Mayor cantidad de rebote, superior a 25%. La colocación de concreto lanzado por vía seca presenta variaciones en la dosificación del agua; por ende, en la homogeneidad de la mezcla y una variación en la resistencia. El control del agua lo hace el lanzador de acuerdo con su experiencia. Bajo rendimiento en la colocación.

Concreto lanzado por vía húmeda El concreto lanzado por vía húmeda, en el agua es adicionada durante el proceso de mezcla, está compuesto por agregado, cemento, agua y aditivos. Adicionalmente, se añade aire y acelerantes de fraguado antes del lanzado. El procedimiento de lanzado por vía húmeda comprende las siguientes fases:        

Se mezclan el cemento, los agregados, el agua, y los aditivos, excepto el acelerante, con el que se busca una mezcla homogénea que presente un asentamiento mínimo para ser bombeado según las especificaciones. En el sitio de lanzado, se revisa el asentamiento. Se lleva un registro de operario y ubicación del lanzado. Se lanza una lechada para lubricar la manguera. Se introduce y conduce la mezcla por la manguera de transporte. En la boquilla se inyecta aire a presión y se incorporan los aditivos. El concreto se lanza a alta velocidad, compactándolo y asegurando su adherencia. La boquilla se ubica a una distancia de entre 0,8 y 1,2 metros de forma perpendicular a la superficie.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Ventajas El concreto lanzado por vía húmeda es el método más moderno y eficiente. Dentro de las ventajas de este proceso de lanzado encontramos (Franzen, T., 2001, Hofler, J., & Schlumpf, J., 2004):           

Con una mezcla correcta para lanzado, con equipos adecuados y mano de obra calificada, es posible obtener rebotes de entre 5 y 10%. Mejor ambiente de trabajo y menor emisión de polvo. Capas de mayor espesor, gracias al uso efectivo de aditivos. Mejor control del agua de mezclado, relación agua/cemento constante. Mejor adherencia. Mezclas más homogéneas, con mayor resistencia a la compresión y menor desviación en los resultados, permiten mayor adherencia. Mayor capacidad de producción, más agilidad en la colocación y mayor rendimiento en la obra, lo cual redunda en reducción de costos. Se permite mayor producción de concreto, más agilidad en la colocación y, así, mayor rendimiento en la obra. Ideal para la aplicación de fibras. Puede ser reforzado con fibras de acero o de polipropileno de alto desempeño Puede diseñarse para su auto curado.

Desventajas    

Altos requerimientos en la calidad de los agregados. Distancia de transporte cortas. Limitadas interrupciones en el lanzado. Gastos de limpieza.

Calidad De acuerdo con Hofler y Schlumpf, la calidad no es considerada normalmente como una ventaja o razón para cambiar el lanzado por vía seca a húmeda. No se considera que la mezcla húmeda produzca mala calidad. Con el uso de aditivos reductores de agua y microsílice, el valor máximo de resistencia a la compresión del concreto lanzado por vía húmeda puede ser de hasta 100 MPa. La variabilidad de la calidad del concreto lanzado por vía húmeda es bastante estable, con una baja dispersión en los resultados. Por otra parte, el lanzado por vía seca es más problemático.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Aplicación-lanzado Tradicionalmente, en el ambiente de los túneles existen numerosas soluciones, altos niveles de riesgo y presión en los plazos de entrega. Por lo tanto, el constructor requiere de un aliado competente y confiable. Solo con el balance de un equipo confiable, productos de alta calidad y operarios altamente calificados, la eficiencia se logra. En materia de tecnología, paralelo al desarrollo han existido grandes avances en los equipos indispensables para los nuevos productos y las distintas condiciones presentes en los proyectos. Como resultado, encontramos una amplia variedad de equipos para el lanzado del concreto: desde megaproyectos con grandes cantidades de concreto, hasta volúmenes pequeño en reparaciones puntuales. Como objetivo común en el desarrollo de los equipos, se evidencia una tendencia en la automatización de los procesos, mejoras en el control de calidad, así como mayor seguridad al operador y mejores condiciones de trabajo.

Tipo de concreto lanzado Método de suministro Concreto lanzado por vía seca

Flujo diluido

Flujo denso Concreto

lanzado vía seca

Flujo diluido

Boquilla Adicionar en la boquilla, inmediatamente antes: agua y acelerante de fraguado. Adicionar boquilla, inmediatamente comprimido y fraguado.

en

la

antes: aire acelerante de

A adicionar en la boquilla inmediatamente antes: aire comprimido y acelerante de fraguado.

Tabla 9. Resumen de procesos de concreto lanzado. Hofler, J., & Schlumpf, J. (2004).

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

El uso de los respectivos sistemas responde a sus respectivas ventajas. Las características de estos se comparan en términos generales en la siguiente tabla:

Formación de polvo Rebote Rendimiento Costos de equipo

En seco

En húmedo

Alto

Bajo

Alto Bajo Bajo

Bajo Alto Alto

Bajos rendimientos

Secciones transversales menores

Altos rendimientos

Secciones - transversales mayores

-

Tabla 10.Criterios principales al seleccionar la técnica de lanzado..,

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

USO DE LA MAQUINA El concreto lanzado se aplica en capas, bien sea en la misma operación mediante lanzado repetitivo sobre la misma área o en una operación subsecuente. La cantidad a aplicar en cada lanzado depende de varios factores (Ibíd.): • Adherencia de la mezcla de concreto lanzado (cemento, tamaño máximo de partícula, acelerante). • Naturaleza del sustrato o de la capa de la base. • Proceso del lanzado. • Volumen del lanzado. • Dirección del lanzado (hacia arriba/horizontalmente). • Obstrucciones (refuerzo/agua).

Se requiere un enfoque diferente para las diversas direcciones del lanzado. Al lanzar hacia abajo, es posible aplicar capas de cualquier grosor, pero hay que asegurarse que el rebote sea embebido o desechado, para que no se quede sobre la superficie.

Al lanzar horizontalmente, se puede ir alcanzando el grosor de forma gradual en capas delgadas, o el grosor completo aplicarse de abajo hacia arriba en dirección inclinada. Aquí de nuevo debe retirarse el material que rebota en el fondo, antes de aplicar la siguiente capa. Al lanzar en la base del túnel, el peso del material y la adherencia del concreto lanzado se anulan entre sí, de manera que es necesario hacer capas más delgadas. Por lo general, un volumen menor de lanzado y capas más delgadas generan menos rebote, lo que a la final redunda en un mejor resultado, es decir, el rebote no constituye un problema. El concreto lanzado debe aplicarse perpendicularmente respecto al sustrato o el concreto colocado, maximizando adherencia, compactación y minimización al rebote. El concreto lanzado se aplica de manera mecánica o manual con movimientos circulares uniformes sobre la superficie. Este problema se evita utilizando concreto lanzado reforzado con fibras. La distancia óptima para lanzar es de 1.2 a 1.5 metros, pero a menudo se hace dentro del rango de 1 a 2 metros. A distancias mayores aumentan el rebote y la generación de polvo, lo cual reduce la eficiencia en la aplicación.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Figura 16. Técnicas de manejo de la boquilla y ángulo de lanzado

Aplicación manual El proceso de lanzado manual define el acarreo del concreto o mortero lanzado, desde que es transportado por el vehículo que lo suministró hasta la boquilla y lanzado. Se ha comprobado que hay diferencia entre el concreto lanzado en seco y en húmedo. Esta diferencia también aplica para los procesos, puesto que estos deben transportarse y lanzarse de modo distinto, debido a las propiedades del material.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Equipo para lanzado por vía seca La mezcla seca es agregada dentro de la tolva de alimentación (1), y a medida que el rotor gira, la mezcla va cayendo por gravedad dentro de la cámara del rotor (2). A medida que la cámara se llena con mezcla, otra comprime el aire. La mezcla se ubica en la cámara se salida (3), donde la acción del aire, a una presión de 6.3 bares, es lanzada a través de la manguera hacia la boquilla, donde el agua es adicionada. 1= tolva 2=r otor 3=sal ida P= Aire presurizado

Figura 17. Detalle del equipo de lanzado por vía seca. Entre las máquinas para el concreto lanzado por vía seca, encontramos: • • •

Máquinas de rotor. Máquinas de cámara de compresión. Máquinas helicoidales.

Figura 18. Principios de operación de las máquina de tipo dos cámaras, tipo tornillo y la tipo rotor.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Las máquinas tipo rotor son las más usadas para el transporte del concreto lanzado. El material pasa a través de una tolva a las cámaras de rotor. El material seco se sopla en porciones mediante aire comprimido y se transporta a alta velocidad a través de manguera y tubos. El acelerante es incorporado por un dosificador, mediante mangueras conectadas por separado, hasta la boquilla. La dosificación se sincroniza con la cantidad de concreto, de manera tal que el acelerante de fraguado se agregue constantemente. En el proceso de lanzado por vía seca pueden reemplazarse los acelerantes con cementos rápidos especiales, que fraguan en muy corto tiempo tras ser humedecidos con agua.

Figura 19. Esquema del equipo de lanzado por vía seca. Las ventajas de esta máquina radican en la sencillez de su uso, solidez y adaptabilidad a las condiciones específicas del sitio. Dependiendo del diámetro de salida y de la manguera, así como del tipo de rotor, el rango promedio de lanzado está entre 0.5 m³/h y 10 m³/h. Si el volumen de lanzado de lanzado y la velocidad de rotación se elevan, es necesario redimensionar la manguera de salida. Para el lanzado, el diámetro máximo es de 65 milímetros, mientras que para el transporte solo pueden utilizarse diámetros de hasta 80 milímetros. Con diámetros de tubo mayores, el consumo de aire comprimido también se incrementará (Rey, Alberto. 2006).

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Equipo para lanzado por vía húmeda El suministro de concreto por vía húmeda se realiza con las siguientes bombas: • Bombas dúplex. • Bombas helicoidales. • Bombas de prensa (bomba de rotor). En el concreto lanzado la bomba de mayor uso es la dúplex. Su diferencia principal con respecto al concreto bombeado radica en que el requerimiento para la pulsación debe ser lo más baja posible, con el objeto de conseguir un lanzado constante en la boquilla. A fin de lograr esto, se emplean varias maneras de mejorar la tasa de alimentación y reducirlas interrupciones. El aire comprimido se incorpora en la boquilla, desde el compresor de aire mediante mangueras separadas. El dosificador incorpora el acelerante en la boquilla, también a través mangueras separadas. La dosificación se sincroniza con la cantidad de concreto, de manera que la cantidad presente de acelerante de fraguado se mantenga constante.

Figura 20. Esquema del equipo de lanzado por vía húmeda.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Proceso constructivo PREARACION PRODUCCTIVO

De la superficie de trabajo se debe eliminar cualquier resto de suciedad o material que reste adherencia al concreto. La superficie se debe humedecer en un máximo de dos horas antes del lanzado. Es recomendable aplicar aire y agua como pre-tratamiento de la superficie. También debe evitarse la presencia de agua que pueda penetrar a través de la roca y afecte las propiedades del concreto. Antes del lanzado, se recomienda inspeccionar la superficie y localizar los diferentes tipos de roca. La limpieza con aire y agua debe hacerse desde el techo y bajar por los laterales hacia el piso.

Aplicación mecanizada Sistemas de proyección de concreto La aplicación del concreto lanzado con sistemas de control del lanzado se realiza en casos de alto volumen de concreto, específicamente donde se requiera un control óptimo de las cantidades de material. Estos sistemas permiten largas jornadas de trabajo, sin la posible fatiga de un operario y con mayores niveles de seguridad. Estos sistemas, por lo general, consisten en: • Brazo proyector con boquilla. • Bomba de concreto. • Computadora abordo. • Control remoto. • Unidad de control del aditivo. • Tanque de almacenamiento para el aceleraste. • Compresor de aire. • Tanque de agua de alta presión. • Luces de trabajo. El brazo proyector permite movimientos de la boquilla en la dirección deseada. Generalmente, el brazo está disponible en longitudes de 1, 2 ó 3 metros. La boquilla está conectada a la bomba por una manguera que permite un movimiento en cualquier dirección y a la longitud deseada. Esta es controlada por control remoto. Dependiendo del equipo, el sistema puede requerir desde un operario que controle la boquilla, hasta sistemas totalmente automáticos. En el caso de los robots, permiten al operario operar la boquilla en varios modos, desde solo manual a semiautomático hasta completamente automático.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Figura 21. Robot de lanzado Sika PM 500. El objetivo de estos equipos controlados por computador no es el de automatizar todo el trabajo de lanzado, pero sí el de simplificar la tarea y permitir al operario utilizar el robot como una herramienta inteligente y trabajar de manera eficiente con un alto nivel de calidad. Gracias al ángulo correcto y a una distancia constante de lanzado en todo

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Beneficios Los nuevos equipos de lanzado cuentan con sistemas de escáner por láser que miden la geometría del túnel. Esta información se utiliza para el control automático de la distancia y el ángulo del chorro de lanzado. Además, si el perfil del túnel se vuelve a medir después de la aplicación, el sistema proporcionará información sobre el espesor de la capa de concreto aplicada, que hasta ahora solo era posible determinar mediante perforaciones y puntos guías de medición. En caso de requerimientos específicos de espesor y forma, el sistema controla la boquilla, para lanzar con esos límites definidos de forma automática. • Reducción de los ciclos de lanzado, gracias a la capacidad de salida más alta y a la eliminación de tiempo de instalación y remoción de andamios, sobre todo en túneles con perfiles variables. • Reducción de costos, gracias a la reducción en el rebote y mano de obra. • Mejora de la calidad en el lugar de trabajo.

LAS VENTAJAS  Dependiendo del tiempo de fraguado, puede  aplicarse a cualquier elevación, incluido verticalmente sobre cabeza.  Tiene un fraguado rápido .  Puede aplicarse sobre superficies irregulares  Buena adherencia al substrato  Configuración totalmente flexible del espesor de capa en sitio  Concreto proyectado reforzado es también posible (refuerzo de fibra o malla)

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

CONCLUSIONES 

En PERU hay en construcción y se construirán en los próximos años muchos túneles, para lo cual es necesario implementar nuevas tecnologías y modelos de diseño que permiten mayor eficiencia, seguridad, menores costos y plazos.



El revestimiento de túneles viales en concreto lanzado generará cambios importantes en el ámbito peruano Esta tecnología permite la construcción de más y mejores proyectos con una reducción importante tanto en costos como en plazos.



Un análisis de las experiencias de túneles viales muestra que pueden lograrse revestimientos con espesores de entre 5 y 15 cm en concreto lanzado con fibras, frente a más de los 30 cm que exige el concreto convencional como requerimiento técnico. Esto se refleja en menor cantidad de concreto, menor volumen de material de excavación, menos tiempos de construcción del revestimiento y mayores eficiencias de los equipos.



El uso de fibras en el concreto lanzado y convencional tiene más ventajas técnicas y económicas para el primero. En el caso del concreto lanzado la distribución homogénea de las fibras, el sistema de mezcla húmeda y proyección permite una mejora en la calidad y durabilidad del revestimiento en comparación con el concreto convencional.



La resistencia se ve afectada por el sistema constructivo. Los valores de absorción de energía, resistencia flexural y módulo de elasticidad aumentan notoriamente al usar la compactación mecánica que brinda el concreto lanzado en comparación con la misma mezcla de concreto convencional con la misma proporción de aditivos y fibra sintética.



En los resultados experimentales, se observó que el uso de aditivos en conjunto con fibras sintéticas presentó aumentos de hasta un 21% en la resistencia del concreto lanzado, lo que se traduce en una reducción del espesor del revestimiento.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

ANEXO Fotos del concreto proyectado robotizado

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

Fotos del concreto proyectado

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

BIBLIOGRAFÍA 1. Austrian Concrete Society (1997) Shotcrete Guidelines (for early age strength testing). Publications listed in German only at www.concrete-austria.com 2. Austrian Concrete Society, 1999, Sprayed Concrete Guideline, Karlsgasse: Osterreichischer Betonverein. 3. ACI 506 R-90: Guide to Shotcrete 4. Barcelona, 2009. Estudio informativo de integración del ferrocarril en sant feliu de llobregat. Anejo 9. Túneles 5. Bernard, E. S., 1999/2000, “Correlations in the Performance of Fiber Reinforced Shotcrete Beams and Panels,” Engineering Reports No. CE9 and CE15, School of Civil Engineering and Environment, University of Western Sydney, Sydney, Australia. 6.

Bernhard, S. (Dr), «Creep of cracked reinforced concrete panels», Sprayed Concrete Conference 2004, Cairns, Australia

7. Bernard, E. S., and Pircher, M., 2001, “The Influence of Thickness on Performance of Fiber-Reinforced Concrete in a Round Determinate Panel Test,” Cement, Concrete, and Aggregates, V. 23, No. 1, pp. 27-33. 8. Bascoulergue, C., Bernardet, C.-bernard A., Simecsol, E. E. G., Pre, M., Adrien, S., Cetu, S., Samama, L., et al. (2000). DESIGN OF SPRAYED CONCRETE FOR UNDERGROUND SUPPORT. 9. Calogero Cucchiara; Lidia La Mendola and Maurizio Papia (2002). Effectiveness of stirrups and steel fibres as shear reinforcement Science direct, Construction and

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y