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Introducción.
Acerca del Hormigón y Mortero Proyectado.
Usos del Hormigón y Mortero Proyectado.
Procesos para la Aplicación del Hormigón oMortero Proyectado.
Propiedades del Hormigón y Mortero Proyectado.
Materiales utilizados en la Confección delHormigón y Mortero Proyectado.
Dosificación de la Mezcla.
Aplicación del Hormigón o Mortero Proyectado.
Ensayos de Control.
Sobre el Personal.
Referencias.
Indice
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Aportes Técnicos
El presente informe corresponde a unarecopilación de información que el equipotécnico y de asesoría redactó para ofrecerle elmejor respaldo y dar respuesta a su necesidadde mantenerse informado sobre los procesosde vanguardia de la construcción.
El informe trata sobre el hormigón o morteroproyectado (shotcrete o gunita) dando a conoceresta importante técnica constructiva que en losúltimos años ha tenido un gran desarrollo.
Este sistema, relativamente nuevo, sólo ocombinado con otros métodos activos desostenimiento, da más rapidez, seguridad ymenor costo a la faena.
La teoría del sostenimiento por shotcrete sebasa en que todo macizo rocoso tiene unatensión interna estable. Esta estabilidad se vealterada cuando, por efecto de la construccióndel túnel, se efectúa una perforación en él. Sila roca está muy averiada por efectos de fallas,meteorización y/o el disparo, la fricción de laspartes quebradas no será suficiente para detenerel movimiento de los fragmentos, es decir, estepunto de la excavación es ahora inestable ytrata de desplazarse en dirección de la menorfuerza, o sea, hacia adentro del túnel (ver figura1.1). Investigaciones han demostrado que si lasrocas quebradas alrededor del túnel estánligadas entre sí y se soportan unas a otras, laestabilidad se recupera, logrando que la rocase autosoporte.
1.- Introducción La influencia del shotcrete se puede dividir endos categorías :
•Una capa delgada de shotcrete que funcionacomo arco de hormigón y soporta eldesmoronamiento de la roca.•Capas delgadas de shotcrete ligan las rocasentre sí, evitando los movimientos de ciertaintensidad.Con esto se busca recuperar la estabilidad delmacizo rocoso (ver figura 1.2.).Si la colocación se hace inmediatamente despuésde un disparo, antes que la roca puedadesplazarse, los problemas se reducennotablemente.
Hormigón Proyectado
Figura 1.2.: Comportamiento de Shotcreteen bloques de roca.
Figura 1.1.: Puntos inestables de un túnel
Punto deequilibrio
Puntos inestables
Peso
Esfuerzo de corte a lo largode interfase de shotcrete - roca
Esfuerzo de corte ennicho de shotcrete
Tracción
Compresión
Esfuerzo tangencialen shotcrete
Tracción de agrietamiento, altatensión en vértice, para abajoesfuerzo de corte a lo largo de lainterfase shotcrete - roca
Tracción
Peso Esfuerzo de corte a lo largode interfase de shotcrete - roca
Esfuerzo de corte en shotcrete
Tracción tangencial Tracción tangencial en shotcrete,para abajo esfuerzo de corte alo largo de la interfase shotcrete- roca.
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El hormigón o mortero proyectado es unmaterial transportado a través de una manguera,que se lanza neumáticamente, a alta velocidad,contra una superficie. La fuerza con que elhormigón o mortero llega a la superficie, haceque la mezcla se compacte logrando que estase sostenga a sí misma, sin escurrir, incluso enaplicaciones verticales y sobre cabeza.
Dependiendo del tamaño máximo de la mezcla,se habla de mortero proyectado hasta 10 mmy de hormigón proyectado entre 10 y 25 mm.
2.- Acerca del Hormigón yMortero Proyectado
El hormigón o mortero proyectado puede serutilizado en lugar del hormigón convencional,dependiendo de las condiciones y tipo de obra,consiguiéndose economías, al reducir los costosde moldajes y hacer uso de plantas portátilespequeñas para el mezclado y colocación.
Las aplicaciones del hormigón o morteroproyectado pueden clasificarse en tres grupos:
El informe destaca el gran campo de aplicaciónde este tipo de hormigón, sus ventajas einconvenientes, proceso de aplicación,p rop i edad e s , me z c la s , ad i t i vo s yrecomendaciones.
Esperando que nuestra experiencia y respaldosea uno más de nuestros servicios, les ofrecemosnuestra asesoría y productos.
2.1 Definición
En el pasado, al hormigón o mortero proyectadose le llamaba indistintamente con los nombresde mortero soplado con aire, hormigón rociado,mortero aplicado neumáticamente, hormigóndisparado; también con los nombres de marcasregistradas como “Gunite” (1910) y “Jetcrete”.
Alrededor de 1930 el término genérico“Shotcrete” fue introducido por la AmericanRailway Engineering Association para describirel proceso de “Gunite”. En 1951 el AmericanConcrete Institute adopta el término “Shotcrete”para describir este proceso el cual es actualmenteampliamente reconocido en los Estados Unidos.
En Chile es utilizado el término de hormigóno mortero proyectado para describir el procesode Shotcrete.
2.2 Historia
3.- Usos del Hormigón yMortero Proyectado
3.1. Hormigón o Mortero ProyectadoConvencional
Estructuras Nuevas: Techos plegados o curvos,paredes con diseños especiales, estanques,revestimientos de canales, embalses y piscinas,entibación de fundaciones, sostenimiento detúneles durante la construcción y comorevestimiento definitivo.
Reparaciones: Hormigón deteriorado enrevestimientos de embalses, presas, túneles,estructuras de muelles, tuberías, estructuras depuentes y estadios, estructuras de albañilería yde hormigón dañadas por terremotos oincendios.
Consolidación y Refuerzo : Hormigón de vigas,columnas y losas, muros de hormigón yalbañilería, diseños en acero, revestimientos detaludes, estanques y ductos.
3.2. Hormigón o Mortero ProyectadoRefractario
Reparación y mantenimiento de revestimientosde hornos de acero o metales no ferrosos,productos químicos minerales y plantas deprocesamiento de cerámicos, generadores avapor e incineradores.
Aportes Técnicos
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Aportes Técnicos
Básicamente existen dos procesos para laaplicación del Shotcrete:
4.- Procesos para la aplicacióndel Hormigón o MorteroProyectado I. Mezcla de todos los componentes del
hormigón o mortero incluyendo el agua,asegurando la homogeneidad, excluyendo losaditivos acelerantes.
II. Vaciado de la mezcla, dentro de la cámaradel equipo de bombeo.
III. La mezcla es introducida dentro de lamanguera de a l imentación med iantedesplazamiento de pistones o por aire a presión.
IV. Adición del aditivo acelerante líquido enla boquilla.
V. Se inyecta aire comprimido a la boquillapara lanzar el hormigón o mortero a altavelocidad contra la superficie.
Los dos procesos antes descritos producenhormigón o mortero proyectado adecuado paralos requerimientos de construcción habituales.Las diferencias en equipo, mantenimiento ycaracterísticas operacionales pueden hacer queuno u otro proceso sea más atractivo para unaoperación particular.
Este consiste en cinco etapas:
I. Mezcla en seco del cemento con los áridos,asegurando la homogeneidad de la mezcla.
II. Transporte de la mezcla hasta la máquinade proyección mediante correas transportadorasu otros métodos.
III. Vaciado de la mezcla en la tolva receptorade la máquina proyectora, la cual la introducea la manguera mediante un rotor o airecomprimido. Generalmente en esta etapa seadiciona el aditivo acelerante, en polvo.
IV. La mezcla es arrastrada por aire comprimidoa través de la manguera de alimentación hastael pitón o boquilla de proyección. En la boquillase adiciona el agua y eventualmente el aditivoacelerante líquido, para el caso en que no fueseincorporado en la etapa anterior. El aguapuede ser adicionada un metro antes de laboquilla, con el fin de disminuir la polución.
V. El hormigón o mortero es lanzado a altavelocidad contra la zona de trabajo.
4.1. Proceso de Mezcla seca:
Tabla 4.1. Ventajas y desventajas del procesomezcla seca
4.2. Proceso de mezcla Húmeda:
Tabla 4.2. Ventajas y desventajas del procesomezcla húmeda.
Menor razón agua/cemento.
Mayor resistencia ycompacidad.
Es posible transportar lamezcla largas distancias.
Hay menor flexibilidad decolocación al inicio ytérmino, con bajo rechazo.
Ventajas Desventajas
Mayor cantidad de rechazo.
Mayor cantidad depolución.
El control del agua lo tieneel pitonero.
Mayor heterogeneidad.
Mayor razón agua/cemento.
Menor resistencia ycompacidad.
El sistema requiere unaplanta de hormigón.
Menores distancias detransporte.
Requiere más cemento quela vía seca para igualresistencia.
Ventajas Desventajas
Menor cantidad de rechazo.
La cantidad de agua estotalmente controlada.
Menor cantidad de polvoen el ambiente.
Mayor homogeneidad dela mezcla.
La calidad del hormigón nodepende de la habilidad delpitonero.
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Aportes Técnicos
El hormigón o mortero proyectado aplicadocorrectamente, es un material estructuralversátil, que provee gran durabilidad y unaexcelente adherencia con la roca, hormigón,albañilería, acero, madera y otros materialesde construcción. Estas propiedades favorablesdependen de la correcta aplicación de latécnica usada, siendo necesaria una buenaprogramación, supervisión y control de calidad.
Además la habilidad y entrenamiento delpersonal junto con la mantención continua delequipo utilizado, juega un papel preponderantepara conseguir un buen hormigón o morteroproyectado.
5.- Propiedades del Hormigóny Mortero Proyectado
- Resistencia a los 28 días fluctúan de 20 a 48MPa, en mezclas en seco alcanza valoressuperiores a 69 MPa.- Una mezcla diseñada por métodostradicionales puede mostrar incrementos de30% en resistencia, debiéndose esto a lamenor relación agua/cemento de la mezcla.- La retracción por secado depende de lasdosificaciones, encontrándose generalmentedentro del rango de 0,06 hasta 0,1%.- El coeficiente de dilatación térmica delhormigón o mortero proyectado se aproximaal del acero de refuerzo.
6.- Materiales utilizados en laConfección del Hormigón oMortero Proyectado
Debe estar fresco y cumplir los requisitos decalidad y exigencia respectivos. Es recomendableutilizar cemento con una superficie específica(Blaine) superior a 3.000 cm2/g, siendo necesariorealizar pruebas en terreno para encontrar laproporción correcta en la mezcla.
6.1 Cemento
6.2. Aridos
Se recomienda que los áridos a utilizar tenganuna granulometría que esté dentro de la banda2 entregada por la ACI 506R-9. Se debe, en loposible, mantener la procedencia del material,durante toda la faena. Si no es así se debenefectuar nuevos análisis granulométricos conel fin de corregir la dosificación si es necesario.
Se recomienda mantener los áridos cubiertospara evitar la contaminación con polvo, nievey/u otros, con lonas o dentro de un galpónapropiado, con algún tipo de calefacción entiempo frío. Se recomienda además acopiar elárido de manera que el material que se va autilizar en la faena de shotcrete, tenga un reposopromedio de 72 horas, con el fin de que elárido contenga una humedad entre un 4% yun 7% en forma uniforme en el acopio.
Tabla 6.1.Graduación límite para áridoscombinados
Tabla 5.1. Razones Agua/Cemento típicas.
Proceso Mezclas secas
0,30 y 0,50
Mezclas húmedas
W/C 0,40 y 0,55Mallas % que pasa graduación
-
-
100
95-100
80 - 100
50 - 85
25 - 60
10 - 30
2 - 10
N°1
-
100
90 - 100
70 - 85
50 - 70
35 - 55
20 - 35
8 - 20
2 - 10
N°2
100
80 - 95
70 - 90
50 - 70
35 - 55
20 - 40
10 - 30
5 - 17
2 - 10
N°3
19
12
10
4,75
2,40
1,20
0,60
0,30
0,15
mm
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Aportes Técnicos
6.3. Agua
El agua debe cumplir requisitos de NCH 1498,debe estar limpia y libre de sustancias quepuedan ser dañinas al hormigón o al acero derefuerzo. No se debe utilizar agua antes derealizar un análisis previo de ella.
Si las superficies deben quedar a la vista, esimportante cuidar que el agua de curado noproduzca manchas en ellas. Si el agua tiene unaspecto cristalino, no significa que no puedatener sustancias nocivas para el hormigón.
6.4. Aditivos
Generalmente es necesario incluir aditivos enel hormigón o mortero proyectado para usosy condiciones de colocación especiales.Los aditivos más utilizados son:
6.4.1. Acelerantes
Estos aditivos, reducen el tiempo de fraguado,incrementando el desarrollo de las resistenciasmecánicas iniciales, siendo deseable además,que proporcionen propiedades de adherenciaa la mezcla, para limitar el rechazo o rebote,aumentando la cohesión y reduciendo lasegregación.
Para acelerar el proceso de endurecimiento sepuede utilizar aditivos superacelerantes de lalínea GraceRapid.
GraceRapid 251 aditivo en polvo, serecomienda utilizarlo en dosis del 1% al 4%del peso del cemento, pudiéndose utilizar comomáximo un 7% con el fin de sellar pasos deagua.GraceRapid 250, GraceRapid 252, GraceRapid253, aditivos líquidos, se utilizan con undosificador para líquidos, en dosis que varíande 2% a 7%. Estos aditivos logran rigidizarla mezcla inmediatamente después deproyectado permitiendo la colocación demayores espesores con reducido rebote yproducen un aceleramiento del proceso delendurecimiento del hormigón, con lo cualpocas horas después de ser revestido el frentede avance, se puede efectuar el disparo.
Ensayos realizados con GraceRapid 251 enmorteros normales con razón agua/cemento de0,5 y en proporciones del 2% al 4% del pesodel cemento indican que produce unaaceleración del fraguado, obteniéndoseresistencias a las primeras horas, superiores enun 17% a 50% con respecto a morteros sineste aditivo. Con temperaturas ambientales yde los materiales muy bajas, el fraguado se hacemás lento.
Los aditivos que contengan cloruro de calciono deben utilizarse en hormigón o morteroproyectado que estará expuesto al agua de maro al agua que contenga sulfatos o en hormigóno mortero proyectado que esté en contacto conacero.
6.4.2. Plastificantes
Los aditivos plastificantes han demostrado sermuy útiles para obtener mejores resistencias enlos hormigones y morteros proyectados, tantopor el procedimiento vía seca como por elprocedimiento húmedo; sin embargo, lasdosificaciones deben ser muy bien estudiadasrecurriendo a experiencias de laboratorio yterreno.
La función fundamental del plastificante oreductor de agua es de producir la dispersiónde las partículas finas logrando que la capaabsorbida por los granos de cemento seadelgada, actuando como lubricante junto a losfinos dispersos.
6.4.3. Incorporadores de aire
Estos aditivos no se utilizan frecuentemente.Su principal objetivo es mejorar la resistenciaa los ciclos hielo-deshielo y aumentar latrabajabilidad del hormigón.
6.4.4. Retardador
Cuando se requiera dar buenas terminacionessuperficiales a los elementos en zonas calurosas,se recomienda el empleo de un retardador enla mezcla, además en los casos en que setengan distancias de transporte prolongadas.
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Aportes Técnicos
6.4.5. Sílica Fume o Microsílica
La Sílica Fume o Microsílica es un productoextremadamente fino (0,05 a 0,5 micrones),con un 86% a 96% de dióxido de Sílice lo quelo hace extremadamente rico en energía y porello muy reactivo.
La Sílica Fume reacciona con los álcalis delcemento formando silicatos alcalinoshidratados, incrementando la resistencia, laadherencia y cohesión de la mezcla, reduciendola porosidad y el rebote.
incremente la posibilidad de presentarproblemas de contracción y agrietamiento dela superficie. Este problema es menos críticoen las mezclas húmedas que en las mezclassecas.
Las bases para la dosificación de mezclas parahormigón o mortero proyectado aún no estánmuy claras por lo cual no se puede entregar unmétodo específico.Para el proceso de mezcla húmeda, se puededosificar en base al método indicado enACI 211.1, con los áridos corregidos para elhormigón bombeado.
El contenido de áridos gruesos recomendadopor este método puede ser alto, por lo que esrecomendable restringir el tamaño máximonominal a los requerimientos dados por el lugardonde se debe aplicar el hormigón o morteroproyectado.
La trabajabilidad de la mezcla, medida medianteel asentamiento en el cono de Abrams, se puederegular en función de la capacidad de la bomba.Un asentamiento de cono de 4 a 7,5 cms.es usado normalmente. Mezclas con un conoexcesivo, sin uso de plastificantes osuperplastificantes, dan como resultadohormigones proyectados débiles y desprendibles,cuando es utilizado en superficies verticales osobre la cabeza.Para el proceso de mezcla en seco se debeconsiderar que los áridos deben ser tales, queproduzcan una graduación combinada dentrode los límites de la TABLA 6.1., antes indicada.
La TABLA 7.1. muestra los cambios típicos enla dosificación, con áridos finos, cuando seproyecta por el proceso de mezcla con óptimavelocidad en la boquilla y rebote común.
6.4.6. Fibras
Las fibras son utilizadas fundamentalmentepara aumentar la resistencia a la flexión delhormigón. El uso de éstas, permite obtenerrecubrimientos más dúctiles.
El problema principal del uso de las fibras enel hormigón o mortero proyectado es latendencia a la formación de nidos de fibras yal requerimiento de energía adicional paraasegurar una buena compactación de la mezcla,siendo de gran importancia el diseño del pitón.
El correcto uso de estas fibras en el hormigónpermiten, en el caso de revestimiento de túneles,reemplazar a las mallas.
El uso de estos aditivos pueden evitar lapresencia de juntas frías obteniendo asípropiedades impermeables.
Los principios del hormigón convencionalpueden aplicarse en el hormigón o morteroproyectado, existiendo algunas diferencias quedeben ser conocidas antes de hacer el diseñode la mezcla.
El hormigón o mortero proyectado contienemás cemento que el hormigón convencionaldebido a que con el rebote o rechazo se pierdeparte de éste; además el rebote produce pérdidasde los áridos gruesos. Este efecto hace que lasmezclas de hormigón o mortero proyectado
7.- Dosificación de la Mezcla
Tabla 7.1.Típicos cambios en la razóncemento/árido
Mezcla nominalde entrada
1 : 3,01 : 3,51 : 4,01 : 4,51 : 5,01 : 6,0
Mezcla colocada
1 : 2,01 : 2,81 : 3,251 : 3,61 : 3,81 : 4,1
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Aportes Técnicos
El diseño teórico de la mezcla debe ser ajustadomediante hormigones o morteros proyectadosde prueba, con el fin de asegurar lascaracterísticas especificadas.
Las resistencias mayores de 35 MPa no debenser especificadas, excepto en proyectoscontrolados cuidadosamente y cuando se hanencontrado materiales de óptima calidad. Elmétodo para evaluar la resistencia del hormigóno mortero proyectado se encuentra detalladoen el ACI 506.2.
Un ejemplo de dosificación se entrega acontinuación:
La dosificación de la mezcla debe hacerse enpeso, de no ser así, deben disponerse envasescon un volumen apropiado para cada material.En ningún caso se debe dosificar con pala.
Cuando la dosificación se hace en peso, serequiere controlar la humedad del árido (lacual debe estar entre un 4% y 7 %) para hacerlas correcciones por humedad de la dosificaciónque es entregada con áridos secos. En caso dedosificarse en volumen se deben hacer lascorrecciones por esponjamiento, a lo menosdos veces al día.
Una vez confeccionada la mezcla, aún sin eladitivo acelerante, debe ser utilizada dentro delos 45 minutos siguientes. Existen bajasimportantes de la resistencia, debido a laprehidratación del cemento, al estar la mezclamuchos minutos en reposo.
La calidad de la aplicación del hormigón omortero proyectado depende del conocimientode los operadores, por lo que es necesario queestos sean entrenados en los procedimientos yreciban instrucciones precisas para operar lasmáquinas.
En el proceso de mezcla seca, la homogeneidaddel hormigón o mortero proyectado dependefundamentalmente del operador de la boquilla.Si no se mantiene un balance adecuado de airey un flujo continuo de hormigón, pueden ocurrirobturaciones o rebote excesivo. Si el hormigónse proyecta en forma intermitente o pulsante,se produce un exceso o baja humedad en lamezcla, requiriendo que el operador de laboquilla, ajuste el agua, dirija la boquilla fuerade la zona de trabajo o detenga la faena.En el método de mezcla húmeda el lanzamientono afecta la calidad del hormigón o morteroproyectado. El operador de la bomba puederegular la humedad para determinadasaplicaciones especiales, además de llevar uncontrol de ésta.Se recomienda seguir las siguientes etapas:
8.- Aplicación del Hormigóno Mortero Proyectado
8.1. Preparación del lugar
Antes de iniciar una faena de shotcrete serequiere tener muy bien iluminado el lugar, detal manera que el pitonero pueda ver conclaridad el lugar donde está proyectando yfundamentalmente, pueda ver si la cantidad deagua es la adecuada para la confección de unshotcrete de calidad.
Además de la iluminación, se debe acuñar elsector a revestir, desprendiendo solamente lasrocas muy sueltas, que tienen un alto riesgo dedesprendimiento, mientras se está proyectando.Una vez terminada la acuñadura, se debe lavarla zona a proyectar, con chorro de aire y agua;para esto se puede utilizar la manguera dedescarga de la máquina de shotcrete. Estalimpieza tiene como finalidad desprender elpolvo y materiales sueltos que puedan impediruna buena adherencia del material proyectado.
Aridos secos
Cemento ( Polpaico 400 )Arido ( graduación N°2 ACI 506 )AguaGraceRapid 251 (2%)WRDA 11
kg / m3
4101.722
1808,2
1.024 cc.7
Aportes Técnicos
8.2. Suministro de Aire Comprimido
Para obtener una buena calidad del shotcretees indispensable tener asegurado un buensuministro de aire comprimido a la presión yvolumen adecuados. Se debe tener presenteque, mientras más alejado están los compresoresdel área de trabajo, mayores pueden ser lascaídas de presión de aire. El aire suministradoa la máquina de shotcrete debe estar seco ylibre de aceite.
La presión suministrada debe ser suficientepara llevar la mezcla seca a través de lamanguera de descarga e impactarla en lasuperficie a cubrir. Se deben efectuar pruebasal comienzo para determinar esta presión;sin embargo, como regla general se puedemencionar que la presión de operación nopuede ser menos de 2,75 kgf/cm2 (40 psi) (para30 m. o menos de manguera) a la salida delpitón. La presión normal de funcionamiento,medida con un manómetro colocado cerca dela salida del pitón, es generalmente entre2,75 y 2,86 kgf/cm2, mientras que la presiónde alimentación es de 5,5 a 7 kgf/cm2.
Se debe considerar que las presiones defuncionamiento dependen directamente dellargo de las mangueras, peso específico delmaterial, altura de la boquilla sobre la máquina,diámetro de las mangueras, entre otros factores.La presión debería ser incrementada en0,35 kgf/cm2 por cada 15 m. adicionales demanguera en 0,35 kgf/cm2 por cada 8 m. dealtura del pitón sobre la máquina de shotcrete.
Para distintos diámetros de manguera lacapacidad de compresión debe ser como seindica en la tabla 8.1.
Tabla 8.1.Capacidad de compresión paradistintos diámetros de manguera
8.3. Presión y Control del Agua
Se recomienda que la presión de agua en elpitón debe ser como mínimo de 4 kgf/cm2
(57 psi), pues esto asegura una buenahidratación de la mezcla. Como regla generalla presión de agua debe mantenerseaproximadamente 1 kgf/cm2 por sobre la presiónmás alta del suministro de aire.
En mezc las húmedas e l agua es tápredeterminada por el tipo de aplicación y laslimitaciones de trabajabilidad requerida por elbombeo, el operador de la boquilla no tiene elcontrol sobre el agua.
La velocidad de impacto del hormigón omortero proyectado es importante para laspropiedades de éste. Para las aplicaciones dondela distancia de la boquilla a la superficie es de0,6 a 1,8 m; la velocidad de impacto y de salidade la boquilla es casi la misma. A mayordistancia, la velocidad de impacto es menor,por lo cual es necesario aumentarla.Se debe considerar que a mayor velocidadexistirá mayor rebote.
En el proceso de mezcla seca, con un equipodeterminado, los factores que determinan lavelocidad del material en la boquilla son:volumen, presión de aire, el diámetro y largode las mangueras, el tamaño de la boquilla, eltipo y cantidad de material bombeado. Esto leda gran flexibilidad y versatilidad, pues permitebombear diferentes volúmenes de materiala distintas velocidades, de acuerdo a losrequerimientos de la aplicación.El operador de la boquilla puede controlargrandes o pequeñas variaciones de velocidadel agua contenida y la cantidad de material.
8.4. Velocidad en la boquilla
Diámetro deManguera
(mm)2532385164
Diámetro deCompresión
(m3/min a 7 kgf/cm2)10.012,517.021.028.8
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Aportes Técnicos
La máquina generalmente utilizada es la detipo rotor o sistema de eje central. Esta máquinaestá compuesta por un buzón, el cual esalimentado con el material premezclado y elacelerador, unas paletas para revolver elacelerador con la mezcla seca, una admisiónde aire, tapa de goma, un rotor con varioscilindros para el transporte de la mezcla seca,un tubo de descarga, una manguera de saliday un pitón especial en el que se agrega el aguaa la mezcla seca a medida que sale por lamanguera. (Ver figura 8.1).
8.5. Máquina “Shotcretera”
Figura 8.1.Esquema de máquina paramezcla seca
8.6. Operación de la Máquina
Se recomienda respetar una secuencia deoperación al hacer funcionar y detener lamáquina a objeto de prevenir defectos en ella.
Los pasos comúnmente utilizados son :
a) Abrir la válvula de aire colocada detrás deltubo de descarga.b) Abrir la válvula de aire situada sobre el rotor.c) Abrir la válvula de aire del motor o engancharla conexión en caso de un motor eléctrico.
Cuando se detenga la máquina, por cualquiermotivo ( manguera de descarga tapada, cambiode posición, etc.), debe seguirse el procesoinverso es decir: c - b - a.Antes de abrir las válvulas de aire se recomiendallenar el buzón con mezcla seca.
8.7. Técnicas de Proyección
Las técnicas de proyección para ambos procesoses generalmente similar; sin embargo lascapacidades de los equipos son diferentes, porlo que se requiere de la experiencia del operadorde la boquilla en cada caso.
El hormigón o mortero proyectado puede seraplicado en una o varias capas, dependiendode la posición del trabajo a realizar.
En trabajos sobre la cabeza, el hormigón seproyecta en capas de espesor suficiente paraprevenir el goteo o curvaturas en la superficie,generalmente de espesores de 2,5 a 5 cms. porcapa. Las superficies verticales pueden seraplicadas por capas, mientras que las superficieshorizontales o planas generalmente sonproyectadas de una sola vez. El espesor de lascapas debe ser el suficiente para que no seagrieten. Las grietas no detectadas hacen queel hormigón o mortero proyectado seapermeab le , lo que perm ite que seapeligrosamente afectado por lo ciclos hielo-deshielo.
Para obtener buena calidad del shotcrete y unmáximo de producción es importante que elequipo esté en buenas condiciones mecánicas.Es de mucha importancia que la velocidadde rotación sea la correcta (constante).
Es necesario efectuar una mantenciónpermanente a la máquina. Esta mantencióndebe consistir en una limpieza interna queelimine el hormigón endurecido incrustado enlos cilindros del rotor y en la cañería.En el pitón se debe prestar especial cuidado ala limpieza de todos los pequeños orificios delanillo de agua, ya que si esto no se hace, seobtendrá una mezcla mal hidratada, de malacalidad, rechazo excesivo y exceso de polvo enel ambiente.
Compartimento
Aire comprimido
Anillo de agua Pitón
Válvula de control de aguaEntrada de agua
Tambor rotatorioPlato de desgasteDisco de desgaste
Línea de aire
Agitador
Malla o arnero
Mezcla seca (cemento + áridos + acelerante)
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Aportes Técnicos
En lo posible, se deben evitar las juntas frías ylaminaciones, por lo que los programas detrabajo deben reducir estas posibilidades.
Como se mencionó anteriormente, la distanciade la boquilla a la zona de trabajo estácomprendida, usualmente, entre 0,6 y 1,8metros, pero en todo caso, debe ser tal quepermita obtener los resultados requeridos.
Figura 8.3.Efecto de la variación de ladistancia del pitón a la superficie deaplicación.
Figura 8.2. Distancia del pitón
El ángulo de la boquilla también es un factorimportante en el resultado final del hormigónproyectado; como una regla general la boquilladebe mantenerse perpendicular a la zona detrabajo pero nunca a más de 45 grados desdela superficie (figuras 8.4. y 8.5.). Cuando laboquilla es puesta en un ángulo distinto a laperpendicular, el hormigón rueda o se desprende,creando una discontinuidad y una superficiede textura gruesa. Este proceso conocido como“rolling”, no es recomendado como técnica deproyección, porque se pierde mucho materialy crea superficies de hormigón o morteroproyectado no uniformes.
Figura 8.3.Rebote según ángulo y distanciade proyección.
Figura 8.4. Angulo
0.6 a 1.8 m
90
20
30
60 45 030
Angulo %
Mínimo
Medio
Máximo
Reb
ote
% 15%
5%
0
0
10
25
0.75 m2’ - 6”
1.0 m3’ - 4”
1.25 m4’ - 2”
Porc
enta
je d
e R
ec
hazo
10
Aportes Técnicos
Para distribuir uniformemente el hormigón omortero proyectado, la boquilla debe serdirigida en forma perpendicular a la superficiey rotarse constantemente en una serie de círculosconcéntricos. Cuando se dispara a través debarras de refuerzo, la boquilla puede estar máscerca de lo normal, permitiendo un mejorrecubrimiento, minimizando el rebote, la mezclapuede estar un poco más húmeda de lo normal,para que el material escurra por las barras.Se debe cuidar que el golpe no ocurra bajo lasbarras, ya que el exceso de agua puede hacerque estas se corroan rápidamente.
Cuando se deben proyectar capas sobre 15cms, contra una superficie vertical, se puedeaplicar la técnica de “shelf” o “bench”. Estatécnica consiste en bombear capas con unapendiente de 45 grados (figura 8.6). Enbombeado de losas, la boquilla estánormalmente formando un ángulo de 90 gradoscon la superficie de trabajo, así el rebote esesparcido en la superficie, previniendo el excesode mezcla. Es importante mantener el área, enla que se aplicará el hormigón o morteroproyectado, libre de rebotes y materiales sueltos.El uso de aire para eliminar el material derebote es útil, pero son mucho más útiles lasmedidas correctivas del operador de la boquilla.
En sitios en que el hormigón o morteroproyectado se va a colocar contra supercies detierra, como en el caso de revestimientos decanales, estas superficies deberán ser, en primerlugar, compactadas y ajustadas, en cuanto apendiente y alineamiento.
El hormigón o mortero proyectado no debe sercolocado sobre ninguna superficie que estécongelada o mal compactada, o donde existaagua libre. En cuanto a la superficie que lorecibe, debe encontrarse húmeda durante variashoras antes de la aplicación. En caso de que elhormigón o mortero proyectado se utilice parareparar hormigón deteriorado es esencialremover en primer lugar todo el material enmal estado. El picado debe ser lo suficientepara que no haya salidas en la cavidad quecausen cambios abruptos en la superficie queserá reparada. Todos los bordes deberán seradelgazados. Se debe examinar cuidadosamentela superficie final del corte, para asegurarsede que se encuentre sana y tenga la formaadecuada.
Figura 8.6. Técnica “Blench” o “Shelf”.
Cuando una capa de hormigón o morteroproyectado será cubierta por otras, debe estarpreparada para recibir el golpe, por lo tantodeben ser removidas todas las partes sueltas dela superficie. Cualquier tipo de defecto debeser eliminado. Es una buena práctica dejarla superficie abierta, rugosa, para permitiruna buena unión con la capa siguiente.
8.8. Cantidad de agua en la mezcla
El pitonero debe mantener una razónagua/cemento efectiva entre 0,30 y 0,40. Unamayor cantidad de agua produce un shotcretede menor resistencia y poca adherencia.Mientras se aplica el shotcrete, la superficiedebería tener una apariencia brillante debidoa la humedad de ella. Un minuto después de laaplicación, la humedad debe penetrar en elhormigón proyectado dejando la superficieaparentemente seca.
45°
11
Aportes Técnicos
8.9. Rechazo o rebote y “Overspray”
El rebote y el “overspray” (exceso de material),son dos de los problemas en la aplicación delhormigón o mortero proyectado. Ambos puedenser controlados y minimizados desde la boquilla.Inicialmente el porcentaje de rebote es alto peroeste desciende después de que las primerascapas se han construido.
El material de rebote no puede ser utilizadonuevamente, pues esta mezcla tiene altasprobabilidades de estar contaminada, ademásel contenido de cemento, el estado dehidratación y la graduación de los áridos, sonvariables e impredecibles.
En la TABLA 8.2. se muestra el reboteaproximado perdido por el hormigón o morteroproyectado. Esto puede ser más alto o más bajodependiendo de la experiencia del operador dela boquilla.
Tabla 8.2. Pérdida por Rebote
8.10. Espesor
El espesor mínimo recomendable paraaplicaciones de shotcrete es de 5 cms. Esteespesor se recomienda para preveniragrietamientos. Se puede utilizar menos de lomencionado anteriormente, sólo para sellar lasgrietas en una roca que se autosoporta, paraprevenir que la humedad ambiente penetre enlas grietas. La aplicación se hace habitualmentepor capas, las cuales son en general paraaplicaciones sobre cabeza y verticales, de 2,5a 5 cms. Se recomienda esperar de 6 a 8 horaspor aplicación entre capas.
Para llevar controles de espesor se recomiendainsertar un elemento de medida (por ejemplo,un clavo) cada 1,5 m en la zona proyectada.
8.11. Refuerzos
Cuando existen sectores particularmentefracturados, puede ser necesario reforzar elshotcrete. Para esto existen muchos métodos,siendo el más tradicional, proyectar una capade aproximadamente 8 cms en la roca, tratandode obtener una superficie lo más pareja posible.Una malla de alambre, como refuerzo, se pegaa la superficie del shotcrete. Esta malla se fijapor medio de clavos largos empotrados en laprimera capa de shotcrete, a los que se amarrala malla.
También comúnmente se utilizan Rockbolts,tarugos cortos de madera en perforacionesefectuadas en la primera capa o cualquier tipode fijación que asegure que la malla no semueva.Luego se proyecta una capa de 7 a 8 cms sobrela malla, asegurándose que ésta quedecompletamente cubierta con el shotcrete.
8.12. Obstrucciones
Las obstrucciones son generalmente causadaspor :
-Partículas demasiado grandes en la mezcla.-Arena demasiado húmeda.-Arena demasiado seca.-Agua que entra por las uniones de la manguera.-Agua o aceite en el aire comprimido.
Para eliminar estas causas se debe:
-Tam i zar y mezc lar los ár idoscuidadosamente.-Proteger cuidadosamente los áridos en elacopio, controlando los que se van autilizar.-Revisar el contenido en agua en la arenay humedecerla, si es necesario antes delmezclado.-Hacer que los empalmes o uniones de lamanguera sean estancos o proteger dealguna forma apropiada dichas uniones.-Utilizar filtros para aire comprimido.
Superficie% de Rebote
Mezcla Seca
Pisos y Losas
Mezcla Húmeda
Muros inclinadosy verticalesTrabajos sobre -cabeza
5 - 15
15 - 25
25 - 20
0 - 5
5 - 10
10 - 20
12
Aportes Técnicos
Para eliminar una obstrucción se debe en primerlugar detectar el lugar donde se encuentra; estose puede hacer pisando la manguera hastaencontrar la parte dura que indica el tapón.Luego se desconecta la manguera siguiente paracontrolar la obstrucción; enseguida se conectala presión máxima de aire para expulsar elmaterial de obstrucción. En estas condiciones,se debe tener mucho cuidado pues el materialde obstrucción será expulsado con granviolencia hacia el exterior.
8.13. Suspensión de trabajos
Los trabajos de proyección de hormigón debenser suspendidos bajo las siguientes condicionesde clima:
I.- Vientos de gran velocidad, impiden unprocedimiento correcto de colocación.
II.- Temperaturas bajas, el trabajo no puedeser protegido.
III.- La lluvia produce lavado o desprendimientodel hormigón o mortero proyectado fresco.
8.14. Curado
El hormigón o mortero proyectado, así comoel hormigón convencional, debe ser protegidoadecuadamente, para que su resistenciapotencial y durabilidad sean desarrolladoscompletamente. Esto es particularmenteimportante para las secciones delgadas,superficies con formas especiales y cuando lamezcla tiene una razón agua/cemento baja.El mejor método de curado es mantener lasuperficie húmeda, continuamente, por 7 díasa temperaturas sobre 5˚C.
Los compuestos de curado son satisfactorios,para superficies bajo temperaturas no severasy donde no se tenga que aplicar pinturas uotras capas de hormigón o mortero proyectado.
El curado natural se puede permitir solamentesi la humedad relativa es mayor o igual a un85%.
No existe un método normalizado que indiquela forma de confeccionar probetas para suensayo en forma directa. Es totalmenteincorrecto llenar las probetas cúbicas ocilíndricas convencionales, con mezclapreparada con la dosificación correspondientea la utilizada en el hormigón o morteroproyectado, ya que el resultado de estas probetasno guardan ninguna relación con el productofinal colocado.
Los ensayos más confiables se obtienen detestigos extraídos, ya sea directamente dela estructura o de paneles de ensayoconfeccionados para tales efectos. Los panelescomúnmente utilizados son confeccionados demadera, de tres lados, de 90 x 90 x 15 cms deespesor o más para el hormigón proyectado, yde 45 x 45 x 7,6 cms para el morteroproyectado. Este molde se sitúa en igual posiciónen que se está aplicando el material, de modoque el lado abierto permita eliminar el materialde rechazo y el panel sea llenado directamentecomo si se tratara de una aplicación corriente,es decir, con igual ángulo de tiro. Una vez quelas muestras tienen la edad requerida, sedesmoldan y se cortan los testigos, que en casode ser cilíndricos tienen un diámetro de 7,6 cm.Además, es preciso tomar, ocasionalmente,núcleos de la estructura para asegurar que lospaneles de ensayo reflejen en forma apropiadala calidad del hormigón o mortero proyectado.
Cuando no sean requeridos controles estrictos,se pueden utilizar ensayos no destructivos conmartillo de impacto (en espesores superiores a10 cms).
9.- Ensayos de Control
10.- Sobre el Personal
10.1. La Cuadrilla
La cuadrilla debe estar formada de modo quecada hombre tenga que desempeñar una solatarea.
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Aportes Técnicos
La cuadrilla debería estar formada por:
Un pitonero.Un ayudante de pitonero.Un operador de máquina.Un cargador de buzón de la máquina.Encargado del aditivo.Un operador del transporte de la mezcla.
El hombre clave en la cuadrilla del shotcretees el pitonero. El tiene como labor producir ycolocar el shotcrete.
El ayudante del pitonero tiene como funcióncuidar la manguera tras el pitonero, preocuparsede la iluminación y relevarlo cuando seanecesario.
El operador de la máquina debe controlar lapartida y detención de la máquina, la presiónde aire en la manguera de descarga y esresponsable de su mantención y limpieza.
El cargador del buzón de la máquina debemantener el buzón siempre lleno con mezcla yademás debe ayudar al operador a limpiar lasobstrucciones.
El hombre que carga el aditivo tendrá ésta,como única función.
El operador del transporte de la mezcla debemantener un suministro de mezcla constantedurante la faena de shotcrete.
En la figura 10.1. se observa una instalaciónde alimentación para proyección de hormigón,en la cual se puede disminuir el personalrequerido, aumentar la productividad yasegurar la correcta dosificación del aditivo.
10.2. Labores del personal
Figura 10.1.Instalación de alimentaciónpara shotcrete
Para cualquier información acerca deeste u otro tema, contáctese con elDepar tamento Técnico de G . .
Máquina deproyectarCinta transportadoraTolva del acelerante
Tolva de carga
Referencias
1.- ACI: “Manual of Concrete Practice”,part 5, 1987.2.- Ryan, T., “Concreto Lanzado”; Nueva SerieIMCY/10; Instituto Mexicano del Cemento.3.- Billwiler, P., “Shotcrete para Sostenimientodel Túnel”.4.- ACI: “Aplication and use of Shotcrete”.
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