SHOTCRETE 201 5 INGENIERÍA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA INTRODUCCIÓN Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas La creatividad del hombre surge de su deseo natural de conocer y de su capacidad de aprender. Los exploradores y los descubridores poseen estos rasgos en dosis extremas: movidos por una curiosidad a toda prueba, se atreven a ir más allá de los TEMA: SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE CURSO: GEOMECÁNICA DOCENTE: ING. CRUZADO MEJIA, Filadelfio ALUMNOS: CALUA INFANTE, Freddy LOPEZ MARTOS, Doris Soledad LOZANO PINEDO, Annie Sharaneyda MANTILLA QUISPE, Otilia Patricia SALDAÑA GALLARDO, Danny CICLO: VII Cajamarca, Julio del 2015 bordes de lo conocido, a explorar la naturaleza de las cosas, a buscar los 201 5 SHOTCRETE vínculos que conectan ideas, hechos, concepciones, a ver las cosas desde una luz diferente, a cambiar las percepciones de la humanidad. Un hecho bien conocido de la industria de la construcción - y en particular de la industria de la construcción subterránea - es que no hay un proyecto que sea igual a otro. Cada uno está acompañado por una verdadera maraña de parámetros y circunstancias que generan un grado de complejidad superior al de otras industrias, obligando a contratistas y a abastecedores a trabajar con una mente sumamente flexible. El shotcrete posee ventajas enormes en su calidad de proceso de construcción y de soporte de rocas; ello, sumado al avance logrado en materiales, equipos y conocimientos de aplicación, ha hecho de esta técnica una herramienta muy importante y necesaria para los trabajos de construcción subterránea. En particular, la tecnología moderna de shotcrete por vía húmeda ha ampliado el campo de trabajo de la construcción subterránea. Proyectos que en el pasado eran imposibles de llevar a cabo, son ahora viables. Independientemente del tipo de terreno, hoy en día es posible aplicar esta tecnología en cualquier condición. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Conocer en que consiste el sostenimiento por shotcrete. OBJETIVOS ESPECIFICOS Saber de los métodos de aplicación principal. Saber en qué consiste el método de vía seca. Saber en qué consiste el método de vía húmeda. Que otros factores influyen en la elección del método, costos. CAPITULO 1 MARCO TEÓRICO 1. Que significa Shotcrete? El shotcrete (mortero, o «gunita») comenzó a utilizarse hace casi 90 años. Los primeros trabajos con shotcrete fueron realizados en los Estados Unidos por la compañía CementGun (Allentown, Pensilvania) en 1907. Un empleado de la empresa, Carl Ethan Akeley, necesitaba una máquina que le permitiera proyectar material sobre mallas para construir modelos de dinosaurios, e inventó el primer dispositivo creado para proyectar materiales secos para construcciones nuevas. Cement-Gun patentó el nombre «Gunite» para su mortero proyectado, un mortero que contenía agregados finos y un alto porcentaje de cemento. 1.1 Definición del Shotcrete Hoy en día se utiliza el nombre de “Gunita”. Es una mezcla “pre confeccionada”, de cemento y determinados tipos de agregados mezclados con agua, el cual es lanzado por medio de una bomba proyectora empleando un flujo de aire comprimido, hasta la “lancha o tobera”, desde el cual el operador dirige el chorro contra la superficie de aplicación sobre la cual adhiere este material, dando lugar al compactamiento del mismo por la fuerza del impacto. 1.2 ¿Dónde se utiliza el shotcrete? Se aplica shotcrete para resolver problemas de estabilidad en túneles, en galerías, piques, estaciones eléctricas, etc. Y en otras construcciones subterráneas además hoy en día esta técnica es un factor clave para el shotcrete de rocas en aplicaciones como: Construcciones de túneles Operaciones mineras Hidroeléctricas Estabilización de taludes El shotcrete es el método de construcción del futuro debido a sus características de flexibilidad, rapidez y economía. El único límite para su uso es la imaginación del hombre. Figura 1: Shotcrete reforzado en taludes y húmedo (aquel en que las mezclas transportadas contienen ya el agua necesaria para la hidratación). seco (al que se le añade el agua de hidratación en la boquilla de proyección). la razón de este retraso no tiene una explicación sencilla el conocimiento existe. investigación y desarrollo. .4 Diferencia Proyección entre los Métodos de Hay dos métodos de shotcrete.1. Ambos serán empleados en la industria de la construcción y minera. Igualmente. Desde un punto de vista internacional podemos decir sin equivocación que hemos logrado grandes avances desde los tiempos que se utilizaba el shotcrete para estabilizar rocas. Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas. sin embargo hay que reconocer que estamos atrasados cuando lo utilizamos para proyectos de construcción y reparación. el desarrollo de equipos y métodos de control ha conducido a una producción racional y a una calidad más uniforme del producto. Figura 2: Equipo de proyección por vía húmedo 1.3 Principios del Shotcrete Usuarios importantes del shotcrete han adquirido el conocimiento de la técnica a través de experiencia práctica. y la selección de uno y otro dependerá de los requisitos del proyecto y de la experiencia del personal encargado de ejecutarlo. pero no se emplea totalmente. 2009 SHOTCRETE Figura 3: Diferencia de las dos vías de proyección . El principal efecto del rebote es la pérdida del agregado de mayor tamaño que conduce a un aumento de contenido de cemento si se le compara con la mezcla inicial. un rebote de 20% se traduce aproximadamente en 400 kg/m . En una mezcla regular 350 3 3.1 Contenido del Cemento E n la fabricación de la mezcla seca se utiliza usualmente una proporción de cemento que varía entre 250 y 450 kilogramos por 100 litros de agregado (arenas fina o arena 3 gruesa o confitillo). Entre 320 y 460 kg/m de concreto. para estimar el contenido real del cemento del shotcrete aplicado.1 Composición de una Mezcla Seca Figura 4: Esquema de aplicación por vía seca 2. kg/ m .SHOTCRETE 201 5 CAPITULO 2 METODO POR VIA SECA 2.1. Es necesario considerar el rebote. la proyección produce una cantidad excesiva de polvo. . Figura 5: Almacenamiento adecuado del cemento 2. es el contenido de humedad natural.3 Contenido Natural de Humedad Otro aspecto importante de la mezcla seca.2 Relación Agua / Cemento La relación agua/cemento. Estos valores son determinados en la planta de tratamientos de agregados. si el contenido de humedad es demasiado alto el rendimiento del shotcrete disminuye drásticamente. en la proyección de la vía seca no hay un valor definido para la relación del agua/cemento debido aquel operario de la boquilla es quien controla y regula la cantidad del agua de la mezcla: si se agrega muy poco agua se crea inmediatamente un exceso de polvo.2.1. tiene una influencia fundamental en la calidad del shotcrete. si se agrega demasiada agua el shotcrete no se adherirá a la superficie. por otra parte. El agua total utilizada en la mezcla seca añadida se compone del agua de la mezcla añadida en la boquilla y la humedad ya presente en el agregado. El contenido de humedad natural optimo debe oscilar entre el 3 y 6 %. Cuando la mezcla está demasiado seca. A diferencia de la proyección por vía húmeda. y las maquinarias y mangueras transportadoras se taponan.1. Figura 7: Control de hidratación por vía seca .Figura 6: Mezcla demasiada seca 2.1. Tal como es conocido en la tecnología de construcción acelerar la hidratación del cemento resultados de la alta calidad en el shotcrete es crítico añadir la menor cantidad posible del acelerante y hacerlo de manera uniforme. su uso puede también conducir a una reducción del rebote hasta el 50%. el efecto de las adiciones es principalmente físico entre la más conocidas figuran los rellenos minerales conocidos como micro sílice (o humos de sílice). estos aditivos reducen el tiempo del fraguado.1.4 Aditivos Existen varios aditivos cuya función es controlar las propiedades del shotcrete entren las más importantes figuran los acelerantes del fraguado. 2. Cuya importancia ha crecido en la industria. lo cual permite aplicar capas subsecuentes del shotcrete con mayor rapidez y espesores mayores. El shotcrete exhibe un fraguado más rápido y una resistencia inicial mayor. La micro sílice tiene otro efecto interesante en el método por vía seca.5 Adiciones A diferencia de los aditivos químicos. al añadirse de manera apropiada. en cada caso debe determinarse la proporción del acelerante según la cantidad del cemento utilizado. estas sustancias finas con una proporción de sílice que varía entre 65 y 97 % según la calidad. Figura 8: Fibra metálica 2. las del método por vía seca son sus costos operativos relativamente superiores debido al desgaste y daños en la misma máquina de rotor. El uso de fibras metálicas es poco frecuente en las mezclas secas y la razón es el mayor rebote (> 50%).6 Fibras La incorporación de fibras sintéticas o metálicas al shotcrete lleva a una mayor energía de rotura o menor retracción del material. especialmente en los empaques de caucho y los discos de fricción.2 Problemas de proceso de proyección de Mezclas secas Todo proceso tiene sus desventajas.1. Figura 9: Principio de Rotor de una máquina de proyección en vía seca .2. CAPITULO 3 METODO POR VIA HUMEDA Figura 10: Tolva de vía húmeda 3.1 Economía La capacidad de proyección ha aumentado considerablemente desde los tiempos de maquinarias / robots de mezclado en seco. Figura 11: Boquilla de una maquina robot en vía húmeda . en un turno de 8 horas. la capacidad promedio de proyección del método por la vía húmeda es usualmente 4 a 5 veces mayor que la del método por vía seca. hasta los robots de vía húmeda modernas. lo cierto es que si se utilizan aditivos reductores de agua (baja relación agua/cemento) y micro sílice. trayendo consigo mayor seguridad para los trabajadores de los túneles.3. Figura 12: Operador lanzando el concreto 3.2 Ambiente de trabajo Los operarios por vía seca estaban acostumbrados a trabajar en medio de una cantidad de polvo.3 Calidad Todavía se piensa equivocadamente que el método por vía húmeda no ofrece resultado de alta calidad. Figura 13: Control de hidratación en shotcrete fabricado por vía húmeda . 14 600 lbs/pul o 66 138 kg/cm aplicando shotcrete por vía húmeda. sino también desde la máquina de proyección como norma general. El método por vía húmeda mejoro significativamente las condiciones de ambiente de trabajo. se pueden obtener resistencias a la compresión de hasta a 2 2 100 Mpa. los resultados de mediciones de polvo en el ambiente de trabajo eran más de tres veces la cantidad permisible. se emitía polvo no solo desde la boquilla. y a una presión de 7 bares según el Tipo de aplicación (manual o robot). de aire. de aire. para la proyección robotizada se 3 requiere hasta 15 m /min.4 Aplicación Con el método húmedo es más fácil de producir una calidad constante a lo largo del proceso de proyección. la cual disminuye la resistencia a la compresión y a la adherencia y rebote son deficiente. 3 Generalmente se agregan entre 4 y 8 m /min. Figura 14: Método por proyección en vía húmeda . Un error común que se comete con el método de vía húmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire..3. En la boquilla de los extremos de la manguera se 3 agrega aire al concreto a razón de 7 a 15 m /min. la mezcla ya lista se descarga en una bomba y se transporta a presión a través de manguera. hoy en día predominan las bombas a pistón. El aire tiene la función de aumentar la velocidad de concreto a fin de lograr una buena compactación y adherencia a la superficie. A principio se usaban bombas helicoidales. Producción muy superior. 3. Con el uso de equipos apropiados y de personal capacitado se obtienen pérdidas normales que oscilan entre 5 y 10 % incluso para el caso de proyección de concreto reforzado con fibra. Mejor ambiente de trabajo debido a la reducción del polvo.6 Desventajas Distancia de transporte limitada (máximo 300m) Mayores demanda en calidad del agregado.3.5 Ventajas Rebote mucho menor. Dosificación controlada del agua (relación agua/cemento constaste y definida). Mayor resistencia a la compresión y uniformidad de resultados. Capas más gruesas gracias al uso eficiente de los materiales de mezcla. Solo se permiten interrupciones limitadas Costo de limpieza. Figura 15: Lanzamiento de shotcrete en cancha de relave de Mina Rosaura . y por tanto más económica. tanto fresco como endurecido. se cree que distribuye los productos de hidratación de manera más homogénea en el espacio disponible. Es importante tener en cuenta que la microsilice puede utilizarse de dos maneras: Como reemplazo del cemento. para reducir el contenido cemento (usualmente por razones de economía). la microsilice tiene un efecto de relleno. Cemento Microsilice Agregados Aditivos Acelerantes líquidos de fraguado libre de álcalis Fibras Post-tratamiento Equipo de proyección apropiada Correcto ejecución de la técnica Algunos aspectos que influyan en la calidad del material obtenido Baja relación agua/cemento Menos agua Menos cemento Buena capacidad de colocación 3.7 Diseño de Mezcla para Proyección por vía húmeda Elementos necesarios para producir un buen shotcrete con el método por vía húmeda. Como adición para mejorar las propiedades del concreto.3. Figura 16: Microsilice .7.1 Microsilice Se considera el humo de sílice (o microsilice) es una puzolana. Muy reactiva con alta capacidad para fijar iones extraños particularmente álcalis. 1.125 mm.3. Debe oscilar entre un límite inferior de 4 – 5% y uno superior de 8 – 9%.8 Agregados Es importante que la distribución del tamaño del grano y otras características sean lo más uniformes posibles particularmente importantes son la cantidad y características de los finos para la proyección de mezclas húmedas. Deben observarse los siguientes criterios: La curva granulométrica del agregado es también muy importante especialmente en sucesión inferior. Mayor cohesión del concreto fresco. y por tanto menos consumo del acelerante (con mejores resistencia finales a la compresión). El contenido de material fino en el tamiz N· 0.1 Ventajas Especiales del Shotcrete con Microsilice El uso correcto de microsilice puede proporcionar las siguientes propiedades del shotcrete: Mejorar la capacidad de bombeo: lubrica y previene la exudación y la segregación.7. Resistencia mecánicas superiores. Menor rebote y mayor resistencia a los sulfatos 3. Menos desgaste del equipo y de la manguera del bombeo. . Figura 17: Curvas de Distribución para los Agregados del Shotcrete . . Los Supe plastificantes/Plastificantes tienen un efecto excelente en la dispersión de “finos” y por tanto son aditivos ideales y necesarios para el shotcrete. El mayor asentamiento logrado por los supe plastificantes convencionales depende de las condiciones de tiempo y temperatura y una dosis excesiva de aditivos puede conducir a segregación y una pérdida total de la cohesión. consistencia requerida.9 Aditivos: Súper plastificantes/Plastificantes Los aditivos tienen como finalidad lograr propiedades específicos en el concreto fresco y el endurecido mediante el método de proyección por vía húmeda.201 5 SHOTCRETE Figura 18: Cuadro de Tamiz En los posible la cantidad de partículas de 8 mm. o penetraran el concreto ya colocado produciendo cavidades difíciles de rellenas 3. normalmente la dosificación oscila entre 2 4 – 10% kg/m según los requisitos de la calidad relación agua/cemento. así como también el tipo de agregado y cemento. no debe exceder el 10% en caso contrario las partículas rebotaran durante la proyección sobre superficies duras (al comenzar la aplicación). Figura 19: Resultados de un Ensayo de Concreto con aditivos plastificantes . especificadores. o con fibras. tecnológica y técnicas de aplicación del concreto. es necesario reforzarlo con mallas electro soldadas y varillas de acero. El agrietamiento se produce como resultado de una combinación de los esfuerzos de contracción. Figura 21: Shotcrete con Mallas y perno . Figura 20: Fibra metálica 4. Split set. pernos de roca. propietarios y contratistas del mundo entero para las aplicaciones de soporte de rocas.SHOTCRETE 201 5 CAPITULO 4 REFUERZO CON FIBRAS El concreto reforzado con fibras es un material novedoso que está siendo desarrollado de forma acelerada gracias al mejoramiento de las nuevas fibras. contando ahora con la aprobación de ingenieros. El uso del shotcrete reforzado con fibras ha alcanzado significativamente en los últimos años. Para evitar este problema.1 ¿Por qué es necesario reforzar el concreto? El concreto es un material frágil generalmente y el shotcrete se agrieta por razones estructurales principalmente por la poca resistencia a la tracción del material. 1 Fibras de Vidrio Las fibras de vidrio no sirven como un material permanente porque al cabo de cierto tiempo se fragilizan y son destruidas por la parte básica de la matriz de concreto. mientras que el shotcrete reforzado con fibras metálicas mantiene su resistencia a la flexión. la resistencia a la flexión del shotcrete básico se reduce a la mitad debido a la contracción y a la aparición de micro fisuras. no deben utilizarse en ningún tipo de concreto shotcrete o morteros con base del cemento. si bien es posible obtener una elevada resistencia a la flexión sin necesidad de fibras metálicas.2 Comportamiento de las fibras Metálicas en el Shotcrete La función principal de las fibras metálicas en el shotcrete es aumentar la ductilidad del material.3.3 CLASES DE FIBRAS 4. Los resultados de pruebas a gran escala han demostrado que después del endurecimiento.4. Figura 22: Diagrama de Resistencia de una fibra de acero 4. Figura 23: Fibra de vidrio . por tanto. adicionalmente las fibras sintéticas tienen un efecto positivo en la resistencia del fuego del shotcrete.3 Fibras de Carbono Desde el punto de vista técnico las fibras de carbono tienen propiedades mecánicas ideales para el soporte de rocas.3. por tal motivo se requiere para reforzar y contrarrestar la contracción (en partículas contracción plástica) y también reducen el rebote en la proyección por vía húmeda. Pero sus propiedades mecánicas son similares a las del concreto y no mejoran las propiedades mecánicas ni imparten viscosidad al concreto. pero en la práctica no se utilizan debido a que son muy costosas.3. Figura 25: Fibra de Carbono .4. Figura 24: Fibra Sintética (Polipropileno) 4.2 Fibras Sintéticas Las fibras de plásticos cortas son resistentes y duraderas. existen varias clases y calidades disponibles en el mercado. pero solo algunos reúnen los requisitos establecidos para el shotcrete reforzado con fibra.3.4. Figura 26: Fibra Metálica (Dramix) Los parámetros críticos de las fibras metálicas son: Geometría Longitud Relación largo / espesor (L/D) Calidad de acero Figura 27: Relación Largo y espesor de fibra (Dramix) .4 Fibras Metálicas Estas son las fibras más utilizadas para el shotcrete. una capa de shotcrete puede agrietarse y deformarse y aun conservar una gran capacidad de carga de manera que en circunstancias normales hay tiempo suficiente para poder observar las fisuras o deformaciones y poder tomar las medidas pertinentes. esto significa que con estas nuevas fibras. el mejor margen de seguridad posible se logra con una capa de shotcrete que tenga la más alta de energía de rotura (ductilidad) posible. con la adición de las nuevas fibras metálicas se alcanza un valor de energía de rotura que es de 50 a 200 veces mayor en términos prácticos. Si bien la adición de fibras metálicas ordinarias duplica la energía de rotura del shotcrete.4.4 Ventajas Técnicas de las fibras Metálicas El soporte de rocas está acompañado de riesgos constantes de cargas inesperadas y deformación. Figura 28: Curvas que muestren la deformación bajo la variación de la carga P Aplicada a capas de shotcrete con o sin refuerzos de fibras metálicas. Figura 29: Comparación de energía de rotura de fibras metálicas y mallas electro soldadas . Las fibras metálicas pueden añadirse antes.) Por razones de anclaje. Se requiere un contenido mayor de material fino (mínimo 400 kg. el tamaño de las fibras debe ser al menos el doble del tamaño del agregado máximo. Figura 30: Aditivo (Adicrest) . Esto significa para la proyección manual la longitud de una fibra normal es 25 mm. La fibra debe tener un largo no superior de 50 – 60% del diámetro de la manguera de bombeo. para robots con manguera de 65 mm.5 Diseño de la Mezcla para el Shotcrete reforzado con Fibra El diseño de mezcla con fibras metálicas requiere de experiencia teórica y práctica del personal. después o durante de la modificación de los materiales del concreto. Si se produce aglomeración de fibras (bolas). puede eliminarse modificando la secuencia de sodificación. El shotcrete reforzado con fibra requiere el uso de microsilice y aditivos para poder contrarrestar los efectos negativos que tienen las fibras sobre el bombeo y la proyección.4. y por lo tanto la calidad depende en el alto grado de la destreza humana y del funcionamiento del equipo de proyección. A diferencias de las construcciones tradicionales con un concreto colocado. La razón principal de ello es que el material se aplica por proyección. en las construcciones con shotcrete no basta con utilizar un diseño correcto de mezcla y refuerzo.CAPITULO 5 DURABILIDAD DEL SHOTCRETE La durabilidad de una estructura de shotcrete se establece por combinación de muchos parámetros posibles. Figura 31: Parámetros de Durabilidad de una estructura de Shotcrete . Figura 32: Factores humanos y estructurales .5.1 Diseños Construibles Para el diseño y construcción de revestimiento de túneles de shotcrete duraderos se requiere emplear una metodología de trabajo “holística” fundamentalmente el método de revestimiento del shotcrete depende de las destrezas de los operarios durante la construcción. y por lo tanto el diseño debe reflejar tal dependencia considerando la “constructibilidad” de estas estructuras con shotcrete. 5. Figura 33: Tiempo de Fraguado de shotcrete estabilizado y activado Figura 34: Tiempos de fraguado de shotcrete con hidratación controlada .2 Tiempos de Fraguado Los tiempos de fraguado del shotcrete estabilizado y activado (fabricado por vía húmeda y seca). Relación agua/cemento: Proporción de la mezcla Habilidad del operadores Granulometría de la mezcla : Árido grueso Eficiencia de la hidratación: Diseño de boquilla Presión del agua Velocidad de proyección: Capacidad del compresor Diseño de la boquilla Habilidad del operador Angulo y distancia del impacto: Densidad de aplicación: Dosificaciones Limitación de accesos Especificaciones de obra Figura 35: Efecto de los Principales Parámetros de proyección de Rebote y la Calidad del Shotcrete .3 Rebote El rebote de las mezclas del shotcrete representa un gran costo agregado que debería mantenerse al mínimo pero en el cual caso. el porcentaje del rebote depende.5. Otra razón es el peligro del secado rápido debido a la ventilación en las minas. y la consiguiente alto contracción y alto potencial de fisuracion aplicado.4 Control de Espesor Siempre en lo posible el shotcrete debe ser aplicado a su espesor completo de diseño en una sola capa. dependiendo de la posición de trabajo.54 cm a 5 cm) en cada pasada de la paredes verticales. Figura 37: Curado del Concreto . ZONAS CON POSIBLE ACUMULACION DE MATERIAL DE REBOTE Figura 36: Capa de Shotcrete 5.5 Curado del Concreto El curado es uno de los trabajos básicos más importantes del shotcrete debido al gran contenido de la mezcla (agregados. aditivos. Este puede ser aplicado en capas o espesores simples.5. En el techo el espesor debe ser el necesario para evitar la caída del shotcrete. agua y cemento). generalmente de 1” – 2” (2. la rápida hidratación del shotcrete acelerado y la aplicación en capas delgadas. Figura 39: Instrumento de medición de la resistencia inicia . Este método mide la fuerza necesaria para sacar un perno especial previamente colocado antes a de aplicar el shotcrete.El curado debe ejecutarse con alto presión de aire y abundante agua (con una proyección y boquilla.6 Ensayos de Muestras 5. del shotcrete. la hidratación del shotcrete ocurre poco después de la proyección (5 a 15 minutos) la hidratación y el aumento de la temperatura se producen durante los primeros minutos y horas después de la aplicación del shotcrete. Figura 38: Aguja de Penetración N Pruebas de Adherencia (Pull-out) Esta prueba determina el desarrollo de resistencia entre 3 y 24 horas. y es muy importante proteger el shotcrete en la etapa crítica.6. 5.1 Sistemas para Mediciones del desarrollo de la Resistencia N Agujas de Penetración La aguja de penetración mide el desarrollo de la resistencia inicial durante de las dos primeras horas. los agentes del curado deben aplicarse dentro de las siguientes 15 a 20 minutos después de la proyección debido al uso de acelerantes de fraguado. la resistencia medida es un indicador de la resistencia a la compresión. Es un método de ensayo indirecto que consiste en empujar una aguja de dimensiones constantes a una profundidad definida dentro del shotcrete fresco. Debe además conocer cualquier elemento crítico de seguridad.CAPITULO 6 APLICACIÓN Y MANIPULEO DEL CONCRETO LANZADO 6.1 Identificación de los Problemas del Terreno La calidad del shotcrete final depende de los procedimientos en su aplicación. estos procedimientos incluyen: la preparación de la superficie. hacer una evaluación geológica del terreno expuesto siguiendo los procedimientos del proyecto. técnica de lanzado (manipulación de la boquilla o tobera). iluminación. ventilación. Z Previo a la aplicación del shotcrete. Figura 40: Operario que fabrica los calibradores Z Inmediatamente después de la excavación y antes de la aplicación del shotcrete. comunicación y entrenamiento del persona. es necesario que el operario de la boquilla sepa de las propiedades del revestimiento del shotcrete requeridos tales como espesor y perfil. Z Cualquier entrada de agua al túnel afectara negativamente la calidad y la . Resistencia del shotcrete.2 Técnicas de Proyección Generales ◊ Es preciso controlar la hora de preparación e inspeccionar la trabajilidad de la mezcla que llega a la bomba. en ninguna circunstancia se debe añadir agua a la mezcladora ni tampoco utilizar mezclas antiguas que se hayan sido hidratados. Figura 42: Hora de preparación de la Mezcla ◊ Cuando se emplea mezcla del shotcrete aceleradas. Por lo general un operario inexperto tratara de proyectar shotcrete sobre las entradas activas de agua utilizando dosis elevadas de acelerantes. sistemas de drenajes o tuberías de drenajes instaladas para desviar el agua a fin de facilitar la proyección del shotcrete. sin embargo es recomendable controlar cualquier acceso de agua mediante técnicas de preinyección. es esencial no aplicar . Figura 41: Agua controlada mediante tubería de drenaje 6. Figura 44: Operador experimentado .shotcrete a la obra antes de comprobar que el shotcrete exhiba las características del fraguado adecuados.3. fallas y zonas de grava. ◊ Un operario de boquilla experimentado debe de cumplir con el objetivo de rellenar todas las sobre excavaciones y las zonas que tengan problemas como fisuramiento.1 Destrezas del operario Los operarios de boquillas deben tener experiencia previa a la aplicación del shotcrete permanentemente. Figura 43: Capa de shotcrete soportando fuerzas radiales 6. así como también conocer el proceso del shotcrete a emplearse en el proyecto específico.3 Posicionamiento y Distancia del Lanzado del Shotcrete 6. como regla general. la boquilla deberá ser dirigida perpendicularmente a la superficie rocosa.3. que haya posible cumplir con las especificaciones que se dan a continuación.5 m. Figura 45: Distancia de la boquilla Respecto al ángulo de lanzado. lo cual conducirá a una pobre compactación y aun mayor rebote. resultara en una velocidad inferior del flujo de los materiales. El ángulo lanzado no debe ser menor a fin de distribuir uniformemente el shotcrete. Figura 46: Angulo del lanzado del shotcrete .6. La distancia ideal del lanzado es de 1 a 1. El sostener la boquilla más alejada de la superficie rocosa.2 Ángulo de Colocación del Shotcrete El hombre que manipula la boquilla deberá hacerlo del siguiente modo: la posición de trabajo debe ser tal. Figura 47: Boquilla dirigido en círculo Figura 48: El ángulo de rociado correcto será perpendicular a la superficie a ser sostenida .La boquilla debe ser dirigida perpendicularmente a la superficie rocosa y debe ser rotada continuamente en una serie de pequeños óvalos o círculos. la aplicación debe iniciarse en la base la primera capa de shotcrete debe cubrir en lo posible completamente los elementos refuerzos. aplicando shotcrete desde la superficie rocosa.Cuando se instala shotcrete en paredes. este procedimiento evita que posteriormente se presenta fenómeno del shotcrete falso. Figura 49: Aplicación de shotcrete en paredes . Para lograr la calidad y eficiencia requeridas. 7.CAPITULO 7 EQUIPOS El mundo de la construcción subterránea se caracteriza por situaciones de alto riesgo y a pesar de las numerosas aplicaciones técnicas disponibles. dicha mezcla va cayendo por su propio peso por una ranura de alimentación situada en unas de las cámaras de rotor (2).1. El rotor esta sellado por ambos lados con discos de caucho. Figura 50: principio de funcionamiento de máquina manual La mezcla se descarga en la abertura de la salida (3).1 Aplicación Manual 7. . en donde se le agrega agua. el contratista de hoy necesita un socio competente y confiable. A medida que el rotor gira. Mientras se llena una de las cámaras.1. Se sopla aire comprimido en la otra cámara (llena).1.1 Principio de funcionamiento La mezcla por vía seca es agregada en la alimentación (1). productos y servicios fiables y de alta calidad 7. es fundamental disponer de equipos. Impulsada bajo una presión de 3 – 6 bar a través de la tubería de transporte y hacia la boquilla de proyección.1 Equipos /Sistemas para la Proyección en vía seca La mayoría de las maquinarias modernas funcionan con sistema de rotor. si el motor con 60 Hz = 20 % más alto de la capacidad de transporte.= 35 cfm.1.1. Figura 52: Boquilla típica manualmente . tiene un transporte de 100%. por ejemplo: minas y galerías.Ficha Técnica de Aliva 252 La aliva 252 es una maquina robusta de proyección de hormigón y/o mortero en vía seca y semi-húmeda con tipo de rotor de eje doble el diseño compacto y la gran movilidad permiten su utilización en espacios reducidos. 7.2 Avances La tecnología de los equipos de proyección por vía seca busca reducir la generación de polvo y disminuir la altura del llenado de las cámaras de rotor a fin de garantizar un flujo uniforme de la mezcla y mejorar la resistencia del desgaste. Su consumo de aire por transporte + consumo de aire de motor Nm³/min. Figura 51: Maquina (Aliva 252) La aliva 252 es una máquina de ejes firmemente construidas para proyectar hormigón en los procesos de vía seca. 1. Figura 53: Principios de funcionamiento de una máquina por vía húmeda. 7. desde a bomba hasta la boquilla. cada uno de ellos alimentados por una bomba independiente Válvula de selección rápida en forma de “s” tubo en “s” con un sistema especial de control de alta presión ( bomba auxiliar de acumulador de frente). .1 Avances Para garantizar una proyección uniforme.2.7.2 Equipos/Sistemas para la Proyección por vía Húmeda La proyección por vía húmeda se efectúa con bombas de doble pistón. los últimos desarrollos en maquinarias procuran un transporte sin pulsaciones de la mezcla por vía húmeda.1. Características Principales Tres circuitos independientes de presión de aceite. Unidades de mando. Brazo mecanizado. . Por vía húmeda o seca. Platos giratorio o adaptador – consola (para diferentes versiones de montaje).200 201 SHOTCRETE Cilindros hidráulicos con ajuste automático de la carrera Sistema de avance especial a través de válvula proporcional en coordinación con el sistema de control de PLC. Pistones de alimentación reversible (para medir las obstrucciones). Control remoto. Figura 54: Ejemplo de plataforma de hundimiento de eje. en condiciones óptimas y mejoras condiciones laborales para los de la boquilla Los robots de proyección se componen típicamente de los siguientes elementos: Ensamblaje de lanza con boquillas. Los pistones se invierten automáticamente cuando se excede la presión de transporte máxima. La máquina ha sido desarrollada especialmente para hormigón y/o mortero húmedo con fibras de acero.5 kW. con dos ejes para lanzar mezcla húmeda o seca la aplicación está prevista para túneles. minería y taludes. .1800 Rpm Presión: 5 bar Consumo de aire: 10 Nm³/m. Figura 55: Aliva 263 Accionamiento: eléctrico (básico) Potencia de rotor: 5/7.Información Técnica de Aliva 263 Húmedo La máquina aliva 263 es una maquina muy robusta.5 kW Rango de velocidad: 800. Rango de velocidad: 400V 50 Hz 400/440V 60 Hz 220V 60 Hz 220V 50Hz Motor de aire Rendimiento de motor: 8. es posible aplicar grandes volúmenes de shotcrete por vía húmeda o seca.2 Proyección Mecanizada 7. Los robots de proyección se componen típicamente de los siguientes elementos: Ensamblaje de lanza con boquilla Brazo mecanizado Control remoto Unidad de mando Plato giratorio o adaptador – consola (para diferentes versiones de montaje) Figura 56: Equipo manipulado a control remoto .SHOTCRETE 201 5 7.2. o para protección de chimeneas o taludes. gracias a estos equipos mecanizados y automatizados. especialmente en construcciones de túneles y galerías. en condiciones óptimas y mejores condiciones laborales para los operarios de la boquilla.1 Brazos de Proyección Los brazos de proyección (robots) sirven para aplicaciones de grandes cantidades de shotcrete. . Tiene 8 grados de libertad y permite al operario manipular la proyección en varios modos desde manual o semiautomático totalmente automático.3 Sistemas de Boquillas Los sistemas de boquillas son una parte importante del equipo de proyección. Es un brazo de proyección de última generación.7. Figura 57: Mando de un equipo lógico.2.1.1 Brazos de Proyección Asistido por Computadora El equipo robojet lógica. Los efectos esenciales de las boquillas son: Reducir el rebote Mejorar la adherencia Mejorar la compactación Figura 58: Boquilla de un equipo ROBOT. que ha sido desarrollado en conjunto con la industria y universidades. dentro de las áreas seleccionadas del túnel. 7. CAPITULO 8 COSTOS . . 201 5 SHOTCRETE . 201 5 SHOTCRETE . 201 5 SHOTCRETE . 201 5 SHOTCRETE . lanzador con brazo robotizado. Luis Maldonado Zorrilla Jefe de Geomecánica – Empresa Administradora Chungar S. Empresa especializada para transporte y lanzado con 45 trabajadores. Abastecimiento de mezcla húmeda al Hurón 4. Infraestructura y personal: Para esta actividad en Chungar se cuenta con lo siguiente: 1. transportado en Hurones y lanzado mediante una bomba y brazo robotizado denominado Alpha 20. 4. 6. Seis camiones hormigoneros (Hurones 4). SOSTENIMIENTO DE ROCAS. a las 24 horas 100 kg/cm² y a los 7 días debe ser mayor de 210 kg/cm².201 5 SHOTCRETE 2. Alpha 20. Ingreso del Alpha 20 al tajo para sostenimiento. Tres Alpha 20. que representa una cobertura Aproximada de 24. bombas lanzadoras con brazos robotizados. Supervisión del sostenimiento y geomecánica con 5 trabajadores. lmaldonado@volcan. Requerimientos básicos: La resistencia mínima requerida es de 30 Kg/cm² a las 4 horas de lanzado.pe Shotcrete Estructural Vía Húmeda El Shotcrete Vía Húmeda es el hormigón proyectado con un equipo robotizado a las paredes de las labores mineras para su sostenimiento. Planta de concreto para el preparado de mezcla con 20 trabajadores. Una planta de concreto con capacidad para producir 20 m³ de mezcla por hora. verificado mediante ensayes de laboratorio. Mensualmente se aplica 2.C.000 m² a un espesor de 2”. cuya mezcla es preparada en una planta de concreto. 3. .A. 2.75 por m² cubierto a un espesor de 2”. 5. 3.MINA CHUNGAR Ing. Los costos son aproximadamente de US $ 22. Producción y costos: 1. 2.com.000 m³ de Shotcrete Vía Húmeda. 5. La capacidad de los equipos de proyección ut ilizados para el Shotcrete Vía Seca son de volúmenes de proyección pequeños. Cabe indicar que los niveles de rebote utilizando esta tecnología de lanzado son mayores que los de la tecnología por vía húmeda. Esto ocurre principalmente cuando se tiene: a) una mala aplicación de la mezcla sobre la superficie del macizo. Es el operador quien controla los niveles de agua con aditivo que serán adicionados a la mezcla. se debe proveer a las labores de reflectores de buena potencia. . La aplicación de Shotcrete Vía Seca produce niveles de rebote elevados. lo cual favorece el uso de esta tecnología en las actividades mineras. Es por ello que los niveles de productividad y calidad. Durante la aplicación del Shotcrete es necesario que los operadores cuenten con los EPP adecuados y exista una exigente supervisión en cuanto a su uso. A ello se debe su gran acogida en las pequeñas operaciones mineras. en gran medida. las cuales tienen secciones reducidas en sus labores. etc. Asimismo. por lo que el reducido tamaño de estos equipos hace que sean versátiles en sus desplazamientos y ubicaciones respecto a la zona que se desea estabilizar. obedecen al grado de entrenamiento y responsabilidad del operador. así como la proyección de la mezcla hacia el macizo rocoso (manipuleo de la pistola de lanzado). Shotcrete Estructural Vía Seca Shotcrete Estructural Vía Seca es un sistema de aplicación de concreto lanzado que no requiere una alta mecanización. b) condiciones operativas no apropiadas (baja presión de aire para el equipo). para una adecuada observación de la superficie de aplicación. La buena instalación del Shotcrete Vía Seca depende en gran medida de la destreza del operador. que representa una cobertura aproximada de 11. Una planta de concreto con capacidad para producir la mezcla seca.97 por m² cubierto a un espesor de 2”. 2. verificado mediante ensayes de laboratorio. 4. 3. Cuadrilla de operadores para Shotcrete. y de ésta es con Scoop hasta el frente de trabajo. Mensualmente se aplica 1. 2. Personal por bomba shotcretera: 5 trabajadores. Producción y costos: 1.300 m³ de Shotcrete Vía Seca. 3. a las 24 horas 100 kg/cm² y a los 7 días debe ser mayor de 210 kg/cm². Los costos son aproximadamente de US $ 25. Cuatro bombas shotcreteras. Infraestructura y personal: Para esta actividad en Chungar se cuenta con lo siguiente: 1. .700 m² a un espesor de 2”. dos en stand by.Requerimientos básicos: La resistencia mínima requerida es de 30 Kg/cm² a las 4 horas de lanzado. El transporte es en Dumper o volquetes hasta cámaras dentro de mina. Mecanismo del Proceso de Lanzado de Shotcrete Vía Seca . al ser eyectado a grandes velocidades por el aire comprimido adquiere una compactación optima. El método de vía seca es bastante más barato si se trata de costos en maquinaria y mantención de estas. en donde el concreto se extrae del camión mixer. por un lado tenemos el método de vía seca que fue el primero en utilizarse en reforzamientos de este tipo. que posteriormente necesita una vibración para cubrir todos los espacios. este último aún sigue siendo utilizado fuertemente en la industria. rellenando de buena forma sin dejar vacíos en la estructura. que fue inventado años más tarde con el propósito de contrarrestar el problema producido por su antecesor. más económicos y más pequeños. entre otras. Ambos métodos cumplen el mismo propósito de una buena manera. ya que en su conformidad de aplicación genera mucho menos rebote y así menor perdida de concreto que el de vía seca. fibras sintéticas o metálicas. el polvo. El shotcrete es una forma de utilizar el concreto distinta a la común en construcciones. ya que al ser más antiguo. . A pesar de que el método de vía húmeda es más eficiente que el método de vía seca. taludes y túneles. Finalizando. la única diferencia es que se le agregan sustancias como el aditivo o acelerante. principalmente en túneles relacionados con la minería. que en trabajos subterráneos es importante para la buena mantención del aire. hay una mayor variedades de equipos. El shotcrete se divide en dos métodos de aplicación principalmente. y luego está el método de vía húmeda. la experiencia de la mano de obra. al no producir polvo. pero aunque el método de vía húmeda es más caro. esté se puede ver como una forma de inversión. las características del túnel o talud a cementar y por último el equipo presente a la hora de fortificar. que el de vía húmeda. teniendo ventajas y desventajas en ambos lados.CAPITULO 10 CONCLUSIONES Y BIBLIOGRAFIA CONCLUSIONES El shotcrete o concreto proyectado es uno de los métodos de reforzamiento en estructuras. en cambio el método común en construcciones. consideramos que la elección de ambos métodos corresponde a un análisis de una serie de variables como: el capital presente. también produce un mejor sistema de trabajo. El concreto utilizado en el shotcrete no difiere en el convencional utilizado en la construcción. cl/siding/datos/departamentos/files/imm/Sixto_Lopez. Patricio Araya RobledoGeotecnia costos.pdf shotcrete. 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