Mundial /Región Europa:

DCC- InternationalUnderground Construction GroupDivisión de MBT (Suiza) S.A.Vulkanstrasse 1108048 Zurich (Suiza)Teléf.: 41-1-438-2210Fax: 41-1-438-2246

Región América:

Master Builders, Inc.Shotcrete &Underground Systems23700 Chagrin BoulevardCleveland, OH 44122-5554EE. UU.Teléf.: 1-216-839-7500Fax: 1-216-839-8827

Equipos:

MEYCO EquipmentDivisión de MBT (Suiza) S.A.Hegmattenstrasse 248404 Winterthur (Suiza)Teléf.: 41-52-244-0700 Fax: 41-52-244-0707

México:

MBT MéxicoBlvd. M. Avila Camacho 80, 3er piso53390 Naucalpán, Edo. de MéxicoTeléf.: 52-55-21-22-2200Fax: 52-55-21-22-2201

Argentina:

MBT Argentina S.A.España 1651Colectora Oeste – Ruta Panamericana Km 47,5Buenos Aires (1625)Teléf: 54-34-88-43-3000Fax: 54-34-88-43-2828

Brasil:

MBT Brasil Avenida Firestone 58109290-550 Santo AndréSão PauloTeléf.: 55-11-4478-3118Fax: 55-11-4479-0338

Chile:

MBT Chile Nucleo Empresarial ENEARio Palena 9665 Pudahuel, Santiago de ChileTeléf.: 56-2-444-9760Fax: 56-2-444-9761

Colombia:

MBT ColombiaCalle 76 No.13–27BogotáTeléf.: 57-1-217-3332Fax: 57-1-321-7513

Ecuador:

MBT ConcretesaSosaya 133 y Ave. AmericasCasilla 2515.QuitoTeléf.: 593-256-6011Fax: 593-256-9272

Peru:

MBT UNICON PERUPlácido Jiménez 958LimaTeléf.: 511-385-1905Fax: 511-385-2065

Venezuela:

MBT VenezuelaC.C. Libertador PH-3C. Negrin y Av. Los Jabillos.CaracasTeléf.: 582-212-762-5471/75Fax: 582-212-761-7001

España:

Bettor MBT, S.A.Duero, 23Polígono Industrial Las Acacias28840 Mejorada del Campo (Madrid)Teléf.: 34-91-668-0900Fax: 34-91-668-1732

Bettor MBT, S.A.Basters 13–1508184 Palau de Plegamans (Barcelona)Teléf.: 34-93-862-0000Fax: 34-93-862-0020

SHOTCRETEPARA SOPORTE DE ROCASTom MelbyeDirector MBT InternationalUnderground Construction Group

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Agradecimiento

Los autores desean manifestar su sincero agradecimiento a varios colegas delDepartamento de Construcciones Subterráneas de Degussa Construction Chemicals por su colaboración y apoyo en la preparación de este documento,especialmente a Christian Krebs y Thomas Kurth (MEYCO Equipment).

SHOTCRETEPARASOPORTE DE ROCASTom MelbyeDirector International Underground Construction Group, Degussa Construction Chemicals

Coautores:Ross DimmockGerente técnico International Underground Construction Group, Degussa Construction Chemicals

Knut F. GarsholIngeniero geológico M.Sc.International Underground Construction Group, Degussa Construction Chemicals

IÍndice

1. Introducción 91.1 ¿Qué significa shotcrete? 91.2 ¿Dónde se utiliza el shotcrete? 111.3 Principios del shotcrete 111.4 Diferencia entre los dos métodos 13

2. Método por vía seca 152.1 Composición de una mezcla seca 152.1.1 Contenido de cemento 152.1.2 Relación agua/cementante 152.1.3 Contenido de humedad natural 162.1.4 Aditivos 162.1.5 Adiciones 182.1.6 Fibras 182.2 Comparación entre las mezclas preparadas en obra y el

material predosificado 192.3 Problemas del proceso de proyección de mezclas secas 202.4 Conclusiones 22

3. Método por vía húmeda 233.1 Razones del cambio al método por vía húmeda 243.1.1 Economía 243.1.2 Ambiente de trabajo 243.1.3 Calidad 253.1.4 Aplicación 253.2 Ventajas 263.3 Desventajas 263.4 Resumen del método por vía húmeda 273.5 Diseño de la mezcla para proyección por vía húmeda 273.5.1 Microsílice 283.5.1.1 Ventajas especiales del shotcrete con microsílice 283.5.2 Agregados 293.5.3 Aditivos: Plastificantes y superplastificantes 313.5.4 Acelerantes de fraguado tradicionales 343.5.4.1 Comportamiento químico de los acelerantes de aluminato

durante el proceso de hidratación 353.5.4.2 Silicatos sódicos modificados/water glass 393.5.4.3 Campos de aplicación 403.5.4.4 Dosificaciones típicas 403.5.5 Acelerantes de shotcrete libres de álcalis 413.5.5.1 Formación de polvo 42

© Copyright Degussa Construction Chemicals International Underground Construction Group, Unidad de Negocios de Degussa Construction Chemicals. 1994

Este documento es propiedad exclusiva de Degussa Construction Chemicals International Underground Construction Group, Unidad de Negocios, con domicilio social en 8048 Zurich (Suiza), Vulkanstrasse 110.

Prohíbida la reproducción total o parcial de este documento mediante cualquier sistema, sin la autorización por escrito de Degussa Construction Chemicals International Underground Construction Group, Unidad de Negocios. El incumplimiento de esta prohíbición puede conducir a acciones legales.

Basado en la novena edición de la versión original inglés «Sprayed Concrete for Rock Support», 2001. Segunda edición, enero de 2002, 2000 copias.

5.3.2 Fibras sintéticas 1115.3.3 Fibras de carbono 1135.3.4 Fibras metálicas 1135.4 Ventajas técnicas de las fibras metálicas 1135.5 Ventajas económicas de las fibras metálicas 1165.6. Diseño de la mezcla para el shotcrete reforzado con fibra

metálica 116

6. Durabilidad del shotcrete 1186.1 Diseños construibles 1196.2 Especificaciones y guías 1206.3 Aptidud del equipo de construcción 1206.4 Diseño de la mezcla de shotcrete 1216.5 Nuevos aditivos acelerantes libres de álcali 1226.6 Estabilidad química de los nuevos acelerantes 1236.7 Durabilidad del refuerzo de fibra metálica 1246.8 Requisitos de aplicación 1246.9 Conclusión 1246.10 Ejemplo de C-45 1256.11 Efectos de utilizar diferentes diseños de mezclas 126

7. Equipos 1277.1 Aplicación manual 1277.1.1 Equipos/sistemas para la proyección por vía seca 1277.1.1.1 Principios de funcionamiento (MEYCO® Piccola,

MEYCO® GM) 1277.1.1.2 Avances 1297.1.1.3 Sistemas integrados para aplicación manual 1297.1.2 Equipos/sistemas para la proyección por vía húmeda 1307.1.2.1 Avances 1307.1.2.2 Sistemas integrados para aplicación manual 1337.2 Proyección mecanizada 1347.2.1 Brazos de proyección 1347.2.1.1 Brazos de proyección asistidos por computadora 1387.2.2 Sistemas móviles de proyección 1407.2.3 Ventajas de la proyección mecanizada 1427.3 Sistemas de dosificación 1437.4 Sistemas de boquilla 1437.5 Sistemas para mediciones del desarrollo de resistencia 1457.5.1 Aguja de penetración 1457.5.2 Prueba de adherencia (pull-out) 145

8. Diseño de soporte de rocas 1478.1 Mecanismos activos del shotcrete sobre roca 151

3.5.5.2 Terminología confusa: ¿«no cáustico»? ¿«libre de álcalis»? 443.5.5.3 Acelerantes líquidos no cáusticos libres de álcalis 453.5.5.4 Acelerantes sin álcalis en polvo 493.5.5.5 MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170:

Uso según el tipo de cemento 503.5.5.6 Comparación de las resistencias iniciales con acelerantes

tradicionales de aluminato 523.5.5.7 Dosificación y equipos 543.5.5.8 Compatibilidad con otros acelerantes 573.5.5.9 Requisitos especiales para utilizar los productos MEYCO®

SA160/SA161/SA162/SA170 para proyección por vía húmeda 573.5.5.10 Resultados típicos de pruebas de campo 58

4. Avances en la tecnología de aditivos para el shotcrete 81

4.1 Sinopsis 814.2 Delvo®crete 814.2.1 Introducción 824.2.2 Shotcrete fabricado por vía húmeda 844.2.3 Dosificación y transporte del shotcrete fabricado por vía

húmeda 854.2.4 Control de la hidratación del cemento 874.2.5 Propiedades 904.2.6 Tiempos de fraguado 904.2.7 Resistencias 914.2.8 Rebote 924.2.9 Economía 934.2.10 Resumen 964.2.11 Casos de estudio 964.3 Curado interno del concreto 1014.3.1 Antecedentes 1024.3.2 Curado interno del concreto con MEYCO® TCC735 1034.3.3 Tecnología comprobada 1044.3.4 Ventajas del curado interno del concreto con

MEYCO® TCC735 1054.3.5 Una solución más segura y económica 1054.3.6 Resultados de las pruebas de proyección 1064.4 Conclusión 108

5. Refuerzo de fibras 1095.1 ¿Por qué es necesario reforzar el concreto? 1095.2 Comportamiento de las fibras metálicas en el shotcrete 1105.3 Clases de fibras 1115.3.1 Fibras de vidrio 111

11. Tiempo y economía 19811.1 Ejemplo de cálculo 19811.2 Conclusiones 199

12. Aplicaciones futuras del shotcrete 200

Referencias 202

Apéndice«Especificaciones particulares para el shotcrete» 205

8.2 Shotcrete sobre roca diaclasada 1528.3 Shotcrete sobre roca blanda o fisurada 1548.4 Fundamentos de mecánica de rocas 1558.5 Método NATM 1588.6 Propiedades importantes del shotcrete para soporte de roca 1608.7 Refuerzos 1628.8 Métodos de soporte de túnel 163

9. Revestimientos permanentes de shotcrete para túneles 165

9.1 Desarrollo de los revestimientos permanentes con shotcrete para túneles 165

9.2 Relación coste/eficacia de los revestimientos de túneles de una pasada 166

9.3 Opciones de SPTL 1669.4 Geometría del túnel 1689.5 Refuerzos del revestimiento 1689.5.1 Varillas de refuerzo y mallas electrosoldadas 1689.5.2 Refuerzos de fibras metálicas 1699.6 Fortificaciones 1719.7 Juntas de construcción relacionadas con la secuencia de

excavación 1729.8 Método SPTL de dos capas: juntas de construcción de la

segunda capa 1739.9 Método SPTL de dos capas: primera y segunda capa 1749.10 Acabado superficial 1769.10.1 Nivelación y alisado con llana 1769.10.2 Sistemas de revestimientos 1779.11 Durabilidad del shotcrete 1789.12 Recomendaciones para la construcción 1789.12.1 Requisitos de aplicación 1789.12.2 Pautas de selección en sistemas modernos de aplicación 1819.13 Sistemas de manejo de riesgo 1819.14 Aumento de la estanqueidad con membranas proyectables 1839.14.1 Túneles de SPTL sujetos a filtraciones potenciales de agua 1849.14.2 Túneles SPTL con acceso activo de agua 1859.14.3 Rehabilitación de túneles 185

10. Guía de aplicación del shotcrete 18710.1 Preparación del substrato 18710.2 Técnicas de proyección generales 18910.3 Menos rebote, más calidad 19110.4 Proceso por vía húmeda y brazos de proyección robotizada 19510.5 Destreza del operario 196

9

Capítulo 1

IntroducciónLa creatividad del hombre surge de su deseo natural de conocer yde su capacidad de aprender. Los exploradores y los descubridoresposeen estos rasgos en dosis extremas: movidos por una curiosidada toda prueba, se atreven a ir más allá de los bordes de lo conocido,a explorar la naturaleza de las cosas, a buscar los vínculos queconectan ideas, hechos, concepciones, a ver las cosas desde unaluz diferente, a cambiar las percepciones de la humanidad.

Un hecho bien conocido de la industria de la construcción – y en par-ticular de la industria de la construcción subterránea – es que no hayun proyecto que sea igual a otro. Cada uno está acompañado poruna verdadera maraña de parámetros y circunstancias que generanun grado de complejidad superior al de otras industrias, obligando acontratistas y a abastecedores a trabajar con una mente sumamen-te flexible.

El shotcrete posee ventajas enormes en su calidad de proceso deconstrucción y de soporte de rocas; ello, sumado al avance logradoen materiales, equipos y conocimientos de aplicación, ha hecho deesta técnica una herramienta muy importante y necesaria para lostrabajos de construcción subterránea. En particular, la tecnologíamoderna de shotcrete por vía húmeda ha ampliado el campo detrabajo de la construcción subterránea. Proyectos que en el pasadoeran imposibles de llevar a cabo, son ahora viables. Independiente-mente del tipo de terreno, hoy en día es posible aplicar esta tecnologíaen cualquier condición.

1.1 ¿Qué significa shotcrete?

El shotcrete (mortero, o «gunita») comenzó a utilizarse hace casi 90años.

Los primeros trabajos con shotcrete fueron realizados en los EstadosUnidos por la compañía Cement-Gun (Allentown, Pensilvania) en1907. Un empleado de la empresa, Carl Ethan Akeley, necesitaba unamáquina que le permitiera proyectar material sobre mallas para con-struir modelos de dinosaurios, e inventó el primer dispositivo creadopara proyectar materiales secos para construcciones nuevas.

11

1.2 ¿Dónde se utiliza el shotcrete?

La gran cantidad de ventajas que tiene el shotcrete como procesode construcción, y los avances logrados en equipos, materiales yconocimientos, lo han convertido en una herramienta importantepara una variedad de trabajos.

Se aplica shotcrete para resolver problemas de estabilidad en túne-les y en otras construcciones subterráneas. Además, hoy en día estatécnica es un factor clave para el soporte de rocas en aplicacionestales como:• Construcción de túneles• Operaciones mineras• Hidroeléctrica• Estabilización de taludes

Más del 90 % de todo el shotcrete es utilizado para soporte derocas.

Actualmente el uso del shotcrete es menos frecuente que el del con-creto tradicional; sin embargo, este material ofrece la posibilidad deuna gran variedad de aplicaciones, entre ellas:• Recubrimientos de canales• Reconstrucción y reparaciones• Pantallas marinas• Concreto refractario • Protección contra incendio y anticorrosiva• Construcciones nuevas• Agricultura (pozos de estiércol)• Mampostería y estabilización de muros de ladrillo

El shotcrete es el método de construcción del futuro debido a suscaracterísticas de flexibilidad, rapidez y economía. ¡El único límitepara su uso es la imaginación del hombre!

1.3 Principios del shotcrete

Usuarios importantes de shotcrete han adquirido el conocimiento dela técnica a través de experiencia práctica, investigación y desarrol-lo.

Igualmente, el desarrollo de equipos y métodos de control ha con-ducido a una producción racional y a una calidad más uniforme del

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Cement-Gun patentó el nombre «Gunite» para su mortero proyecta-do, un mortero que contenía agregados finos y un alto porcentaje decemento.

Hoy en día todavía se utiliza el nombre «gunita». En ciertas clasifica-ciones equivale al mortero proyectado, pero los límites de tamaño degrano varían (según el país, la definición del límite para el agregadomáximo es de 4, 5, o incluso hasta 8 mm). Para evitar esta confusiónentre mortero proyectado y shotcrete, en este libro utilizaremos laexpresión «shotcrete» (o gunita) para referirnos a la mezcla proyecta-da de cemento y agregados.

Actualmente existen dos métodos de aplicación para el shotcrete: elproceso de vía seca y el de vía húmeda. Las primeras aplicacionesdel shotcrete se hicieron mediante la vía seca; en este método secoloca la mezcla de cemento y arena en una máquina, y la misma setransporta por mangueras mediante la utilización de aire comprimido;el agua necesaria para la hidratación es aplicada en la boquilla.

El uso del método por vía húmeda comenzó después de la SegundaGuerra Mundial. A semejanza del concreto ordinario, se preparan lasmezclas con toda el agua necesaria para hidratarlas, y se bombeanen equipos especiales a través de las mangueras. La proyección delmaterial se efectúa mediante la aplicación de aire comprimido a laboquilla.

Si bien algunas personas afirman que el shotcrete es un concretoespecial, lo cierto es que no es sino otra manera más de colocar elconcreto. Al igual como ocurre con los métodos tradicionales decolocación, el shotcrete requiere ciertas características particularesdel concreto durante la colocación, y al mismo tiempo requiere satis-facer todas las demandas tecnológicas normales del concreto – rela-ción agua/cementante, cantidad de cemento, consistencia correcta ypostratamiento. En el mundo entero abundan trabajos de shotcretede mala calidad debido a que la gente se olvida de que el shotcreteno es sino otra manera de colocarlo, y de que es fundamental cumplircon todos los requisitos tecnológicos del concreto.

Los equipos para la ejecución de ambos métodos (vía húmeda y víaseca) han mejorado de manera significativa. En un capítulo aparte sedescribirán los últimos avances de la tecnología.

13

1.4 Diferencia entre los dos métodos

Hay dos métodos de shotcrete: seco (al que se le añade el agua dehidratación en la boquilla de proyección), y húmedo (aquel en el quelas mezclas transportadas contienen ya el agua necesaria para lahidratación).

Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas, y la selección deuno u otro dependerá de los requisitos del proyecto y de la experien-cia del personal encargado de ejecutarlo. Ambos serán empleadosen la industria de la construcción del futuro.

Figura 2: La máquina MEYCO® Suprema ofrece una proyección sinpulsaciones y un sistema de control computarizado (con controla-dor lógico programable).

Hasta hace pocos años, el método más utilizado era el de proyec-ción por vía seca, pero hoy en día la tendencia ha cambiado, espe-cialmente en shotcrete para soporte de rocas. El método dominantedel futuro será el de proyección por vía húmeda debido a que ofreceun mejor ambiente de trabajo, mayor calidad, uniformidad y produc-ción.

Los desarrollos en la tecnología del shotcrete están relacionadoscon el proceso de vía húmeda. Entre algunos ejemplos de desarrol-los recientes figuran la adición de nuevas generaciones de adiciones(Delvo®crete, MEYCO® TCC, curador interno de concreto, microsíli-ce y fibras metálicas).

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producto. Desde un punto de vista internacional, podemos decir sinequivocación que hemos logrado grandes avances desde los tiem-pos en los que se utilizaba shotcrete para estabilizar rocas; sinembargo, también hay que reconocer que estamos atrasados cuan-do lo utilizamos para proyectos de construcción y reparación. Larazón de este retraso no tiene una explicación sencilla. El conoci-miento existe, pero no se emplea totalmente.

Figura 1: Proyección a control remoto

Las regulaciones actuales imponen demandas tecnológicas en laspersonas que hacen el trabajo de proyección, y los requisitos actua-les han conducido a una mejor capacitación del personal. Asimismo,en los últimos años ha aumentado el número de contratistas espe-ciales; todo ello ha redundado en aplicaciones de mejor calidad. Sinembargo, la falta de conocimientos supone riesgos de trabajos defi-cientes; éste es el caso particular de proyectos menores para loscuales los contratistas carecen de experiencia en shotcrete. Talesproblemas pueden eliminarse estableciendo requisitos más estric-tos en competencia, experiencia previa, personal capacitado yconocimiento sobre concreto, y exigiendo las autorizaciones perti-nentes.

El contratista debe exigir un documento de autorización para shot-crete que tenga una validez general, tal como el que existe paracolocación y armadura (similar al de la Asociación de Shotcrete delReino Unido).

15

Capítulo 2

Método por vía seca

2.1 Composición de una mezcla seca

2.1.1 Contenido de cemento

En la fabricación de la mezcla seca se utiliza usualmente una pro-porción de cementante que varía entre 250 y 450 kilogramos por1000 litros de agregado, o entre 320 y 460 kilogramos por metrocúbico de concreto. Para estimar el contenido real de cemento delshotcrete aplicado, es necesario considerar el rebote. El principalefecto del rebote es la pérdida del agregado de mayor tamaño, queconduce a un aumento del contenido de cemento si se lo comparacon la mezcla inicial. En una mezcla regular de 350 kg de cementopor m3, un rebote del 20 % se traduce aproximadamente en 400 kgde cemento por m3 de shotcrete.

2.1.2 Relación agua/cementante

La relación agua/cementante tiene una influencia fundamental en lacalidad del shotcrete. El agua total utilizada en la mezcla seca secompone del agua de mezcla añadida en la boquilla y la humedad yapresente en el agregado. A diferencia de la proyección por vía húme-da, en la proyección por vía seca no hay un valor definido para larelación agua/cementante debido a que el operario de la boquilla esquien controla y regula la cantidad del agua de mezcla; generalmen-te, esto es una gran desventaja. No obstante, en la práctica el factoragua/cementante es bastante constante debido a que el alcance dela variación es limitado: si se agrega muy poca agua, se crea inme-diatamente un exceso de polvo; si se agrega demasiada agua, elshotcrete no se adherirá a la superficie.

Si se utiliza una técnica correcta, el factor agua/cementante varíasólo ligeramente y permanece por debajo de 0,5. En el mejor de loscasos (agregados que requieran una baja cantidad de agua, sufi-ciente contenido de cemento), es incluso posible fabricar shotcretecon una relación inferior a 0,4.

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Figura 3: La máquina MEYCO® Piccola sobresale por su robustez,simpleza de operación y adaptabilidad a las condiciones específicasde la obra.

Actualmente, un 70 % del shotcrete se aplica mediante vía húmeda,mientras que el 30 % restante se aplica por vía seca. En algunasregiones del mundo predomina el método por vía húmeda (casi 100% en Escandinavia e Italia). Hoy en día se aplican en el mundo ente-ro más de 8 millones de m3 al año.

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mano, lo cual imposibilita garantizar dosificaciones exactas y usual-mente conduce a una sobredosis masiva distribuida de maneradesigual. Varios estudios han demostrado que la resistencia final delmaterial sufre una reducción del 35 % o más si se lo compara con elconcreto base (es decir, sin acelerante). Por tanto, la dosificaciónmanual debe hacerse únicamente en casos excepcionales, o paraaplicaciones de shotcrete cuyos requisitos de calidad no sean est-rictos.

Los dispositivos alimentadores utilizados en combinación con apa-ratos de dosificación en polvo ayudan a obtener una mayor preci-sión. Para óptimos resultados se utilizan tornillos sinfín de alimenta-ción, equipados con un dosificador de eje (p. ej., el instrumentoMEYCO® Rig 016). No se recomienda utilizar alimentadores de cor-rea transportadora.

Los materiales empacados y modificados de forma apropiadapodrían ser una solución conveniente al problema de dosificación.Sin embargo, con frecuencia y especialmente en proyectos grandes,resultan excesivamente costosos.

La mejor forma de garantizar una dosificación precisa del acelerantedurante la aplicación es utilizar productos líquidos (tales como elacelerante libre de álcalis MEYCO® SA160), los cuales son medidosen el agua de mezcla y agregados al material seco en la boquilla. Sinembargo, para obtener una dosificación constante es esencial uti-izar un sistema de dosificación apropiado, incluso con aceleranteslíquidos. Cuando se requiere mezclar previamente el agua y los ace-lerantes, las máquinas son apropiadas sólo hasta cierto punto. Dadoque la relación agua/acelerante es fija, se altera la dosificaciónsegún el peso del cemento cada vez que el operario de la boquillaajusta la incorporación de agua. Sin embargo, es necesario ajustar lacantidad de agua, por ejemplo, para responder a variaciones en lahumedad natural del agregado o en el comportamiento del flujo deagua en la superficie.

Las bombas de pistones garantizan obtener una proporción con-stante cemento/acelerante. Estas bombas miden una cantidad con-stante del aditivo, proporcional a la capacidad de la máquina deproyección, independientemente del ajuste del caudal de agua (p.ej., MEYCO® Mixa).

En comparación con los acelerantes de polvo, los líquidos tienenmás ventajas porque eliminan el problema de componentes cáusti-

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2.1.3 Contenido de humedad natural

Otro aspecto importante de la mezcla seca es el contenido de hume-dad natural. Cuando la mezcla está demasiado seca, la proyecciónproduce una cantidad excesiva de polvo; por otra parte, si el con-tenido de humedad es demasiado alto, el rendimiento de shotcretedisminuye drásticamente, y las maquinarias y las mangueras trans-portadoras se taponan. El contenido de humedad natural óptimodebe oscilar entre el 3 y el 6 por ciento.

Además de las mezclas hechas en el sitio, en los últimos años se hatendido a utilizar materiales secos que llegan al sitio de trabajoempacados en sacos o silos, los cuales, por supuesto, no contienenhumedad natural. Para reducir la formación de polvo, es aconsejablehidratar el material seco antes de introducirlo en la maquinaria deproyección, y para ello existen dispositivos alimentadores de diseñoespecial o boquillas de prehumidificación.

2.1.4 Aditivos

Existen varios aditivos cuya función es controlar las propiedades delshotcrete. Entre los más importantes figuran los acelerantes de fra-guado; estos aditivos reducen el tiempo de fraguado. El shotcreteexhibe un fraguado más rápido y una resistencia inicial mayor, locual permite aplicar capas subsecuentes de shotcrete con mayorrapidez y en espesores mayores.

En proyectos de gran escala, los acelerantes contribuyen a aumen-tar la productividad y son un prerrequisito importante para muchasaplicaciones; como ejemplo, en trabajos de construcción subterrá-nea, la resistencia inicial del shotcrete es un factor esencial.

Tal como es bien conocido en la tecnología de construcción, aceler-ar la hidratación del cemento lleva a una reducción de la resistenciaa los 28 días. Por tanto, para obtener resultados de alta calidad en elshotcrete, es crítico añadir la menor cantidad posible del acelerantey hacerlo de manera uniforme. En cada caso debe determinarse laproporción de acelerante según la cantidad de cemento utilizado.

Hay acelerantes líquidos y acelerantes en polvo; estos últimos (p. ej.,el acelerante libre de álcalis MEYCO® SA545) son añadidosdurante la alimentación del material al equipo de proyección.Desdichadamente, en muchas partes aún se agrega el polvo a

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mayor rebote (>50 %) experimentado por el material en el caso demezclas secas; tal cosa hace que la relación costo/rendimiento seacrítica. Sin embargo, gracias a la experiencia adquirida durante losúltimos años y a las posibilidades presentes de reducir el rebote, seespera que el uso de fibras metálicas aumente con las mezclassecas.

2.2 Comparación entre las mezclas preparadasen obra y el material predosificado

Tal como ya se ha mencionado, el proceso seco permite utilizar mez-clas con agregados con humedad natural o agregados secados alhorno. Los primeros son más económicos y producen menos polvo;no obstante, su contenido de humedad natural es suficiente comopara comenzar una hidratación prematura. Por tal razón, las mezclasde agregados con humedad natural tienen una vida de almacena-miento limitada y deben utilizarse en un tiempo no mayor de 2 horas.Un almacenamiento prolongado provoca mayor rebote y disminu-ción de las resistencias finales.

La fabricación de la mezcla seca en el sitio de trabajo supone lainstalación de las plantas de dosificación y alimentación. Clara-mente, instalaciones como éstas sólo se justifican en proyectosimportantes o a gran escala. En caso de proyectos de shotcrete demenor escala o a corto plazo, la mezcla seca puede obtenerse yapreparada en planta; esto puede generar problemas debido a ladistancia de transporte y a la incertidumbre de una entrega segura.Es importante planificar cuidadosamente la entrega y colocación afin de evitar retrasos e interrupciones del trabajo debido a sumini-stros inadecuados.

Los materiales ensacados o en silos permiten la máxima flexibilidadposible: debido a que pueden almacenarse durante largos períodosde tiempo, la planificación se simplifica. Además, se caracterizanpor una calidad constante. Entre sus desventajas podemos citar sumayor tendencia a formar polvo (lo cual puede ser controlado porprehumidificación), y su precio considerablemente mayor.

El desarrollo de sistemas de control de hidratación tales comoDelvo®crete ha posibilitado prolongar la vida de almacenamiento demezclas de agregados con humedad natural. Al agregar el estabi-lizador Delvo®crete durante la fabricación, la mezcla permanece fre-sca e inalterada. El activador líquido Delvo®crete es añadido en el

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cos en el polvo de rociado. La dosificación en la boquilla previene elfraguado instantáneo. Dada la mezcla uniforme con el material deproyección, es posible medir los acelerantes líquidos de una maneramás económica, lo cual también puede llevar a mayores resistenciasfinales. La experiencia ha demostrado que, en comparación con elconcreto básico, la pérdida de resistencia final del material acelera-do puede ser inferior al 25 %.

Aparte de los acelerantes, los otros aditivos utilizados en el procesode proyección seco son los aglomerantes de polvo, los cuales redu-cen la formación de polvo. Sin embargo, se utilizan poco.

2.1.5 Adiciones

A diferencia de los aditivos químicos, el efecto de las adiciones esprincipalmente físico. Entre las más conocidas figuran los rellenosminerales conocidos como microsílice (o humos de sílice), cuyaimportancia ha crecido dentro de la industria. Estas sustancias finas(superficie de 20 – 35 m2/g) con una proporción de SiO2 que varíaentre el 65 y el 97 %, según la calidad del producto, conducen a unaimportante mejora en la calidad del shotcrete, que se manifiesta enmayor resistencia a la compresión y mayor densidad. Debido a lamejor adherencia, es posible colocar capas más gruesas incluso sintener que utilizar acelerantes.

La microsílice tiene otro efecto interesante en el método por víaseca. Al añadirse de manera apropiada, su uso puede también con-ducir a una reducción del rebote hasta del 50 %. Elkem ha desarrol-lado una tecnología especial para añadir a la boquilla una pasta de50 % (dosificada en el agua). Si bien el sistema de pasta es muy efi-caz, es también bastante complicado porque requiere una bombadosificadora especial (p. ej., MEYCO® Mixa) y un producto adicionalen cantidades elevadas. La pasta debe almacenarse siguiendo lasindicaciones, y usualmente se requiere un agitador.

2.1.6 Fibras

La incorporación de fibras sintéticas o metálicas al shotcrete lleva auna mayor energía de rotura o menor retracción del material.

El uso de fibras metálicas es poco frecuente en las mezclas secas encomparación con su uso en mezclas húmedas, y la razón es el

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apropiada del material seco en la boquilla. Dependiendo del siste-ma, la presión hidráulica aumenta hasta aproximadamente 80 bar.Sin embargo, tales aparatos son costosos y tienden a fallar. Nuestraexperiencia indica que los sistemas con 10 a 15 bar son adecuados.

Además de la formación de polvo en la boquilla, es necesario tam-bién prestar atención al efecto que tiene el polvo del sistema de ali-mentación sobre la máquina. En este particular, las máquinas tradi-cionales de doble cámara o la versión moderna de la Sch¸renberg(SBS) son ventajosas. Sin embargo, las máquinas de rotor puedenser condicionadas a prueba de polvo hasta cierto punto o inclusototalmente si se les acopla un recolector de polvo o si se hace unalubricación continua de los empaques de caucho (lubricación inter-mitente).

Otra manera de obturar totalmente una máquina de rotor es incorpo-rando un sistema de abrazadera hidráulica (p. ej., tal como en elcaso del sistema MEYCO® Unica). El motor se sella con un mangui-to, y la presión de fijación es ajustada automáticamente a la presiónde alimentación. Este sistema garantiza una presión de fijación cor-recta (incluso en el caso de obstrucciones o de distancias de ali-mentación extremas), garantizando así que la máquina permanezcasellada. Asimismo, este nuevo sistema de fijación reduce significati-vamente no sólo los costos resultantes del desgaste sino también lacantidad de aire comprimido requerido (reducción aproximada del25 %).

Otro problema importante del proceso de proyección en seco es elrebote relativamente alto. Según la superficie de aplicación en cue-stión (vertical o en clave), se pierde entre un 15 y un 35 % del con-creto. La pérdida promedio es del 20 al 25 %, comparada con 5 a 10% con el proceso de proyección por vía húmeda.

Para reducir el rebote de una manera significativa, se pueden utilizarlas nuevas clases de adiciones y aditivos mencionados anteriormen-te. El uso de microsílice o de sistemas de control de la hidratacióntales como Delvo®crete puede ayudar, y la pérdida promedio puedereducirse hasta un 15 %, lo cual es comparable con los resultadosobtenidos con el proceso de proyección por vía húmeda.

Frecuentemente se cita una desventaja adicional: el bajo rendimien-to del equipo. No obstante, las máquinas modernas permiten aplicarmás de 10 m3/h; esto es algo que indudablemente no es posible log-rar con aplicación manual, sino con el uso de un brazo robotizado.

20

momento de la aplicación (se agrega como un acelerante líquido), ysimultáneamente vuelve a activar la hidratación del cemento y actúacomo un acelerante. Por tal motivo, cuando se utiliza Delvo®crete noes necesario cambiar la técnica ni el equipo.

El sistema Delvo®crete para el control de la hidratación permitealmacenar las mezclas hasta por tres días, lo cual ofrece más flexibi-lidad y menos costos que los materiales ensacados.

2.3 Problemas del proceso de proyección demezclas secas

Todo proceso tiene sus desventajas; las del método por vía seca sonsus costos operativos relativamente superiores debido al desgaste ydaños en las máquinas de rotor, especialmente en los empaques decaucho y los discos de fricción.

Figura 4: Principio de rotor de una máquina de proyección en secotípica (MEYCO® GM, MEYCO® Piccola)

Para mantener estos costos dentro de límites razonables, esnecesario configurar bien las máquinas, hacer cambios oportunosde piezas y utilizar procedimientos adecuados de pulverización.

Otra desventaja es la formación de polvo, pero el mismo puedereducirse procurando un contenido favorable de humedad natural (oprehumidificación adecuada) y utilizando aglomerantes de polvo.También se pueden utilizar bombas de cebado de presión de agua,las cuales intensifican la presión de agua durante la mezcla en laboquilla. Si se usan en combinación con el uso de anillos de aguamejorados, es posible garantizar una humidificación constante y

1 = Tolva de alimentación2 = Rotor3 = Salidap = Aire comprimido

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Capítulo 3

Método por vía húmeda

Tal como se mencionó anteriormente, este método es el único uti-lizado en Escandinavia, Italia y en un gran número de importantesproyectos subterráneos en todo el mundo. El uso del shotcrete paraaplicaciones de soporte de rocas ha aumentado en forma exponen-cial en los últimos 15 a 20 años, lo cual ha impulsado un intenso des-arrollo del mismo.

Entre 1971 y 1980 se produjo un desarrollo impresionante del méto-do por vía húmeda en Escandinavia, con consiguiente transforma-ción total de su mercado de shotcrete: se pasó de 100 % de vía secaa 100 % de vía húmeda, y la aplicación pasó de manual a robótica.Este cambio radical ocurrió sólo en Noruega. Desde aproximada-mente 1976 – 1978 se han venido agregando cada vez más el humode sílice y la fibra metálica al shotcrete fabricado por vía húmeda.

Sin duda alguna los noruegos llevan la delantera en la tecnología delshotcrete fabricado por vía húmeda, tanto en teoría como en prác-tica. La mala fama de la técnica de proyección por vía húmeda sedebe a los deficientes equipos utilizados y al poco conocimiento delmétodo, factores que han acarreado la producción de un concretode muy baja calidad. Para que la mezcla pudiera pasar por el equipo,se utilizaban contenidos muy altos de agua, con una relación deagua/cementante hasta de 1,0. Gracias a la tecnología de la indu-stria del concreto actual, hoy en día es totalmente factible producirshotcrete por vía húmeda que tenga una resistencia a la compresióna los 28 días superior a 60 MPa.

Actualmente la tecnología se utiliza también en la construcción denuevas edificaciones (en vez del método de colocación original) y enla reparación de plataformas petroleras en el Mar del Norte. Esto esuna prueba fehaciente de la alta calidad del método, dados los est-rictos requisitos que deben cumplir los métodos y los materiales uti-lizados en la construcción submarina.

22

Sin embargo, dado el aumento en los costos de desgaste, una pro-ducción superior a 8 m3/h resulta crítica desde el punto de vistaeconómico.

2.4 Conclusiones

Gracias a los muchos años de experiencia en el proceso de proyec-ción en seco, existe hoy en día un gran conocimiento sobre la técni-ca. Es sumamente importante asegurarse de seleccionar materiales,equipos y técnicas de aplicación que puedan combinarse de lamejor manera posible para alcanzar resultados satisfactorios tantoen calidad como economía.

El proceso en seco es el más antiguo de los dos procesos de proy-ección. Los continuos desarrollos en las maquinarias y en la tecnolo-gía de materiales han permitido ampliar su campo de aplicación. Enun futuro se espera que siga desempeñando un papel importante,dadas las ventajas y las oportunidades disponibles hoy para solven-tar las desventajas tradicionales. Las aplicaciones principales seránproyectos de volúmenes relativamente pequeños o que requieran granflexibilidad (p. ej., reparaciones), o con largas distancias de transporte.

25

El método por vía húmeda mejoró significativamente las condicionesdel ambiente de trabajo, trayendo consigo mayor seguridad para lostrabajadores de túneles.

Una de las situaciones que impulsó el desarrollo del método por víahúmeda fue el lanzamiento de concreto bajo condiciones peligrosas.Los riesgos a la seguridad eran frecuentemente inaceptables sin unrobot y sin utilizar fibras metálicas para refuerzo.

3.1.3 Calidad

Todavía se piensa equivocadamente que el método por vía húmedano ofrece resultados de alta calidad. Lo cierto es que si se utilizanaditivos reductores de agua (baja relación agua/cementante) ymicrosílice, se pueden obtener resistencias a la compresión dehasta 100 MPa aplicando shotcrete por vía húmeda.

A diferencia del método por vía seca, el de vía húmeda ofrece unacalidad homogénea.

3.1.4 Aplicación

Con el método húmedo se utiliza un concreto ya mezclado en plantade concreto o un mortero preenvasado. El concreto se prepara de lamisma forma que el concreto normal. En cualquier momento del pro-ceso es posible inspeccionar y controlar la relación agua/cementan-te (y por tanto, la calidad). La consistencia puede ser ajustada pormedio de aditivos.

Con el método de vía húmeda es más fácil producir una calidad con-stante a lo largo del proceso de proyección. La mezcla ya lista sedescarga en una bomba y se transporta a presión a través de lamanguera. Al principio se utilizaban principalmente bombas helicoi-dales; hoy en día predominan las bombas de pistón.

En la boquilla del extremo de la manguera, se agrega aire al concre-to a razón de 7 – 15 m3/min y una presión de 7 bars según el tipo deaplicación (manual o robot). El aire tiene la función de aumentar lavelocidad del concreto a fin de lograr una buena compactación yadherencia a la superficie. Un error común que se comete con elmétodo de vía húmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire.Generalmente se agregan entre 4 y 8 m3/min, lo cual lleva a menores

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3.1 Razones del cambio al método por vía húmeda

No se sabe por qué el cambio sucedido en Escandinavia no ha ocur-rido en ningún otro país. Quizás la explicación se encuentre ana-lizando las condiciones noruegas.

3.1.1 Economía

La capacidad de proyección ha aumentado considerablementedesde los tiempos de maquinarias/robots de mezclado en seco,hasta los robots de vía húmeda modernos. En un turno de 8 horas, lacapacidad promedio de proyección del método por vía húmeda esusualmente de 4 a 5 veces mayor que la del método por vía seca.

Si bien los costos de inversión en los nuevos robots de vía húmedaaumentaron significativamente, al mismo tiempo hubo una caídaigualmente significativa del costo de colocación del shotcrete, ytambién disminuyó uno de los principales factores de costo, a saber:el tiempo de preparación por cada ciclo. Gracias a los sistemasrobóticos integrados, la aplicación del shotcrete puede comenzar alos pocos minutos de la llegada de los equipos al frente. La introduc-ción de los perforadores hidráulicos aumentó la capacidad de per-foración en un 100 %. El aumento de la inversión se tradujo enmenores tiempos por ciclo de perforación y explosión; por tanto, elcosto del tiempo aumentó. El tiempo gastado en la operación deproyección tenía que disminuir lo máximo posible, y por tanto fuefundamental aumentar la capacidad de aplicación de shotcrete.Asimismo, la reducción del rebote en aproximadamente un 25 %tuvo importantes repercusiones económicas.

3.1.2 Ambiente de trabajo

Los operarios del proceso por vía seca estaban acostumbrados atrabajar en medio de una gran cantidad de polvo. Se emitía polvo nosólo desde la boquilla, sino también desde la máquina de proyec-ción. Como norma general, los resultados de las mediciones depolvo en el ambiente de trabajo eran más de tres veces la cantidadpermisible.

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3.4 Resumen del método por vía húmeda

Con la proyección robotizada de superficies suficientemente gran-des por vía húmeda, es posible lograr (con un operario) una produc-ción promedio de 60 – 100 m3 con rebote inferior al 10 %, en un turnode trabajo de 8 horas.

Al comparar los métodos seco y húmedo, puede concluirse que elprimero debe ser utilizado para aplicaciones de volúmenespequeños (p. ej., reparaciones) y en condiciones muy especiales(distancias largas, interrupciones repetidas, etc.), mientras que elmétodo por vía húmeda debe utilizarse en todo trabajo de soportede rocas.

3.5 Diseño de la mezcla para proyección por víahúmeda

Elementos necesarios para producir un buen shotcrete con el méto-do por vía húmeda:• Cemento• Microsílice• Agregados• Aditivos• Acelerantes líquidos de fraguado, libres de álcalis• Fibras• Postratamiento• Equipo de proyección apropiado• Correcta ejecución de la técnica

A continuación se mencionan aspectos individuales que puedeninfluir en la calidad del material obtenido. Tal como se mencionóanteriormente, el shotcrete tiene los mismos requisitos que el con-creto normal utilizado en construcción, a saber:• Baja relación agua/cementante• Menos agua• Menos cemento• Buena capacidad de colocación

Las diferencias entre las propiedades del concreto fresco y delendurecido son particularmente pronunciadas en el caso del shot-crete. Este hecho disminuye la calidad del shotcrete fabricado porvía húmeda; sin embargo, la diferencia puede controlarse con el usode aditivos reductores de agua, microsílice y fibras.

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resistencias a la compresión así como también adherencia deficien-te y rebote. Para la proyección robotizada se requieren hasta 15m3/min de aire.

Además de aire, se añaden acelerantes de fraguado en la boquilla.Todavía hay quien cree que no es posible obtener concreto resisten-te a la congelación, y que los acelerantes de fraguado empeoran laadherencia del shotcrete. Los resultados de varios estudios, auna-dos a la experiencia práctica, demuestran que los acelerantes logranuna mejor resistencia a la congelación debido a que producen unconcreto más compacto y duradero; asimismo, mejoran la adheren-cia porque evitan el escurrimiento del concreto sobre el terreno, yéste se adhiere inmediatamente a la superficie.

3.2 Ventajas

A continuación se expone un resumen de las ventajas del método devía húmeda en comparación con el de vía seca:• Rebote mucho menor. Con el uso de equipos apropiados y de

personal capacitado, se obtienen pérdidas normales que oscilanentre 5 y 10 %, incluso para el caso de proyección de concretoreforzado con fibras.

• Mejor ambiente de trabajo debido a la reducción del polvo.• Capas más gruesas gracias al uso eficiente de los materiales de

mezcla.• Dosificación controlada del agua (relación agua/cementante

constante y definida).• Mejor adherencia.• Mayor resistencia a la compresión, y uniformidad de resultados.• Producción muy superior, y por tanto más economía.• Uso de fibras metálicas y nuevos aditivos.

3.3 Desventajas

• Distancia de transporte limitada (máx. 300 m).• Mayores demandas en la calidad del agregado.• Sólo se permiten interrupciones limitadas.• Costos de limpieza.

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• Mayor resistencia a la permeabilidad• Menos rebote• Mayor resistencia a los sulfatos

En el shotcrete reforzado con fibra, la adición de microsílice ofreceademás:• Mayor facilidad de mezcla y distribución de las fibras• Menos rebote de las fibras• Mejoramiento del enlace entre la matriz de cemento y las fibras

Tal como se ha señalado, es importante siempre agregar microsíliceal shotcrete.

Debido a la fineza de la microsílice, al agregarla al concreto se preci-san dosis elevadas de un plastificante o superplastificante paradispersarla. La dosificación de aditivos aumenta en aproximada-mente un 20 % cuando se añade microsílice.

3.5.2 Agregados

En lo que se refiere a todos los hormigones especiales, la calidad delagregado es un asunto primordial tanto para el concreto frescocomo para el endurecido. Es importante que la distribución deltamaño de grano y otras características sean lo más uniforme posi-bles. Particularmente importantes son la cantidad y las característi-cas de los finos (es decir, el tamaño de grano y el análisis de tamañode grano). No hablaremos aquí de selección del agregado dado queusualmente debe utilizarse el material disponible y adaptar la formu-lación al mismo; no obstante, para la proyección de mezclas húme-das deben observarse los siguientes criterios:• Diámetro máximo: 8 – 10 mm, debido a limitaciones del equipo

de bombeo y también para evitar grandes pérdidas por rebote.Desde un punto de vista tecnológico se prefiere un valor superiorde diámetro máximo.

• La curva granulométrica del agregado es también muy importan-te, especialmente en su sección inferior. El contenido de materialfino en el tamiz n.° 0,125 mm debe oscilar entre un límite inferiorde 4 – 5 % y uno superior de 8 – 9 %.

• Los materiales finos demasiado pequeños producen segrega-ción, mala lubricación y riesgo de atascamiento. Sin embargo, encaso de usar concreto con fibra, el sobrante de material fino esimportante tanto para el bombeo como para la compactación.

28

3.5.1 Microsílice

Se considera que el humo de sílice (o «microsílice») es una puzolanamuy reactiva con alta capacidad para fijar iones extraños, particular-mente álcalis.

La microsílice tiene un efecto de relleno; se cree que distribuye losproductos de hidratación de manera más homogénea en el espaciodisponible, produciendo así un concreto con menor permeabilidad,mayor resistencia a sulfatos y más durabilidad ante ciclos de conge-lación y deshielo.

Al analizar las propiedades del concreto con microsílice, es impor-tante tener en cuenta que la microsílice puede utilizarse de dosmaneras:• como reemplazo del cemento, para reducir el contenido de

cemento (usualmente por razones de economía)• como adición para mejorar las propiedades del concreto, tanto

fresco como endurecido.

En el shotcrete se debe utilizar microsílice como adición en vez decomo substituto del cemento, a fin de mejorar las propiedades delconcreto y de la proyección.

3.5.1.1 Ventajas especiales del shotcrete con microsílice

Es posible producir shotcrete de calidad normal (es decir, 20 a 30MPa de resistencia en cubos) sin necesidad de utilizar microsílice.Sin embargo, la producción práctica y económica de materiales conresistencias mayores depende hasta cierto grado del uso demicrosílice. Desde el punto de vista técnico, se recomienda utilizar 5 – 10 % de microsílice (del peso de cemento).

El uso correcto de microsílice puede proporcionar las siguiente pro-piedades al shotcrete:• Mejor capacidad de bombeo: lubrica y previene la exudación y la

segregación• Menor desgaste del equipo y de las mangueras de bombeo• Mayor cohesión del concreto fresco, y por tanto menos consumo

del acelerante (con mejores resistencias finales a la compresión)• Mayor adherencia a varios substratos y entre capas de concreto• Resistencias mecánicas superiores• Resistencia superior a la reacción álcali-agregado

31

Tabla 1: TAMIZ Mín. % Máx. %

0,125 4 120,25 11 260,50 22 501,0 37 722,0 55 904,0 73 1008,0 90 100

16,0 100 100

Durante el tamizado, almacenamiento y manejo de los agregados,deben eliminarse partículas de tamaño superior a 8 mm, ya que pue-den bloquear la boquilla y dificultar la limpieza.

Es importante efectuar una buena clasificación de los agregados, yninguna fracción debe constituir más del 30 % del total. El contenidode material triturado y de forma irregular no debe exceder el 10 %. Amenudo, la mejora de la curva granulométrica de una arena naturalmediante el uso de material triturado supone aumentos en lademanda de agua y disminución de la facilidad de bombeo y de lacompactación. Por tanto, antes de utilizar materiales trituradoscomo agregados, deben hacerse pruebas comparativas para deter-minar si la adición de dichos materiales mejora los resultados.

3.5.3 Aditivos: Plastificantes y superplastificantes

Los aditivos tienen como finalidad lograr propiedades específicas enel concreto fresco y en el endurecido mediante el método de proyec-ción por vía húmeda. El uso de aditivos no es una práctica nueva: losantiguos romanos utilizaban diferentes clases tales como sangre decabra o grasa de cerdo para sus trabajos de mampostería, paramejorar las características de moldeo de los materiales. ¡El hecho deque sus construcciones siguen aún de pie, indica que esta gentetenía razón!

Si bien es cierto que los aditivos de concreto son más antiguos queel cemento Portland, su desarrollo, investigación y utilización hanrealmente ocurrido es en los últimos 30 años, todo ello debido a lasexigencias en cuanto a aumentar la producción y a obtener materia-les de mayor calidad. Los reductores de agua tienen la función demejorar la trabajabilidad del concreto y su capacidad de cohesión enel estado plástico; pueden provocar un aumento significativo del

30

Un contenido elevado de material fino produce un concretocohesivo.

Dado que los márgenes de la cesta del tamiz son relativamentepequeños, frecuentemente conviene combinar dos o más fraccio-nes, p. ej., 0 – 2, 2 – 4 y 4 – 8 mm, ajustando la proporción entre ellos,con objeto de elaborar una curva de granulometría que esté dentrode los límites de la curva ideal. La insuficiencia del material finopuede compensarse utilizando más cemento o microsílice; paracompensar el exceso de dicho material, se aumenta la dosificaciónde aditivos reductores de agua.

La curva de distribución del tamaño de grano para el agregado debecaer en la región sombreada de la fig. 5.

Figura 5: Curvas de distribución recomendadas para los agregadosde shotcrete

En lo posible, la cantidad de partículas de 8 mm no debe exceder el10 %; en caso contrario, las partículas rebotarán durante la proyec-ción sobre superficies duras (al comenzar la aplicación), o pene-trarán el concreto ya colocado produciendo cavidades difíciles derellenar.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.125 0.25 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0 16.0 32.0 64.0

0.149 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9.51 19.0 38.1 76.1

Tamiz ISO

Por

cent

aje

rete

nido

Tamiz ASTM, tamaño en mm

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En los últimos años ha entrado al mercado una nueva generación desuperplastificantes de alto rendimiento. GleniumTM es un hiperplasti-ficante basado en un éter policarboxílico modificado que proporcio-na una excepcional reducción del agua y una mayor retención de latrabajabilidad sin retardar el desarrollo de la resistencia inicial.

Figura 6: Los resultados de un ensayo de concreto de 28 días convarios plastificantes de alto rango muestran que GleniumTM producela menor porosidad capilar en comparación con los superplastifi-cantes tradicionales.

Los ensayos fueron llevados a cabo con concreto de la misma trabajabilidad (asentamiento o mesa de asentamiento):

sin aditivo

con LS

conBNS

oMS

conGLENIUM

reducción de agua

150 l 138 l 123 l 99 l

reducción de la relación agua/cementante

0.50 0.46 0.41 0.33

reducción de porosidad capilarEkap (vol.-%), 28 días

7.5 6.5 5.6 3.5

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asentamiento con la misma relación agua/cementante, o bien dicharelación puede reducirse para alcanzar el mismo asentamiento quese obtendría para una mezcla carente del reductor de agua. La dis-minución de la relación agua/cementante está asociada con unaumento en la resistencia; el aumento del asentamiento, con unamejor facilidad de bombeo.

El método por vía húmeda tiene la ventaja de que la mezcla del con-creto y el añadido del agua se llevan a cabo bajo condiciones con-troladas y reproducibles, tales como las de una planta de concreto.Asimismo, la relación agua/cementante – uno de los factores funda-mentales de la tecnología del concreto – , se mantiene bajo control.Sin embargo, uno tiende a olvidar que los equipos requieren un con-creto fresco con gran facilidad de bombeo. Más aún, el métodorequiere una mayor cantidad de aditivos acelerantes de fraguado, locual puede conducir a la pérdida de la resistencia final del concreto.

Hoy en día se utilizan con frecuencia combinaciones de lignosul-fonato, naftaleno y melamina a fin de obtener el mejor concreto posi-ble. Los naftalenos/melaminas (superplastificantes) son química-mente diferentes a los lignosulfonatos (plastificantes/reductores deagua); a los superplastificantes usualmente se les conoce comoreductores de agua de alto rango porque pueden utilizarse en altasdosis sin los problemas de retardo de fraguado ni de inclusión exce-siva de aire que a menudo se observan con la adición de dosis altasde reductores de agua convencionales. La melamina forma una pelí-cula lubricante en las superficies de la partícula, el naftaleno cargaeléctricamente las partículas de cemento de forma tal que se repelenentre sí, y el lignosulfonato disminuye la tensión superficial del agua.Cuando las partículas de cemento están bien dispersas, no sólofluyen mejor sino que cubren mejor los agregados. El resultado es unconcreto más resistente y trabajable.

Los superplastificantes/plastificantes tienen un efecto excelente enla dispersión de «finos», y por tanto son aditivos ideales y necesari-os para el shotcrete. El mayor asentamiento logrado por los super-plastificantes convencionales depende de las condiciones de tiem-po y temperatura. Sin embargo, la facilidad de bombeo puedemantenerse sólo por tiempo limitado (20 – 90 minutos) después de lamezcla, y una dosis excesiva de aditivos puede conducir a segrega-ción y a una pérdida total de la cohesión. Normalmente la dosifica-ción oscila entre 4 y 10 kg/m3 según los requisitos de calidad, rela-ción agua/cementante, consistencia requerida, así como también eltipo de agregado y de cemento.

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está aún en el aire, de manera que se adhiera a la superficie cuandoaumente el espesor de la capa.

Los acelerantes de fraguado posibilitan la proyección eficaz ensuperficies verticales y en clave. El efecto de fraguado permite apli-car el shotcrete como soporte inicial – una función importante en latécnica de excavación de túneles NATM (New Austrian TunnellingMethod). Generalmente, debido a las posibilidades de irrupción deagua (p. ej., desde la roca posterior), se exige una mayor proporciónde aditivos para acelerar el fraguado del shotcrete.

Los acelerantes son añadidos en forma líquida mediante una bombadosificadora especial (bomba de pistón o de gusano). La dosifica-ción del acelerante depende de la capacidad del operario, la super-ficie y la relación agua/cementante. Una relación agua/cementanteelevada aumentará la necesidad de acelerantes a fin de reducir laconsistencia.

Ahora bien, toda moneda tiene dos caras: un efecto secundario delos acelerantes tradicionales (basados en aluminato o water glass)es que disminuyen la resistencia final a los 28 días al compararsecon la del concreto sin acelerantes. Por tal motivo, es importantesiempre mantener el consumo de acelerantes a un mínimo (menorconsumo en las paredes que en la clave).

La diferencia básica entre los acelerantes de aluminato y los de sili-catos sódicos modificados/water glass, es que los de aluminato par-ticipan en el proceso de hidratación y contribuyen a aumentar lasresistencias iniciales en las primeras 0,5 – 2 horas (1 – 2 MPa).

3.5.4.1 Comportamiento químico de los acelerantes de aluminatodurante el proceso de hidratación

El clínquer Portland pulverizado reacciona espontáneamente conagua para formar una masa endurecida que adquiere una alta resi-stencia a la compresión al cabo de unos cuantos minutos. Dada larapidez de esta reacción, estos clinquers son utilizados únicamenteen casos especiales, tales como materiales de adherencia para elconcreto. Para facilitar la operación, es necesario agregar de 2 a 5 %de sulfato de calcio (CaSO4).

El sulfato de calcio reacciona con C3A (aluminato tricálcico), una delas cuatro fases importantes del clínquer durante la formación de

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GleniumTM es una molécula compleja y flexible compuesta de gru-pos funcionales de cadenas de diferentes longitudes. La mezcla deagua con cemento inicia una reacción química (hidratación); el agua se absorbe en la superficie de las partículas de cemento, y éstas sedisuelven rápidamente. Las moléculas de GleniumTM son atraídas a la superficie de las partículas de cemento durante la mezcla yaumentan la carga negativa en la superficie, provocando así la re-pulsión electrostática. Esto trae como resultado un gran mejora-miento de la dispersión de las partículas de cemento y consiguientemejora de la trabajabilidad, a pesar del menor contenido de agua.Las moléculas de GleniumTM tienen cadenas laterales muy largasque también desarrollan impedimento estérico, mejorando adicio-nalmente la capacidad de las partículas de cemento de manteneruna distancia de separación entre sí y aumentando aún más el efec-to de dispersión.

GleniumTM actúa en un mecanismo de dos pasos que prolonga eltiempo de trabajabilidad del concreto fresco. Como parte de susmecanismos de reacción química, se incorpora una segunda molé-cula que reacciona después de la primera. El aumento de alcalinidaddel concreto durante la mezcla y el vaciado activa la segunda molé-cula. Esta acción de retardo larga el tiempo de trabajabilidad sin losusuales efectos secundarios de retardo en los tiempos de fraguadofinales y en las resistencias tempranas.

El uso de GleniumTM tiene varias ventajas:• Altísima reducción del agua (>40 %)• Baja porosidad capilar• Gran extensión de la trabajabilidad, con la menor relación posible

de agua/cementante• Alta cohesividad, facilidad de bombeo• Rápido desarrollo de la resistencia

El policarboxilato GleniumTM tiene ya amplio uso en combinacióncon los acelerantes libres de álcalis. Este material representa el futu-ro de los aditivos del shotcrete.

3.5.4 Acelerantes de fraguado tradicionales

El método por vía húmeda requiere añadir aditivos acelerantes defraguado en la boquilla, los cuales principalmente reducen el asenta-miento (consistencia) en el momento de la proyección, pasando deuna consistencia líquida a una pastosa mientras que el concreto

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Los acelerantes de aluminato comienzan a desarrollar resistenciadespués de 5 – 10 min, y después de 20 – 30 min la resistencia haalcanzado un valor suficientemente alto (>0,4 MPa) como para quela capa de shotcrete pueda soportar su propio peso. Por tanto, estosacelerantes permiten proyectar el concreto con capas más gruesasque los silicatos de sodio modificado o water glass. Los espesorestípicos oscilan entre 20 – 50 cm (en clave).

Normalmente se hace la proyección de una primera capa de 6 – 10cm en toda el área a recubrir. Una vez finalizada esta operación, sehabrá desarrollado suficiente resistencia como para hacer la proyec-ción de una nueva capa de 10 cm. El proceso se repite hasta llegar alespesor deseado.

Los acelerantes de aluminato son igualmente apropiados para situa-ciones caracterizadas por problemas de agua. En estos casos, elprocedimiento normal de proyección es formar una capa muy del-gada de shotcrete con una sobredosis de acelerante de aluminato (8 – 10 % del peso de cementante) y esperar 30 min hasta que dichacapa haya adquirido la resistencia suficiente como para soportar lapresión de agua. Seguidamente se continúa la proyección hasta lle-gar al espesor deseado.

Las desventajas de los acelerantes de fraguado basados en alumi-natos son las siguientes:• Mayor disminución de la resistencia final que la obtenida con los

silicatos sódicos modificados (>30 – 50 %)• No funcionan igual con todo tipo de cemento, y por tanto es

necesario determinar su reactividad con el cemento a utilizarseantes de comenzar la proyección.

• Tienen valores de pH elevados (>13), por lo que pueden causardaños en la piel, los ojos, etc.

Es importante tomar medidas de precaución durante el manejo yuso de este tipo de acelerantes. El personal encargado del manejo yde la proyección del material debe siempre usar guantes, careta ylentes de protección; debe evitarse el contacto directo del materialcon la piel.

36

etringita. La etringita rodea cada partícula de cemento como unacapa densa que retarda (pero no impide) el acceso adicional de aguaa la superficie de cemento. Debido a esta reacción retardada de lapasta de cemento, el concreto mantiene su trabajabilidad durantecierto tiempo. Una vez que todos los sulfatos se consumen y seunen a la etringita, los aluminatos sobrantes reaccionan nuevamen-te con etringita y eliminan los sulfatos, al mismo tiempo que formanun «monosulfato», el cual es más permeable a agua; esto permitenuevamente una reacción adicional más rápida del cemento.

Al añadir acelerantes de fraguado basados en aluminato, se produceun aumento repentino del contenido de aluminatos requerido para for-mar monosulfatos. Esto permite una hidratación normal espontáneadel cemento, y conduce a altas resistencias iniciales a la compresión.

Las características normales de fraguado para los acelerantes dealuminato son: inicio del fraguado: < 60 segundos* final del fraguado: < 3,5 minutos*(* Ensayo con el equipo de aguja Vicat [manual].)

Figura 7: Comportamiento del fraguado de un acelerante líquidocon base de aluminato de alta eficiencia

Los acelerantes de aluminato son utilizados preferiblemente en apli-caciones de rocas blandas con alta deformación, y en aquellasdonde se requieren soportes de alta resistencia inicial y espesoresgrandes (>15 cm) en tiempos cortos después de la excavación.

Min

utos

Comienzo del fraguado Final del fraguado

39

Criterio principal para los acelerantes de aluminato:Características del cemento a utilizarC3A 5–10 %, preferiblemente 7–9 %Blaine >3500, preferiblemente >4000 m2/kg

También depende de la mezcla de cenizas volantes, escoria y yeso.

3.5.4.2 Silicatos sódicos modificados/water glass

Los silicatos sódicos modificados/water glass se caracterizan por unefecto momentáneo (<10 segundos) de pérdida del asentamiento dela mezcla de shotcrete, y no participan en el proceso de hidratacióntal como lo hacen los acelerantes de aluminato (si las dosificacionesno exceden 20 % del peso del cementante).

Los silicatos sódicos modificados fijan el agua en la mezcla; por talmotivo la dosificación depende de la relación agua/cementante:mientras mayor sea dicha relación, más silicato sódico modifica-do/vidrio soluble se requerirá para «fijar» el agua a la mezcla.

Los silicatos sódicos modificados o water glass no producen resi-stencias muy elevadas durante las primeras 2 – 4 horas. Depen-diendo del tipo de cemento y de la temperatura, se llega al fraguadofinal en tiempos mayores de 30 minutos.

Ventajas• Funcionan con toda clase de cemento• Menor disminución de las resistencias finales que las obtenidas con

los acelerantes de aluminato a dosificaciones normales (4 – 6 %)• Muy buen efecto aglomerante• No causan daños al medio ambiente ni son tan dañinos para la

piel. El pH es <12, pero así y todo es importante evitar su contac-to con la piel. Siempre se deben utilizar guantes y lentes de pro-tección.

• Menor contenido de álcalis que los productos basados en alumi-natos (<8,5 % de Na2O).

Desventajas• No pueden utilizarse a temperaturas inferiores a +5°C.• Espesor limitado: máx. 8 – 15 cm

38

Las dosificaciones típicas de acelerantes de fraguado conbase de aluminatos oscilan entre 4 – 8 % del peso delmaterial cementante.

Existen dos clases de acelerantes de fraguado con base de alumina-tos:• Aluminatos sódicos • Aluminatos potásicos

Los acelerantes de aluminato potásico funcionan con una mayorvariedad de cementos y normalmente ofrecen un fraguado más rápi-do y mayor resistencia inicial que los acelerantes de aluminato sódi-co.

Prueba de fraguado con acelerantes de aluminato

1) 30 – 32 g de agua2) 100 g de cement3) Mezclar durante 2 – 3 minutos hasta obtener una pasta de

cemento homogénea.4) Añadir 6 g del acelerante específico del proyecto.5) Mezclar enérgicamente a mano durante un máximo de 15 segun-

dos a fin de distribuir bien el acelerante en la pasta de cemento.Nota: Evitar mezclar por más de 15 segundos; de lo contrario secorrerá el riesgo de deteriorar el proceso de fraguado.

6) Formar una masa con la pasta de cemento acelerada y colocarlaen el equipo de ensayo Vicat.

7) Utilizar únicamente el equipo de aguja Vicat manual (no elautomático).

8) Llevar a cabo el ensayo para determinar el inicio del fraguado yanotar los resultados. La aguja debe detenerse a 1 – 2 mm delfondo.

9) Llevar a cabo el ensayo para determinar el fraguado final y anot-ar los resultados. Es posible que la aguja no penetre la pasta decemento.

Criterios de fraguado

Inicio de fraguado Final de fraguado<30 s Bueno <3 min Bueno<60 s Aceptable <4 min Aceptable>60 s No aceptable >4 min No aceptable

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Nota: Recientemente se hizo una prueba en Noruega, en la cual sedeterminó la resistencia de un shotcrete por vía húmeda hace 18años; la resistencia obtenida fue la misma que tenía el material a los28 días. Estos resultados contradicen las declaraciones de algunos:la calidad del concreto con acelerantes de silicato sódico modifica-do no representa ningún problema hasta resistencias de 60 MPa.

3.5.5 Acelerantes de shotcrete libres de álcalis

Hoy en día, en el mercado de acelerantes de shotcrete se hace énfa-sis en la seguridad para las personas y para el medio ambiente. Porejemplo, Francia, Suiza, Hong-Kong, Singapur y Austria prohíbenutilizar acelerantes de aluminato cáusticos debido a los riesgos parala salud del personal. De acuerdo con la información suministrada enla reunión «ITA Working Group on Sprayed Concrete» (Washington,1996), los problemas de salud ocasionados por la proyección por víaseca constituyeron una razón importante del aumento del mercadodel método por vía húmeda en Brasil.

Además, han aumentado los requisitos de fiabilidad y durabilidad delas estructuras de concreto. Ciertos problemas tales como pérdidade resistencia o efectos de filtrado que se piensa son causados poracelerantes alcalinos fuertes, han forzado a la industria a buscarsoluciones y crear productos que exhiban un mejor rendimiento.

Tradicionalmente, los operarios de shotcrete han estado «acostum-brados» al exceso de polvo y a los problemas de salud: quemadurasde la piel, riesgo de pérdida de la vista e incluso lesiones personalescausadas por caída de rocas (especialmente en el caso de la proy-ección manual de mezclas secas, con acelerantes de aluminato cáu-sticos y mallas sobre substratos no soportados). Hoy día, por logeneral (y dependiendo de la región del planeta) ya no se aceptantales condiciones nocivas.

Durante la última década, la industria de la construcción ha estado ala búsqueda de acelerantes de shotcrete que sean más seguros ymejoren el rendimiento. Actualmente existen en el mercado produc-tos libres de álcalis y no cáusticos de buen rendimiento, que hacenposible aplicaciones de shotcrete de alta calidad, eficientes yeconómicas. Ya no se justifica el uso de productos peligrosos talescomo los tradicionales aluminatos cáusticos y silicatos sódicosindustriales cáusticos. Nosotros favorecemos una prohibición totalde estos tipos de productos. Si bien MBT está aún comerciando con

40

3.5.4.3 Campos de aplicación

• Aplicaciones de soporte permanente• Aplicaciones de soporte temporal, en donde no se requieran resi-

stencias iniciales (condiciones de roca dura)• Trabajos de reparación• Lugares con un espesor máximo limitado (10 – 15 cm) de aplica-

ciones en clave.

3.5.4.4 Dosificaciones típicas

Silicatos sódicos modificados: 3 – 6 % por peso.

Normalmente se recomienda no utilizar water glass (e incluso seprohíben) debido a que se requieren altas dosificaciones (>10 – 12 %,normalmente 20 %), las cuales disminuyen la resistencia, producenresultados de mala calidad y dan un falso sentido de seguridad.

La norma EFNARC (Especificación Europea del Shotcrete, 1996)limita la dosificación máxima a 8 % del peso del material cementiciopara el uso de acelerantes líquidos.

Ciertos expertos europeos creen erróneamente que los acelerantesde silicato sódico modificado llevan a mayor pérdida de calidad quelos de aluminato, y basan esa creencia errónea en los resultados deun pequeño número de pruebas de laboratorio realizadas con altasdosificaciones de water glass (15 – 20 %) y un concreto con una rela-ción agua/cementante de 0,7 – 0,8. Estas condiciones son totalmentediferentes a las utilizadas en la práctica, y por tanto es incorrectosacar conclusiones a partir de dichos resultados.

Igualmente, el efecto de los silicatos sódicos modificados en lareducción de la resistencia final depende de las condiciones decurado. Con una dosificación de 15 % del peso de cemento, sepodría producir una pérdida de resistencia del 50 %; si las muestrasse curan en agua, la pérdida se reduce al 30 %.

Los resultados de pruebas de curado a largo plazo demuestran resi-stencias finales iguales a las del concreto sin acelerantes. En lamayoría de las aplicaciones que tienen una dosificación razonablede silicatos (3 – 6 %) y un buen control de calidad, se aceptan pérdi-das de resistencia menores que 20 %. En la práctica, las pérdidasoscilan entre 10 y 15 %.

43

2. Proceso por vía seca, con agregados naturalmente humidificadosy cemento rápido Heidelberg Cronolith S, utilizando un equipo«mixer» Heidelberg con una máquina de proyección SBS Tipo B1.

3. Método por vía húmeda con cemento Kardstadt CEM I 42.5, ace-lerante líquido libre de álcalis MEYCO® SA140 y un equipo deproyección móvil MEYCO® Roadrunner.

Las mediciones se llevaron a cabo con un instrumento óptico depolvo fino, hund TM DATA. A continuación se exponen las intensida-des relativas de polvo medidas en el entorno inmediato del obreroencargado de la proyección:

Sistema de Intensidad de Capacidad de Boquillasproyección polvo relativa proyección

1) (vía seca) 12,6 13,5 m3/h 22) (vía seca) 6,6 6,8 m3/h 13) (vía húmeda) 3,3 15,4 m3/h 1

Otro ejemplo son las mediciones de polvo realizadas en Escandi-navia entre 1979 y 1998 (véase la fig. 8).

Figura 8: Datos de comparación de shotcrete fabricado por vía secay vía húmeda con diferentes clases de acelerantes. Se muestranalgunos ejemplos de mediciones de polvo realizadas enEscandinavia entre 1979 y 1998. La aplicación de mezclas húmedasen el Túnel del Cabo Norte fue realizada bajo condiciones idénticas(equipos, operarios, ventilación del túnel, capacidad de proyeccióny diseño de mezcla).

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aluminatos cáusticos, las ventas de los mismos se efectúan única-mente a solicitud del cliente, y la empresa no realiza actividad algu-na para promocionar las ventas de tales productos. Como resultado,el volumen de ventas de los mismos ha disminuido drásticamente, yhoy en día se reemplazan con acelerados líquidos no cáusticos y lib-res de álcalis.

La responsabilidad de mejorar la aplicación de shotcrete, así como lascondiciones del medio ambiente y la seguridad para los trabajadoresrecae ahora sobre propietarios, especificadores y contratistas.

Debido a su compleja composición química, los acelerantes libres deálcalis son más costosos que los acelerantes tradicionales. Sin embar-go, el precio de los acelerantes tiene una influencia prácticamentedespreciable en el costo total del shotcrete. Mucho más importantesson los ahorros de tiempo y de rebote que se obtienen, así como tam-bién el mejoramiento de la calidad y del ambiente de trabajo.

3.5.5.1 Formación de polvo

La selección del método por vía húmeda, así como la sustitución deacelerantes de aluminato cáusticos por productos líquidos libres deálcalis y no cáusticos representan un gran avance hacia el mejora-miento del ambiente de trabajo. Factores como el polvo y el rebotehan disminuido significativamente, y las quemaduras de la piel sehan convertido en cosa del pasado.

Las mediciones de polvo en el Túnel del Cabo Norte en Noruega(léase el caso de estudio de la sección 3.5.5.10), en donde se haempleado shotcrete por vía húmeda de alto rendimiento conMEYCO® SA160, un acelerante líquido no cáustico y libre de álcalis,muestran un contenido total de polvo inferior a 3,7 mg/m3 de aire enel ambiente inmediato al operario. Este valor es dos veces menorque aquellos obtenidos con los acelerantes líquidos de silicatomodificado, bajo las mismas condiciones (véase la fig. 8).

Es difícil encontrar comparaciones directas de mediciones de polvoen condiciones iguales en el mismo túnel. Un ejemplo es el informedel Ing. Markus Testor, del Túnel Irlahull en Alemania, en el cual semidió la formación de polvo para tres sistemas de aplicación:1. Proceso por vía seca, con agregados secados al horno mezcla-

dos con cemento rápido Schwenk CEM I 32.5 R/SE utilizando unequipo de proyección móvil Rombold.

Polvo total [mg/m3 de aire]

10 20 30 40 50

Proceso por vía seca Método por vía húmeda

Ulla Førre. Salida ~5 m3/h (ref. T. Myran)

Estocolmo. Salida ~5 m3/h (ref. T. Myran)

Lillestrøm. Salida ~8 m3/h (ref. T. Myran)

Cabo Norte (1998). Acelerante de silicato modificado, salida ~15 m3/h

Cabo Norte (1998). Acelerante líquido no cáustico y libre de álcalis MEYCO® SA160 , salida ~15 m3/h

45

Tabla 2: Corrosividad: escala de pH

0 7 14ácido neutro básico ( alcalino)

Agresivo/corrosivo a: No agresivo Agresivo/corrosivo a:acero y aluminioconcreto no ojos y pielojos y piel corrosivo órganos respiratoriosórganos respiratorios

Ejemplos de valores de pH:1 4 7 10 12 14

ácido sulfúrico, ácido acético agua soda, lechada de hidróxido ácido amoníaco cemento sódico

clorhídrico (soda cáustica)

3.5.5.3 Acelerantes líquidos no cáusticos libres de álcalis

El uso cada vez mayor de acelerantes de shotcrete sin álcalis vienesiempre acompañado de una o más de las ventajas siguientes:1) Reducción del riesgo de la reacción álcali-agregado, mediante la

eliminación del contenido de álcalis provenientes de los ace-lerantes de aluminato cáusticos comunes.

2) Mejoramiento de las condiciones de seguridad de los trabajado-res gracias al uso de acelerantes menos dañinos: se evitan lesio-nes como quemaduras de la piel, pérdida de la vista y problemasrespiratorios.

3) Protección ambiental debida a la reducción de componentespeligrosos descargados en el agua subterránea, provenientes delshotcrete y su rebote.

4) Menos pérdida de la resistencia final del shotcrete (normalmentecon los acelerantes convencionales entre 15 y 50 %).

La importancia de los puntos anteriores varía según el mercado. Lospuntos 2 y 3 son los más importantes en aplicaciones en que el shot-crete se utiliza principalmente como recubrimiento final (en diseñosconsiderados temporales y no permanentes). En los casos en que seutilice para estructuras permanentes, los puntos 1 y 4 adquieren unaimportancia equivalente. Todas estas variaciones causan ciertasconfusiones en los usuarios.

44

3.5.5.2 Terminología confusa: ¿«no cáustico»? ¿«libre de álcalis»?

En el contexto de acelerantes de shotcrete, frecuentemente surgeuna confusión con los términos «no cáustico» con «libre de álcalis».Esto se debe a que en el lenguaje profesional, el término «alcalino»tiene un significado dual:1) Líquido básico (con un valor de pH entre 7 y 14). Como ejemplo,

el óxido de calcio disuelto en agua produce una alta concentra-ción de iones OH- y un valor de pH aproximado de 13. Esta solu-ción es fuertemente básica (alcalina), pero no contiene cationesde álcalis.

2) Solución que contiene cationes de álcalis tales como Na+, K+, Li+.Un ejemplo de tal solución es la sal común disuelta en agua(solución de cloruro de sodio), la cual contiene cationes de álca-lis; sin embargo, su valor de pH es aproximadamente 7, y portanto es neutra.

¡La alcalinidad y el contenido de álcalis son dos propiedades inde-pendientes! Para los acelerantes del shotcrete, el término «libre deálcalis» debería significar exclusivamente que el acelerante no conti-ene cationes de álcalis (o que su contenido está por debajo del 1 %)(ver arriba, 2).

El límite anterior se impone para reducir el riesgo de la reacción decationes de álcalis con ciertos minerales sensibles (sílice disoluble,SiO2) que en ocasiones se encuentran en los agregados de concre-to. Si ocurriera tal reacción, los granos del agregado se fracturarándebido a la expansión resultante, lo cual podría afectar negativa-mente la matriz del shotcrete.

La mayoría de los acelerantes son sumamente básicos (pH 12 – 14),y pueden denominarse cáusticos, básicos, agresivos, o en ciertoscasos corrosivos; sin embargo, es aconsejable evitar utilizar el térmi-no alcalino. Asimismo hay ejemplos de acelerantes que son ácidosfuertes (pH 0 – 2), que son denominados ácidos, agresivos o corrosi-vos. En cualquier caso es esencial mantener un ambiente seguro yprácticas de trabajo seguras.

Tanto las bases fuertes como los ácidos fuertes pueden representarun peligro para el personal debido a sus efectos dañinos sobre losojos, la piel y los órganos respiratorios. Los términos generales uti-lizados en esta relación son casi neutro (pH 5 – 9) y agresivo (pH 0 – 4y 10 – 14).

47

despreciable en la resistencia final, se requirió un acelerante «sinálcalis». En este caso (Jubilee Line, Contrato 104), la finalidad princi-pal de utilizar un acelerante sin álcalis era aumentar durabilidad.Asimismo, la construcción de la primera sección del Túnel HeatherExpress fue llevada a cabo con recubrimiento de shotcrete perma-nente sin álcalis. Especialmente en Escandinavia pero también enotras áreas, cada vez más se está llevando a cabo la aplicación derecubrimientos de shotcrete permanentes en una fase de construc-ción separada, bien detrás del área de la fachada.

Estos ejemplos pueden resumirse como la situación típica II: Eneste caso, se hace una aplicación sistemática en áreas relativamen-te grandes, bien por detrás del frente del túnel, parcialmente sobremallas electrosoldadas y cerchas, pero cada vez más utilizandofibras metálicas. El espesor de las capas finales puede ser grande,pero puede hacerse en varias pasadas y por tanto no se requiere unaalta resistencia final.

En Escandinavia (túneles poco profundos), la solución estándar desoporte es el recubrimiento de shotcrete «de un paso» o de singleshell, una metodología que está siendo aplicada cada vez más enotras partes del mundo. Básicamente se trata de aplicar el shotcreteen el frente siguiendo requisitos de calidad, lo que le permite serconsiderada como parte del recubrimiento de shotcrete final y per-manente. El término single shell se refiere a una estructura sencillaque podría producirse en un número de pasos (en el frente y detrás,véase el capítulo 9). Ejemplos de esta aplicación en Noruega son lostúneles de carretera, túneles ferroviarios, túneles de carreteras bajoel nivel del mar y túneles de canales, túneles hidroeléctricos, la pistaolímpica Gjøvik de hockey sobre hielo, etc.

En el caso de revestimientos de shotcrete permanentes de una solacapa, se aplican ambas de las situaciones descritas anteriormente.La diferencia básica es que los requisitos de calidad son los mismosen toda la construcción. Es posible que los diferentes requisitosprácticos exijan acelerantes diferentes en el frente y en etapasposteriores, según el tipo de cemento y otros requisitos locales. Portanto, se ha comprobado que no es posible cubrir todas las situacio-nes con un solo producto.

Propiedades

MBT ha dado un paso tecnológico importante al lanzar una gama deacelerantes líquidos sin álcalis y no cáusticos tanto para el shotcrete

46

Requisitos en distintos países. Ejemplos.

En algunos países, casi todo el shotcrete utilizado para la excava-ción de túneles está considerado como temporal, y se descarta parael diseño del recubrimiento permanente. En este caso se hace casoomiso de los posibles problemas de durabilidad creados por unareacción álcali-agregado en el shotcrete. Sin embargo, cada vezmás las legislaciones correspondientes exigen acelerantes «sinálcalis» para mejorar la seguridad de las condiciones de trabajo. Enotras palabras, se requieren acelerantes no agresivos.

En otros países impera el mismo uso del shotcrete, pero hasta ahorano hay legislaciones que prohíban el uso de acelerantes agresivos.Ahora bien, en vista de la inquietud por proteger el medio ambiente(agua subterránea), las autoridades están ahora exigiendo aceleran-tes «sin álcalis». No deben utilizarse componentes de lixiviación dealto pH adicionales al cemento. En este caso, lo que se requiere esun acelerante no agresivo (sumamente irritante).

Hay también países en donde la mayoría del shotcrete utilizado en laexcavación de túneles es temporal desde el punto de vista dediseño. Sin embargo, en los mismos países normalmente serequieren acelerantes «sin álcalis», es decir, no cáusticos y sin catio-nes de álcalis, para así impedir componentes de percolación agresi-vos, y frecuentemente para limitar la reducción de la resistencia final.En lo que respecta a la seguridad del personal, hasta ahora no hayregulaciones contra productos agresivos.

Situación típica I: En los casos anteriores, la situación práctica esdirectamente en el frente del túnel, en donde se hace la proyecciónen su mayoría sobre (o a través de) mallas electrosoldadas y cerchasde acero, trabajando en áreas pequeñas simultáneamente y aplican-do rápidamente espesores de capas mayores de 150 mm. A menu-do se exige una alta resistencia inicial por razones de seguridad.

En los túneles del metro de Londres, el procedimiento normal de usode recubrimientos de shotcrete consiste primero en aplicar un recu-brimiento primario temporal. Hasta ahora no se han establecidoregulaciones que impongan el uso de acelerantes sin álcalis paraesta aplicación. Sin embargo, debido a los excelente resultadosobtenidos con shotcrete fabricado por vía húmeda, ha aumentado elinterés por utilizar el shotcrete también para propósitos de recubri-miento permanente, tal como lo describen Annett y Varley. Para pro-ducir un concreto duradero de alta calidad, con una reducción

49

exagerar dicho espesor. Particularmente, se ha comprobado quelos productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 producenespesores extremadamente grandes, en ocasiones hasta de 700mm en una pasada.

(5) La dosificación se da como porcentaje del peso del cementante(cemento más cualquier adición puzolánica). Los valores másbajos indicados se logran con cementos apropiados (alta com-patibilidad), mientras que puede utilizarse una máxima dosifica-ción con cementos inferiores, o si se requiere una alta resistenciainicial. Puede mencionarse que las dosificaciones superiores almáximo dado no mejorarán la calidad, y en cambio pueden oca-sionar escurrimiento y reducir la resistencia final. Dentro de lagama de dosificaciones indicadas no hay pérdida de resistencia(o si la hay, es mínima). En cierto casos, la resistencia final es sig-nificativamente superior que la del mismo concreto sin aceleran-te.

(6) Los tres productos exhiben un excelente desarrollo de la resi-stencia inicial a partir de 7 horas. Los valores nominales se rela-cionan con los primeros minutos y pueden considerarse comoparalelos al posible espesor de capa aplicado en la clave. Losproductos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 son muy bue-nos con casi todos los cementos, y excelentes (tan buenoscomo, o mejores que los mejores resultados de los aluminatoscáusticos).

(11)Los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 funcionanbien con la mayoría de los cementos, incluso con tipos decementos mezclados que no funcionan bien con todos los otrostipos de acelerantes.

3.5.5.4 Acelerantes sin álcalis en polvo

La metodología de los productos en polvo involucra numerosaslimitaciones prácticas:• Costos de una unidad dosificadora adicional • Un operario adicional para vaciar el acelerante en la máquina de

proyección en seco/dosificadora• Dosificaciones más altas: aproximadamente 7 – 10 % por peso• Es necesario alimentar más aire a la unidad dosificadora (4 – 5

m3/min)• Mayor rebote. Los resultados de pruebas muestran un rebote de

10 a 15 %, superior al obtenido con los acelerantes líquidos sinálcalis.

48

por vía seca como por vía húmeda. Los productos en polvo son muydifíciles de utilizar en la práctica. Gracias a este avance, MBT se hacolocado al frente de la tecnología.

A diferencia de la mayoría de los acelerantes tradicionales, los pro-ductos sin álcalis y no cáusticos de MBT llevan a poca o ningunadisminución de la resistencia final. Es más fácil satisfacer los requisi-tos exigidos para HPS (shotcrete de alto requerimiento), p. ej., pararecubrimientos de shotcrete permanentes de single shell. Sinembargo, la innovación más importante que ofrecen los acelerantessin álcalis de MBT es la seguridad del ambiente de trabajo: se acabóel peligro de quemaduras de la piel para los operarios.

MEYCO® MEYCO® MEYCO® MEYCO®

SA160 SA161 SA162 SA170

Forma física (1) líquido líquido líquido líquido

Cationes de álcalis (2) <0,5% <0,5% <0,8% <0,5%

Valor de pH a +20°C.mezclado 1:1 con agua (3) 2,5 – 3,5 3,0 – 4,0 2,4 – 3,4 3,2 – 4,0

Espesor de la capa (4) 300 mm 300 – 500 mm 300 – 700 mm 300 – 700 mm

Dosificación (5) 4 – 10% 3 – 8% 3 – 7% 3 – 7%

Desarrollo de resistencia inicial (6) bueno muy bueno excelente excelente

Corrosividad (7) alta alta moderada ninguna

Equipo (8) inoxidable inoxidable inoxidable estándar

Efecto sobre la piel (9) no clasificado no clasificado no clasificado no clasificado

Manejo (10) sencillo sencillo sencillo sencillo

Funciona con todo tipo de cemento (11) sí sí sí sí

Comments:(3) Los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 tienen un

valor de pH de 2,5 a 4,0, y por tanto son ácidos. No son lo sufi-ciente agresivos como para causar problemas cutáneos, pero losMEYCO® SA160/SA161/SA162 atacan el acero y por tanto serequiere que los equipos a estar en contacto directo con estosproductos (antes de la proyección) sean de acero de calidad resi-stente al ácido. Los acelerantes libres de álcalis, una vez que seagregan a la boquilla, son neutralizados inmediatamente por loscementos ricos en álcalis: no hay riesgo de corrosión para elrefuerzo metálico.

(4) Espesor de capa mínimo que puede aplicarse en la clave en unapasada, con tal de que se utilice un cemento de calidad razona-blemente compatible. Ciertos tipos de cemento permitenaumentar el espesor significativamente, pero es aconsejable no

51

Interpretación de los resultados:Inicio de fraguado <2 min <4 min >4 minFinal de fraguado <5 min <8 min >8 minClasificación Bueno Aceptable No aceptable

En un mortero (según EN 196-1):(Equipo: Mezclador Hobart, aguja Vicat manual, moldes prismáticospara mortero)1) Verter 195 g de agua en el mezclador, añadir 2 – 6 g de plastifi-

cante (GleniumTM T801 o similar) y 450 g de cemento (+20°C±1°C) y agitar durante 30 segundos

2) Añadir 1350 g de arena normalizada y mezclar durante 30 segun-dos

3) Mezclar a velocidad media por 30 segundos4) Detenerse por 90 segundos5) Mezclar nuevamente por 30 segundos6) Revisar el asentamiento del mortero (según EN 196-1). Asenta-

miento requerido: 15 – 18 cm. Si es necesario, ajustarlo añadiendoagua

7) Añadir 3 – 10 % de acelerante y mezclar durante un máx. de 15segundos

8) Inmediatamente después de mezclar, preparar el prisma de pru-eba

9) Llenar el prisma en una mesa de vibración para evitar una com-pactación deficiente

10) Colocarlo bajo la aguja Vicat manual y comenzar a medir la pene-tración

11) Anotar el inicio del fraguado (la aguja de detiene a 1 – 2 mm de laparte inferior de la pasta de cemento)

12) Anotar el final del fraguado (la aguja no puede penetrar la pastade cemento)

13) Medir la resistencia a la compresión a las 6 horas y a las 24 horas

Interpretación de los resultados:Inicio de fraguado <2 min 2 – 5 min >5 minFinal de fraguado <6 min 8 – 13 min >13 minResistencia a las 6 h 2,5 – 4 MPa 1 – 2,5 MPa <1 MPaResistencia a las 24 h 18 – 25 MPa 10 – 18 MPa <10 MPaClasificación Bueno Aceptable No aceptable

Nota:Usualmente cuando los tiempos de fraguado no son buenos, seobtiene una buena resistencia a las 24 horas. Incluso con un fragua-

50

• El método por vía seca no es práctico en los proyectos modernosde construcción rápida de túneles, en donde el shotcrete fabrica-do por vía húmeda, de alto rendimiento y reforzado con fibrasmetálicas, desempeña un papel importante: la configuración delos equipos entre cada ciclo de proyección es demasiado com-plicada y toma demasiado tiempo.

• Además de todas estas limitaciones desde el punto de vistapráctico y económico, existe una inquietud general sobre el efec-to nocivo que causan los productos en polvo en el ambiente detrabajo.

3.5.5.5 MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170: Uso según el tipode cemento

Los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 pueden utili-zarse con la mayoría de los cementos, incluso con cementos adicio-nados y cementos resistentes a los sulfatos (CEM I-IV). Se reco-mienda hacer pruebas de compatibilidad con el(los) cemento(s) autilizarse, para cada aplicación de shotcrete con MEYCO®

SA160/SA161/SA162/SA170, y antes de efectuar cualquier proyec-ción de concreto.

Prueba de reactividad del cemento de los acelerantes defraguado sin álcalis (MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170)

En una pasta de cemento:(Equipo: recipiente de mezcla con espátula redonda, aguja Vicatmanual, cronómetro, moldes de prueba)1) 26 – 35 g de agua2) 1,0 g de GleniumTM T801 o superplastificante similar3) 100 g de cemento (+20°C ±1°C)4) Mezclar vigorosamente hasta obtener una pasta homogénea5) Añadir 3 – 10 g del acelerante y mezclar durante un máx. de 5

segundos6) Inmediatamente después de mezclar, llenar una molde de prue-

ba, colocarla bajo la aguja Vicat manual y comenzar a medir lapenetración

7) Anotar el inicio del fraguado (la aguja se detiene a 1 – 2 mm de laparte inferior de la pasta de cemento)

8) Anotar el fraguado final (la aguja no puede penetrar en la pasta decemento)

53

Diseño de la mezcla de concretoCemento, tipo CEM I 42.5 (OPC) 425 kg Agregados (0 – 8 mm) 1713 kg Rheobuild® 1000 1,5 %Estabilizador Delvo®crete 0,2 %Relación agua/cementante 0,47– 0,48Asentamiento 20 cmVariación de la mesa de asentamiento (DIN) 51 cm

Desarrollo de resistencia inicial

Figura 9: Desarrollo de la resistencia inicial, MEYCO® SA160 a +20°C

Figura 10: Desarrollo de la resistencia inicial, MEYCO® SA160 a<+10°C

0.1

1

10

15’ 30’ 1h 2h 4h 8h 12h 1d

Resis

tencia

a la

com

pre

sió

n M

Pa

Dosificación 9%

J3J2

Dosificación 6%

MEYCO® SA160libre de álcalis

21.421.5

30

0.1

1

10

15’ 30’ 1h 2h 4h 6h 12h 1d

Resis

tencia

a la

com

pre

sió

n M

Pa

Dosificación 9%

J3

J2

Dosificación 6%

MEYCO® SA160libre de álcalis

22.520.5

30

52

do lento es posible hacer la proyección de 5 – 7 cm en la pared o de3 – 5 cm en clave.

En la mayoría de los casos estas pruebas no funcionan bien debidoa que el tiempo de solidificación del gel es demasiado rápido comopara permitir una mezcla a fondo. En vista de ello, MBT desarrolló unequipo de pruebas Viper para hacer pruebas de fraguado de mor-teros de proyección.

3.5.5.6 Comparación de las resistencias iniciales con acelerantestradicionales de aluminato

El desarrollo de la resistencia a la compresión y especialmente de laresistencia inicial es uno de los parámetros y propiedades más impor-tantes del shotcrete utilizado para soporte de rocas. Así mismo, esuna de las propiedades más importantes que pueden variar con la adi-ción de un acelerante. Se han llevado a cabo una serie de pruebas conlos nuevos acelerantes sin álcalis MEYCO® SA. Se midió la resistenciainicial durante las primeras 24 horas del shotcrete con MEYCO®

SA160 y con los acelerantes de shotcrete tradicionales (activadorDelvo®crete S71 [aluminato potásico] y S51 [aluminato sódico]).

El ensayo de todos los acelerantes fue realizado con el mismo diseñode mezcla (relación agua/cementante, asentamiento, etc.) y las mue-stras fueron lanzadas desde la misma carga del camión. Todas lasproyecciones fueron realizadas con el equipo MEYCO® Suprema ycon el mismo operario. Se utilizaron temperaturas y condiciones decurado iguales. La prueba de las resistencias iniciales fue hecha conuna aguja de penetración MEYCO® (hasta 0,8 – 1,0 MPa) y con Hilti (apartir de 1,0 MPa). El mismo operario llevó a cabo todas las pruebas.

Resultados de la pruebaNo se observaron diferencias significativas en la resistencia desar-rollada con los diferentes tipos de acelerantes. Los resultados sugie-ren que los activadores Delvo®crete S71 y S51 (aluminatos) exhibenun desarrollo de resistencia más rápido en las primeras 1 a 2 horas,pero más tarde el aumento es mucho más lento que el observadocon otros acelerantes. Todos los acelerantes exhiben un aumentodrástico de la resistencia después de 4 – 5 horas, desde 1 – 2 a 8 – 10MPa. MEYCO® SA160 logró los más altos resultados de 4 – 6 horas.

30

10

1

0,1

22,520,5

30

10

1

0,1

21,521,4

55

acelerantes de aluminato)

MEYCO® SA162 3 – 7% Vía húmeda Siempre en la boquilla

MEYCO® SA162 3 – 7% Vía seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los acelerantes de aluminato)

MEYCO® SA170 3 – 7% Vía húmeda Siempre en la boquilla

MEYCO® SA170 3 – 7% Vía seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los acelerantes de aluminato)

MEYCO® SA540/ 5–10 % Vía seca Manualmente o con SA545 una unidad dosifi

cadora especial de polvo en la mezcla, antes de alimentarla en el equipo de proyección

Nota: Todas las piezas de equipo que vayan a estar en contactoinmediato con los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162 debenestar hechas de acero inoxidable.

Uso de los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170: Limpieza de la bomba dosificadora

Cada vez que se utilicen los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170, es preciso lavar con agua abundante la bomba dedosificación, la manguera de aspiración (válvula) y la manguera delacelerante antes de comenzar la proyección.

Asimismo se debe limpiar el equipo diariamente con agua; si no sehace así, el sistema dosificador se obstruirá. Es muy importante

54

Resistencias a la compresión (+20°C)

Tipo y dosificación Resistencias medidas a:del acelerante 15’ 30’ 1 h 4 h 6 h 12 h 24 h

Activador Delvo®crete S714% 1,2 1,4 2,0 6,5 6,5 8 10,25% 1,0 1,0 1,2 6,5 6,5 7,5 10,6

Activador Delvo®crete S514% 1,0 1,2 1,2 2,0 5,5 8,0 15,35% 1,0 1,2 1,2 2,0 4,0 7,5 14,4

MEYCO® SA1606% 0,5 0,7 0,8 0,9 6,0 20,0 20,59% 0,8 1,2 1,2 1,4 8,0 19,0 22,5

Todos los resultados están en MPa. Se emplearon agujas depenetración MEYCO®/Hilti. Cada resultado representa el promediode 10 lecturas.

3.5.5.7 Dosificación y equipos

Pautas para la dosificación

Producto Dosificación Método de Lugar donde (en peso) proyección debe añadirse

MEYCO® SA160 4 – 10% Vía húmeda Preferiblemente en la boquilla

MEYCO® SA160 3 – 10% Vía seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los acelerantes de aluminato)

MEYCO® SA161 3 – 8% Vía húmeda Preferiblemente en la boquilla

MEYCO® SA161 3 – 8% Vía seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los

57

3.5.5.8 Compatibilidad con otros acelerantes

Evitar mezclar los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170con otros acelerantes porque esto podría causar un atascamientoinmediato de bombas y mangueras.

Antes de emplear los MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170, ase-gúrese de que tanto la bomba de dosificación como la manguera delacelerante, la boquilla y el amortiguador de pulsaciones estén total-mente limpios y libres de cualquier producto utilizado anteriormente.

Siga el mismo procedimiento cuando cambie los productosMEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 por otros acelerantes.

Sin embargo, MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 son compati-bles entre sí, y por tanto no se requiere limpiar los equipos ni lasmangueras durante cambios de estos productos entre uno y el otro.No obstante, no se recomienda almacenar mezclas de aceleranteslibres de álcalis.

3.5.5.9 Requisitos especiales para utilizar los productos MEYCO®

SA160/SA161/SA162/SA170 para proyección por víahúmeda

Diseño de mezcla• Contenido de cemento mínimo: 400 kg, preferiblemente 450 kg• Cuando se utilicen para el método por vía húmeda, la relación

agua/cementante debe oscilar siempre entre 0,4 a 0,5. ¡Debetenerse en cuenta la humedad (agua) contenida en los agre-gados!Mientras menor sea la relación agua/cementante, mejores seránlos resultados logrados, a saber:– fraguado más rápido– resistencias iniciales más altas– menor dosificación– proyección de capas más gruesas (en clave)Los resultados de una relación agua/cementante >0,5 son lossiguientes:– fraguado más lento– resistencias iniciales inferiores– dificultad para aplicar capas mayores de 5 – 7 cm (el concre-– to no se adherirá al substrato de roca)

56

informar de esto a todas las personas involucradas en las pruebas yel uso de los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170.

Sistemas de dosificación para MEYCO® SA160/SA161/SA162

Los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162 son dispersiones, ypor tanto no todas las bombas dosificadoras funcionan bien con losmismos. Para obtener buenos resultados, es sumamente importanteasegurar una dosificación constante y adecuada.

Se recomiendan los tipos siguientes:

Muy buen funcionamiento:• bombas helicoidales• bombas peristálticas (Bredel)

Funcionamiento aceptable:• bombas de membrana

No deben utilizarse:• bombas de pistón• sistemas de válvulas de asiento• depósitos a presión

Al cambiar de acelerante/activador, es necesario limpiar adecuada-mente todo el sistema de dosificación, especialmente la manguerade aspiración, a fin de prevenir cualquier reacción química uobstrucciones del sistema.

Nota: No utilice filtros en la manguera de aspiración, porque sepueden formar obstrucciones. Evite aspirar directamentedel fondo del tambor/recipiente.

Cuando utilice los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162, emplee siempre equipos de dosificación hechosde acero inoxidable u otro material anticorrosivo.

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Resistencia a la compresión:Proyección por robot Proyección manual

12 h 14,5 MPa 7,0 MPa24 h 35,5 MPa 19,0 MPa3 días 43,5 MPa 35,5 MPa28 días 50,0 MPa100 días 58,0 MPa120 días 62,0 MPa

La aplicación por robot ha permitido lograr resistencias muy superi-ores (mejoras del 100, 87 y 23 % a las 12 horas, 24 horas y 3 díasrespectivamente). En nuestra opinión, esta mejora se debe a lamejor compactación, resultante de la reducción de la inconvenienciapara el operario de tener que utilizar ángulos y distancias de aplica-ción correctas.

B) MEYCO® SA160

Túnel Hüslen, SuizaCemento 42.5 (Siggenthal),fraguado lento 450 kg/m3

Rheobuild® T3 (= superplastificante 1,2 %+ estabilizador Delvo®crete)(interrupción de la hidratación durante 6 horas)Relación agua/cementante 0,41Variación de la mesa de asentamiento 56 cmTemperatura del aire +13°CEspesor aplicado 150 mmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 5 %

Resistencia a la compresión:12 h (Hilti) 18,5 MPa24 h (Hilti) 23,5 MPa3 días 45,0 MPa7 días 49,0 MPa

28 días 61,0 MPa

Túnel de Acceso Intermedio (NEAT), Sedrun, SuizaCemento, CEM I 42.5 450 kg/m3

Pasta de microsílice 50 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1644 kg/m3

Rheobuild® T3 1,2 %

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• Temperatura: Desarrollo más lento de la resistencia a bajas temperaturas, encomparación con otros tipos de acelerantes

Compatibilidad de los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170

Con los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 es posi-ble utilizar toda clase de aditivos, incluso el estabilizadorDelvo®crete.

Almacenamiento de los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170

Agite siempre estos productos antes de utilizarlos No guarde losproductos MEYCO® SA160/SA161/SA162 en depósitos o tanquesde acero. MEYCO® SA170 no requiere precauciones especiales parasu almacenamiento.

Precauciones de seguridad

Los productos MEYCO® SA160/SA161/SA162/SA170 no son cáusti-cos ni contienen sustancias peligrosas que requieran etiquetas niprecauciones especiales.

3.5.5.10 Resultados típicos de pruebas de campo

A) MEYCO® SA145

Heathrow Express, Contratista C/D, LondresOPC 42.5N 355 kg/m3

Pasta de microsílice 60 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1670 kg/m3

Fibra metálica (Dramix 30/50) 40 kg/m3

Rheobuild® 2000PF 9,6 kg/m3

Estabilizador Delvo®crete 4 kg/m3

Relación agua/cementante ≤0,40Adición en la boquilla:MEYCO® SA145 25 kg/m3

30 min >0,5 MPa1 h 1 MPa4 h >3 MPa24 h >15 MPa28 días >55 MPa

Figura 11: Túnel Acceso Vertical Sedrun

El Túnel Sedrun (profundidad 800 m, sección transversal de 57 m2)sirve como túnel de transporte y acceso para el Túnel PrincipalGotthard. Soporte de roca: 5000 m3 de shotcrete (espesor de capa:15 cm) lanzado a través de una tubería de 6 pulg. Revestimiento:7000 m3 de concreto vaciado in situ (espesor de capa: 30 cm) a tra-vés de una tubería de 6 pulg.

Túnel Sieberg, AustriaCemento, Gmunder PZ375 (H) 425 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1680 kg/m3

Rheobuild® T3 1,2%Relación agua/cementante 0,45Variación de la mesa de asentamiento ~60 cmAdición en la boquilla:

Relación agua/cementante 0,47Variación de la mesa de asentamiento 53 cmEspesor aplicado 10 – 15 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 5 %Rebote <8 %

Resistencia a la compresión:4 h 3,7 MPa12 h 11,3 MPa1 día 27,0 MPa7 días 36,5 MPa28 días 42,0 MPa91 días 48,6 MPa

El Túnel Sedrun, lote 350, es una parte fundamental del Proyecto deTránsito Ferroviario St. Gotthard Alp, y comprende los cuatro frentesde excavación de los canales de un carril en dirección Norte y Sur,una salida y un punto de uso múltiple en Sedrun.

El Túnel Principal Gotthard está diseñado para una longitud aproxi-mada de 57 km, con dos canales de un carril sin túnel de servicio. Sunivel más alto estará a 549 metros sobre el nivel del mar, y está situa-do al sur del pozo Sedrun. Se prevén salidas para fines de servicio ymantenimiento en Sedrun y Faido. Se ha planificado incluir túnelesde comunicación entre los dos canales a intervalos de 650 metros;los mismos contendrán instalaciones ferroviarias y servirán comovías de escape de emergencia.

Acceso Vertical NEAT, Sedrun, SuizaCemento CEM II A-S 32.5R 450 kg/m3

Pasta de sílice Elkem MS 40 kg/m3

Arena (0 – 4 mm) 1032 kg/m3

Agregado grueso (4 – 8 mm) 688 kg/m3

GleniumTM T803 (policarboxilato) 5,4 kg/m3

MEYCO® TCC780 2 kg/m3

Relación agua/cementante ~0,43Variación de la mesa de asentamiento >62 cm

(después de 4 h >58 cm)Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 – 8 %

Resistencia a la compresión: 6 min >0,2 MPa

Pozo Sedrun

Frente del túnel

Ventilación del pozo

Túnel de acceso

Portal yárea de instalación

Tubería parael transportepneumáticode cemento

Transporte ferroviario

Profundidad ~800 m

Planta de mezcla, silos

Transportador para:

· Personal· Material excavado· Materiales de construcción

Contrapeso

Túnel principal Gotthard

Base del pozoTransporte ferroviario

Excavación SurExcavación Norte

6160

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El Túnel Irlahüll es parte del Proyecto Ferroviario de Alta VelocidadNürnberg – Ingolstadt. Longitud del túnel: 7260 m. Geología: piedracaliza, gres, nivel hidrostático localizado por encima de la clave deltúnel. Excavación: perforación y voladura con avance de clave,hastial y solera, hasta once avances en paralelo; sección transversal:150 m2; longitud de avance: 0,8 – 2,0 m. Soporte de roca: 20 – 40 cmde shotcrete utilizando diez spraymobiles MEYCO®; con refuerzo demalla electrosoldada, anclaje con pernos y soporte de frente cuandose requirió.

Galleria di Orte, ItaliaCemento CEM 42.5 500 kg/m3

Humo de sílice MEYCO® MS610 15 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1650 kg/m3

GleniumTM T801 (policarboxilato) 0,8%Relación agua/cementante 0,45Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 6,5 %Espesor aplicado 25 – 40 cmRebote <8 %

Resistencia a la compresión:24 h >14 MPa2 días >23 MPa3 días >27 MPa7 días >36 MPa28 días 45 MPa

Requisitos de la obra: 10 000 m3 de shotcrete a aplicarse en 9 sem-anas; espesor de capa: 200 – 300 mm. Resultados: se incrustaroncerchas metálicas en capas de una pasada de 50 mm de espesor;fraguado final: 4 minutos.

Túnel La Palma de Santa Cruz, Palmas de Gran Canarias,EspañaCemento CEM II 42.5 A – P 450 kg/m3

Arena (0 – 6 mm) 1430 kg/m3

Agregado (6 – 12 mm) 260 kg/m3

Rheobuild® 1000 EPS 7,6 kg/m3

Relación agua/cementante 0,40Asentamiento 14 – 16 cmEspesor aplicado 20 – 30 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 7 – 9 %

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MEYCO® SA160 8 – 10 %Espesor aplicado 30 – 40 cmRebote 10 – 12 %

Resistencia a la compresión:6 min 0,25 MPa18 min 0,45 MPa1 h 1,5 MPa4 h 6 – 7 MPa1 día 12 MPa28 días 48 MPa

Uno de los primeros grandes proyectos austríacos en donde seempleó el método por vía húmeda. Volumen: 25 000 m3 de shotcrete.

El Túnel Ferroviario Sieberg, con una longitud de 6,5 km, está ubica-do en su mayoría en margas blandas con poca sobrecarga (a vecesapenas unos cuantos metros). Dos puntos intermedios de accesopermiten la excavación en seis frentes diferentes. Para el soporte derocas se emplean 30 a 40 cm de shotcrete como recubrimiento prin-cipal, y concreto colocado no reforzado como recubrimiento perma-nente. El inicio del túnel se hizo con shotcrete fabricado por vía seca,utilizando una mezcla de agregados secados al horno y cemento defraguado rápido. Si bien el sistema era sencillo, factores tales comopolvo, rebote y costo dificultaron el control del proyecto.

Túnel Irlahüll, AlemaniaCemento CEM I 52.5 380 kg/m3

Cenizas volantes 50 kg/m3

Arena (0 – 2 mm) 763 kg/m3

Agregado triturado (2 – 8 mm) 950 kg/m3

Woerment FM785 (policarboxilato) 0,6%Woerment Lentan VZ31 (retardador) 0,3% (trabajabilidad: 3 h)Relación agua/cementante 0,5Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 – 10 %

Resistencia a la compresión:6 min >0,3 MPa30 min 0,7 MPa1 h 1 MPa24 h >15 MPa28 días >45 MPa

65

Plastificante (lignosulfonato) 2,5 kg/m3

Superplastificante (melamina) 4 – 5 kg/m3

Estabilizador Delvo®crete 2 kg/m3

MEYCO® TCC735 5 kg/m3

Relación agua/cementante 0,45Asentamiento 20 – 21 cmEspesor aplicado 25 – 50 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 %Rebote <5 %

Resistencia a la compresión:1 h >2 MPa4 h >7 MPa24 h >30 MPa28 días >40 MPa

La mitad del túnel está en roca esquistosa deficiente, lo cual causamuchos desprendimientos. La técnica original consistió en un recu-brimiento de concreto total in situ por ciclo (longitud de ciclo: 2 m),con espesor promedio de concreto mayor de 1 m. La clave del éxitode este proyecto fue la posibilidad de una proyección ininterrumpidadel espesor necesario con alta capacidad. Utilizando el diseño demezcla antedicho, se lanzó un espesor de capa promedio de 250mm, a 36 – 42 m3 por ciclo; tiempo de colocación: 2 – 2,5 horas.Como consecuencia, se logró una velocidad por ciclo de 2 a 3 vecesmayor de 30 – 45 m por semana y frente. Se logró una resistencia alos 28 días superior a la requerida de 30 MPa.

Estación en el Teatro Nacional de Oslo, Noruega(Prueba. Contratista: Selmer ASA. Equipo: MEYCO® Roadrunner.)Cemento 52.5 500 kg/m3

Microsílice 25 kg/m3

Agregado (0 – 9 mm) 1530 kg/m3

Rheobuild® 716 8,25 kg/m3

Estabilizador Delvo®crete 2 kg/m3

Relación agua/cementante 0,42Asentamiento ~20 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 %

Resistencia a la compresión:30 min >1,0 MPa1 h >2,2 MPa

64

Rebote 10 %

Resistencia a la compresión:24 h 16 MPa3 días (núcleos in situ) 22 MPa28 días (núcleos in situ) >30 MPa

Túnel North Downs, enlace ferroviario de túnel de canal,Reino UnidoCEM I 52.5 360 kg/m3

Cenizas volantes 90 kg/m3

Arena 1038 kg/m3

Agregados triturados 692 kg/m3

GleniumTM T801 (policarboxilato) 3 kg/m3

Estabilizador Delvo®crete 4 kg/m3

(trabajabilidad 6 h)Relación agua/cementante <0,40Asentamiento (objetivo) 200 mmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 5 % (promedio)(avance de clave 5 – 7 %; hastial/solera 3,5 – 4,5 %)Permeabilidad (in situ) 1 x 10-12 m/s

Resistencia a la compresión:6 min >0,18 MPa30 min >0,3 MPa1 h >0,5 MPa24 h 19,5 MPa3 días 26 MPa28 días >36 MPa56 días >42 MPa

El Túnel North Downs es un túnel doble de perforación sencilla; sec-ción transversal de excavación: 140 m2, longitud aproximada. 3,5km. Características: vida útil de 120 años; capa primaria de shotcre-te; capa secundaria de concreto vaciado in situ; estanco y pirorresi-stente; tanto el cliente como el contratista seguirán utilizando lametodología de shotcrete permanente.

Túnel Cabo Norte, NoruegaCemento, CEM I 52.5R 520 kg/m3

Microsílice 25 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1700 kg/m3

Fibra metálica EE (25 mm) 50 kg/m3

67

Difíciles condiciones del terreno: metasedimentos arcillosos y decenizas de estructura basta; elevadísimo comportamiento plásticodel suelo (inesperado); deformaciones más allá de los límites; zonasgeológicas sobreforzadas desde el punto de vista tectónico (lo cualrequiere altas resistencias iniciales y finales).

Proyecto de Cuele Vertical, Johannesburg, República SudafricanaCemento CEM I 52.5 475 kg/m3

Cenizas volantes (Super Poz) 75 kg/m3

Humo de sílice 38 kg/m3

Arena Stella (arena de río, 0 – 2 mm) 160 kg/m3

Arena triturada 1080 kg/m3

Piedra (6, 7 mm) 262 kg/m3

Fibra monofilamento Fibrin 0,9 kg/m3

Fibra metálica inoxidable Dramix 40 kg/m3

Delvo®crete 4,0 kg/m3

MEYCO® TCC735 5,0 kg/m3

GleniumTM T801 (policarboxilato) 4,6 kg/m3

Relación agua/cementante 0,36Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 – 7 %

Resistencia a la compresión:24 h 15 MPa2 días 30 MPa3 días 56 MPa7 días 76 MPa28 días 86 MPa56 días 95 MPa

Cuele vertical (profundidad final: 3000 m, 9 m de diámetro) a travésde un pilar preextraído y rellenado a 2335 m para acceder un depó-sito masivo a profundidades >2500 m. Requisitos especiales: buenaretención del asentamiento para descarga desde el caldero; fragua-do rápido para aplicar hasta 100 mm/pasada en condiciones suma-mente húmedas; alta durabilidad en un área de mantenimiento difí-cil; alta ductilidad para evitar fisuración debida al movimiento delsuelo; resistencia temprana para evitar estallidos por deformación.

Instalación hidroeléctrica Sondu Miriu, KeniaBamburi OPC Tipo 1 422 kg/m3

Arena de río 966 kg/m3

Agregado triturado (5 – 10 mm) 655 kg/m3

66

2 h >4,5 MPa4 h >9 MPa28 días >50 MPa

Túnel Sveti Marko, EsloveniaCemento, PC-30-45S 450 kg/m3

Arena de río (0 – 1 mm) 260 kg/m3

Arena triturada (0 – 4 mm) 780 kg/m3

Grava (4 – 8 mm) 690 kg/m3

GleniumTM T801 (policarboxilato) 0,42%Estabilizador Delvo®crete 0,18%Relación agua/cementante 0,48Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 %

Resistencia a la compresión:24 h 20 MPa28 días 45 MPa

Roca totalmente degradada. Construcción con bóveda continuaentubada a lo largo del túnel.

Túnel Bolu, Proyecto Autopista en Anatolia, TurquíaCemento CEM 42.5 500 kg/m3

Humo de sílice 25 kg/m3

Agregado (0 – 5 mm) 1186 kg/m3

Agregado (5 – 12 mm) 474 kg/m3

Fibra metálica 50 kg/m3

Rheobuild® 716 10 kg/m3

Relación agua/cementante 0,42Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 35 kg/m3

Resistencia a la compresión:4 h (Hilti) 5,2 MPa8 h (Hilti) 12,2 MPa12 h (Hilti) 13,9 MPa24 h (núcleos in situ) 15,5 MPa3 días (núcleos in situ) 31,8 MPa7 días (núcleos in situ) 42,5 MPa28 días (núcleos in situ) 55,8 MPa

69

Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 – 7 %

Resistencia a la compresión:7 días 25 MPa28 días 38 – 40 MPa

Aproximadamente 8 km de perforación y voladura de túnel, concomplejos laterales centrales, cross-overs y ampliaciones.

Túneles Tai Lam, Contratista KCRC West Rail No. DB350,Hong-KongOPC 345 kg/m3

Cenizas volantes 115 kg/m3

Arena de río 615 kg/m3

Finos de roca triturada 410 kg/m3

Agregado (10 mm) 565 kg/m3

Fibra metálica Dramix ZP305 45 kg/m3

Rheobuild® 561 5,5 kg/m3

Estabilizador Delvo®crete 2 – 4 kg/m3

Relación agua/cementante 0,45Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 26 kg/m3

Resistencia a la compresión:24 h 12 MPa28 días 28 MPa

Contratista: Nishimatsu Construction Company Ltd. Túnel de ferro-carrill con doble vía, usando MEYCO® Spraymobiles. Previstos 8000m3 de concreto lanzado reforzado con fibra metálica Dramix ZP305.

Cavernas de Roca, SingapurCemento 470 kg/m3

Humo de sílice MB-SF 20 kg/m3

Arena 720 kg/m3

Gravilla 610 kg/m3

Relleno de roca triturado 220 kg/m3

Fibra metálica 56 kg/m3

GleniumTM T803 (policarboxilato) 3,4 kg/m3

Estabilizador Delvo®crete 1,7 kg/m3

(trabajabilidad 3 h)Relación agua/cementante <0,42Asentamiento objetivo en la planta 180 ±20 mm

68

GleniumTM T803 (policarboxilato) 0,45%Relación agua/cementante <0,45Asentamiento 100 mmContenido de aire 5,5 %Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 7 %

Resistencia a la compresión:24 h 11,5 MPa3 días 22 MPa28 días 32 MPa

Difícil acceso al sitio de la obra. Se utilizó shotcrete como revesti-miento temporal previo al revestimiento de concreto final.

Estación Quarry Bay, Contratista MTRC 680, Hong-KongOPC 42.5 400 kg/m3

Microsílice 40 kg/m3

Cenizas volantes 60 kg/m3

Agregado (0 – 10 mm) 1640 kg/m3

Rheobuild® 561 10 kg/m3

Relación agua/cementante 0,40Asentamiento 20 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 %Espesor aplicado 20 cm

Resistencia a la compresión:8 h 13,5 MPa1 día 23 MPa7 días 35 MPa28 días 52 MPa

Contratista: Nishimatsu Construction Company Ltd. Equipo: máqui-na de proyección Aliva Duplo 285, unidad dosificadora MEYCO® Mix200 y sistema de boquilla MEYCO®.

Túneles Blackhill, Contratista MTRC 603, Hong-KongOPC 350 kg/m3

Cenizas volantes 110 kg/m3

Relleno de roca triturada 1065 kg/m3

Agregado (10 mm) 540 kg/m3

Rheobuild® 561 5,5 – 6 kg/m3

Relación agua/cementante <0,45

71

El Túnel Burnley tendrá 3,4 km de longitud y en su punto más pro-fundro tendrá 65 m bajo tierra. El Domain Tunel tendrá 1,6 km de lon-gitud y 25 m bajo tierra en el punto más profundo. Una vez construi-dos cada tunel tendrá 11,5 m de ancho, con una altura libre de 4,9m. Los túneles estuvieron soportados por arcos de acero y pernosde anclaje grouteados en huecos perforados, cubiertos con un reve-stimiento de concreto, aplicado con cuatror spraymobiles MEYCO®.

Túnel Cameron Run, Virginia (EE. UU.)Cemento 420 kg/m3

Arena 1290 kg/m3

Agregado grueso 480 kg/m3

Fibra metálica Xorex 38 mm 35 kg/m3

Polyheed 997 0,8%Relación agua/cementante 0,42Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 %

Resistencia a la compresión:24 h 13,7 MPa

Reparación de tunel de alivio bajo vía de ferrocarril con muy pocorecubrimiento superior. El proyecto incluyó la colocación del revesti-miento de acero en su posición original y el realineamiento de lascostillas de acero y concreto lanzado reforzado con fibras. El desar-rollo inicial de resistencias es crucial.

Aeropuerto Dulles, túnel de acceso peatonal, Virginia(EE. UU.)Cemento 470 kg/m3

Arena 1170 kg/m3

Agregado grueso 525 kg/m3

Fibra metálica Xorex 38 mm 40 kg/m3

Polyheed 997 0,8%Estabilizador Delvo®crete 1%Relación agua/cementante 0,39Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 %

Resistencia a la compresión:10 h 14 MPa24 h 19,3 MPa

70

Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 5 – 7 %Rebote de fibra metálica 7 %

Resistencia a la compresión:7 días (ensayos) 29 – 32 MPa28 días (ensayos) 37 – 41 MPa28 días (producción) 43 – 44 MPa

Autopista Dali Baoshan, ChinaCemento 42.5R 420 kg/m3

Agregado (0 – 10 mm) 1700 kg/m3

Fibra metálica Dramix 50 kg/m3

Rheobuild® 561 1%Relación agua/cementante 0,45Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 5 %

Resistencia a la compresión:24 h >25 MPa28 días >40 MPa

El principal beneficio en el uso de MEYCO® SA160 se refiere a lascondiciones geológicas del proyecto – arcilla expansiva. Se puedeobtener suficiente espesor y la resistencia inicial necesaria en unasola capa.

Túneles Burnley y Domain, Melbourne City Link, AustraliaOPC 430 kg/m3

Microsílice 20 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1680 kg/m3

Fibra metálica BHP (25 mm) 50 kg/m3

Pozzolith® 370 4,8 kg/m3

Rheobuild® 716 4,8 kg/m3

Relación agua/cementante 0,40Asentamiento 14 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 %Rebote <10 %

Resistencia a la compresión (núcleos in situ):1 día 18 MPa7 días 34 MPa28 días 48 MPa

73

OPC 400 kg/m3

Agregado (0 – 12 mm) 1686 kg/m3

Mastermix® 390 1 kg/m3

Rheobuild® 716 3 kg/m3

Relación agua/cementante 0,45Asentamiento 10 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 8 %Espesor aplicado 20 cmRebote <10 %

Resistencia a la compresión:3 días 19 MPa7 días 24 MPa28 días 32 MPa

Túnel Buenavista, Villavicencio, ColombiaOPC, CEM I 42.5 460 kg/m3

Microsílice 19 kg/m3

Agregado (0 – 16 mm) 1770 kg/m3

Rheobuild® 716 7,2 kg/m3

Relación agua/cementante 0,39Asentamiento 18 – 20 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 %Espesor aplicado 20 cm

Resistencia a la compresión:10 min 0,7 MPa24 h 14 MPa28 días 39 MPa

Túnel de carretera con una longitud de 4,9 km. Volumen de shotcre-te: 10 000 m3, Contratista: Recchi G.L.F.

Proyecto de Planta Hidroeléctrica Miel 1, ColombiaCemento 490 kg/m3

Agregado (0 – 4 mm) 900 kg/m3

Agregado (5 – 12 mm) 750 kg/m3

Rheobuild® 716 1,2%Fibras metálicas 35 kg/m3

Relación agua/cementante 0,45Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 7 %

72

El túnel (diámetro 5 m, longitud 300 m) será excavado por el métodoNATM. Por su ubicación bajo pistas en servicio, es crucial el desar-rollo temprano de resistencia.

Túnel NuMI, Illinois (EE. UU.)Cemento 440 kg/m3

Arena 1150 kg/m3

Agregado grueso 565 kg/m3

Fibra metálica Xorex 38 mm 60 kg/m3

Rheomac SF100 30 kg/m3

Polyheed 997 1%Estabilizador Delvo®crete 0,5 – 2%Relación agua/cementante 0,45Adición en la boquilla:MEYCO® SA160 6 %

Resistencia a la compresión:8 h 10,3 MPa

Fermi Laboratories está construyendo un túnel de aceleración paradesdoblamiento de átomos. El túnel TBM (diámetro 7 m, longitud 1,8km) utilizará concreto lanzado reforzado con fibra metálica pararevestimiento inicial y para revestimiento final sin refuerzo.

Belo Horizonte Metro, Brasil

Figura 12: La aplicación del shotcrete en el túnel Heliopolis delMetro de Belo Horizonte se hizo mediante un equipo Roadrunner deMEYCO®.

75

Adición en la boquilla:MEYCO® SA161 7,5 %Espesor aplicado 10 – 15 cmRebote <5 %

Resistencia a la compresión:30 min 0,8 – 0,9 MPa28 días ~42 MPa

Con una longitud final de 24 km, el Túnel Lærdal es actualmente eltúnel de carretera más largo del mundo. Tiene una elevada carga ydurante la excavación se produjeron fuertes desprendimientos derocas. Para solucionar éstos y otros problemas así como tambiénpara reducir las grietas en el shotcrete, se hizo un ajuste del diseñode mezcla original y así se mejoró el rendimiento del concreto demanera significativa.

Túnel Frøya, NoruegaCemento, CEM 42.5 480 kg/m3

Microsílice 33 kg/m3

Agregado (0 – 10 mm) 1530 kg/m3

Fibra metálica Dramix 30/50 44 kg/m3

GleniumTM T801 1,8 kg/m3

MEYCO® TCC735 5 kg/m3

Relación agua/cementante 0,38Asentamiento 16 – 17 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA161 7,5 %Espesor aplicado 15 – 25 cmRebote 5 – 6 %

Resistencia a la compresión:15 – 20 min 1 MPa28 días (núcleos in situ) 47 MPa

Túnel de carreteras submarino, caracterizado por zonas extremada-mente difíciles con fuertes entradas de agua y rocas deficientes.Longitud del túnel: 7 km.

Estación de la Planta Nuclear Hamaoka, JapónCemento 380 kg/m3

Arena (0 – 4 mm) 1124 kg/m3

Agregado (4 – 10 mm) 726 kg/m3

NT 1000 (policarboxilato) 1,25%

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Resistencia a la compresión:30 min >0,5 MPa1 h >0,6 MPa6 h >1,9 MPa14 h >5,6 MPa28 días (núcleos in situ) >26 MPa

Túneles Lo Prado 2 y Zapata 2, ChileCemento Melón AR 400 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1760 kg/m3

Fibra metálica Dramix RC-65/35-BN 40 kg/m3

Pozzolith® 322N 0,5%Rheobuild® 1000 EPS 1,5%Estabilizador Delvo®crete 0,4%Relación agua/cementante 0,46Asentamiento >15 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA160 7 %Rebote <5 %

Resistencia a la compresión:4 h >1 MPa24 h >20 MPa28 días >40 MPa

Para aumentar la capacida de la Ruta 68, entre Santiago de Chile ylas ciudades de Valparaiso y Viña del Mar, se construyen dos nuevostúneles paralelos a los existentes, ambos túneles con una secciónde 72 m2, y longitudes de 2700 m – Lo Prado 2 y 700 m – Zapata 2.El revestimineto final es concreto lanzado en una sola capa.

C) MEYCO® SA161

Túnel Lærdal, NorwayCemento, CEM 42.5 439 kg/m3

Microsílice 30 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1670 kg/m3

Fibra metálica Dramix 30/50 44 kg/m3

GleniumTM T803 2,7 kg/m3

MEYCO® TCC735 5 kg/m3

Relación agua/cementante 0,42Asentamiento 20 – 22 cm

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D) MEYCO® SA162

Túnel S. Giacomo en Bolzano, ItaliaCemento II AL 42.5 480 kg/m3

Agregado (0 – 8 mm) 1560 kg/m3

Rheobuild® 5000 1,5 %Relación agua/cementante <0,47Adición en la boquilla:MEYCO® SA162 8 %Espesor aplicado 40 – 80 cmEspesor de capa individual 15 – 20 cmRebote <5 %Inicio del fraguado 45 – 60 min

Resistencia a la compresión:6 min >0,4 MPa10 min >0,55 MPa20 min >0,7 MPa30 min >0,85 MPa1 h >1,2 MPa5 h >4,5 MPa24 h >12 MPa28 días >32 MPa

Túnel de carretera de 2,3 km. Las especificaciones técnicas cum-plen con las normas austríacas (SpB 25 – 56/II/J2). Temperaturasinvernales sumamente bajas. Excavación por perforación y voladu-ra a través de roca ígnea, con desprendimientos de hasta 80 cm omás. Avance de la obra: 24 m3 por hora.

E) MEYCO® SA170

Túnel Kienberg, AustriaCemento CEM II/A-S 42.5R 420 kg/m3

Agregados: 0,1 – 0,4 mm triturados 105 kg/m3

0 – 4 mm redondos 650 kg/m3

0 – 4 mm triturados 470 kg/m3

4 – 8 mm triturados 525 kg/m3

GleniumTM 51 (polycarboxilato) 0,5 %Estabilizador Delvo®crete 0,5 %(trabajabilidad 4 – 5 h)Relación agua/cementante 0,48

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Relación agua/cementante <0,50Asentamiento at batching plant 17 cmContenido de aire 4,5 %Adición en la boquilla:MEYCO® SA161 5 % (promedio)

Resistencia a la compresión:3 h >1 MPa24 h >6,5 MPa7 días >24 MPa28 días >34 MPa

La construcción de un reactor nuclear adicional hizo necesaria laconstrucción de un tunel de cables (sección 14,6 m2, longitud 400m). Se utilizó concreto lanzado en unas sola capa de 150 mm parasoporte inicial.

Estación de subterráneo Shirogane Dai en Tokio, JapónCemento 450 kg/m3

Arena (0 – 4 mm) 1113 kg/m3

Agregado (4 – 8 mm) 500 kg/m3

Fibra metálica Bridgestone 30/60 40 kg/m3

NT 1000 (policarboxilato) 1,7%Estabilizador Delvo®crete 1%Relación agua/cementante 0,40Adición en la boquilla:MEYCO® SA161 8 %

Resistencia a la compresión:3 h >3,6 MPa24 h >13,9 MPa7 días >32 MPa28 días >42 MPa

Concreto lanzado para protección contra la corrosión y contrafuegode un revestimiento metálico en el area de la estación. El espesor dela capa varió de 80 – 400 mm, todo el concreto se lanzó en una solapasada sobre la superficie de acero.

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típica de 80 m2, la cual se excava en secuencia clave-hastial por per-foración y voladura. La masa rocosa está compuesta principalmentepor roca sumamente metamórfica, laminada y cortada (cuarzo filita).El soporte de roca típico para un avance de 1,5 m consiste en cer-chas, doble malla electrosoldada, 20 cm de shotcrete y pernos deroca de 4 – 6 m completamente grauteados.

El desarrollo de la resistencia inicial debía satisfacer los requisitos dela norma austríaca J2. El consumo general de acelerante podía man-tenerse bastante bajo.

Túnel Blisadona, AustriaCemento PZ 375 420 kg/m3

Agregado (0 – 2, 0 – 4, 4 – 11 mm) 1750 kg/m3

GleniumTM T801 (policarboxilato) 0,6 – 0,7%Estabilizador Delvo®crete 10 0,4% (trabajabilidad 7 h)Relación agua/cementante <0,5Adición en la boquilla:MEYCO® SA170 7,5 % (promedio)

Resistencia a la compresión:6 min (Hilti) >0,32 MPa10 min (Hilti) >0,42 MPa30 min (Hilti) >0,59 MPa1 h (Hilti) >0,78 MPa3 h (Hilti) >2,6 MPa6 h (Hilti) >5 MPa12 h (Hilti) >8 MPa24 h (Hilti) >20 MPa7 días (núcleos in situ) 25 MPa28 días (núcleos in situ) 31 MPa

El túnel doble de ferrocarril de 2,4 km en el lado oeste del túnelArlberg requirió de concreto lanzado de fraguado extremadamenterápido por la copiosas filtraciones de agua encontradas.

Túnel Girsberg, SuizaCemento CEM I 42.5 425 kg/m3

Arena (0 – 4 mm) 1060 kg/m3

Agregado redondo natural (4 – 8 mm) 640 kg/m3

Rheobuild® T3 1%Relación agua/cementante 0,47Adición en la boquilla:MEYCO® SA170 6 %

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Adición en la boquilla:MEYCO® SA170 7 %

Resistencia a la compresión:6 min >0,25 MPa1 h >0,8 MPa24 h >14 MPa7 días >28 MPa28 días >38 MPa

El Kienberg es un túnel doble de dos carriles, de 1,5 km de largo,situado en la autopista Phyrn de la región norte de Austria y constru-ido a lo largo de una zona de roca fracturada y diaclasada. El soportede rocas típico utilizado para un avance de 1,3 m consiste en enti-bos, cerchas, doble malla electrosoldada, 20 cm de shotcrete ypernos de roca de 4 – 6 m completamente grauteados.

Un requisito fundamental de este proyecto era disponer de un shot-crete de buen rendimiento, debido a las altas velocidades de exca-vación (6 avances diarios) y al mayor espesor de capa requerido envista de los frecuentes desprendimientos. Inmediatamente despuésde la aplicación del shotcrete se procedía a realizar el bulonado y laperforación para la entibación. El desarrollo de la resistencia inicialdebía satisfacer los requisitos de la norma austríaca J2.

Túnel Strengen, AustriaCemento CEM II/A-S 42.5R 420 kg/m3

Agregados: 0 – 4 mm triturados 1380 kg/m3

4 – 8 mm triturados 450 kg/m3

GleniumTM 51 (polycarboxilato) 0,5 %Relación agua/cementante 0,45Adición en la boquilla:MEYCO® SA170 5,5 %

Resistencia a la compresión:6 min >0,3 MPa1 h >0,9 MPa24 h >15 MPa7 días >36 MPa28 días >48 MPa

El Strengen, un túnel doble de dos carriles de 5,8 km, es un pasoalterno situado en el trecho final de la conexión de la autopista orien-te-occidente en Austria. Cada canal tiene una sección transversal

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Resistencia a la compresión:6 min >0,3 MPa30 min >0,8 MPa1 h >1 MPa24 h >15 MPa28 días >55 MPa

El túnel Girsberg Tunnel es parte de la Autopista Kreuzlingen –Konstanz. Las condiciones de la roca son muy difíciles, con arcillasde rápido deteriroro y gran ingreso de agua.

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Capítulo 4

Avances en la tecnología de

aditivos para el shotcrete

4.1 Sinopsis

Dada la escasez de tierra urbana y la prioridad que se le está dandoal efecto que tienen los proyectos de infraestructura sobre el medioambiente, cada vez se construyen más sistemas de servicios públi-cos y de transporte bajo tierra. Debido a ello se ha impulsado la uti-lización de shotcrete en todo el mundo.

Antiguamente el uso del shotcrete involucraba tener que hacer con-cesiones entre varios factores, entre los que se contaban las resis-tencias iniciales y finales, flexibilidad y viabilidad económica. Sinembargo, el desarrollo de nuevas generaciones de aditivos ha lleva-do a mejoras fundamentales del material y a nuevos campos de apli-cación del shotcrete.

A continuación presentamos dos nuevas tecnologías desarrolladaspor MBT:• Delvo®crete, un sistema de control de hidratación que aumenta

la flexibilidad y la calidad en la utilización del shotcrete y que hadesarrollado aún más el método de vía húmeda, contribuyendoasí a mejorar las condiciones de trabajo y a disminuir los costosrelacionados con los factores de polvo y rebote.

• Un nuevo sistema que permite un curado eficiente y confiable delshotcrete.

4.2 Delvo®crete

Tanto el abastecimiento como la utilización de mezclas de shotcretepara proyectos de infraestructura en entornos congestionados creaproblemas para la empresa contratista y para la abastecedora delconcreto ya mezclado.

83

proyección – al igual que los acelerantes convencionales de aluminatoo silicato –, para acelerar el fraguado y obtener las altas resistenciasiniciales requeridas en las aplicaciones de soporte de rocas.

El sistema Delvo®crete, introducido en el mercado europeo en 1990,prolonga el tiempo de utilización de las mezclas de shotcrete (por víahúmeda o seca) por períodos hasta de 72 horas. De esa manera se eli-minan muchos de los problemas asociados con la producción y apli-cación de mezclas de shotcrete que frecuentemente enfrentan contra-tistas, productores de concreto e ingenieros.

El sistema Delvo®crete para el control de la hidratación brinda flexibili-dad a la producción y a la proyección de mezclas de concreto en gran-des proyectos subterráneos, y al mismo tiempo ofrece ahorros consi-derables a contratistas, propietarios y productores de concreto.

Figura 13: Control de hidratación en shotcrete fabricado por víaseca

También garantiza que todo el shotcrete por la boquilla contenga uncemento «fresco» que haya sufrido poca o ninguna reacción dehidratación.

Este sistema ha revolucionado el uso del shotcrete (en particular, elde vía húmeda), y actualmente se utiliza en una gran cantidad deproyectos importantes en Europa, América, el Medio Oriente y elLejano Oriente.

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Las mezclas de shotcrete, (por vía húmeda o por vía seca), tienen untiempo útil de empleo de apenas 1,5 a 2 horas, e incluso menor atemperaturas mayores de 20°C. Al cabo de este tiempo, el materialproyectado exhibirá menor resistencia y mayor rebote debido a laincipiente hidratación del cemento.

Factores tales como las grandes distancias de transporte desde laplanta hasta el sitio de la obra, los retrasos en los pasos de con-strucción así como los tiempos de parada debidos a desperfectosde las maquinarias, contribuyen a que una gran cantidad del shot-crete esté ya hidratado para el momento en que se va a utilizar.

Además de ello, ciertos reglamentos ambientales imponen restric-ciones del horario de trabajo de las plantas de concreto situadas enáreas urbanas. Así, es posible que un contratista que requiera mez-clas de shotcrete durante las 24 horas del día, reciba el materialsolamente durante la mitad de este tiempo. Todo esto acarreacostos adicionales innecesarios tanto para el contratista como parael cliente.

MBT ha creado un sistema químico para controlar la hidratación delcemento en mezclas de shotcrete (tanto por vía húmeda comoseca), que permite alargar substancialmente su tiempo de utiliza-ción.

4.2.1 Introducción

En 1987 MBT desarrolló un sistema líquido de dos componentes y sincloruros para el control de la hidratación de residuos de concreto. Estesistema, combinado con el reciclaje del agua de lavado de la mezcla-dora de concreto, permitió a muchos productores de concreto elimi-nar los problemas asociados con los residuos de sus plantas de con-creto. El sistema está formado por dos componentes: el primero es elestabilizador Delvo®, el cual es capaz de inhibir la hidratación decementos Portland hasta por 72 horas. El segundo componente es elactivador Delvo®, un acelerante de hidratación que se agrega al con-creto estabilizado antes de colocarlo.

En 1989 MBT adaptó el sistema de control de hidratación para uso enshotcrete. El estabilizador Delvo®crete es similar al utilizado paratratar el concreto devuelto, y se desarrollaron varios activadoresDelvo®crete para iniciar la hidratación del cemento. Los activadoresDelvo®crete son añadidos a la mezcla de shotcrete en la boquilla de

Mezcla seca estabilizada

Agua

Aire

Shotcrete activado

Bomba de vía seca

Bomba dosificadoraBoquilla

Activador

Agua y«activador»líquido

85

mos resultados podrían obtenerse cuando se emplean sistemasrobóticos.

Hasta ahora, el uso del shotcrete por vía húmeda ha significadotener que hacer concesiones entre varios factores tales como altoasentamiento, baja relación agua/cementante, largo tiempo de uti-lización, fraguado rápido y alta resistencia inicial, todo lo cual supo-ne problemas para contratistas, productores de concreto y clientesporque crea una gran cantidad de material de desecho debido alrebote, al lavado de bombas y mangueras y al desecho de cantida-des de shotcrete que han perdido su trabajabilidad (p. ej., porqueestán muy viejas). A continuación, es necesario sacar dichos residu-os del sitio de excavación subterránea y desecharlos, creándose asícostos adicionales innecesarios para el contratista, quien probable-mente tiene un presupuesto calculado para cierta cantidad de rebo-te y sobreproyección, pero no para el transporte y la eliminación deresiduos, ni tampoco por el residuo creado al eliminar cargas deshotcrete y lavar bombas y mangueras debido a las interrupcionespor desperfectos de equipos o retrasos de la operación de proyec-ción en el frente de excavación.

4.2.3 Dosificación y transporte del shotcrete fabricado por víahúmeda

La dosificación de mezclas de shotcrete no debería representar pro-blema alguno para un abastecedor de concreto experimentado. Sinembargo, la situación de la planta de concreto con respecto al sitiode la obra es un factor crítico.

Muchas áreas urbanas prohíben el establecimiento de plantas deconcreto. Dado que la mayoría de los grandes proyectos de infrae-structura subterránea (tales como túneles y sistemas de metro)están en áreas urbanas densamente pobladas, con frecuencia hayque transportar las mezclas de concreto por largas distancias hastael sitio de la obra. Por tal motivo, muchos de estos materiales ya hanpasado su tiempo de utilización antes de que lleguen y se descar-guen en la obra. A esto se suma el tiempo que toma el lanzar el shot-crete de un camión lleno del material, así como retrasos de otraíndole. Con todo esto, es razonable suponer que mucho del shotcre-te aplicado en proyectos de infraestructura urbana subterránea seade calidad cuestionable.

84

Figura 14: Control de hidratación en shotcrete fabricado por víahúmeda

4.2.2 Shotcrete fabricado por vía húmeda

El shotcrete fabricado por vía húmeda tiene una ventaja indiscutiblesobre el de vía seca: es un concreto genuino, y como tal, la relaciónagua/cementante se controla en la planta de concreto y no dependedel operario de la boquilla.

Las mezclas fabricadas por vía húmeda tienen también un tiempo deutilización de 1,5 a 2 horas, lo cual significa que la mezcla de con-creto debe bombearse y lanzarse rápidamente después del mezcla-do. Esto no es siempre posible en grandes proyectos de construc-ción subterránea. Dadas las grandes distancias de transporte desdela planta de concreto hasta el sitio de proyección y aplicación, asícomo también los retrasos y las interrupciones debidas a desperfec-tos de las maquinarias en el frente de excavación, gran parte delshotcrete utilizado ha pasado su tiempo límite de uso.

En trabajos de soporte de rocas que utilicen shotcrete fabricado porvía húmeda, es posible que un operario de boquilla experimentado,que realice la proyección de un concreto fresco bien diseñado y ace-lerado, logre un rebote aproximado del 10 al 15 por ciento. Los mis-

Mezcla húmeda estabilizadaAire

Shotcrete activado

Bomba de vía húmeda

Bomba dosificadora Boquilla

Activador

Compresor

«Activador»líquido

87

La desventaja del «trixer» es que tiene una capacidad suficiente paradosificar sólo unos 6 m3 de shotcrete. Eso implica que, en una obraen que se proyecten 10 m3/h con un robot de proyección, se requer-irá un mínimo de dos «trixers» (o incluso más en caso de que se estétrabajando en dos frentes al mismo tiempo).

4.2.4 Control de la hidratación del cemento

Las características de fraguado, endurecimiento y resistencia delcemento Portland dependen de la reacción del cemento con agua.El producto de esta reacción es un material rígido conocido comogel de hidrato de silicato de calcio (CSH, por sus siglas en inglés).

Figura 16: A medida que el shotcrete fragua, se produce la flocula-ción de los hidratos formados por la hidratación del cemento.

Esta reacción, conocida como hidratación, provoca una rápida libe-ración de iones de calcio en la solución, y forma una capa de gel deCSH alrededor de las partículas de cemento. A medida que el con-creto se fragua, se produce la floculación de los hidratos formadospor la hidratación del cemento; mediante este proceso, el concretoplástico y trabajable se convierte en un material rígido (véase la fig.16).

El estabilizador Delvo®crete puede controlar la hidratación de mez-clas de cemento por períodos hasta de 3 días. Este producto, unavez bien dispersado en una mezcla de concreto, controla la rapidezde hidratación del cemento formando un complejo de iones cálcicosen la superficie de las partículas de cemento (véase la fig. 17).

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Figura 15: Delvo®crete brinda una flexibilidad total para la aplicacióndel shotcrete.

Incluso si se han obtenido los permisos y el espacio para erigir unaplanta dosificadora de concreto para un proyecto subterráneo urba-no, muchas veces se imponen reglamentos ambientales locales queespecifican horarios diurnos para el funcionamiento de tales plan-tas. En casos así, es imposible conseguir abastecimientos noctur-nos del shotcrete, lo cual es un problema para un proyecto que fun-cione 24 horas diarias, 7 días de la semana.

Para resolver algunos de los problemas logísticos asociados con eltransporte de shotcrete a proyectos subterráneos, y garantizar elabastecimiento de mezclas frescas de concreto en el frente de laroca, algunos fabricantes de equipos han creado mezcladorestransportables o «trixers».

Los «trixers» son miniplantas de concreto montadas en la parteposterior de un vehículo transportador o camión, que contienencompartimentos separados para almacenar cemento, agregados yagua. El procedimiento consiste en cargar el mixer con materiales enla planta dosificadora o en una localidad de almacenaje y seguida-mente transportarlo hacia la excavación subterránea. Al llegar, losmateriales son dosificados y mezclados para producir una mezclafresca de shotcrete (de vía seca o húmeda).

1–2 horas

3–72 horas

Manufactura + Entrega + Consumo

Manufactura +

Proceso acelerado con elacelerante MEYCO®

Hidratación controlada porel estabilizador Delvo®crete

El activador Delvo®crete Sreactiva y acelera el proceso

Entrega + Almacenamiento intermedio + Consumo

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Hay dos manera de lograr las características normales de fraguado yendurecimiento del concreto: una es permitir que desaparezca elefecto del Delvo®crete, y la otra es agregar el activador Delvo®crete alconcreto para eliminar la barrera protectora que rodea las partículasde cemento (véase la fig. 18).

Figura 18: El activador Delvo®crete, una vez dispersado y muy bienmezclado en una mezcla de shotcrete estabilizado, destruye labarrera protectora alrededor de las partículas de cemento «estabi-lizadas».

Una vez destruida esta barrera protectora, el concreto tratado reac-ciona de forma normal (véase la fig. 19).

Para satisfacer los requisitos varios en cuanto a fraguado, coloca-ción en alto espesor y resistencias iniciales del shotcrete para el

Figura 19: Una vez que el activador Delvo®crete elimina la barreraprotectora que rodea las partículas de cemento, comienza lahidratación, fraguado y desarrollo de resistencias normales delcemento.

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Figura 17: El estabilizador Delvo®crete, una vez dispersado y muy bienmezclado en una mezcla de concreto fresco, interrumpe la hidrata-ción del cemento formando una barrera protectora alrededor de laspartículas de cemento.

Delvo®crete tiene un doble papel: detiene la hidratación del cementoformando una barrera protectora alrededor de partículas puzoláni-cas, y actúa como un dispersante, previniendo así la floculación yendurecimiento de los hidratos.

El efecto de este producto es tal, que incluso permite estabilizar resi-duos de concreto y mantenerlos en estado plástico durante unoscuantos minutos, varias horas, un día o incluso un par de días.

Delvo®crete está compuesto de ácidos carboxílicos y sales y ácidosorgánicos con fósforo. Tiene la capacidad de detener la formación decompuestos minerales de cemento, y reduce la rapidez de solucióndel mineral de sulfato de calcio. Su acción difiere de la de los aditivosde retardo convencionales: a dosificaciones normales, la acción deéstos es compleja y puede acelerar un componente mineral delcemento al mismo tiempo que retarda otros, y a dosificacionessuperiores pueden incluso provocar excesiva rigidez del concreto,fraguado instantáneo y resistencias bajas. En resumen, el uso de adi-tivos de retardo a dosificaciones lo suficientemente altas como paraalcanzar el mismo grado de retardo del estabilizador Delvo®crete,puede ocasionar efectos perjudiciales tanto al concreto en estadoplástico como al concreto en estado endurecido.

El estabilizador Delvo®crete puede utilizarse para controlar la hidrata-ción del cemento por períodos hasta de 72 horas. Afecta principal-mente la hidratación del C3S, pero puede también retardar la reac-ción inicial del C3A con agua y sulfato si se añade con el agua demezcla.

91

Figura 20: Tiempos de fraguado de shotcrete con hidratacióncontrolada

Los activadores Delvo®crete tienen doble función:• neutralizan el efecto del estabilizador Delvo®crete en el cemento,

y• aceleran la hidratación del cemento para producir las caracterís-

ticas de fraguado rápido y altas resistencias iniciales requeridasen aplicaciones de soporte de rocas.

4.2.7 Resistencias

Frecuentemente, la resistencia de rotura y la capacidad de carga delmaterial para el soporte de rocas son propiedades menos importan-tes que las características de fraguado rápido y alta resistencia inici-al del material. Para lograr estas últimas características, se agreganacelerantes al shotcrete en la boquilla de proyección; dichos ace-lerantes están hechos principalmente de sales de aluminato o silica-tos y provocan pérdidas de resistencias a los 28 días (más pronun-ciadas con los aluminatos). En realidad, más que pérdida deresistencia, el problema es «un aumento de resistencia reducidodespués de 3 días», cuando se hace la comparación con la mismamezcla sin acelerantes.

Con el sistema de control de la hidratación, el shotcrete activado yestabilizado puede también exhibir ganancias inferiores o mínimasde resistencia entre los días 3 y 28, al igual que ocurre con el shot-crete con acelerantes convencionales. Sin embargo, hay varias cla-ses de activadores Delvo®crete para el soporte de rocas. La selec-

0

20

40

60

80ErstarrungsbeginnErstarrungsende

Referenz 1% Stabilisator 2% Stabilisator

Zeit

(Sekunden)

Trockenspritzbeton(stabilisiert und aktiviert)

90

soporte de rocas, se han creado varias clases de activadoresDelvo®crete para cuando se utiliza el sistema de control de hidrata-ción en esta aplicación. Estos activadores eliminan la barrera protec-tora creada por el estabilizador Delvo®crete, y a continuación reac-cionan con el cemento para producir el fraguado rápido y lasresistencias iniciales que normalmente se obtienen con el shotcreteacelerado.

4.2.5 Propiedades

La calidad del shotcrete y del concreto con hidratación controladatratados con el sistema Delvo®crete es igual o superior a la de loshormigones de referencia (de fabricación convencional).

En aplicaciones de shotcrete, las mezclas de hidratación controladahan exhibido valores de resistencia a la compresión, a la tracción y ala flexión superiores a los de las mezclas de referencia. Kinneyobservó que el estabilizador Delvo®crete parece retardar la forma-ción de núcleos de CSH cuando se agrega con el agua de mezcla, yretarda la formación tanto del CSH como del CH cuando se agregadurante o después del período de inducción. Se sugiere que estacapacidad de afectar la nucleación y el crecimiento cristalino lleva ala formación de CH más fino y de hidratos de silicato más densos, locual mejora las propiedades físicas de la pasta.

4.2.6 Tiempos de fraguado

En la fig. 20 se muestran los tiempos de fraguado de shotcrete esta-bilizado y activado (fabricado por vía húmeda y seca).

0

20

40

60

80ErstarrungsbeginnErstarrungsende

Referenz 1% Stabilisator 2% Stabilisator

Zeit

(Sekunden)

Naßspritzbeto(stabilisiert und aktiviert)

Shotcrete fabricado por vía húmeda(estabilizado y activado)

Inicio del fraguadoFinal del fraguado

Referencia 1 % de estabilizador

2 % de estabilizador

Tiem

po

(s)

Shotcrete fabricado por vía seca(estabilizado y activado)

Inicio del fraguadoFinal del fraguado

Tiem

po

(s)

Referencia 1 % de estabilizador

2 % de estabilizador

93

Resistencia a la compresión (28 días):Mínima requerida 25 MPaPromedio lograda 33,5 MPaRebote medido (proyección con robot) 8 a 10 % (promedio)

Originalmente el contratista comenzaba a utilizar el shotcrete estabi-lizado en horas de la noche debido a que las leyes ambientales loca-les restringían la operación de plantas de concreto en el sitio de laobra a horarios de 07:00 a 22:00. Esto significaba que no se podíaobtener mezclas de concreto después de las 22:00. Para solventareste problema, antes de las 22:00 era necesario cargar varioscamiones con la mezcla estabilizada, que se transportaban dentrodel túnel y se proyectaban durante la noche según los requerimien-tos específicos. Sin embargo, dados los satisfactorios resultados dereducción del rebote y mejoramiento de la calidad y la eficiencia, a lalarga los contratistas optaron por utilizar mezclas de concreto esta-bilizado también durante las operaciones diurnas de proyección(siendo el costo del material para el control de la hidratación muchomenor que el costo del rebote). Esto condujo a ahorros importantesen el proyecto.

4.2.9 Economía

Calcular aproximadamente el costo de los varios componentes deun proyecto de infraestructura subterránea es una tarea difícil ycompleja. Muchos contratistas subestiman estos costos. A conti-nuación se expone un resumen de los costos involucrados en unproyecto:• Costo de la mezcla de shotcrete por m3

• Costo del shotcrete aplicado en el sitio, incluyendo exceso derebote y proyección (este costo puede ser 100 % mayor que elcosto por m3)

• Costo de recoger, cargar, transportar el rebote de un proyecto, ydesecharlo en una localidad apropiada y aprobada por las leyesdel medio ambiente

• Costo del shotcrete devuelto, que fue rechazado por haber pasa-do su tiempo de utilización

• Costo de los residuos de shotcrete que tuvieron que eliminarsede bombas y mangueras durante la interrupción de las operacio-nes por desperfectos de las maquinarias o retrasos de otrasíndoles, y al final de los turnos

92

ción y la dosificación de un tipo particular dependerán de la calidaddel cemento, así como también de los requisitos de resistencia ini-cial y tiempo de fraguado.

Es interesante notar que la mezcla con hidratación controladarequiere una dosificación menor del activador Delvo®crete que la delacelerante que requeriría una mezcla normal. La razón probable deello es que, dado que el cemento en la mezcla estabilizada está biendispersado y aún «fresco» (es decir, no hidratado), el activadorDelvo®crete puede actuar con más eficiencia que el acelerante uti-lizado en la mezcla normal.

4.2.8 Rebote

El rebote de las mezclas de shotcrete representa un gran costo agre-gado que debería mantenerse al mínimo. En pruebas de campoefectuadas en Europa y Asia, se ha determinado que las mezclas deshotcrete con hidratación controlada exhiben un rebote menor quelas otras mezclas. Probablemente esto se deba a que en las prime-ras no se ha producido una hidratación previa del cemento, y portanto continuamente se están lanzando mezclas con cemento «fres-co» sin importar el tiempo transcurrido entre el mezclado y la pro-yección.

Las mediciones realizadas en el proyecto del Túnel Flurlinger deSuiza demostraron que el rebote de la mezcla estabilizada (conhidratación controlada) fue hasta un 10 % menor que el de la mezclanormal.

Condiciones del shotcrete empleado en el Túnel Flurlinger de Suiza

Diseño de mezcla (por m3):Cemento 425 kgAgregado (0–16 mm) 1730 kgSuperplastificante 0,8 %Estabilizador Delvo®crete 0,6 %Activador Delvo®crete S51 5,0 %Relación agua/cementante 0,45Trabajabilidad (mesa de asentamiento, DIN):Dosificación 600 mmDespués de 4 h 580 mmDespués de 9 h 560 mm

9594

• Costo de demoler, eliminar y reemplazar las áreas de shotcretedefectuosas debido a que el material aplicado ya había pasadosu tiempo de utilización

• Costo y mantenimiento de las bombas y equipos para el shotcrete• Costo y mantenimiento (por m3) de una unidad trixer (si la hubie-

re)• Costo de configurar una planta dosificadora en el sitio de faena,

necesaria cuando la planta de concreto ya mezclado estádemasiado lejos; costo de la operación continua de la planta

• Costo del tiempo de parada de equipos y personal durante losretrasos o interrupciones de la entrega de shotcrete

Muchos de estos costos son difíciles de cuantificar y de calculardurante las primeras etapas de un proyecto, y por tanto por lo gene-ral se pasan por alto. Sin embargo, puede observarse que con sóloreducir el rebote, los ahorros para el contratista van mucho más alláque simplemente tener que comprar menos materiales.

Al utilizar el sistema Delvo®crete para el control de la hidratación enproyectos de shotcrete vía húmeda de gran volumen, se puede eco-nomizar por varias razones:• Reducción del rebote• Menos rebote que hay que transportar y desechar• Ya no hay que rechazar entregas de shotcrete por haber pasado

su tiempo de utilización• No hay que limpiar bombas ni mangueras de desechos del shot-

crete cuando hay interrupciones, ni tampoco al final de un turnode proyección

• El shotcrete tiene menos defectos debido a que todo el shotcre-te aplicado contiene cemento que no se ha prehidratado y cuyavida útil de empleo sigue vigente

• No hay necesidad de utilizar unidades trixer• Es posible que ya no haya necesidad de erigir plantas de concre-

to en el sitio de la obra (esto depende de otros requisitos delproyecto)

• Menos costos de horas extra y de tiempos de parada (si segarantizan entregas adecuadas de shotcrete en el frente deexcavación)

Como se ve, el costo de utilizar el sistema Delvo®crete para el con-trol de la hidratación resulta ser sumamente bajo. La dosificación delestabilizador Delvo®crete oscila entre 0,4 y 2,0 % (en peso). Estoestabilizará el cemento por un tiempos que varían entre 3 a 4 horas y3 días. Por supuesto, la dosificación del estabilizador Delvo®crete

dependerá de los requisitos del contratista, pero usualmente se uti-liza 0,6 % por peso de cemento.

La dosificación de los activadores Delvo®crete es normalmente iguala (o ligeramente menor que) la dosificación del acelerante que serequeriría para la misma mezcla de shotcrete que no contuviera elestabilizador Delvo®crete.

En la tabla 3 se muestra la comparación de costos de shotcrete devía húmeda convencional y con hidratación controlada utilizado parasoporte de rocas, con agregado grueso (0 – 16 mm). Si la mezclaconvencional tuviera un rebote del 20 %, entonces el costo decolocación del shotcrete sería de US$ 121,10/0,8 = US$ 151,38/m3.Para que el costo de colocación del shotcrete con hidratacióncontrolada sea equivalente, el rebote de la mezcla debería ser (1 – 133,86/151,38) x 100 = 11 %. Tal como se demostró en el pro-yecto del Túnel Flurlinger, es posible lograr reducciones de rebotede esta magnitud (40 – 50 %).

Tabla 3: Comparación de costos entre una mezcla de shotcreteconvencional y una mezcla con hidratación controlada

Material Costo Mezcla Mezcla con unitario convencional hidratación(US$) controlada

Cemento $ 80/ton 420 kg $ 33,60 420 kg $ 33,60

Microsílice $ 450/ton 40 kg $ 18,00 40 kg $ 18,00

Agregados $ 15/ton 1680 kg $ 25,20 1680 kg $ 25,20(0 – 10)

Agua – 210 kg – 210 kg –

Plastificante $ 0,70/kg 3 kg $ 2,10 3 kg $ 2,10

Super- $ 1,10/kg 4 kg $ 4,40 3 kg $ 3,30plastificante

Estabilizador $ 3,50/kg – – 2.76 kg $ 9,66Delvo®crete (0,6%)

Asentamiento – 200 mm más 200 mm más

Acelerante $ 1,80/kg 21 kg $ 37,80 – –convencional (5%)

Activador $ 2,00/kg – – 21 kg $ 42,00Delvo®crete (5%)

TOTAL US$ 121,10 US$ 133,86

97

a) Shotcrete fabricado por vía húmeda con Delvo®crete

Metro de Atenas

La parte de construcción civil del proyecto comprende 20 estacio-nes y 18 km de túneles. A pesar de que los documentos inicialesespecificaban el método de vía seca, fue posible convencer a loscontratistas de los beneficios del método de vía húmeda, por lo queahora éste es el utilizado.

Desde una planta de mezcla central el concreto se distribuye medi-ante mezcladoras a un número de frentes. Los sitios individuales tie-nen un almacenamiento de reserva de concreto con una capacidadmáxima de 12 m3. En este espacio de almacenamiento funcionatambién un agitador que puede funcionar cuando sea necesario. Elconcreto se transfiere desde el agitador a la bomba de concreto,bajando por una tubería hacia el pozo (normalmente con una profun-didad de 20 m) hacia el túnel, terminando en la bomba de proyec-ción MEYCO® Suprema. La distancia hasta la boquilla de proyecciónes normalmente de 100 a 150 m.

La secuencia normal de trabajo involucra la aplicación de 3 a 4 m3 deshotcrete, seguido por una interrupción de 3 a 4 horas hasta lasiguiente aplicación. Durante este tiempo no se utiliza ninguna partedel sistema, desde el almacenamiento de reserva hasta la boquillade shotcrete. Una vez a la semana se lleva a cabo una limpieza totaldel sistema.

Este sistema es posible únicamente gracias al estabilizadorDelvo®crete. Al añadirse un máximo de 2 % basado en el peso delcemento, es posible impedir la hidratación hasta por 72 horas.Cuando se utiliza el Delvo®crete para el shotcrete, es necesario apli-car un activador en la boquilla para iniciar el proceso de hidratación.

Datos claves de la operación con shotcrete:• La mezcla contiene 400 kg de cemento, agregados de 0 – 8 mm,

superplastificante Rheobuild® 716 (1,2%), estabilizador Delvo®crete(1%), relación agua/cementante <0,45, asentamiento de 18 – 20 cmen la planta de concreto y activador Delvo®crete S71 (5 – 6 %)añadido en la boquilla de proyección.

• Esta mezcla produce un rebote <10 %, así como también un des-arrollo de la resistencia inicial superior al de los materiales claseJ3 (según las normas austríacas para el shotcrete), resistencia alas 24 horas de 13 – 17 MPa y resistencia a los 28 días de 30 MPa.

96

En el caso del shotcrete con refuerzo de fibra metálica (cuyo costopodría ser superior a US$ 200 por m3), se requerirá una reducciónincluso menor del rebote para compensar el costo del sistema decontrol de la hidratación.

Aparte de los ahorros conseguidos por la reducción del rebote, elcontratista también ahorrará dinero porque se eliminará el problemadel shotcrete devuelto y de desecho, y se reducirá el tiempo deparada de las bombas de shotcrete y del personal. Además, se ga-rantizará que cada metro cúbico de shotcrete aplicado tenga unacalidad uniforme.

4.2.10 Resumen

• Las mezclas de shotcrete con hidratación controlada son unrecurso económico y eficiente para utilizarse en aplicaciones desoporte de rocas, para grandes proyectos de infraestructurasubterránea.

• Al interrumpirse la hidratación del cemento (y puzolanas) en unamezcla de shotcrete y volver a reactivarse y acelerarse en laboquilla de proyección, se puede garantizar una calidad uniformedel shotcrete.

• Los ahorros logrados por la reducción del rebote pueden com-pensar los costos adicionales del sistema de hidratación contro-lada.

• Los contratistas pueden lograr otros ahorros derivados de lareducción del rebote y eliminación del shotcrete de desecho.

• Las mezclas de shotcrete con hidratación controlada permitenuna mayor flexibilidad en la programación de las operaciones deproyección en proyectos de construcción subterránea.

4.2.11 Casos de estudio

La flexibilidad y ventajas resultantes del uso del shotcrete reforzadocon fibras metálicas dependen del uso correcto de aditivos y delequipo apropiado. A continuación se exponen ejemplos que demues-tran algunos de los aspectos más importantes de las aplicacionesprácticas de shotcrete.

99

Con el sistema Delvo®crete se estabilizan las mezclas de shotcrete enla planta por un tiempo promedio de 14 horas. Desde allí, se transpor-tan al sitio de la obra y se almacenan hasta su utilización. Así se facili-ta la disponibilidad continua de mezclas frescas.

Datos claves de la operación con shotcrete:• Propiedades del concreto:

– Asentamiento inicial 23 cm– Asentamiento después de 14 h 19 cm– Resistencia a la compresión 1 día: 9 MPa

3 días: 18 MPa7 días: 27 MPa28 días: 40 MPa

• Rebote: <6 %• Salida: 9 m3/h• Diseño de la mezcla (por m3):

Cemento 500 kgMicrosílice 16 kgArena (0–1 mm) 150 kgArena (0–6 mm) 1400 kgGrava (6–12 mm) 20 kgRheobuild® 561 5 kgEstabilizador Delvo®crete 3–5 kgFibras metálicas Dramix 40 kgAgua 225 kgActivador Delvo®crete S61 30 kg

Autopista A-14, París

Para la construcción de un túnel doble subterráneo de carreteras de1700 m en la ciudad de París se utilizó el sistema Perforex, un nuevométodo que consiste en el corte continuo de la bóveda del túnel. Loshuecos son llenados inmediatamente con shotcrete de alta resisten-cia inicial antes de comenzar el trabajo de excavación (usando larozadora o road header). Esta técnica es especialmente idónea parael sistema de excavación completa del frente en suelos inestables yblandos situados debajo de zonas urbanas.

A continuación se exponen algunos datos fundamentales del shot-crete:• El estabilizador del sistema Delvo®crete proporcionó la flexibili-

dad requerida para la colocación del shotcrete.• El activador del sistema Delvo®crete proporcionó la alta resisten-

cia inicial requerida; a las 4 horas se obtuvo un promedio de 11 –

98

Metro de Londres, Jubilee Line, sección 102

Desde una planta mezcladora en la superficie, se descarga el con-creto por unos 35 m por un eje vertical, desde donde se transportaen mezcladoras de 4 m3 hasta la bomba de concreto MEYCO®

Suprema, situada de 45 a 100 m detrás de la boquilla, según el avan-ce alcanzado durante la semana.

La secuencia normal de trabajo involucra la aplicación de 4 a 5 m3 deshotcrete, seguido por una interrupción de 2 a 3 horas hasta lasiguiente aplicación. La limpieza del equipo se efectúa una vez a lasemana u ocasionalmente en caso de obstrucciones. El túnel, deaproximadamente 5 m de diámetro en la arcilla «London» (LondonClay), y el avance es de 30 m por semana, en 5 días de 24 horas.

Datos claves de la operación con shotcrete:• La mezcla contiene 400 kg de cemento, agregado de 0 – 10 mm,

superplastificante Rheobuild® 3520 (1,2 %), estabilizadorDelvo®crete (0,9 %), asentamiento de 20 cm en la planta de con-creto y de 13 cm bajo tierra (la medición del flujo según DIN esmás representativa utilizando este superplastificante) y activadorDelvo®crete S51 (4 – 5 %) añadido en la boquilla.

• Esta mezcla produce un rebote del 5 %, una resistencia a las 24horas de 20 – 24 MPa y resistencia a los 28 días de 30 MPa.

En este caso, es interesante hacer notar que no se utilizóDelvo®crete al principio, lo cual condujo a la pérdida de 2 m3 porcada 4 m3 de material proyectado, debido a la limpieza del equipoentre las fases de aplicación.

Túnel Bianya, España

El Túnel Bianya, con una longitud de 1800 m, es parte de la autopistaque comunica Andorra con Francia. La empresa contratista esDragados y Construcciones. El área aislada presenta varios proble-mas para las operaciones convencionales de construcción de túneles:la planta de premezclado más cercana está a 25 km de la obra, y sólopuede llegarse a ella a través de un antiguo paso por la montaña. Senecesita más de hora y media para llegar al extremo norte, y 50 minu-tos para llegar al extremo sur del túnel.

Durante un período de 20 meses, los turnos diurnos y nocturnos con-tinuos requieren un abastecimiento ininterrumpido, bajo condicionesclimáticas adversas, de 15 000 metros cúbicos de shotcrete para lafortificación.

101100

13 MPa, superior al valor requerido de 6 MPa; a las 7 horas sellegó a 17 MPa.

• Menor tiempo de producción: se agilizó el trabajo de construc-ción de túneles en general

• Diseño de la mezcla (por m3):Cemento 425 kgAgregado (0–8 mm) 1660 kgAgua 190 lRheobuild® 2000 PF 1% (por peso de cemento)Estabilizador Delvo®crete 0,4 % (por peso de cemento)Activador Delvo®crete S71 5 % (por peso de cemento)

Túnel Ditschardt, Alemania

El Túnel Ditschardt es parte de la carretera alterna alrededor de laciudad de Altenahr, 40 km al sur de Bonn. El túnel tiene un largo de565 m, y la sección transversal excavada es de 145 m2. La excava-ción del túnel fue efectuada mediante perforación y voladura, ysoportada por shotcrete, pernos de anclaje, mallas electrosoldadasy cerchas conforme a los principios de la técnica NATM. El trazadodel túnel pasaba por una zona de grauvaca discontinua. Fuenecesario transportar la mezcla de concreto requerida para la proy-ección por vía húmeda desde una planta situada a 25 minutos de laobra. Otras variables del proceso de construcción de túneles contri-buyeron a los retrasos.

A continuación se exponen algunos datos fundamentales del shot-crete:• El estabilizador del sistema Delvo®crete proporcionó la flexibili-

dad requerida para la colocación del shotcrete (sin pérdida de lacalidad).

• El concreto se mantuvo en una mezcladora de camión hasta elmomento de la aplicación. Se agregó un plastificante paraaumentar el asentamiento en la mesa (DIN) a 50 cm.

• Menor tiempo de producción: se agilizó el trabajo de construc-ción de túneles en general

• Diseño de la mezcla (por m3):Cemento CEM I 32.5R 380 kgArena (0–2 mm) 880 kgAgregado (2–8 mm) 980 kgAgua 200 kgWoerment FM21 (plastificante) 0,5% (por peso de cemento)

Estabilizador Delvo®crete 0,8% (por peso de cemento)Activador Delvo®crete 6,1% (por peso de cemento)

• El sistema de hidratación Delvo®crete fue igualmente fiable duran-te el frío invierno de 1995/1996 y durante el verano siguiente.

b) Proyección por vía seca con Delvo®crete

Túnel de alivio de aguas pluviales Brighton & Hove, Reino Unido

La construcción del Túnel de alivio de aguas pluviales Brighton &Hove se hizo a lo largo de la playa, a una distancia de 30 – 40 mdetrás de la superficie, entre Brighton y Hove (costa sudeste delReino Unido). El túnel principal tiene 5,3 km de largo con un diámetroexcavado de 6 m, y estaba previsto perforarlo con una maquinariaTBM de frente completo. El revestimiento consistiría en segmentosprefabricados de concreto.

El túnel de acceso principal combina concreto prefabricado y shot-crete con una TBM y descombro, construido según los criterios dediseños de la técnica NATM. Debido a los requisitos ambientales dela zona – un área vacacional que funciona todo el año –, fuenecesario evitar erigir una planta de concreto, y las mezclas de con-creto que debían lanzarse a horarios diferentes de cada día teníanque ser transportadas desde una distancia de 12 km.

A fin de garantizar un abastecimiento regular de shotcrete de altacalidad, Taylor Woodrow Civil Engineering (la principal empresa con-tratista) eligió el sistema Delvo®crete. El shotcrete fabricado por víaseca, estabilizado con el estabilizador Delvo®crete, fue aplicadomediante dos equipos MEYCO® GM 90, y debido a las condicionesde humedad de los túneles, se activó y aceleró con el activadorDelvo®crete S51. Un concreto de unas 15 horas de mezclado habíasido proyectado con excelentes resultados.

4.3 Curado interno del concreto

Los túneles y otros proyectos de construcción subterránea tienenalgunas de las peores condiciones para el curado debido a la conti-nua ventilación de aire (caliente o frío) hacia adentro del túnel. Puede

103

La aplicación de los agentes de curado requiere dos operacioneslentas: la aplicación del agente del curado y la limpieza/eliminacióndel agente de curado de la superficie del shotcrete entre las capas,en caso de capas múltiples. En muchos países que tienen experien-cia en shotcrete fabricado por vía húmeda (tales como Noruega ySuecia), y en proyectos importantes de todo el mundo, se exigecurar el shotcrete con un agente de curado.

Se han obtenido excelentes resultados con el uso de un agente decurado especial para el shotcrete (Masterkure® 112). Este productono contiene solventes y es fácil de aplicar y eliminar. Se ha utilizadoen muchos países y en muchos proyectos importantes, produciendosiempre muy buenos resultados. El uso de agentes de curado espe-cialmente diseñados para el shotcrete mejora la adherencia en un 30– 40 % en comparación con un shotcrete sin curado (curado al aire),reduce la contracción y el agrietamiento y asimismo ofrece una den-sidad y resistencia a la compresión a los 28 días ligeramente másaltas. Estos resultados han sido confirmados a través de diferentespruebas de laboratorio y pruebas de campo. Sin embargo, para log-rar tales resultados es necesario efectuar una limpieza adecuadaantes de aplicar las capas subsiguientes de shotcrete. Incluso cuan-do se utilizan productos fáciles de aplicar, el curado del shotcrete esuna tarea que consume tiempo y a menudo interfiere con otras ope-raciones del proceso de construcción de túneles.

4.3.2 Curado interno del concreto con MEYCO® TCC735

MBT desarrolló un nuevo sistema para lograr un curado más eficaz yseguro del shotcrete fabricado por vía húmeda, así como de los mor-teros de reparación y del concreto.

El curado interno del concreto consiste en añadir un aditivo especial alconcreto/mortero durante la dosificación, de la misma manera que seharía con un aditivo normal. Este aditivo produce una barrera internaen el concreto, la cual facilita una hidratación mejor y una mejor resis-tencia que la que ofrecen los agentes de curado convencionales.

Esta nueva tecnología ofrece una serie de beneficios importantes:• Se elimina la aplicación de una membrana de curado, y en el caso

de que se coloquen varias capas de shotcrete, ahorra la necesidadde eliminar estos agentes de curado

• Se garantiza el curado desde el principio de la hidratación• No afecta la adherencia entre capas

102

compararse con concreto expuesto a un área de mucho viento. Unopodría pensar que las condiciones de alta humedad (fugas de agua),ausencia de viento y de exposición al sol favorecerían las condicio-nes de curado, pero esto no es así.

4.3.1 Antecedentes

El curado es uno de los trabajos básicos más importantes del shot-crete debido al gran contenido de agua y cemento de la mezcla, y laconsiguiente alta contracción y alto potencial de fisuración del con-creto aplicado. Otra razón es el peligro del secado rápido debido a laalta ventilación tan común en los túneles, la rápida hidratación delshotcrete acelerado y la aplicación en capas delgadas. Por tal moti-vo, el shotcrete debería siempre curarse adecuadamente medianteun agente de curado eficiente. Sin embargo, tales agentes tienenvarias restricciones: deben estar libres de solventes (uso en ambien-tes cerrados), no deben afectar la adherencia entre capas y debenaplicarse inmediatamente después de colocar el shotcrete. Lamayoría del shotcrete en todo el mundo se caracteriza por falta deadherencia y gran cantidad de fisuras debido a que no se ha curado.

Con el uso del shotcrete como un revestimiento final permanente,han aumentado los requisitos de calidad y rendimiento a largo plazo,a saber: buena adherencia, alta densidad final y alta resistencia a lacompresión para garantizar resistencia a los ciclos de congela-ción/deshielo y resistencia química, estanqueidad y un alto grado deseguridad.

Cuando se utiliza un agente de curado para el shotcrete, esnecesario tener mucho cuidado con el procedimiento de limpiezadel substrato antes de aplicar una capa subsiguiente. La limpiezadebe efectuarse con alta presión de aire y abundante agua (con unabomba de proyección y boquilla, agregando aire en la boquilla). Otroproblema que tienen los agentes de curado es que deben aplicarserápidamente una vez finalizada la proyección. Para procurar hacerun curado adecuado del shotcrete, los agentes de curado debenaplicarse dentro de los siguientes 15 a 20 minutos después de laproyección. Debido al uso de acelerantes de fraguado, la hidratacióndel shotcrete ocurre poco después de la proyección (5 a 15 minu-tos). La hidratación y el aumento de temperatura se producen duran-te los primeros minutos y horas después de la aplicación del shot-crete, y es muy importante proteger el shotcrete en tal etapa crítica.

105

4.3.4 Ventajas del curado interno del concreto con MEYCO®

TCC735

• No afecta la adherencia entre las capas. Siempre exhibe buenaadherencia y seguridad

• Elimina la necesidad de operaciones adicionales para la aplica-ción de agentes de curado u otros métodos de curado

• Elimina la necesidad de operaciones adicionales de limpieza yeliminación de agentes de curado

• El curado comienza de inmediato (y por ende, durante el períodocrítico)

• Menos fisuración• Mejor resistencia química• Mejor estanqueidad (menos fisuración)• Mejor resistencia a ciclos de congelación/deshielo• Mejor trabajabilidad y facilidad de bombeo• Actúa independientemente de la calidad, granulometría y falta de

finos del agregado• Funciona particularmente bien con el shotcrete reforzado con

fibras metálicas; mejora la orientación de las fibras, reduce elrebote de las mismas y aumenta la tenacidad

• Ahorra tiempo por m3/m2 debido al aumento en producción y dis-minución del número de operaciones. ¡El tiempo es oro!

• Mayor densidad• Mejores resistencias a la compresión finales

4.3.5 Una solución más segura y económica

• MEYCO® TCC735 ofrece ahorros generales de la operación deproyección, ya que elimina la necesidad de operaciones adicio-nales para la aplicación de componentes de curado y prepara-ción del substrato; además, solamente la reducción del rebotegeneral y el de las fibras compensa con creces el costo adicionaldel material.

• MEYCO® TCC735 no sólo garantiza un mejor curado, sino queofrece un avanzado procedimiento de aplicación de agentes decurado en forma de un aditivo de concreto muy fácil de añadir.

104

Como consecuencia de este óptimo efecto de curado, mejoran todaslas otras características del shotcrete: densidad, resistencia final, resi-stencia a los ciclos de congelación/deshielo y resistencia química,estanqueidad, reducción del agrietamiento y de la contracción.

Además, el aditivo MEYCO® TCC735 mejora la facilidad de bombeo ytrabajabilidad del shotcrete, incluso con agregados de bajo grado.Particularmente mejora la facilidad de bombeo de las mezclas deshotcrete reforzadas con fibras metálicas. Al combinarse con el siste-ma MEYCO® TCC consigue aumentar aun más los efectos beneficio-sos del sistema de slump killing (mata cono) gracias a que mejora laorientación de las fibras y reduce el rebote de las mismas, aumentan-do la tenacidad.

4.3.3 Tecnología comprobada

El sistema de curado interno del concreto con MEYCO® TCC735 hasido ensayado con buenos resultados tanto en laboratorios como engrandes obras. Se han llevado a cabo programas completos deinvestigación en Noruega (SINTEF), Suiza (Instituto LPM) y Austria(Universidad de Innsbruck). Las resistencias de adherencia fueronsuperiores a 2,0 MPa, con fallas descubiertas en el concreto sola-mente y no en el área de adherencia. La densidad y las resistenciasmecánicas a los 28 días fueron más de 10 % mayores que las most-radas por el shotcrete de referencia (curado convencionalmente).

Resultados de una obra monumental del Lejano Oriente:• Mayor adherencia, en comparación con las aplicaciones sin

curado: >100 % (de 0,5 – 0,7 a >2 MPa)• Mayor adherencia, en comparación con las aplicaciones con

agentes de curado especiales: >30 – 50 % (de 0,7 – 1,2 a >2 MPa)• Todas las probetas de shotcrete tratado con MEYCO® TCC735

muestran una resistencia de adherencia >2 MPa. Se encontraronfallas únicamente en el concreto y no en el área de adherencia

• Mayor densidad (>15 %), en comparación con las aplicacionesde shotcrete tratado con agentes de curado externos

• Mayor resistencia (28 días), en comparación con las aplicacionesde shotcrete curado al aire o tratado con agentes de curadoexternos (>10%)

• Ausencia de fisuras

107

Figura 22: Adherencia de testigos de sondeo de shotcrete ensubstratos de shotcrete (MPa) (ref.: resultados de pruebas deproyección, Instituto LPM)

Tabla 5: Diseño de mezcla por m3

Referencia Curado Curador (sin curado) externo interno

Cemento 42.5 II A-L 450 kg 450 kg 450 kgMicrosílice 22,5 kg 22,5 kg 22,5 kgAgua/cementante 0,45 0,45 0,45Arena 0 – 4 mm 1700 kg 1700 kg 1700 kgRheobuild® 561 7,125 kg 7,125 kg –Masterkure® 112 – 0,5 kg/m2 –Rheobuild® 3520 – – 9,5 kgMEYCO® TCC735 – – 5 kgRheobuild® 700 – – 1 kgMEYCO® SA430 8 % (por peso) 8 % (por peso) –MEYCO® TCC765 – – 5 % (por peso)Asentamiento 23 cm 23 cm 16 cm

En estas pruebas se fijaron varios parámetros para así poder evaluarlas verdaderas diferencias de las tres mezclas y sistemas.

106

Tabla 4: Comparación de costos por m3 del curador interno deconcreto, curado externo y curado húmedo de uno de los mayoresproyectos llevados a cabo con shotcrete: > 200 000 m3 de shotcretede alto requerimiento aplicado en un período de 2 años y medio

Curado Curado Curador húmedo externo interno

Material – CHF 14,00 CHF 15,00Costos de aplicaciónHoras-hombre CHF 25,20 CHF 1,00 –Maquinaria CHF 280,00 CHF 18,00 –Costos de retiroHoras-hombre – CHF 10,80 –Maquinaria – CHF 80,00 –Total de costos CHF 305,20 CHF 123,80 CHF 15,00(por m3)

4.3.6 Resultados de las pruebas de proyección

Figura 21: Absorción de agua desde un testigo de sondeo (g/cm2)(ref.: M. Testor, tesis de posgrado en la Universidad de Innsbruck,1997)

No curado

Curado externo

Res

iste

ncia

de

adhe

renc

ia [M

Pa]

10 min1 hora

24 horas7 días

Curado externo

No curado

Ab

sorc

ión

de

agua

[g/c

m2 ]

109

Capítulo 5

Refuerzo de fibras

El concreto reforzado con fibras es un material novedoso que estásiendo desarrollado de forma acelerada gracias al mejoramiento delas nuevas fibras, tecnología y técnicas de aplicación del concreto.

Figura 23: Fibras metálicas para refuerzo del shotcrete utilizado parasoporte de rocas

El uso del shotcrete reforzado con fibras ha avanzado significativa-mente en los últimos años, contando ahora con la aprobación deingenieros, especificadores, propietarios y contratistas del mundoentero para aplicaciones de soporte de roca.

5.1 ¿Por qué es necesario reforzar el concreto?

El concreto es un material frágil. Generalmente el concreto y el shot-crete se agrietan por razones estructurales, principalmente por lapoca resistencia a tracción del material. El agrietamiento se producecomo resultado de una combinación de los esfuerzos de contrac-ción y las restricciones. Para evitar este problema, es necesarioreforzarlo con mallas electrosoldadas y varillas de acero, o confibras.

108

Tabla 6: Comportamiento mecánico de las tres mezclas

Referencia Curado Curador(sin curado) externo interno

Resistencia a la flexión de probetas de concreto (10 x 10 x 40 cm), UNI 5133,MPa:

7 días 3,8 – 5,9–6,16,0

28 días 5,5–4,5 4,5–4,5 6,4–6,85 4,5 6,6

Prueba de despegue Rilem/CEB/FIP RC6, MPa:7 días – – 2,1–1,9

2,028 días 1,5 2,0–1,8 2,4–2,2

1,9 2,3

Adherencia en concreto (*), MPa:7 días 0,92 (P) 0,9 (P) 1,5 (P)28 días 1,02 (I) 1,5 (I) 2,8 (P)

Fisuras en las probetas:1 día Fisuras Sin fisuras Sin fisuras7 días Fisuras Sin fisuras Sin fisuras14 días Roturas Fisuras Sin fisuras

superficiales28 días Roturas Fisuras Sin fisuras

Modulo estático de elasticidad, UNI 6556, MPa:7 días 17 150 – 19 10028días 21 650 – 22 400

Modulo dinámico de elasticidad, MPa:7 días 28 500 28 000 39 40028 días 36 600 37 300 39 600

(*): Los valores son el promedio de dos pruebas.P: Las roturas se han producido en la aplicación, es decir, en el producto.I: Las roturas se han producido en la interfaz entre la aplicación y la losa de

concreto.

4.4 Conclusión

Los productos Delvo®crete, los acelerantes libres de álcalis MEYCO®

SA160/SA161/SA162/SA170 y el sistema de curado interno del con-creto son las nuevas generaciones de aditivos avanzados para elshotcrete, que han fijado nuevas pautas en el mundo del shotcrete.Estos productos y sistemas mejoran la calidad y aumentan la produc-ción, al mismo tiempo que disminuyen los costos por metro cúbico deshotcrete, favoreciendo así su uso como material de construcción.

111

5.3 Clases de fibras

5.3.1 Fibras de vidrio

Las fibras de vidrio no sirven como un material permanente porqueal cabo de cierto tiempo se fragilizan y son destruidas por la partebásica de la matriz de concreto. Por tanto, no deben utilizarse enningún tipo de concreto, shotcrete o morteros con base de cemento.

5.3.2 Fibras sintéticas

Las fibras de plástico cortas son resistentes y duraderas (embebidasen el concreto), pero sus propiedades mecánicas son similares a lasdel concreto y no mejoran las propiedades ni imparten viscosidad alconcreto; por tal motivo no sirven para aplicaciones de soporte deroca, pero sí son apropiadas en los casos en que únicamente serequiere refuerzo para contrarrestar la contracción (en particular,contracción plástica). Tienen un efecto muy eficiente en la distribu-ción de microfisuras durante la fase plástica del endurecimiento, ytambién reducen el rebote en la proyección por vía húmeda.Adicionalmente, las fibras sintéticas tienen un efecto positivo en laresistencia al fuego del shotcrete.

Recientemente, la compañía Synthetic Industries de los EstadosUnidos desarrolló un nuevo tipo de fibra sintética que se asemejamás a la forma de la fibra metálica. Estas fibras, llamadas HPP 152,están hechas de materiales de alta calidad y se producen en longitu-des de 30 y 50 mm. Pruebas realizadas en Europa y Australia demu-estran que este tipo de fibra puede lograr una tenacidad apropiadaen dosis moderadas (10 – 13 kg/m3), y que alcanza valores aproxi-mados de 700 – 900 julios en el ensayo de placa de la EFNARC. Esteresultado concuerda bastante con el logrado con 30 – 40 kg/m3 defibras metálicas de alta calidad. Este nuevo tipo de fibra sintética esde interés para la industria y puede ser una adición importante paraaquellos casos en que no sea posible añadir fibras metálicas al shot-crete por diversas razones (p. ej., corrección de superficie, fibras enla superficie, y cuando se requiere un refuerzo eficiente para mejorarla ductilidad del shotcrete).

Tabla 7: Resultados de un ensayo de comparación hecho con fibrasmetálicas Harex (varias dosificaciones) y HPP 30 y 50 mm (variasdosificaciones) en Moab, República Sudafricana. De este ensayo se

110

Las fibras metálicas tienen ventajas obvias sobre la malla electro-soldada, siendo la más importante el hecho de que son pequeñas yque pueden distribuirse uniformemente en toda la capa de concreto.Tal mejoramiento de la distribución de las fisuras y de la tensiónimparte viscosidad al concreto.

5.2 Comportamiento de las fibras metálicas en elshotcrete

Las propiedades mecánicas del shotcrete están principalmentedeterminadas por la relación agua/cementante, el contenido demicrosílice, la dosis de acelerantes de shotcrete y las condiciones decurado.

La función principal de las fibras metálicas en el shotcrete es aumen-tar la ductilidad del material. Si bien es posible obtener una elevadaresistencia a la flexión sin necesidad de fibras, la ductilidad estádirectamente relacionada con el tipo y la cantidad de las fibras metá-licas. Se prefiere utilizar fibras largas (>25 mm) a dosis altas (40 – 75kg/m3).

Como efecto secundario, las fibras metálicas mejoran la resistenciafinal a la flexión del shotcrete. Los resultados de pruebas a granescala han demostrado que después del endurecimiento, la resi-stencia a la flexión del shotcrete básico se reduce a la mitad debidoa la contracción y a la aparición de microfisuras, mientras que elshotcrete reforzado con fibras metálicas mantiene su resistencia a laflexión.

Los beneficios adicionales proporcionados por las fibras metálicasal shotcrete son:• mayor resistencia contra impactos• mayor resistencia a la abrasión y a la erosión• mayor estanqueidad y resistencia a la congelación debido a la

conversión de fisuras de contracción en microfisuras• mayor capacidad de adherencia, en comparación con el shotcre-

te básico o reforzado con mallas electrosoldadas

Las fibras metálicas no deben nunca utilizarse en el shotcrete por víaseca debido al elevado rebote de las mismas (>50 %).

113

Uno de los problemas principales que queda por resolver con lasnuevas fibras HPP 152 es la pérdida elevada de las fibras. Es nece-sario modificar el diseño de la mezcla a fin de producir un asen-tamiento mayor, y se debe emplear una nueva técnica de proyección(patrón diferente, distancia más corta al substrato y menos aire).Sería interesante combinar una dosis baja de las nuevas fibras HPP152 con fibras metálicas para obtener una ductilidad excelente,menos fisuras y rebotes y ahorro de costos debido al menor con-tenido de fibra por m3.

5.3.3 Fibras de carbono

Desde el punto de vista técnico las fibras de carbono tienen propie-dades mecánicas ideales para el soporte de rocas, pero en la prác-tica no se utilizan debido a que son sumamente costosas.

5.3.4 Fibras metálicas

Éstas son las fibras más utilizadas para el shotcrete. Existen variasclases y calidades disponibles en el mercado, pero sólo algunas reú-nen los requisitos establecidos para el shotcrete reforzado con fibra.

Los parámetros críticos de las fibras metálicas son:• Geometría• Longitud• Relación largo/espesor (L/D)• Calidad del acero

En la práctica se busca una fibra delgada y larga con acero de altacalidad (igual o mayor que el refuerzo ordinario). La mayoría de lasfibras metálicas disponibles en el mercado son de calidad insuficien-te. Dramix 30/50 y 40/50, Novotex 0730 (0,7 x 30 mm) y Harex CF30/0,5 son las fibras típicas que satisfacen los requisitos para elshotcrete reforzado con fibras metálicas.

5.4 Ventajas técnicas de las fibras metálicas

El soporte de rocas está acompañado de riesgos constantes de car-gas inesperadas y deformación. El mejor margen de seguridad posi-ble se logra con una capa de shotcrete que tenga la más alta energíade rotura (ductilidad) posible.

112

concluyó que 7,5 kg/m3 de HPP 50 proporcionan una mayor energ-gía de absorción que 40 kg/m3 de las fibras metálicas ensayadas.

Tipo de fibra Espesor del panel Absorción de energíay contenido (mm) Resultados individuales Promedio

20 HX, 20 kg A: 107 194B: 114 206 211C: 113 232

30 HX, 30 kg A: 117 519B: 113 285 382C: 132 341

40 HX, 40 kg A: 99 288 329B: 108 370

5 HPP, 5 kg A: 110 224(30 mm) B: 106 243 203

C: 108 142

7.5 HPP, 7,5 kg A: 92 136(30 mm) B: 108 212 150

C: 102 102

10 HPP, 10 kg A: 112 371(30 mm) B: 108 393 331

C: 114 230

5 HPP, 5 kg A: 106 249(50 mm) B: 100 146 190

C: 99 176

7.5 HPP, 7,5 kg A: 104 539(50 mm) B: 100 35* 467

C: 113 394

10 HPP, 10 kg A: 107 527(50 mm) B: 125 865 650

C: 121 558

28 HX & 5 HPP A: 111 41320 kg HX + B: 124 401 4375 kg HPP 50 mm C: 132 497

*: Panel fisurado – los resultados no se incluyeron en los cálculos promedio.HX: Fibra metálica Harex, acero de calidad 1100 MPa

115

La energía de rotura de las fibras metálicas es también mayor que lade las mallas electrosoldadas, lo cual ha sido comprobado en losestudios a gran escala realizados al principio de los años 80 por laAsociación de Investigación Técnica Noruega (NTNF), una entidadindependiente (véase la fig. 25).

La prueba simula un bloque cayendo sobre una capa de shotcretede 10 cm.a) Shotcrete con 1 % de fibras metálicasb) Shotcrete con mallas electrosoldadas en el centro de la sección

La aplicación de ambas clases de capas de shotcrete reforzado sehizo con un espesor de 10 cm sobre tres bloques de piedra granítica(véase la fig. 26). Al cabo de 28 días se aplicaron varias cargas (P)sobre el bloque del medio y se midió la deformación resultante.

La prueba demuestra que la energía de rotura del shotcrete reforza-do con fibra metálica es mucho mayor que la del shotcrete reforzadocon mallas tradicionales.

Figura 26

En teoría, el shotcrete reforzado con mallas electrosoldadas puedeexhibir resultados similares si la capa tiene un espesor mayor de 15cm y el acero es de buena calidad. Sin embargo, la malla de alambrecomún se fabrica de alambres estirados en frío. Esta malla tiende aromperse bajo deformaciones muy pequeñas, y por tanto es peligro-so utilizarla ya que las aplicaciones de soporte de roca involucrandeformaciones.

Asimismo, los refuerzos de alambre electrosoldado crean un proble-ma de calidad para el shotcrete. El efecto de sombra puede producirvacíos detrás de las varillas, lo cual es un problema serio que a lalarga conduce a corrosión del refuerzo y fisuración del concreto.

El peligro que supone la calidad dudosa de la malla electrosoldada yel efecto de sombra puede evitarse fácilmente utilizando el refuerzo

114

Bloque de piedra granítica Bloque de piedra granítica

Con refuerzo defibra metálica

Sin refuerzo

Deformación

Carg

a P

Figura 24: Las dos curvas muestran la deformación bajo la variaciónde la carga P aplicada a capas de shotcrete con o sin refuerzos defibras metálicas de última generación. El área bajo la curva repres-enta la energía de rotura.

Si bien la adición de fibras metálicas ordinarias duplica la energía derotura del shotcrete, con la adición de las nuevas fibras metálicas sealcanza un valor de energía de rotura que es de 50 a 200 vecesmayor (véase la fig. 24). En términos prácticos, esto significa quecon estas nuevas fibras, una capa de shotcrete puede agrietarse ydeformarse y aún conservar una gran capacidad de carga, de mane-ra que en circunstancias normales hay tiempo suficiente para poderobservar las fisuras o deformaciones y poder tomar las medidas per-tinentes.

Figura 25: Comparación de la energía de rotura de fibras metálicas ymallas electrosoldadas

Carga P(kN)

Fibrasmetálicas

Malla electrosoldada

Deformación

Rot

ura

de la

adh

eren

cia

Falla

de

la m

alla

Falla

a ro

tura

117

• Es necesario aumentar el asentamiento a un mínimo de 10 – 14cm. Esto significa que el shotcrete reforzado con fibra requiereuna dosis mayor de superplastificantes.

• Por razones de anclaje, el tamaño de las fibras debe ser al menosel doble del tamaño del agregado máximo.

• La fibra debe tener un largo no superior a 50 a 60 % del diámetrode la manguera de bombeo. Esto significa que para la proyecciónmanual, la máxima longitud de fibra normal es 25 mm; pararobots con mangueras de 65 mm, es posible hacer la proyeccióncon una longitud de fibra hasta de 40 mm.

• Las fibras metálicas pueden añadirse antes, después o durantela dosificación de los materiales del concreto. Si se produceaglomeración de fibras (bolas), puede eliminarse modificando lasecuencia de dosificación.

Figura 27: Shotcrete moderno: proyección robótica con aditivos yfibras metálicas de alta tecnología

116

de fibra metálica, un material que se combina muy bien con el shot-crete fabricado por vía húmeda y a un costo bajo. Esta característicaes idónea para las aplicaciones de soporte de rocas, en las cuales seespera que siempre haya deformación.

5.5 Ventajas económicas de las fibras metálicas

Al sustituir la malla electrosoldada con fibras metálicas se puede evi-tar una operación peligrosa y difícil. Esto facilita que el concretoreforzado con fibra compita con la malla tradicional.

Las fibras metálicas producen ahorros de tiempo y dinero:• Ahorros en costos directos:

El costo directo de las fibras metálicas equivale a un 50 a 60 %del costo directo de la malla electrosoldada (mano de obra másmaterial).

• Ahorros en costos indirectos:Se pueden evitar los costos indirectos involucrados en aplicar elshotcrete en dos capas (requerido cuando se utilizan mallas elec-trosoldadas). También se evitan los retrasos debidos a otras ope-raciones de construcción de túneles.

• Ahorros en el shotcrete utilizado:Las fibras metálicas permiten aplicar el espesor requerido deshotcrete en toda la superficie, independientemente de la irregu-laridad del substrato.Se evita también el problema de mayor rebote causado por lasmallas electrosoldadas, así como también el efecto de «som-bras» detrás de las mismas.

5.6 Diseño de la mezcla para el shotcretereforzado con fibra metálica

El diseño de la mezcla con fibras metálicas requiere experiencia teó-rica y práctica del personal.• El shotcrete reforzado con fibra requiere el uso de microsílice y

aditivos para poder contrarrestar los efectos negativos que tie-nen las fibras sobre el bombeo y la proyección. Además, esimportante que la adherencia entre el acero y la matriz de con-creto sea óptima, lo cual se logra con la adición de microsílicecon un agregado de tamaño máximo de 8 mm.

• Se requiere un contenido mayor de material fino (mín. 400 kg).

119

construcción antes de la colocación de un revestimiento secundario.Sin embargo, con el uso del shotcrete para revestimientos perma-nentes de doble capa (véase el cap. 9), frecuentemente se debeconsiderar la durabilidad del concreto para una vida prevista de 100o más años.

Tal como se observa en la fig. 28, la durabilidad de una estructura deshotcrete se establece por la combinación de muchos parámetrosposibles. A diferencia de las construcciones tradicionales con con-creto colado, en las construcciones con shotcrete no basta con utili-zar un diseño correcto de mezcla y refuerzos. La razón principal deello es que el material se aplica por proyección, y por tanto la calidaddepende en alto grado de la destreza humana y del funcionamientodel equipo de proyección. En este capítulo se discuten brevementelos principales aspectos de durabilidad mostrados en la fig. 28.

6.1 Diseños construibles

Figura 29: Factores humanos y estructurales

En referencia a las estructuras de túneles de concreto ya existentes,los principales problemas de durabilidad no están directamente rela-

118

Factoreshumanos

Factoresestructurales

• Revisión del diseño por parte de terceros independientes

• Revisión del diseño durante la construcción

• Control de calidad• Evaluación de riesgos• Competencia

• Secuencias de construcción• Refuerzos permanentes del

terreno• Detalles de uniones e

intercapas• Exposición física y química• Propósito y vida prevista del

túnel• Parámetros de diseño y efectos

del tiempo• Refuerzos o fibras• Métodos de impermeabilización• Geometría del perfil• Propiedades del material

• Monitorización, revisión y puesta en práctica de medidas durante la construcción

• Control de calidad• Evaluación de riesgos• Competencia• Supervisión• Capacitación

• Diseño de la mezcla• Tipo de acelerante• Métodos de aplicación• Selección y funcionamiento

de los equipos• Métodos de curado• Mejoramientos del terreno

EQUIPO DE DISEÑOEQUIPO DE

CONSTRUCCIÓNComunicación

Capítulo 6

Durabilidad del shotcrete

Como resultado de la creciente aplicación del shotcrete como mate-rial de construcción permanente, han aumentado las exigenciasimpuestas a su durabilidad. El uso de acelerantes tradicionales endosis elevadas provoca daños serios del shotcrete, incluso pocotiempo después de su aplicación.

La durabilidad del revestimiento de un túnel debe ser tal que el reves-timiento permanezca seguro y en servicio durante la vida útil previstasin necesidad de mantenimientos costosos. Para lograr tal dura-bilidad, el diseñador debe evaluar la exposición ambiental de laestructura tanto durante la construcción como durante la operación,dado que la degradación estructural ocurre normalmente comoresultado de cambios ambientales imprevistos.

Figura 28: Parámetros de durabilidad de una estructura de shotcrete

Con esto en mente, el término «durabilidad» puede relacionarse conestructuras diseñadas para resistir cargas durante un periodo de

Estructurade shotcrete

duradero

Diseño de mezcla correcto y selección del acelerante apropiado

Método de curado

Condiciones de terreno y agua alrededor

de la estructura

Control del sitio:monitorización y

soluciones

Condiciones ambientales y de

cargas futuras

Diseño «construible»

Especificacionesmodernas pertinentes

Personal aplicadordebidamente capacitado

y adiestrado

¿Proyección por vía húmeda o por vía

seca?

Aplicación manual o por robot

121

6.4 Diseño de la mezcla de shotcrete

El factor determinante de la durabilidad de una estructura de con-creto es la permeabilidad: mientras más baja sea ésta, más se redu-cirá el acceso de sustancias potencialmente nocivas y por ende seinhibirán reacciones químicas en las que podría participar el concre-to con consecuentes cambios químicos. Para lograr disminuir la per-meabilidad en las aplicaciones de shotcrete se debe procurar tener:

• Materiales de granulometría apropiada para el sistema de aplica-ción de shotcrete en cuanto a facilidad de bombeo, trabajabili-dad, reducción del rebote y buena compactación (véase la fig. 5del cap. 3.5.2). Se deben efectuar ensayos de todos los agrega-dos para determinar el riesgo de reacciones álcali-sílice.

• Un contenido de cementante adecuado, por lo general entre 400y 500 kg. El contenido de cemento debe ser al menos 350 kg.

• Relaciones agua/cementante predefinidas y bajas (inferiores a0,45); esto se logra mediante agentes reductores de agua ysuperplastificantes. Los superplastificantes modernos, conoci-dos como «hiperplastificantes» pueden proporcionar relacionesagua/cementante entre 0,35 y 0,4, al mismo tiempo que mantie-nen un asentamiento de 20 cm.

• Materiales puzolánicos tales como microsílice (humos de sílice) ycenizas volantes. La microsílice tiene un efecto definido de relle-no en cuanto a que distribuye los productos de hidratación deuna manera más homogénea en el espacio disponible. Comoresultado, se logra un concreto con menor permeabilidad, mayorresistencia a los sulfatos y mayor durabilidad frente a los ciclosde congelación-deshielo.

• Control de microfisuración a 0,2 mm utilizando refuerzos metáli-cos en vez de mallas, lo cual promueve una recuperación autó-gena.

• Dosis bajas controladas de acelerantes libres de álcali, a fin deminimizar la pérdida de la resistencia final en comparación con lamezcla base, así como también lograr una reducción significativade lixiviados, menos rebote y polvo, y por sobretodo, condicio-nes de trabajo mejores y más seguras.

• Aditivos de control de la hidratación para evitar la hidrataciónprematura de la mezcla antes de que se aplique al substrato. Laprehidratación puede causar efectos sumamente perjudiciales alas propiedades físicas del shotcrete endurecido, tales comoreducción en la resistencia y la densidad y aumento de la perme-abilidad.

• Métodos de curado aplicables (véase el cap. 4.3).

120

cionados con el concreto mismo sino más bien con la corrosión delos refuerzos metálicos que no tienen suficiente protección contra lahumedad o las entradas de agua. Los túneles de shotcrete perma-nente tienen otros problemas de durabilidad, particularmente en tér-minos de proporcionar las propiedades requeridas del material talescomo compactación, y con los problemas de estabilidad asociadosa la cantidad de aditivos utilizados por los modernos métodos deaplicación de shotcrete por vía húmeda.

Tal como se resume en la fig. 29, para el diseño y la construcción derevestimientos de túneles de shotcrete duraderos se requiere emple-ar una metodología de trabajo «holística». Fundamentalmente, elmétodo de revestimiento de shotcrete depende en alto grado de lasdestrezas de los operarios durante la construcción, y por tanto eldiseño debe reflejar tal dependencia considerando la «constructibili-dad» de estas estructuras con shotcrete.

6.2 Especificaciones y guías

En la industria del shotcrete es desafortunadamente muy comúncopiar y utilizar los mismos documentos de especificaciones y guíasaño tras año, sin que se haga una investigación a fondo sobre losnuevos avances en el campo del shotcrete. El reciente aumento enel uso de shotcrete por vía húmeda se ha convertido en una oportu-nidad para reexaminar las especificaciones, y actualmente se estánpublicando nuevos documentos que reflejan los últimos avances enla tecnología del shotcrete (tal como la Especificación Europea delShotcrete [1996]) emitida por la EFNARC, véase el cap. 10.5).

6.3 Aptitud del equipo de construcción

Los integrantes del equipo de construcción deben estar enplenoconocimiento de los elementos de diseño necesarios para lograr laseguridad y durabilidad de la estructura del túnel. A fin de garantizarla calidad del revestimiento de concreto, los sistemas de revisión decalidad deben ser adecuados para controlar la producción. Es críti-co mantener una comunicación constante entre los equipos de dise-ño y de construcción, desde la etapa de prediseño hasta la finaliza-ción del proyecto, para así asegurarse de poner en marcha losprocesos antes mencionados (para mayor información, véase elcap. 10.5).

123

• El uso de 6 % de microsílice en cemento OPC proporciona unaresistencia a los sulfatos comparable a la del cemento resistentea los sulfatos (SR). Esto es importante, dado que se prefiere utili-zar cemento OPC en shotcrete (en vez del SR) debido a su mayorrapidez de fraguado y desarrollo de la resistencia inicial.

• Mientras menor sea la relación agua-cemento, mejor es el com-portamiento de resistencia a los sulfatos. Se recomienda emple-ar una relación agua/cementante inferior a 0,45 y preferiblemen-te, con la ayuda de nuevos hiperplastificantes, mantener unarelación agua/cementante menor de 0,4.

Tabla 8: Resistencia del shotcrete a los sulfatos (SINTEF, 1999)

Tipo de cemento OPC OPC OPC OPC SR

Reactividad álcali-sílice reactivos reactivos no no ligeramente de los agregados reactivos reactivos reactivos

Microsílice 0% 6% 0% 6% 0% y 6%

Relación agua/cementante 0,45 0,47 0,52 0,48 0,45 – 0,48

Acelerante y dosificación:

Silicato sódico mod. 5% moderada alta ninguna alta alta

Silicato sódico mod. 10% ninguna alta ninguna alta alta

Libre de álcalis 5% alta alta ninguna alta alta

Libre de álcalis 10% moderada alta ninguna alta alta

Ninguna resistencia: expansión mayor de 0,1%Resistencia moderada: expansión entre 0,05% y 0,1%Resistencia alta: expansión menor de 0,05%

6.6 Estabilidad química de los nuevosacelerantes

Recientes microanálisis demostraron que las muestras de shotcretecon aditivos acelerantes contenían fases minerales similares aaquellas presentes en un concreto de control. Además, tanto lasmuestras de control como las que contenían aditivos exhibieronpatrones de fisuración similares. A través de los estudios se con-cluyó que al no haber diferencia químicas ni estructurales entre losdos tipos de concreto, no se afecta la durabilidad a largo plazo delshotcrete que contiene aditivos acelerantes.

Mediante los ensayos de permeabilidad, resistencia a la compresióny resistencia a la flexión, no se ha probado que la microfisuración aedad temprana cause efectos perjudiciales a la estabilidad o a ladurabilidad del concreto.

122

Figura 30: Prueba y resultados de permeabilidad para shotcrete conacelerantes de sodio modificado y libres de álcali de MBT

En el informe técnico n.° 31 de la Sociedad de Concreto (ReinoUnido), «Pruebas de permeabilidad de concreto en la obra» (1988),se define una gama de pruebas de permeabilidad en la obra. Seincluyen tres clases de concreto que exhiben una permeabilidadalta, promedio y baja, basado en los resultados típicos de ensayo.En la fig. 30 se identifican las pruebas y los límites de permeabilidadpara el shotcrete, así como también los límites de los resultados deensayo para muestras que utilizan la tecnología de MBT. Estos resul-tados demuestran claramente la durabilidad del shotcrete comomaterial de revestimiento.

6.5 Nuevos aditivos acelerantes libres de álcali

SINTEF (Noruega) ha llevado a cabo un grupo de pruebas de resi-stencia a sulfatos, cuyos resultados se muestran en la tabla 8. Unaresistencia a sulfatos excelente se denota como «alta».

A partir de estos resultados, se puede concluir lo siguiente:• Para producir un shotcrete resistente a los sulfatos, se pueden uti-

lizar acelerantes libres de álcalis en dosificaciones hasta del 10 %.• En cementos OPC, los acelerantes libres de álcalis exhiben

mejores resultados que los acelerantes de silicato sódico modifi-cado.

Coe

ficie

nte

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dad

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(m/s

)

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Coe

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(m2/

s)

Fuente de las clases de permeabilidad: Concrete SocietyTechnical Report No. 31 (1988)

Datos del shotcrete con acelerantes libres de álcalis y con silicato sódico modificado

Permeabilidad alta Permeabilidad promedioPermeabilidad baja

125

alcanzar la durabilidad es utilizar diseños «construibles», mante-niendo los detalles tan simples como sea posible.

• La técnica de aplicación del shotcrete por vía húmeda, llevada acabo con equipos y aditivos modernos de alto desempeño queno dañan el medio ambiente, ofrece a la industria de construcciónde túneles una herramienta económica para construir revesti-mientos de capa individual permanentes y duraderos. Hoy en díael proceso de construcción está sumamente automatizado, locual ha reducido significativamente el grado de influencia huma-na que antiguamente pesaba en la decisión de no considerar elshotcrete como soporte permanente.

• Las especificaciones modernas del shotcrete incluyen los facto-res para lograr un diseño de mezcla moderno y de calidad con-trolada, suministrando una guía para facilitar la durabilidad y laejecución eficaz de los procesos de proyección. Por ejemplo, lanueva Especificación Europea del Shotcrete (1996) emitida porEFNARC, describe sistemas completos para lograr un shotcretepermanente.

• Con la tendencia creciente a utilizar revestimientos duraderos deshotcrete, recientemente se han introducido al mercado nuevastecnologías para promover y mantener su uso. Estos sistemasmejoran la estanqueidad y proporcionan una excelente resisten-cia al fuego.

• A mitad de la década de 1990 comenzó el crecimiento aceleradodel uso de shotcrete duradero para túneles y otras estructuras deingeniería civil. Dicha tendencia seguirá en aumento a medidaque los equipos de diseño y los de construcción se familiaricenmás con la tecnología moderna del shotcrete y con el concretoduradero que puede producirse.

6.10 Ejemplo de C-45

Cemento 450 kgMicrosílice 20 kgAgregado 0–8 mmGleniumTM T803 2,5 – 3 kgFibras poliméricas 7,5 – 10 kgRelación agua/cementante 0,40

124

6.7 Durabilidad del refuerzo de fibra metálica

En ambientes corrosivos, el shotcrete reforzado con fibra metálicaofrece mucha más durabilidad que el concreto reforzado con mallaelectrosoldada, puesto que no favorece las celdas de corrosión gal-vánica tan comunes que provocan daños considerables en los reves-timientos de túneles con refuerzos convencionales. Se elimina elriesgo de fisuración del concreto debido a la corrosión porque nohay suficiente aumento volumétrico causado por corrosión de lafibra. Además, las fibras (que son discontinuas) están protegidas poruna matriz de álcali. Por tanto, no se presenta un mecanismo de pro-pagación de la actividad corrosiva, tal como lo demuestran numero-sos estudios de investigación de estructuras expuestas a ambientessumamente salinos y a ambientes de congelación-deshielo. Así seconcluye que es innecesario utilizar fibras metálicas inoxidablespara lograr durabilidad.

Ahora bien, las fibras metálicas al carbono expuestas en la superfi-cie de concreto tienden a dejar manchas de óxido. Por razones cos-méticas y de seguridad, y para controlar la fisuración térmica, losrevestimientos permanentes de shotcrete reforzado con fibras metá-licas, deben protegerse con una capa de mortero delgada que con-tenga las nuevas fibras sintéticas HPP 152.

6.8 Requisitos de aplicación

Frecuentemente, los beneficios de las mezclas diseñadas para alcan-zar los requisitos de durabilidad de la estructura quedan anuladospor deficiencias en los procesos de aplicación (véase el cap. 10).

6.9 Conclusión

• El desarrollo del diseño de la mezcla de concreto es apenas unode los varios pasos necesarios para lograr un revestimiento deshotcrete duradero. La producción de un shotcrete duraderodepende significativamente de la destreza humana durante laproyección, y del uso de equipos adecuados para el propósito.

• La función del diseñador es fundamental. Es necesario que elmismo entienda los procesos de aplicación del shotcrete y nosobreespecifique las propiedades del material. La clave para

127

Capítulo 7

Equipos

El mundo de la construcción subterránea se caracteriza por situa-ciones de alto riesgo y fechas de entrega apremiantes. Por eso, y apesar de las numerosas aplicaciones técnicas disponibles, el con-tratista de hoy necesita de un socio competente y confiable. Paralograr la calidad y la eficiencia requeridas, es fundamental disponerde equipos, productos y servicios fiables y de alta calidad.

Al igual que ha pasado con la tecnología de materiales, ha habidotambién un desarrollo acelerado en el sector de equipos, por lo cualhoy en día existen maquinarias adaptables a las siempre cambiantescondiciones de la industria de la construcción. Existe una ampliagama de sistemas aplicables a todas las obras de shotcrete, desdela construcción de grandes túneles que requieren la proyección degrandes cantidades de concreto, hasta pequeños trabajos de repa-ración. La tendencia general apunta hacia sistemas integrados yautomatizados que garanticen volúmenes de producción más altos,uniformes y de calidad controlable, y mejores condiciones laborales.

7.1 Aplicación manual

7.1.1 Equipos/sistemas para la proyección por vía seca

La mayoría de las maquinarias modernas funcionan con sistema derotor.

7.1.1.1 Principios de funcionamiento (MEYCO® Piccola, MEYCO®

GM)

La mezcla por vía seca es agregada a la tolva de alimentación (1,véase la fig. 31). A medida que el rotor gira, dicha mezcla va cayen-do por su propio peso por una ranura de alimentación situada en unade las cámaras del rotor (2). Mientras se llena una de las cámaras, sesopla aire comprimido en la otra cámara (llena). La mezcla se des-carga en la abertura de la salida (3), impulsada bajo una presión de

126

Variación en la mesa de asentamiento >55 cmAdición en la boquilla:MEYCO® SA161 4 – 8 %

La mezcla se estabiliza durante más de 3 – 4 horas debido al uso delGleniumTM T803.

La resistencia final del concreto debe ser mayor que la resistenciaespecificada. Siempre que los materiales, el diseño de mezcla y laejecución de la proyección estén correctos, debe obtenerse unaresistencia final superior a la especificación.

6.11 Efectos de utilizar diferentes diseños demezclas

Es sumamente importante obtener consistencias blandas (>25 cm).Las dosis elevadas de acelerantes producen una gran reducción dela resistencia final y riesgo subsiguiente de segregación y tapona-miento.

Las dosis bajas de cemento (<400 kg) redundan en márgenes míni-mos en relación con sub-estándares y requieren un control firme dela dosis del acelerante y de las condiciones de endurecimiento,además de disminuir la capacidad de producción y aumentar signifi-cativamente el rebote.

El exceso de microsílice (12 – 15 %) produce un concreto sumamen-te pegajoso y difícil de bombear. Para compensar este problema, sedebe utilizar un asentamiento superior.

Un contenido alto de agregados gruesos (p. ej., un 20 % mayor de 4mm), lleva a mayores pérdidas por rebote.

Los agregados triturados provocan un gran desgaste de bombas ymangueras y grandes pérdidas por rebote, así como también supo-nen riesgos de deshidratación y taponamiento.

El exceso de fibras largas crea problemas de bombeo y compacta-ción: cavidades alrededor de las fibras, propiedades mecánicasdeficientes, bajas resistencias y adherencias inferiores a las superfi-cies. Estos problemas pueden reducirse utilizando fibras de menorlongitud.

129

pueden emplear diámetros hasta de 80 mm. Asimismo el aumentode los diámetros de las tuberías va acompañado de un aumento enel consumo de aire comprimido.

Figura 33: Diferentes tipos de boquillas para proyección por vía seca

Entre otros parámetros que determinan el tamaño de la tubería detransporte figuran la granulometría de la mezcla por vía seca, laforma de grano de los agregados, el abastecimiento de aire com-primido, la distancia y la altura de transporte.

7.1.1.2 Avances

La tecnología de los equipos de proyección por vía seca busca redu-cir la generación de polvo y disminuir la altura de llenado de lascámaras del rotor, a fin de garantizar un flujo uniforme de la mezcla ymejorar la resistencia al desgaste.

7.1.1.3 Sistemas integrados para aplicación manual

Figura 34: Equipo MEYCO® Repjet

Para trabajos de reparación y construcción, se requieren sistemascompactos y móviles que contengan los equipos necesarios para la

128

3 – 6 bars a través de la tubería de transporte y hacia la boquilla deproyección, en donde se le agrega el agua. El rotor está sellado porambos lados con discos de caucho.

Figura 31: Principio de operación de un equipo de rotor paraproyección por vía seca

Figura 32: MEYCO® Piccola y MEYCO® GM: Máquinas típicas deproyección por vía seca

Este equipo tiene ventajas esenciales como facilidad de uso, resi-stencia y adaptabilidad a las condiciones específicas de la obra.Según el diámetro de la salida y de la tubería de transporte así comodel tipo del rotor, su rendimiento varía entre 0,5 y 10 m3/h.

Si se aumenta la producción de proyección incrementando el volu-men de la cámara y la velocidad rotativa, es necesario redimensionarconsiguientemente la tubería de transporte. El diámetro máximopara proyección es 65 mm, mientras que para propósitos únicamen-te de transporte (p. ej., para colocación detrás del encofrado), se

1 = Tolva de alimentación2 = Rotor3 = Salidap = Aire comprimido

131

Este diseño asegura un ajuste de la dosificación análogo a la capa-cidad de proyección.

Características principales:• Tres circuitos independientes de presión de aceite, 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 conacumulador de frente).

Figura 35: Principio de funcionamiento del sistema MEYCO® DosaTDC (control de dosificación total)

• Pistones de alimentación con alimentación reversible (para impe-dir las obstrucciones). Los pistones se invierten automáticamen-te cuando se excede la presión de transporte máxima.

• Cilindros hidráulicos con ajuste automático de la carrera.• Sistema de avance especial a través de una válvula proporcional

en coordinación con el sistema de control PLC. Dado que elsistema de avance (controlado electrónicamente) está vinculadocon el ajuste de salida del material, la pulsación por el flujo delmaterial queda reducida a un mínimo, y prácticamente no se notaen la boquilla.

130

proyección, y que sean independientes de fuentes de alimentaciónexternas.

Un equipo que cumple con estos requisitos es el MEYCO® Repjet.Su chasis está diseñado para soportar los módulos especificados acontinuación; dichos módulos pueden ser integrados o desmonta-bles, y se ofrecen como opciones:• Unidad de bomba hidráulica integrada (para el accionamiento del

MEYCO® Piccola y accesorios)• Limpiador de agua a alta presión• Unidad dosificadora (para acelerantes/activadores)• Equipo de stripping• Iluminación del sitio• Controles remotos• Bomba para aumentar la presión del agua• Máquina de proyección por vía seca MEYCO® Piccola• Compresor de aire• Equipo de limpieza con chorro de arena• Generador de corriente alterna• Motor diesel (fuente de energía)

7.1.2 Equipos/sistemas para la proyección por vía húmeda

La proyección por vía húmeda se efectúa con bombas de doblepistón.

7.1.2.1 Avances

Para garantizar una proyección uniforme, los últimos desarrollos enmaquinarias procuran un transporte sin pulsaciones de la mezclapor vía húmeda, desde la bomba hasta la boquilla. Un ejemplo deello es la máquina MEYCO® Suprema de MBT. Diseñada con unsistema de avance integrado al ajuste de la salida y controlado elec-trónicamente, esta máquina minimiza la pulsación del flujo de mate-rial hasta un punto en que éste prácticamente no se nota en laboquilla. Todas las funciones de la máquina están supervisadas,coordinadas y controladas por un sistema integrado de control pro-gramable de memoria (PLC) que permite verificar y controlar datosque también pueden imprimirse (p. ej., cantidad de dosificación deaditivos, capacidad de producción, etc.). El sistema de accio-namiento de la máquina tiene incorporada una unidad dosificadorade aditivos líquidos, la cual está también conectada al sistema PLC.

Teclado

PotenciómetroFlujo de concreto

EntradaFlujómetro

Bomba dosificadora

Adición

Cantidadde adición real

Controlador

Cant

idad

de

adic

ión

real

Cant

idad

de

adic

ión

requ

erid

a

Pantalla

CLP

de entrada

Convertidor defrecuencia

Tarjeta de amplificadorVálvula prop. Boquilla de proyección

133132

DimensionesLargo 2,5 m Ancho 1,5 m Alto 1,95 m (aprox.)

Altura de alimentación 1,1 m (aprox.)Peso (vacío) 2200 kgMáx. presión de bombeo del concreto 75 ó 50 barsConmutador de tubo en «S» 150/125 mmTubería de transporte 50 mm, 65 mm ó 100 mmUnidad de dosificación integrada Bomba helicoidal

7.1.2.2 Sistemas integrados para aplicación manual

Varias clases de aplicaciones en la construcción de túneles (p. ej.,grouting, backfilling, reparación y reperfilado), requieren morterospremezclados para facilitar la proyección. Estas aplicacionesrequieren adaptabilidad, capacidad de compactación y facilidad demanejo, y todas estas características las ofrece el equipo MEYCO®

Deguna 20T, una bomba helicoidal con mezcladora integrada. Tienesalida ajustable de 5 a 40 l/min (variador mecánico) y presión máxi-ma del mortero: 40 bars.

Figura 37: MEYCO® Deguna 20T

Otro ejemplo de un equipo comprobado es la bomba de shotcreteRambo (15 kW), la cual fue desarrollada específicamente como unaunidad eficaz y económica para la proyección en áreas que requie-ren buena compactación y facilidad de manejo. La unidad tiene unacapacidad aproximada de 5 m3/hora, y contiene una bomba helicoi-dal para dosificación del acelerante. El modelo montado sobre pati-

• El sistema PLC supervisa, coordina y controla todas las funcio-nes de la máquina. Asimismo, permite verificar y controlar datosque también pueden imprimirse, tales como cantidad de dosifi-cación de aditivos, capacidad de producción, etc. Cualquiererror en los sistemas hidráulico o eléctrico será indicado en lapantalla; las causas de los desperfectos pueden determinarse através del programa de ayuda del sistema PLC, y se muestran enla pantalla.

• MEYCO® Dosa TDC: Sistema de dosificación para aditivos líqui-dos. Esta unidad de dosificación integrada es una bomba helicoi-dal de variación continua con un motor eléctrico embridado (concontrol de frecuencia) que está conectado al accionamiento delos pistones de alimentación (concreto/hidráulicos) a través delsistema PLC. Así se garantiza un ajuste de la capacidad de dosi-ficación, análogo a la capacidad de proyección.

Información técnica del equipo MEYCO® Suprema

Figura 36: MEYCO® Suprema: Sistema de dosificación integrado,sistema de control computarizado (PLC), proyección sin pulsacio-nes, con ajuste automático de la dosificación con el volumenproyectado

Máxima capacidad de transporte 2 – 14 m3/h ó 3 – 20 m3/h (teórico)Distancia de transporte, horizontal 300 mDistancia de transporte, vertical 100 mConsumo de aire en la boquilla

Proyección a mano: 5–7 m3/min a 5–6 barsProyección robotizada: 10–15 m3/min a 7 bars

135

Los brazos de proyección («robots») sirven para aplicaciones degrandes cantidades de shotcrete, especialmente en construccionesde túneles y galerías, o para protección de chimeneas y taludes.Gracias a equipos mecanizados y automatizados, es posible aplicargrandes volúmenes de shotcrete – por vía seca o húmeda – en con-diciones óptimas y mejores condiciones laborales para los operariosde la boquilla.

Figura 40: Brazo de eje MEYCO® Robojet

134

nes tiene un peso total de 950 kg (también hay disponibilidad demontajes en vagón y en ruedas de caucho).

Figura 38: Bomba Rambo de doble pistón

7.2 Proyección mecanizada

7.2.1 Brazos de proyección

Figura 39: Brazo de proyección MEYCO® Robojet

137136

Los robots de proyección se componen típicamente de los siguien-tes elementos:• ensamblaje de lanza con boquilla• brazo mecanizado• control remoto• unidad de mando• plato giratorio o adaptador-consola (para diferentes versiones de

montaje)

Figura 41: Ejemplo de plataformas de hundimiento de eje

La lanza permite cualquier movimiento de la boquilla que se requierapara la proyección. Estos equipos están disponibles en longitudesde 1, 2 o 3 metros. El montaje de lanza está acopado al brazo, el cualpuede moverse en cualquier dirección y alargarse mediante unaextensión incorporada. Se controla mediante un control remoto por-tátil.

El equipo MEYCO® Robojet, por ejemplo, tiene 16 funciones separa-das de movimiento individual que se controlan mediante 4 palancasde mando. Permite automatizar operaciones rutinarias tales comomovimientos horizontales de avance y retroceso, o movimientos cir-culares de la boquilla. La activación del cabezal de proyección seefectúa mediante tres accionadores hidráulicos independientes, locual garantiza el funcionamiento de la boquilla en ángulos idealespara la superficie. La boquilla puede girar 360°, en sentido horario oantihorario. El montaje de lanza se mantiene automáticamente para-lelo al eje del túnel. El control remoto está equipado con un cable de20 m de largo y por tanto puede operarse desde un lugar seguropara el personal. La unidad de mando puede instalarse de variasmaneras, según el montaje. El equipo tiene su propia fuente de ener-gía eléctrica, pero es también posible activarlo mediante el genera-dor. El MEYCO® Robojet puede instalarse en varias clases de vehí-culos de transporte, tales como un chasis excavador, un camión,una TBM, etc.

Figura 42: Solución especializada de MBT: El brazo de proyecciónMEYCO® Robojet está integrado a una máquina tuneladora dediámetro pequeño.

Anillos de largueros

en doble T

Arreglo de boquilla

Plataformainferior

Plataformasuperior

Arr

eglo

de

equi

po

ro

bo

tiza

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vest

imie

n-to

de

túne

les.

MEYCO®

Robojet

Vagóntransportador

139

El equipo MEYCO® Robojet Logica es un brazo de proyección deúltima generación, que ha sido desarrollado en conjunto con la in-dustria y universidades. Tiene 8 grados de libertad y permite al opera-rio manipular la proyección en varios modos, desde puramentemanual a semiautomático o totalmente automático, dentro de áreasseleccionadas del túnel. En uno de los modos, el operario empleauna palanca de mando de 6 dimensiones (ratón espacial).

Figura 45: Modos operativos del equipo MEYCO® Robojet Logica

138

Figura 43: Solución especializada de MBT: El brazo de proyecciónMEYCO® Robojet está integrado a una máquina tuneladora de grandiámetro.

Las figuras 40 – 43 muestran conceptos integrados para los siste-mas de excavación mecanizados y TBM. Su diseño e instalación enmódulos les permiten satisfacer la mayoría de los requisitos y lasespecificaciones de construcción de túneles y cuele vertical.

7.2.1.1 Brazos de proyección asistidos por computadora

Figura 44: MEYCO® Robojet Logica

Semiautomático

Automático

Manual

Mando de 6 palancasen panel de mando

Panel conpantallade contacto

141

ventajas de manejo sencillo para el operario con una capacidad desalida 30 % superior (máx.). Todos los equipos necesarios para rea-lizar labores de proyección de una manera económica están integra-dos en las siguientes unidades:

Figura 47: MEYCO® Cobra Spraymobile (para aplicaciones mineras)

• Máquina de proyección por vía húmeda MEYCO®

• Sistema de dosificación para acelerantes líquidos MEYCO® DosaTDC

• Brazo de proyección MEYCO® Robojet o Robojet Compacta • Depósito de almacenamiento de acelerantes• Compresor de aire• Carrete de cable con impulso hidráulico, incl. cable• Equipo motor electrohidráulico• Sistema de control central (sólo uno)• Control remoto con cable o radio remoto

Figura 48: MEYCO® Mamba Spraymobile (para aplicaciones mineras)

140

La función de este brazo de proyección asistido por computadorano es la de automatizar toda la tarea de proyección, sino más biende simplificarla y permitir al operario utilizar el robot como una herra-mienta inteligente y trabajar de una manera eficiente y con alto nivelde calidad. Debido a que permite mantener un ángulo correcto deproyección y una distancia uniforme de proyección, se logra unareducción significativa del rebote y por tanto, del costo.

La nueva maquinaria está basada en el bien conocido principiocinemático del MEYCO® Robojet. Un sistema de control efectúa elcálculo cinemático. Un sensor de láser mide la geometría del túnel, yesta información se utiliza para controlar automáticamente ladistancia y el ángulo de la proyección. Además, si después de laproyección se mide nuevamente el perfil del túnel, el sistema pro-porciona información del espesor de la capa de shotcrete aplicada,algo que hasta ahora únicamente era posible mediante extracciónde testigos y mediciones. Si se requiere una forma final exacta delperfil del túnel, el sistema de control opera el robot para que realicela proyección de estos límites definidos de forma automática.

7.2.2 Sistemas móviles de proyección

Figura 46: Spraymobile MEYCO® Potenza. Este sistema modularpermite la construcción de sistemas de proyección que satisfacenlas demandas y necesidades de clientes/productos.

El nuevo Spraymobile MEYCO® Potenza es un equipo desarrolladopor MBT, que condensa la vasta experiencia adquirida en más de 15años de construcción de spraymobiles. Esta unidad combina las

143142

7.3 Sistemas de dosificación

Figura 50: MEYCO® Mixa 15

Cuando se emplean aditivos líquidos, es importante garantizar unadosificación constante e uniforme con respecto al peso del cemen-tante. Esto requiere una bomba dosificadora apropiada (p. ej., laMEYCO® Mixa).

7.4 Sistemas de boquilla

Los sistemas de boquilla son una parte importante del equipo deproyección. Los efectos esenciales de las boquillas son:• reducir el rebote• mejorar la adherencia• mejorar la compactación

mediante:• la mezcla apropiada de acelerantes/activadores y aire, en el caso

del método de proyección por vía húmeda• la mezcla apropiada de acelerantes/activadores y agua, en el

caso del método de proyección por vía seca

Para obtener un shotcrete de óptima calidad y bajo desgaste es fun-damental utilizar los sistemas correctos de boquilla (p. ej., fabricadopor MBT [ver arriba]) adaptado al tipo de aplicación (método por víahúmeda o vía seca, aplicación robótica o manual) y el acelerante/activa-dor idóneos.

• Limpiador de agua a alta presión, incl. tanque de agua• Luces de trabajo• Sistema de lubricación central • Chasis de cuatro ruedas directrices, tracción total, con motor

diesel

Figura 49: MEYCO® Roadrunner 2000. Este sistema de proyecciónmóvil contiene todos los equipos específicos del MEYCO®

Spraymobile, instalado en un camión idóneo para circulación. Todoslos equipos pueden ser activados bien sea desde una fuente dieselexterna, o bien mediante su propio motor diesel. Además delMEYCO® Spraymobile, también contiene un depósito para el agentede curado.

7.2.3 Ventajas de la proyección mecanizada

• Ciclos de proyección reducidos debido a la mayor capacidad deproducción y a la eliminación de tareas consumidoras de tiempo(tales como instalación y retiro de plataformas), particularmenteen túneles con perfiles variables.

• Ahorro de costos debido a la reducción del rebote y de la manode obra.

• Mejor calidad del shotcrete gracias a la proyección uniforme.• Mejores condiciones de trabajo para el operario de la boquilla

gracias a la protección contra desprendimientos, rebote, polvo yacelerantes.

Figura 51: Sistema de boquilla para acelerantes basados en silicatosmodificados y libres de álcalis, para aplicaciones mecanizadas

Figura 52: Boquilla típica para aplicación de shotcrete por víahúmeda; para utilizarse con brazos de proyección y para aplicaciónmanual

145

7.5 Sistemas para mediciones del desarrollo deresistencia

7.5.1 Aguja de penetración

La aguja de penetración mide el desarrollo de la resistencia inicialdurante las dos primeras horas. Es un método de ensayo indirectoque consiste en empujar una aguja de dimensiones constantes auna profundidad definida dentro del shotcrete fresco. La resistenciamedida es una indicación de la resistencia a la compresión delmismo.

Figura 53: Aguja de penetración MEYCO®

En realidad este método proporciona una combinación de la resis-tencia a la compresión y el esfuerzo de cortante, o la resistencia adeformaciones plásticas locales. Los agregados contenidos en elshotcrete y el comportamiento de soporte de la granulometría influ-yen significativamente en los resultados.

7.5.2 Prueba de adherencia (pull-out)

Figura 54: MEYCO® Kaindl, instrumento de medición de la resisten-cia inicial

144

dosificadora

Acel

eran

teAi

re

Aire 7 bar10 – 12 m3/min

Unidad reductora de presión

Aire + acelerante

Aire + acelerante

BombaMEYCO® Suprema

146

Esta prueba determina el desarrollo de resistencia entre las 3 y 24horas. Este método mide la fuerza necesaria para sacar un pernoespecial previamente colocado antes de aplicar el shotcrete. A partirde esta fuerza y del área superficial de la probeta cónica truncada,es posible calcular la resistencia a la tracción a cortante, y en conse-cuencia la resistencia a compresión de un shotcrete reciente en elmomento de la prueba.

147

Capítulo 8

Diseño de soporte de rocas

Una de las ventajas que tiene el shotcrete como método de soportees su extrema flexibilidad, muy superior a la de otras técnicas talescomo encofrado o recubrimiento de concreto vaciado, entre otras.Para aprovechar al máximo esta flexibilidad, es fundamental utilizarel shotcrete como parte del recubrimiento final del túnel y adaptarloa los diferentes tipos de rocas. Dentro de este contexto, una aplica-ción importante es el soporte de rocas. En este capítulo se presen-tan los principios que deben emplearse para tal fin.

El diseño de soporte de rocas es un campo sumamente especializa-do y diferente al diseño de otras estructuras civiles. Por tal motivo,es necesario adaptarlo a «situaciones inevitables» tales como lassiguientes:• No se conocen todas las características y propiedades del

«material de construcción».• El «material de construcción» es muy variable (incluso dentro de

distancias cortas).• Hay limitaciones serias y numerosas en: 1) las informaciones pro-

porcionadas por las investigaciones geológicas; 2) los paráme-tros de los materiales rocosos que pueden ensayarse (limitacio-nes de precisión e importancia); 3) los métodos de cálculo y deelaboración de modelos.

• El comportamiento de las secciones excavadas depende deltiempo y de los cambios en las condiciones de agua.

• No se dispone del tiempo necesario para realizar ensayos deparámetros (para efectos de cálculos y elaboración de modelos).El progreso de la excavación es muy superior a la capacidad dis-ponible para las actividades antedichas.

Por tanto, es obvio que cualquier diseño exitoso para la construc-ción de labores subterráneas debe considerar estos hechos. Elúnico método razonable de diseño es uno que se vaya adaptando alas circunstancias que surjan durante el avance de la obra.

En la vida real, muchos proyectos de construcción de túneles sebasan en otras metodologías. Por ejemplo, a veces se utiliza undiseño de soporte basado en investigaciones previas de la masa

149

Evaluación de métodos de diseño de cálculo y empíricos

Para el diseño de soporte de rocas es posible utilizar métodosempíricos, los cuales consisten en clasificar la roca inmediatamentedespués de su exposición, seguido por la instalación del soporte deroca recomendado. Este abordaje toma en cuenta la variabilidad realde las condiciones de roca (y no depende de «suposiciones» conrespecto a dicha calidad). Probablemente el mejor método estable-cido de esta clase es el «Q», desarrollado por el Dr. Nick Barton y suscolegas del Instituto Geotécnico Noruego.

Los métodos de cálculo, por otra parte, son usualmente muy lentospara hacer frente al progreso de construcción de un túnel y las varia-ciones tan frecuentes en la calidad de la roca. Todo el procedimientode operaciones de muestreo, pruebas y cálculos para una situacióndada en el túnel, podría tardarse varios días. Obviamente las obrasde instalación del soporte y de avance del frente del túnel no puedenesperar a la finalización de estos pasos.

En los casos de localidades más específicas tales como cavernaspara centrales eléctricas, estaciones de ferrocarril, etc., los cálculospueden ser muy útiles y pueden ajustarse con más facilidad duranteel progreso de los trabajos.

La limitación básica sigue siendo el hecho de que todos los datos deentrada, fórmulas y modelos numéricos contienen numerosasincertidumbres y cálculos aproximados. Por tal razón, a veces laprecisión de los resultados es deficiente, y es difícil predecir cuándoy dónde ése será el caso.

Una característica especial de las superficies de rocas de voladuraes su geometría extremadamente complicada. El contorno de lasmismas no puede alisarse con una capa relativamente delgada (50 a200 mm) de shotcrete para obtener una geometría de arco definida.Los cálculos también se dificultan debido a la compleja interaccióndel comportamiento del terreno con el paso del tiempo, en compa-ración con la hidratación y el aumento de resistencia del shotcretecon el tiempo, así como la variación del espesor del shotcrete y de laresistencia de adherencia.

148

rocosa y en la tradicional metodología carga/capacidad/factor deseguridad; esto inevitablemente lleva a un diseño del tipo «caso másdesfavorable», el cual quizás sea necesario sólo en una pequeñaparte del túnel.

Cálculos analíticos y numéricos

Las herramientas de cálculo son componentes importantes deldiseño de soporte de rocas. Para poder calcular cargas, esfuerzos,deformaciones, capacidad de soporte, etc., es necesario establecerlos parámetros de entrada y disponer de fórmulas y programas com-putarizados a fin de elaborar modelos numéricos. Esto requeriráefectuar, en mayor o menor grado, una serie de tareas como lasexpuestas a continuación:• Muestreo y ensayos de una variedad de parámetros del material

rocoso• Pruebas de parámetros de discontinuidad (uniones)• Mediciones de esfuerzos de rocas (in situ), frecuentemente en

barrenos largos• Investigación de las condiciones del agua subterránea• Análisis de datos geométricos (forma del túnel, intersecciones,

etc.)• Análisis de efectos a mayor escala de los parámetros medidos en

el laboratorio• Análisis de las labores a excavarse y de las secuencias de exca-

vación• Identificación de los parámetros del material de soporte de rocas

Los cálculos analíticos son rápidos y apropiados para obtener apro-ximaciones preliminares. En situaciones más complejas, sin embar-go, las posibilidades son bastante limitadas.

Frecuentemente se ejecutan análisis numéricos (análisis de elemen-tos finitos) como modelos bidimensionales en computadoras. Laobtención de resultados puede tomar días de preparación y de eje-cución, incluso para casos relativamente sencillos. Una vez que sehayan llevado a cabo ciertas tareas básicas para un proyecto dado,se pueden realizar análisis de sensibilidad y nuevos cálculos toman-do en cuenta las informaciones actualizadas.

La elaboración de modelos tridimensionales numéricos es usual-mente una tarea tan compleja, que sólo puede llevarse a cabo medi-ante computadoras centrales.

151

8.1 Mecanismos activos del shotcrete sobre roca

Aun si se aplica el método observacional para aplicaciones desoporte de rocas, es útil entender el sorprendente efecto de estabi-lización que tienen las capas delgadas de shotcrete. Sólo así podre-mos evaluar combinaciones con otras medidas de soporte, y laslimitaciones de tales soluciones.

Hay ciertas características del proceso de aplicación del shotcreteque deben tenerse en cuenta:• El concreto es proyectado contra la superficie de la roca a altas

velocidades, de 20 a 100 m/s según el método y los equipos uti-lizados.

• El rebote se compone principalmente de partículas gruesas. Lacantidad del rebote es mayor en el primer impacto; en las etapasde proyección posteriores, cuando haya concreto «semisuave»en la superficie, se adherirá más concreto. El resultado de ello esun aumento de agregados finos directamente en la superficie dela roca.

• El concreto aplicado se va compactando con las proyeccionessucesivas (capas).

• La capa de shotcrete se adherirá a la superficie con una máximaresistencia de adherencia de 3 MPa.

• La superficie de la roca queda completamente encapsulada.• En mayor o menor grado, los agregados finos llenan las fisuras y

las uniones.

De las características anteriores se pueden identificar los efectos deestabilización que se nombran a continuación:• Efectos de cuña, producidos por el mortero y los agregados finos

introducidos en las fisuras y juntas en el contorno de roca (dichosefectos se asemejan al del mortero entre ladrillos en una pared oun arco).

• Resistencia al punzonamiento, lo cual significa que un bloquesuelto puede caer únicamente por los esfuerzos de corte a travésde la capa de shotcrete.

• Efecto de arco: a veces sólo funcionan arcos locales.• Aislamiento contra: cambios de humedad, efectos de aire o tem-

peratura, efecto de lavado del agua fluyente, etc.• Mantenimiento de la estabilidad existente al momento de la apli-

cación.• Efecto simultáneo y combinado de los mecanismos menciona-

dos anteriormente.

150

Método observacional

Este método, que ha existido desde que el hombre comenzó a cons-truir túneles, se basa en el sentido común y a veces en las necesi-dades básicas, y refleja las consecuencias de las «situaciones inevi-tables» descritas al principio de este capítulo:

A continuación se exponen los elementos básicos del método:• El soporte de roca debe designarse para las condiciones (o vari-

aciones en condiciones) esperadas, como un pronóstico delsoporte de rocas. En este trabajo de diseño se puede utilizarcualquier método empírico y de cálculo que se considere útil ynecesario.

• Al concluir la excavación y la instalación del soporte, debe llevar-se a cabo una verificación del pronóstico mediante inspecciónvisual, control de deformaciones, esfuerzos, cargas, presión deagua y cualquier otro medio considerado necesario. Es posibleque se requiera ajustar el soporte o agregar soportes locales(también sujeto a verificación).

• El pronóstico deberá actualizarse basado en la retroalimentaciónde datos de pasos previos, y de esta manera hacer los posiblesajustes de diseño.

Las ventajas del método observacional son obvias. La masa rocosafunciona como un «laboratorio a gran escala», en donde participan –y se consideran – parámetros conocidos y desconocidos. Estemétodo facilita flexibilidad de trabajo, una acción inmediata cuandose requiera y un soporte adaptado a las condiciones reales encont-radas, todo lo cual lleva a soluciones más equilibradas y menoscostosas.

Hoy en día se acepta y se utiliza el método observacional para unagran cantidad de proyectos de construcción de túneles. Tal como sedescribió anteriormente, la construcción de túneles es una materiaque requiere una laboriosa toma de decisiones. Es importanteentender las razones que justifican utilizar la metodología descritapara estructuras subterráneas. Sin duda alguna, las soluciones «pre-diseñadas», basadas en una metodología de diseño estructural concódigos y normas establecidas (tales como las que se aplican paraestructuras de acero y concreto, tales como puentes y edificios), nopueden aplicarse en estos casos.

El muy conocido método NATM (New Austrian Tunneling Method) esun procedimiento de aplicación basado en el método observacional.

153

Figura 56

Para espesores superiores a 30 mm (y básicamente independientedel espesor), las pruebas demostraron que la resistencia a laadherencia es crítica. En la fig. 56 se demuestra el comportamientobásico del modelo (refiérase al «detalle» de la fig. 55). Para una rocanormal granítica, el análisis de los resultados indicó que el ancho dela zona de adherencia a carga máxima era aproximadamente 30mm. Este número puede utilizarse para un cálculo ilustrativo de unaresistencia de adherencia de 1,0 MPa (bastante normal):

El peso volumétrico de la roca puede ser, γ = 27 000 N/m3

Se utiliza un bloque cúbico de roca, con longitud de borde, λ m

La resistencia de adherencia, tal como se mencionó anteriormente,es, τ = 1,0 MPa = 106 N/m2

Ancho de la zona de adherencia, a carga máxima, β = 0.03 m(según Holmgren)

La fuerza motriz es el peso del bloque, W = γλ3 (vése la fig. 57)

La fuerza de resistencia es creada por la zona de adherencia a lolargo de los cuatro bordes del bloque, F = 4λβτ

152

Para capas de shotcrete delgadas, es obvio que el modo de opera-ción se asemeja más al de un refuerzo de roca que al de un soportede roca. En la superficie de la roca se producirá una acción compu-esta por el substrato de roca y el concreto que se está endurecien-do. Se ha observado que capas de shotcrete incluso de 30 mm sonmuy eficaces en algunas situaciones, lo cual respalda la idea básicade una acción «compuesta».

8.2 Shotcrete sobre roca diaclasada

Figura 55

Desde los años 70 hasta el principio de los años 80 se realizaron enEscandinavia y América del Norte una gran cantidad de pruebas demodelos a gran escala. Está fuera del alcance de este libro presentartodos estos experimentos, pero para fines ilustrativos expondremosa continuación algunas pruebas sencillas y sus resultados.

En Suecia, el Dr. Jonas Holmgren utilizó un banco de pruebas comoel mostrado en la fig. 55. Se utilizó una capa de shotcrete plana (sinefecto de arco), y se evitó la entrada del concreto en la abertura entrelos bloques (es decir, no hubo efecto de mortero de ladrillo).Utilizando variaciones de la capa de shotcrete y mediciones de car-gas y deformaciones, Holmgren descubrió algunos hechos impor-tantes:

Para espesores de capa inferiores a 30 mm, el bloque móvil sencilla-mente se punzonaba a través del shotcrete. Este resultado es elesperado; la carga se relaciona directamente con la resistencia acortante del shotcrete y su espesor.

3 7 t (b 1 2 )

P

Capa de shotcreteDetalle

Bloque fijoBloque cargado 3,7 m (x 1,2 m)

Cilindrohidráulico

Bloque fijo

P P P

Carga máxima, falla de adherencia

Propagación de lagrieta

Falla límite enflexión

Carg

a, P

Deformación

155

ción interior (convergencia) ocurrirá generalmente en forma dedeformaciones generales diferenciales. Conforme el contorno semueve hacia adentro, su longitud se acorta, lo cual induce fuerzas acompresión en el compuesto roca/shotcrete. De esta manera elshotcrete está ayudando al material rocoso a soportarse a sí mismo(nuevamente, este efecto es de refuerzo, más que de soporte decarga). Para que este proceso se lleve a cabo, es necesario que lacapa de shotcrete tenga una resistencia a compresión razonable,con buena adherencia a la superficie de la roca.

Si la relación entre los esfuerzos de la roca y la resistencia de la rocano permite una solución de soporte del tipo «compuesto» y de capadelgada, es posible que se requiera utilizar un anillo de concretovaciado o de shotcrete. En la fig. 58 se da el ejemplo de un túnelconstruido con una rozadora (TBM), con un recubrimiento de shot-crete circular completo. En este caso se puede calcular el efecto dearco, y la resistencia de adherencia no afecta el comportamiento dela estructura.

Figura 58

8.4 Fundamentos de mecánica de rocas

La excavación de un túnel propicia cambios en el campo de esfuer-zos que rodea la abertura. Si los esfuerzos son lo suficientementeelevados o si la roca es suficientemente débil, la roca circundante semoverá lentamente hacia el espacio libre (además del pequeño efec-to de relajamiento elástico). Esta deformación radial interna (conver-gencia) puede ser controlada mediante medidas de soporte, opuede continuar hasta provocar el colapso de una zona rocosa frac-turada en el túnel.

Pt = 0.15 m

154

A carga máxima, la fuerza motriz es igual a la fuerza de resistencia, ypodemos calcular el tamaño del bloque teórico máximo que puedesostenerse sólo por la resistencia de adherencia:

λ = √_____4βτ/γ = √

_____4*0,0

_3*____106

_____/270

__00 = 2,11 m

Si lo expresamos en términos de volumen y peso, un bloque de másde 9 m3 y peso de 25 toneladas podría mantenerse fijo en su lugar.Nótese que no hemos considerado los efectos de arqueo local, demortero de ladrillo ni tampoco la fricción existente dentro de la roca;obviamente este cálculo es sólo un ejemplo para ilustrar un orden demagnitud, y no debe tomarse como una declaración definitiva deque 35 mm de shotcrete son suficientes para soportar tal bloque.

Figura 57

8.3 Shotcrete sobre roca blanda o fisurada

En muchos casos no se puede suponer la existencia de cuñas o blo-ques individuales soportados por una capa delgada de shotcrete. Laexperiencia ha demostrado que al construirse un túnel con materia-les machacados y débiles, se logra un efecto notable de estabiliza-ción a corto plazo, incluso con capas delgadas. En tales situacionesno es posible aplicar la teoría de bloque y cuña ni tampoco mecanis-mos de soporte. Es un poco más complicado ilustrar el por qué y elcómo se comporta en estas condiciones.

La razón más obvia para el efecto inmediato y a corto plazo es elmantenimiento de la estabilidad existente. El shotcrete produce unefecto de «piel» en la superficie de la roca, previniendo en mayorgrado los movimientos diferenciales en el contorno. Una deforma-

λ

λ

λ β τ = F/4

βCapa deshotcrete

W = γ λ3

Resistencia a la compresión del shotcrete σc = 35 MPaEspesor del shotcrete tc = 0,15 mRadio del túnel Ri = 2,0 mCarga de distribución radial P = ?

Presión máxima del soporte:

P = σc 1 -

= 2,53 MPa = 253 toneladas/m2

12

(Ri - t c)2

R2i

157

La magnitud de la deformación y el espesor de la zona plásticadependen de la fricción interna y otros parámetros de resistencia delmaterial rocoso. Otro factor importante es la magnitud del esfuerzo.

Una manera alterna de ilustrar la situación de las figuras 59 y 60 esmediante las curvas de reacción del suelo y las de respuesta delsoporte, las cuales son útiles cuando se diseña el soporte de rocanecesario para limitar y detener la deformación. En la fig. 61 se mue-stra un gráfico de reacción del suelo, consistente en una curva idea-lizada de carga-deformación que describe la deformación radialsegún la presión del soporte. La curva de reacción del suelo expre-sa, en un punto dado, la presión de soporte necesaria para balance-ar la carga e impedir deformaciones adicionales. La línea n.° 3 de lafig. 61 muestra un caso en que la roca está sobrecargada y se creóuna zona plástica.

En la parte elástica, la carga disminuye cuando se permite la defor-mación. En una situación de esfuerzos bajos, la línea recta elásticapodría continuar hasta carga cero, tal como lo muestra la línea n.° 1.En este caso no se necesitaría instalar un soporte.

A un nivel de esfuerzos ligeramente mayor, se desarrollaría una zonaplástica delgada indicada por la línea n.° 2. Si el nivel de esfuerzos esalto, podemos seguir la línea n.° 3. La razón del aumento de carga esel peso del material fracturado en la zona plástica de la clave. Esteefecto de gravedad no se aplica ni a las paredes ni al piso.

Figura 61

156

En la fig. 59 se muestra un túnel circular en donde σh = σv = P0.También se muestra el esfuerzo radial σr y el esfuerzo tangencial σten el momento justo antes de la excavación. Se considera que elmaterial rocoso es elástico.

Figura 59

La situación de esfuerzos cambiará al poco tiempo de la excavación,y si la roca es suficientemente débil se creará una zona triturada talcomo la que se muestran en la fig. 60. La deformación radial resul-tante de tal trituración (deformación plástica) se conoce también eninglés como squeezing. En este caso simplificado, la zona plásticaes circular y concéntrica al túnel. Si se establece cierto soporte, el Pide la figura representa la presión del soporte contra la superficie dela roca.

Figura 60

P0

P02

σ

σ

t

r

σ r σ h P0

= =

Pi

Plastic zone

Elastic zone

P0

P02σ

σ

σ

σ

t

r

v

v

σ h

σ r σ h P0

= =

plásticaZona

Zona elástica

Elástica

P0

Pi

Pi máx.

EstableCur

va 3

Pre

sió

n d

el s

op

ort

e

Inestable

1: Sólo deformación elástica, estable2: Cierta deformación plástica, estable3: Zona fracturada gruesa, inestableReacción del suelo

Reacc

ión

del

sopo

rte

Plástica

12

3

Deformación, u

159

stico de carga y deformación para un conjunto de casos de cali-dad de roca, contemplando el alineamiento del túnel. Para eldesarrollo del pronóstico se podrá utilizar cualquier herramientade cálculo necesaria.

• Sobre la base del paso anterior, se elabora un plan de soportepreliminar que puede incluir elementos tales como espesor delshotcrete, cantidad, longitud y resistencia de los pernos deanclaje, clase de cerchas y separación entre ellas, etc. Las deci-siones sobre la secuencia de excavación/soporte y datos decontrol deben estar basadas en un pronóstico de la velocidad ymagnitud de la deformación para diferentes situaciones.

• La excavación del túnel procede según el plan preliminar, con losajustes necesarios según la calidad de roca observada.

• Se instalan instrumentos de control a intervalos en el túnel exca-vado, entre los cuales pueden figurar extensómetros, pernos demedición, celdas de carga en el recubrimiento, celdas de cargaen pernos de roca, etc. Es necesario controlar continuamente elcomportamiento de los miembros de soporte y el sistema combi-nado de roca y soporte.

• Después de controlar el túnel por un tiempo adecuado, se decidesobre el soporte final. Según los requisitos y la filosofía dediseño, la decisión podría dirigirse hacia no instalar soportes adi-cionales, o en ciertos casos, a instalar un recubrimiento de con-creto.

La filosofía del NATM es permitir una pequeña deformación, demanera que el sistema de soporte aguante una mínima carga. En tér-minos prácticos, esto usualmente lleva a utilizar shotcrete como pri-mera medida de soporte. El espesor normal puede variar entre 50 y300 mm. Generalmente se utiliza refuerzo de shotcrete (mallas elec-trosoldadas o fibras metálicas) y pernos de anclaje. En casos derocas débiles o túneles de más de 50 m2, se utilizan frecuentementecerchas livianas o vigas de celosía.

Otra adición muy importante de la metodología NATM es el soporteanular cerrado. Un soporte anular cerrado de shotcrete es más rígi-do que uno en forma de herradura, y su capacidad de carga total estambién superior (lo mismo se aplica a todas las clases de soportesde nervadura). Nuevamente, se debe enfatizar la importancia delmomento de instalación de tal cierre anular con relación a la rapidezy la magnitud de la deformación.

Toda esta explicación de los mecanismos y principios del shotcretepara soporte de rocas (secciones 8.1 a 8.5) tiene la finalidad exclusi-

158

Los elementos de soporte se cargarán por la deformación de la rocasegún una curva de respuesta dada. En la fig. 61 se ilustra la instala-ción del soporte luego de haber ocurrido cierta deformación inicial.También se muestra la carga máxima y la capacidad de deformacióndel soporte. El punto de intersección entre las curvas de reacción delsuelo y del soporte define la carga de soporte final y la deformacióntotal de la roca.

El diagrama demuestra el efecto combinado y la interacción entre laroca misma y los elementos de soporte. Es importante instalar estoselementos en el momento adecuado, con suficiente capacidad decarga y con la rigidez correcta.

Figura 62

La fig. 62 muestra algunas características de soporte que ilustran losprincipios antes mencionados. Un soporte fuerte y rígido podríaestar sobrecargado, mientras que uno más débil y más dúctil essatisfactorio. También es posible que el soporte rígido funcione biensi se instala más adelante. La idea es optimizar el soporte, lo cualsignifica dejar que el material rocoso soporte tanta carga potencialcomo sea posible.

8.5 Método NATM

Si tomamos en cuenta los pasos prácticos normalmente realizadospara el NATM, nos damos cuenta de que este método puede clasifi-carse como «observacional». Los pasos son los siguientes:• Se reúnen datos geológicos, datos de mecánica de rocas y pro-

cesamiento de este material en combinación con las dimensio-nes del túnel, etc. «Procesamiento» significa elaborar un diagnó-

Capacidad alta, excesivarigidez, fallando

Capacidad menor, menorrigidez, estable

Solucionesóptimas

Demasiado suave,demasiado tarde

Deformación, u

Pi

P0

Pre

sió

n d

el s

op

ort

e

161

ca de aplicación y la limpieza previa de la superficie. Así se obtendrála mejor adherencia posible permitida por la superficie en cuestión.

La resistencia a tracción del shotcrete no es tan importante, y encualquier caso no puede contemplarse en consideraciones dediseño porque siempre hay posibilidades de formación de fisuras decontracción en secciones críticas. A través de la grieta no hay ningunaresistencia a la tracción, y lo mismo se aplica a la resistencia a flex-ión del shotcrete mismo.

Es importante lograr la resistencia a compresión requerida medianteun diseño de mezcla que produzca la menor contracción posible,debido a que:• Mientras menor sea la contracción, mejor será la adherencia.• Mientras menor sea la contracción, habrá menos agrietamiento y

mayor durabilidad.

Para lograr una mínima contracción, se debe procurar un contenidobajo de agregados finos y cemento, una relación agua/cementantebaja (generalmente inferior a 0,45), y se debe emplear una técnicacorrecta de aplicación (buena compactación y ángulos correctos deproyección). Siempre se debe utilizar un compuesto de curadodespués de la aplicación, rociado con agua, o un curador interno deconcreto (MEYCO® TCC735).

Una cuestión de diseño es el espesor de la capa de shotcrete. Elcontratista distribuirá el volumen de concreto necesario para lograrel espesor requerido. Éste es un problema práctico, especialmentesi el espesor especificado es grande (≥200 mm) y si el espesor totales colocado en un área limitada durante una operación. En tales cir-cunstancias, la tendencia es aplicar en las paredes más concretoque el requerido, y menos en la clave; desde el punto de vista deestabilidad se desearía lo opuesto.

Finalmente, un parámetro muy importante en la aplicación del shot-crete es el desarrollo de la resistencia inicial: mientras mayor ganan-cia haya dentro de los primeros minutos y primeras horas, habrámás seguridad y economía. El uso de acelerantes provoca alta resi-stencia inicial, y la operación es más económica si se facilita con-struir un espesor total en una labor continua, incluso en un área limi-tada.

160

va de servir como una ilustración limitada de un asunto sumamentecomplejo. Sin importar el «nombre» de la metodología, (método «Q»,NATM, RMR, etc.), nosotros sólo recomendamos utilizar los principi-os generales del método observacional.

La construcción de túneles en áreas urbanas está frecuentementeacompañada de profundidades de excavación poco profundas, conriesgos sumamente peligrosos. Podría ser necesario enfocar eldiseño en soluciones de soporte decididas previamente, con menor(o ningún) énfasis en la transferencia de carga al terreno mismo. Enmuchas ciudades las condiciones del terreno son bien conocidascon anticipación, y generalmente éste consiste en algún tipo desuelo (más que de roca).

8.6 Propiedades importantes del shotcrete parasoporte de roca

La importancia relativa de los diferentes parámetros de materialespara el shotcrete depende del tipo de problema de estabilidad. Porejemplo, la adherencia (no la resistencia a la compresión) tieneimportancia primordial en el caso de capas delgadas aplicadas aroca dura para prevenir la caída de cuñas y rocas sueltas. Sinembargo, la resistencia a la compresión es crítica cuando se con-templa un soporte anular cerrado grueso en terreno suave; en estecaso la adherencia es de menor importancia.

La resistencia a la compresión puede ser utilizada como una indica-ción indirecta de la durabilidad. El concreto debe exhibir una durabi-lidad satisfactoria en el ambiente donde se aplique. Con relación aello, puede haber una diferencia entre un túnel de carreteras con trá-fico pesado y un túnel de transporte de agua. En la mayoría de loscasos el shotcrete debe exhibir un grado de resistencia de 35 MPasegún una prueba estándar nacional. En los túneles de carreterasubmarinos noruegos, se exige actualmente un concreto de grado45 MPa.

Generalmente otro parámetro importante es la adherencia a lasuperficie de la roca; lamentablemente no es fácil medir esta carac-terística con precisión, y la misma muestra una gran variabilidaddentro de distancias cortas. A menudo los contratistas se niegan aespecificar la adherencia requerida debido a que los resultados delcontrol pueden originar muchos problemas. En nuestra opinión, sedebe mantener el enfoque en la resistencia a la compresión, la técni-

ensayo de vigas a flexión (véase la fig. 64). Los ensayos modernostales como el ensayo EFNARC se basan en pruebas de paneles pro-yectados.

Figura 64

8.8 Métodos de soporte de túnel

En la mayoría de los países del mundo, el shotcrete había sido con-siderado tradicionalmente como un soporte temporal. Ahora bien, elcreciente énfasis en el ahorro de costos ha impulsado el interés porlos recubrimientos de túneles de shotcrete en una pasada (singleshell). Para esta metodología se prefiere el shotcrete por vía húmedade alto rendimiento combinado con fibras metálicas.

Figura 65

Entre las combinaciones de soporte más comunes figuran: pernosde anclaje (en ocasiones con tiras de acero), shotcrete (usualmentereforzado con fibras metálicas) y concreto vaciado con encofradometálico.

8.7 Refuerzos

El refuerzo tradicional del shotcrete es la malla de acero (normal-mente de 3 a 6 kg/m2 y aberturas cuadradas de 100 a 150 mm), tam-bién llamada malla electrosoldada. Este producto no debe nuncasustituirse con mallas del tipo utilizado para cercas, las cuales gene-ralmente están hechas de un alambre de 2 a 3 mm de espesor yaberturas de 50 mm; las aberturas pequeñas y el movimiento deeste tipo de malla provoca rebotes altos, acumulaciones en su caraanterior y huecos detrás de ella.

Figura 63

La instalación de mallas electrosoldadas se hace manualmente, ypor tanto es difícil mejorar su eficiencia. Dado que la capacidad deproducción es fija, el costo del refuerzo por mallas está siempreaumentando. El costo directo de construcción de la malla electro-soldada por m2 está en las proximidades de 20 a 30 francos suizos.En la fig. 63 se muestra el aumento sustancial de la capacidad tune-ladora general al pasar de malla electrosoldada a shotcrete reforza-do con fibra metálica.

Es importante entender el propósito del refuerzo en el shotcrete. Enaplicaciones de soporte de rocas, existe continuamente la posibili-dad de cargas y deformaciones inesperadas. El mejor margen deseguridad posible se logra con una capa de shotcrete que tenga lamás alta energía de rotura posible. La energía de rotura (tenacidad)está representada por el área bajo la curva carga-deformación del

Horas acumuladas

Un ciclo de shotcrete reforzado

con malla, 14,0 h

Un ciclo de shotcrete reforzadocon fibra metálica, 6,5 h

163162

Refuerzo confibra metálica

Sin refuerzo

Deformación

Carg

a P

Esp

eso

r d

e sh

otc

rete

(cm

)

Calidad de la masa rocosa, Q

Túneles Shing Mun, Hong-KongContratista: Gammon, Dragages, Skanska

Perforación

Carga/Voladura

1.a capa de shotcrete(y última capa)

Transporte roca excavada

Instalación de la malla electrosoldada

2.a capa de shotcrete

Túnel de 50 m2

Mayor sección

Menor sección

D aprox. 10 m

165

Capítulo 9

Revestimientos permanentes

de shotcrete para túneles

9.1 Desarrollo de los revestimientospermanentes con shotcrete para túneles

Los trabajos de construcción de túneles tradicionales han utilizadoun revestimiento temporal de shotcrete para estabilizar la aberturadespués de la excavación y contener las cargas de corto a medianoplazo. Una vez que se ha estabilizado completamente, se aplica unconcreto tradicional como revestimiento permanente (in situ) quesoporte ciertas cargas a largo plazo y proporcione durabilidad yestanqueidad, bien sea utilizando una membrana impermeable entrelos revestimientos temporales y permanentes, o bien utilizando refu-erzos de acero para reducir el ancho de las fisuras a 0,2 mm y per-mitir una recuperación autógena. A esto se le conoce como el méto-do de la doble capa. Desde 1994 ha habido un progreso notable dela tecnología del shotcrete gracias al desarrollo de aditivos y méto-dos de aplicación estables (particularmente con el método por víahúmeda), lo cual ha llevado a obtener un concreto duradero de altacalidad.

Los proyectos de extensión de la Jubilee Line y del EnlaceFerroviario Heathrow Express (1996) utilizaron un revestimiento finalpermanente de shotcrete reforzado con fibra en vez del hormigona-do convencional in situ sobre shotcrete temporal. Esto disminuyó loscostos y el tiempo de construcción, particularmente en las seccio-nes de geometría compleja.

La tecnología moderna del shotcrete ofrece a la industria de con-strucción de túneles un sistema mucho más barato de revestimien-to, en forma de un shotcrete permanente en una pasada. Este eco-nómico sistema está caracterizado por un revestimiento estructuralduradero, hermético y con posibilidades de un acabado super-ficial muy similar (si no igual) al del concreto vaciado tradicional.

El método de revestimiento de túnel en una sola pasada (Single PassTunnel Lining, o SPTL), descrito en este capítulo mantiene la filosofía

164

La última tendencia para los casos de rocas deficientes es reempla-zar el concreto vaciado tradicional con shotcrete reforzado confibras metálicas combinado con pernos de anclaje y arcos reforza-dos con varillas de acero y shotcrete (véase la fig. 66). Esta soluciónofrece más flexibilidad que el uso de vigas de celosía prefabricadas.

Distancia entre pernos de anclajeQ=0,1 Q=1,0 Q=10 Q=30

Áreas sin shotcrete 1,2 m 1,4 m 2,0 m 3,4 mÁreas con shotcrete 1,3 m 1,6 m 3,0 m 4 – 5 m

Figura 66: Soporte con nervaduras de shotcrete reforzado con fibra

Varillas de acero corrugado Pernos de anclaje

0,5–1,0 m 2,0–5,0 m

150 mm

167

túneles de diámetros pequeños o túneles construidos en condicio-nes estables de suelos secos. El segundo es un proceso de aplica-ción de dos capas (véase la fig. 67), donde la primera capa de shot-crete aporta estabilidad al túnel, mientras que la segunda (actuandomonolíticamente con la primera) aumenta la durabilidad y la estan-queidad de la estructura; se considera que este método esnecesario para túneles de gran diámetro y múltiples juntas de con-strucción en la capa primaria, y para túneles construidos bajo el nivelfreático. Para ambos sistemas es crítico reducir la cantidad del acerode refuerzo, bien sea mediante el reemplazo de fibras metálicas, o

Figura 67: Método SPTL de dos capas: sección transversal ylongitudinal

166

de diseño del revestimiento temporal de shotcrete, pero con unmejor desempeño del material y mejor control de construcción. Eneste caso, el revestimiento de shotcrete SPTL primario puede consi-derarse como un elemento estructural permanente y duradero, quesatisface los requisitos estructurales tanto durante la construccióncomo durante la vida prevista de la estructura. El método puede apli-carse bien sea como una capa individual, o bien (si se requiere) enacción monolítica con una capa adicional de shotcrete instaladaposteriormente durante el proceso de construcción.

9.2 Relación costo/eficacia de los revestimientosde túneles de una pasada

El método SPTL puede traer ahorros significativos en comparacióncon el tradicional de doble capa por dos razones: 1) ninguna partedel revestimiento es considerada un «soporte temporal», y 2) sereduce tanto el volumen de excavación como el material del revesti-miento, y por ende el tiempo de construcción disminuye.

Con el SPTL de una capa se pueden lograr ahorros del 20 al 40 % encomparación con una estructura de doble capa, según la seccióntransversal y longitud del túnel así como también de las condicionesde las rocas. Al analizar los costos de un túnel construido con elmétodo SPTL de dos capas, se nota una diferencia considerableentre la opción de una segunda capa lanzada o vaciada in situ (debi-do al alto costo de arranque de un encofrado de acero para una seg-unda capa vaciada in situ), o la opción de una segunda capa deshotcrete permanente sin encofrado.

Es posible que en un futuro la adopción del método observacionaltraiga consigo mayores ahorros. Esto será posible una vez que seadquiera más experiencia teórica y práctica del método SPTL, ymediante un entendimiento adicional de la interacción terreno-estructura, particularmente con materiales compuestos tales comoel refuerzo de fibras metálicas. Adicionalmente, la disponibilidad demejores aditivos y equipos de shotcrete disminuirá los costos de losmateriales de construcción y la duración del proyecto.

9.3 Opciones de SPTL

Existen dos sistemas que pueden considerarse como métodosSPTL: el primero es un método de aplicación de una pasada, para

Sección transversal de untúnel de autopista de dos vías

La primera capa puedecontener fortificacionestales como spiles ypernos de anclaje.

Primera capa: shotcrete reforzado confibras metálicasSegunda capa: concreto in situ o shot-crete reforzado con fibras metálicasConcreto in situ (reforzado, si esnecesario)

Segunda capa sin juntas longitudinales(fuera de la conexión a la solera deconcreto)

Segunda capa: revesti-miento de concretovaciado in situ o shotcrete

Primera capa:revestimiento deshotcrete

Secuencia de construcción:avance de clave-hastial-solera

Proyección con robot de todas las capas de shotcrete

La solera es instaladaantes que la segundacapa

La distancia entre la clave y la construccióndel hastial/solera depende de la estabilidad de la clave o de la necesidad de reducir elasentamiento

Criterios de diseño para la segunda capa: Criterios de diseño para la primera capa:1. Estanqueidad 1. Capacidad de soporte de carga2. Durabilidad 2. Durabilidad3. Capacidad de soporte de carga (si se aplica) 3. Estanqueidad

Iluminación de techo

Radio interno = 5,345 m

La segunda capa es instalada después de haberse estabili-zado la primera

169

• Aumentar el espesor del revestimiento del túnel para mantener lapresión circunferencial en el tercio central de la sección de con-creto.

• Siempre que sea posible desde el punto de vista estructural, uti-lizar la opción más favorable de refuerzo de fibras metálicas.

En caso de que se requiera instalar malla electrosoldada o varillaspor razones estructurales, el diseño debe facilitar la instalación y ladistribución uniforme. El refuerzo debe permitir un encapsuladocompleto con shotcrete y una instalación en pasos. Bajo ningunacircunstancia debe aplicarse shotcrete a través de parrillas de re-fuerzo.

9.5.2 Refuerzos de fibras metálicas

Figura 68: Control de la fisuración mediante refuerzos de fibrasmetálicas

El uso de refuerzos convencionales en el shotcrete (p. ej., malla elec-trosoldada o varillas de acero) para aumentar la resistencia a trac-ción de la estructura, puede llevar a una deficiente homogeneidadde elementos estructurales debido a las siguientes razones:

168

bien mediante la optimización del perfil del túnel y espesor del reve-stimiento. En todo caso es importante maximizar la capacidad deconstrucción y minimizar la complejidad del proyecto, particular-mente con un método que depende de la eficiencia del equipohumano de construcción.

La fig. 67 ilustra el método SPTL de dos capas y sugiere una secuen-cia de diseño para cada capa. La segunda capa debe instalarsecuando la primera se haya estabilizado y cuando no haya posibilidadde efectos adversos sobre las actividades de construcción al frentedel túnel. En algunos casos podría ser aconsejable finalizar la cons-trucción de la primera capa a lo largo de todo el túnel antes de colo-car la segunda.

9.4 Geometría del túnel

Para minimizar el agrietamiento del revestimiento, el diseño debe sertal que la presión circunferencial esté lo más cerca posible del centrode la sección del revestimiento. Esto permite mantener el esfuerzodel concreto del extremo cerca del promedio y movilizar la mayorparte de la capacidad de carga del revestimiento. La geometría delperfil del túnel es crucial para poder reducir los efectos adversos delos momentos flectores; en general debe adoptarse una geometríasemicircular, especialmente para la sección de la clave del túnel. Losmomentos flectores producidos por una solera plana pueden sol-ventarse utilizando refuerzos de acero en una solera de concreto insitu.

9.5 Refuerzos del revestimiento

9.5.1 Varillas de refuerzo y mallas electrosoldadas

Se ha observado que las entradas de agua están asociadas con sec-ciones del revestimiento de shotcrete que contienen refuerzos deacero de gran diámetro (p. ej., cerchas, varillas de empalme de cer-chas y exceso de solapamientos de malla electrosoldada). Por talesmotivos, el diseño debe hacerse de forma que reduzca en lo posiblela cantidad de refuerzo de acero.

Para ello, es necesario:• Optimizar el perfil de la sección transversal del túnel para mini-

mizar el momento flector.

Sin refuerzo

Con refuerzo de mallaelectrosoldada

Con refuerzode fibrasmetálicas

171

9.6 Fortificaciones

Los pernos de anclaje debieran considerarse como elementos desoporte permanente. Como se instalan en el terreno, podrían actuarcomo vías para el agua subterránea, y por tanto deben instalarsecentrados en el agujero de perforación y totalmente encapsuladosen mortero. Así se logran dos propósitos: primero, se reduce el ries-go de corrosión de los pernos, y segundo, se evita que el agua pasea la cara interna del revestimiento del túnel.

Figura 70: Anclaje GSA para soporte permanente en suelo, particul-armente en terrenos sueltos

En la fig. 70 se muestra un ejemplo de un perno de anclaje perma-nente en donde se ilustra la secuencia de instalación del anclaje«GSA» desarrollado por la compañía Dr. Sauer. El sistema consisteen perforar un barreno e insertar el perno de anclaje en un paso; esespecialmente ventajoso en casos de terrenos deficientes que pre-viamente pudieron haber ocasionado el colapso de un barreno antesde instalarse el perno. Adicionalmente, el perno de anclaje quedacompletamente encapsulado en mortero a medida que éste despla-za el medio de lavado a aproximadamente medio metro del extremodel barreno. El perno de anclaje es centrado en el barreno mediantela varilla de perforación, optimizando así la protección anticorrosiva.

170

• Cuando se requieren varias capas para lograr encapsular elacero de refuerzo, tiende a reducir la resistencia de adherenciaentre capas.

• La corrosión del refuerzo de acero puede provocar fisuración yagrietamiento significantes del concreto debido a la expansiónvolumétrica.

• El número de fisuras producidas por los refuerzos convenciona-les de acero tiende a disminuir, pero las fisuras son más anchasque las producidas en el concreto reforzado con fibras, lo cualdisminuye la estanqueidad y la durabilidad, tal como se muestraen la fig. 68.

Figura 69: Fibras poliméricas

En proyectos de construcción de túneles con shotcrete permanentese han utilizado exitosamente fibras metálicas para reducir el anchode las fisuras hasta 0,2 mm. Como ventaja sobre los refuerzos anti-fisuramiento convencionales, las fibras se distribuyen en forma alea-toria y discontinua a través de todo el revestimiento de la estructuradel túnel, permitiendo un refuerzo uniforme que redistribuye las car-gas a tensión de forma uniforme, y produciendo una mayor cantidadde microfisuras de profundidad limitada distribuidas uniformemente,tal como se ilustra en la fig. 68. Asimismo, las fibras metálicas con-vierten el concreto frágil en un material de gran ductilidad, dándole alrevestimiento una gran capacidad de carga después de la fisuracióninicial mediante la redistribución efectiva de la carga. Todo estoaumenta la seguridad de la estructura durante la construcción.

Las fibras poliméricas lanzadas recientemente al mercado tienen elbeneficio adicional de su resistencia anticorrosiva, al mismo tiempoque ofrecen un desempeño similar al de las fibras metálicas (véase lafig. 69).

Perforación mediante aire o agua

Instalación del perno de anclaje hasta el fondo de laperforación

Retracción del cuerpo de perforación e inyección del cemento

173

nuir significativamente el acceso de agua es reducir los refuerzos deacero del revestimiento de shotcrete. Todos los detalles del diseñorequieren refuerzo de conexión desde el revestimiento de shotcretede una secuencia de excavación a la otra, tal como la conexión delrevestimiento de la clave al hastial. Por tal razón, para reducir la en-trada de agua, el diseño debe minimizar el número de juntas en elperfil de revestimiento del túnel, y asimismo simplificar los detallesde conexión al máximo. Tal como puede observarse en la fig. 71, lamejor solución a este problema es el método de excavación de«clave, hastial-solera», con o sin una galería piloto inicial. Los méto-dos de pared provisional individual o doble son sumamente comple-jos en los detalles de conexión entre las paredes y el revestimientodel túnel principal; estas juntas contienen cerchas de la pared princi-pal y temporal, además de un considerable refuerzo de conexiónpara proporcionar la calidad estructural requerida de todo el perfil,todo lo cual exacerba el problema de acceso del agua. En la fig. 71se utilizan círculos negros para indicar una situación típica y elnúmero de tales juntas.

En el caso del método SPTL, en donde no es posible efectuar unasecuencia de construcción «clave, hastial-solera» debido a factoresde estabilidad del terreno, y en donde se requiere una subdivisiónadicional del frente, se puede favorecer el método de agrandamien-to del túnel piloto sobre los métodos de paredes provisionales.

9.8 Método SPTL de dos capas: juntas deconstrucción de la segunda capa

Tal como se discutió anteriormente, la segunda capa del métodoSPTL de dos capas es de shotcrete. El sistema no debe tener juntaslongitudinales aparte de la conexión a la losa de concreto de la sole-ra. El shotcrete puede ser aplicado en pasadas de 4 a 5 m de largo,ya que éste es el desplazamiento lateral típico de los brazos de pro-yección con robot (fig. 72). A fin de reducir la entrada potencial deagua hacia la superficie interna del túnel, se deben escalonar las jun-tas circunferenciales en los extremos por un mínimo de 0,5 m conrelación a las juntas de construcción de la primera capa.

Ya que una de las funciones principales de la segunda capa es la deproducir una estructura impermeable, es posible aumentar la seguri-dad instalando juntas de estanqueidad o sistemas de sellado en lasinterfaces de las juntas.

172

En todos los sistemas de pernos de anclaje (pernos CT o similares),la mezcla del cemento debe estar diseñada para reducir la fisuracióntérmica y preferiblemente para ser tixotrópica, a fin de prevenir lasocavación durante el fraguado inicial. Para lograr estas propieda-des se recomienda utilizar aditivos tales como MEYCO® FixFlowcable, que produce una resistencia media a la compresión a los28 días superior a 70 MPa, sin cloruros, y prácticamente sin contrac-ción o fisuración térmica.

9.7 Juntas de construcción relacionadas con lasecuencia de excavación

Figura 71: Tipos de juntas para los método de excavación detúneles revestidos con shotcrete (sólo se indican las juntas delrevestimiento final)

En la fig. 71 se ilustran las secuencias de excavación comunesadoptadas para la construcción de túneles revestidos con shotcrete.Tal como se dijo anteriormente, una manera fundamental de dismi-

Método de clave-hastial-solera

Juntas de construcción sencillas(primera capa):• Menor riesgo de entrada de agua• Estructuralmente seguro debido al

proceso de construcción sencillo

Método de excavación con galería piloto

Juntas de construcción complejas(primera capa):• Mayor riesgo de entrada de agua• Capacidad estructural reducida si se

ejecuta incorrectamente

Método de «pared provisionalindividual» (dos secciones)

Método de «pared provisionaldoble» (tres secciones)

175

agua hacia la superficie interna del túnel con consiguiente reducciónen durabilidad. La adherencia a cortante y a tensión entre las capaspuede garantizarse procurando que la primera capa sea lo suficien-temente rugosa como para proporcionar un buen anclaje (véase lafig. 73).

Figura 73: Estructura SPTL de dos capas: Las fuerzas a cortanteactúan a lo largo de la interfaz de adherencia.

Además, es importante preparar la superficie del revestimiento ade-cuadamente para recibir la capa nueva. Para ello deben seguirse lospasos siguientes:• Eliminar cualquier sección dañada o fracturada de la primera

capa.• Limpiar con aire y agua a alta presión para arrancar el polvo,

hollín y membrana de curado aplicada a la primera capa (paraello se recomienda utilizar el equipo de shotcrete).

• Eliminar restos de grasa o aceite con un detergente.• Verificar que las superficies estén humedecidas (no saturadas)

antes de instalar la segunda capa.

La resistencia de adherencia también mejora si se utiliza un diseñode mezcla de concreto que reduzca la contracción térmica inicial y lacontracción por secado, disminuyendo el calor de hidratación yusando un curado apropiado. Una vez que se haya logrado unabuena adherencia, puede producirse el comportamiento monolíticode la primera a la segunda capa.

El aditivo de curado interno MEYCO® TCC735 creado por MBTpuede ayudar a lograr los requisitos antedichos. Este productogarantiza una hidratación de cemento eficiente y homogénea desde

174

Figura 72: Método SPTL de dos capas: segunda capa de shotcrete

Para los revestimientos de shotcrete se requiere un sistema resisten-te. Una solución económica es utilizar el sistema Masterflex® 900 –Fuko, que consiste en un tubo de inyección de PVC fijado a unaranura semicircular formada en la superficie de la junta durante laconstrucción de la sección anterior mediante un saliente del enco-frado. El tubo Fuko está perforado, y tiene cuatro tiras de neoprenoque cubren las perforaciones a todo lo largo del tubo. Estas tiras dePVC funcionan como válvulas monodireccionales. Todo el tubo estáunido a las tiras mediante una malla de nylon de red abierta, y puedeentonces inyectarse, bien sea con resina de inyección Masterflex®

601 o microcemento Rheocem® en caso de que se produzca unaentrada de agua durante la vida operativa del túnel. Se aconseja rea-lizar el primer proceso de inyección un año después de finalizar laconstrucción del túnel, de manera que sea posible identificar cual-quier trayectoria potencial de agua que pueda establecerse, y sedesigne las juntas respectivas para tratamiento, en vez de procedercon una inyección innecesaria de cobertura de todas las juntas. Elsistema Fuko permite repetir las inyecciones durante la vida de laestructura (si se requiere).

Es necesario colocar los tubos de inyección a un mínimo de 50 mmde la cara interior del revestimiento del túnel.

9.9 Método SPTL de dos capas: primera ysegunda capa

Para proporcionar una estructura monolítica, es necesario que laadherencia entre la primera y la segunda capa de la unión esté ajus-tada a fricción y permita la transferencia de fuerzas de corte a lolargo de la unión. Debe evitarse instalar conectores de corte entre lasdos capas, debido a que esto favorece la creación de trayectorias de

M Momento flectorN Presión circunferencial

Shotcrete reforzado con fibra metálicaFuerzas de corte

entre capas

Adherencia a fricción establecida por una primera capa con superficie irregular limpia, y una segunda capa con baja contracción

Concreto vaciado in situ o shotcrete reforzado con fibras metálicas

Distancia típica entre cerchas = 1 a 2,5 m

Primera capa: shotcrete permanentereforzado con fibras metálicas

Juntas de construcción de la primera capa de shotcrete

Segunda capa: shotcrete permanentereforzado con fibras metálicas y depolipropileno

Capa de acabado: mortero o gunita

Junta de construcción formada con tubo de grouteo reinyectable para sellar juntas

Juntas de construcción en la segunda capa: distancias típicas de 4 a 5 m.Las juntas de las segunda capa deben escalonarse con relación a las de la primera capa.

177

Para lograr estos acabados superficiales, se recomienda inicialmen-te nivelar las secciones de pared de 4 m, y terminarlas con llana amano. Para proporcionar los requisitos de alta reflectancia y coloresclaros, se recomienda aplicar una capa clara cementicia pigmentada(tal como Masterseal® 333), o un revestimiento epóxico (tal comoMastertop® 1211). Para las secciones del hastial, se puede nivelar lasuperficie y aplicarle un tratamiento de pintura similar con un pig-mento negro.

Figura 74: Requisitos de reflectancia superficial para un túnel deautopistas de dos vías (Reino Unido)

9.10.2 Sistemas de revestimientos

Como alternativa al método anterior de acabado superficial, se pue-den instalar revestimientos en las paredes. Generalmente los siste-mas de revestimientos para túneles están compuestos de placas deacero esmaltadas. Estos materiales son duraderos, resistentes aimpactos, fáciles de limpiar, químicamente inertes y a prueba deincendios. Como ventaja particular, el esmaltado no es una capa,sino que está fusionado a la placa de acero, formando una superficieintegrada resistente con un acabado de color resistente y duradero.Tales sistemas de revestimientos pueden ofrecer métodos de pro-tección de los servicios de comunicaciones y eléctricos, y permitenaceptar un menor acabado superficial para los revestimientos detúneles mediante aplicación de shotcrete.

176

el momento de la proyección, y a través de la capa lanzada o coladain situ. Este curado interno reduce sustancialmente la contraccióninicial, aumenta la resistencia de adherencia y la densidad, lo cualmejora la adherencia a las capas previas. Como beneficio crucial alciclo de trabajo, añadir MEYCO® TCC735 a la mezcla elimina lanecesidad de aplicar y retirar agentes de curado previo a la instala-ción de la capa siguiente.

9.10 Acabado superficial

Según el papel previsto de la estructura del túnel, es posible propor-cionar varios acabados superficiales con el método SPTL, desde unacabado de shotcrete hasta una superficie alisada con llana.

9.10.1 Nivelación y alisado con llana

El acabado superficial de los revestimientos de shotcrete puedeefectuarse mediante nivelación y alisado con llana, para lograr unacabado de calidad similar al de los revestimientos vaciados in situ.Este proceso se realiza en una capa de mortero proyectado aplicadaa la capa de shotcrete final, con un espesor típico de 25 mm. Sepueden agregar fibras de polipropileno a la mezcla, para controlar lamicrofisuración de superficie producida por efectos de secado tér-micos y superficiales (p. ej., mortero proyectable Emaco® S88-CA).El proceso de nivelación es relativamente sencillo de realizar utilizan-do niveladores de 25 mm de diámetro, doblados para reflejar el per-fil acabado del túnel. Si es necesario, se puede mejorar el acabadoaun más mediante un alisado con llana a mano.

En la fig. 74 se muestra el ejemplo de un túnel de autopista. En estecaso, las paredes del túnel deben tener un acabado liso, alta reflec-tancia y un color claro con una altura de hasta 4 m. Por encima dedicha zona, la clave del túnel debe estar diseñada con colores oscu-ros y baja reflectancia, lo cual ofrece los siguientes beneficios:• Se evita el efecto claustrofóbico de un tubo reflectivo y se facilita

una apariencia rectangular visual, lo cual le da sensación de«ancho» al túnel.

• Se reduce el consumo de energía por ventilación e iluminación.• Se esconden accesorios de servicio en el hastial del túnel.• Se facilita un límite para la máquina de limpieza y se disimulan

aquellas superficies sucias que no han sido limpiadas.• Se mejora la distribución de la luz en la superficie de la carretera.

Color más oscuroReflectancia: 0,3

Reflectancia depared: 0,6 (colorclaro regular)

Luminaria

Punto de corte de ladistribución de luz de losaparatos de la luminaria

Acabado de la paredde alta reflectancia

Reflectancia de la superficie de la carretera: 0,15 a 0,3

Ángulo de corte

Luz reflejada Obstrucción

179

delaminación, sombras detrás del refuerzo de acero, fisuras porcontracción y deficiencias de la microestructura.

• El rebote de la fibra metálica debe ser menor que el 20 %, deforma de ofrecer un control de la fisuración y una calidad estruc-tural eficaz, y por tanto mejorar la durabilidad del revestimientodel túnel.

Figura 76: La proyección robotizada facilita la operación de laboquilla.

• Se debe utilizar una unidad dosificadora automatizada del ace-lerante, que funcione a la par con la producción de concreto parafacilitar una dosificación segura y uniforme. Las bombas dosifi-cadoras deben ser capaces de distribuir suspensiones líquidasde acelerantes sin álcalis y no cáusticos.

• Debe ser posible colocar capas gruesas de concreto (hasta 150mm) en una pasada, para facilitar la homogeneidad de la estruc-tura.

178

9.11 Durabilidad del shotcrete

En el capítulo 6 se explican detalladamente los factores que influyenen la durabilidad de las estructuras de shotcrete.

9.12 Recomendaciones para la construcción

9.12.1 Requisitos de aplicación

A fin de obtener un shotcrete duradero, y para garantizar que laspropiedades del material satisfagan los requisitos del diseñador, elproceso de aplicación debe conformarse a los siguientes criterios:• El concreto debe ser de alta calidad, con una mínima variación

de la misma.

Figura 75: La proyección robotizada mejora la calidad del shotcrete.

• El sistema debe tener una relación agua/cementante controladay predefinida (inferior a 0,45), favoreciendo una menor contrac-ción y alta resistencia a la compresión, y reduciendo la permeabi-lidad de forma significativa.

• En la boquilla debe proyectarse un concreto homogéneo muybien mezclado (incluyendo las fibras), libre de efectos de pulsa-ciones o de obstrucciones.

• El rebote del agregado debe ser menor que el 10 %, para que elrevestimiento del túnel quede con un material de granulometríaapropiada. Así se logrará el efecto crítico de reducir defectos de

El brazo mecanizado de lamáquina MEYCO® Robojetse mantiene paralelo a lasuperficie de shotcretedurante la proyección.

Giro de 360°

Oscilador de boquillaautomático para unacabado liso

181

vía húmeda tiene ventajas económicas significativas sobre el proce-so por vía seca.

9.12.2 Pautas de selección en sistemas modernos de aplicación

Dados los requisitos especificados en la sección 9.12.1, se aconse-ja encarecidamente emplear únicamente procesos de vía humedapara el shotcrete utilizado en la construcción de revestimientos detúneles de una pasada, para así procurar buenas características deseguridad, calidad y productividad, lo cual llevará a revestimientospermanentes duraderos.

9.13 Sistemas de manejo de riesgo

Tal como ocurre en muchos problemas de ingeniería, el diseño detúneles está acompañado de muchas incertidumbres, especialmen-te cuando las estructuras dependen fuertemente de la construccióny de la calidad del material. Estas incertidumbres o «riesgos» (véasefig. 78) son las siguientes:

• Incertidumbres geológicas: cambios imprevisibles de geologíaentre barrenos o características no identificadas durante la inve-stigación del frente de avance.

• Incertidumbres de la estructura o del revestimiento del túnel:entre éstas figuran el desarrollo inadecuado de resistencia inicial,el retraso en la instalación o defectos de la geometría del perfil.Con frecuencia, estos problemas se derivan de defectos delrevestimiento de shotcrete debidos a fallas humanas.

• Incertidumbres del tratamiento del terreno: éstas pueden deber-se a la carga adicional impuesta por las operaciones de trata-miento del terreno, tales como grouteo de compensación (parti-cularmente sobre secciones de shotcrete fresco). Estas medidasde tratamiento de suelos podrían ejercer una sobrecarga com-pleta o incluso cargas mayores sobre los revestimientos deltúnel.

En consecuencia, es necesario garantizar el éxito del método SPTL,elaborando un sistema comprobado de manejo de riesgos durantela construcción, que aporte información al personal encargado deldiseño, la construcción y la supervisión, permitiéndoles así tomardecisiones informadas que eviten en lo posible cualquier suceso noplaneado. En la fig. 78 se nombra este proceso «control de construc-

180

• Se debe procurar una operación que reduzca la producción depolvo para una mejor visibilidad a los trabajadores de la boquillay mejor control de la proyección.

• El sistema debe estar diseñado para reducir el riesgo de erroreshumanos que afecten negativamente la calidad del shotcrete.Por ejemplo, siempre que sea posible utilizar robots móviles deproyección (tales como el MEYCO® Robojet), los cuales permitenaplicar un shotcrete de calidad superior, con más seguridad yeconomía (véase también el cap. 10.4).

• Es importante contar con un suministro continuo de shotcretedurante la excavación del túnel. Esto puede facilitarse utilizandoel estabilizador Delvo®crete para controlar la hidratación delcemento.

• En terrenos sueltos y con presencia de agua corriente, se debeadaptar el sistema a un shotcrete con características de fragua-do instantáneo.

• El método de aplicación del shotcrete debe permitir un curadoeficaz del concreto, que no afecte negativamente la resistenciade adherencia entre capas subsiguientes, tal como con la incor-poración del aditivo de curado interno MEYCO® TCC735.

Figura 77: Proceso por vía húmeda

Dados los requisitos anteriores, para la construcción de revestimien-tos duraderos es muy recomendable utilizar únicamente el procesode aplicación de shotcrete por vía húmeda (fig. 77). Actualmente elproceso por vía húmeda es el único método viable para obtener cali-dad, particularmente en cuanto al control de la relación agua-cemento (algo crítico para la durabilidad del concreto y la resistenciaa largo plazo). Adicionalmente, se ha demostrado que el proceso por

Vía húmeda: agregados, cemento, agua,estabilizador, superplastificante (y fibras)

Control de la dosificación delacelerante y volumen de aireen la bomba

Salida: 6 a 25 m3/hRebote: Agregados 5–10%

Fibras metálicas 10–30%

Bomba de dosificaciónde acelerante integrada

Conducción de corriente densa

Acelerante

Acele-rante Aire comprimido

183

mación geológica y operaciones de construcción. Con respecto alcontrol de la deformación, se deberán predeterminar niveles deseguridad de diseño que alerten sobre sucesos inesperados. En elcaso de que se sobrepasen dichos umbrales, se deberán aplicar deinmediato los planes de contingencia preestablecidos. Dichos pla-nes pueden abarcar desde revisar la secuencia de construcción deltúnel o aumentar la frecuencia de control, hasta instalar apuntala-mientos en toda la superficie del túnel. Todos los datos de controldeberán entregarse al equipo de diseño para su análisis adicional, locual permitirá alterar las secuencias o labores de construcción suce-sivas, o los requisitos de soporte.

9.14 Aumento de la estanqueidad con membranasproyectables

Aunque el método SPTL se basa en un concreto hermético, sepuede proporcionar aun más seguridad contra el acceso de agua sise utiliza una membrana hermética. Tradicionalmente se han utiliza-do membranas de láminas poliméricas para sistemas que han exhi-bido sensibilidad a la calidad de las juntas con sello térmico y a lageometría del túnel, particularmente en las juntas. Además, cuandose instalan membranas laminares con un revestimiento interno deshotcrete, pueden ocurrir los siguientes sucesos adversos:• Dado que las membranas laminares se fijan por puntos, es posi-

ble que los revestimientos interiores de shotcrete no estén direc-tamente en contacto vía membrana-substrato. Esto puede con-ducir a cargas asimétricas del revestimiento del túnel.

• Para facilitar la colocación del shotcrete sobre las membranaslaminares, se utiliza una capa de malla electrosoldada.Nuevamente, dado que la membrana laminar se fija en puntos,frecuentemente la calidad del shotcrete entre la malla y la mem-brana laminar es inferior, lo cual puede afectar la durabilidad.

• La resistencia de adherencia entre el revestimiento interior deshotcrete y la membrana laminar es inadecuada y puede traercomo consecuencia la separación, especialmente en la clave deltúnel.

Para combatir estos problemas, MBT ha diseñado Masterseal®

340F, una membrana proyectable polimérica a base de agua queexhibe una excelente resistencia de adherencia (0,8 a 1,3 MPa) enambas caras, por lo cual puede utilizarse en estructuras compue-stas; también tiene una elasticidad de 80 a 140 % en una ampliagama de temperaturas. Como este material es una dispersión con

182

ción», en donde se considera que los elementos siguientes soncríticos.

Figura 78: Modelo simplificado que ilustra cómo manejar los riesgosasociados con las incertidumbres del diseño mediante un controlactivo de la construcción.

Es imperativo poner a cargo de la supervisión del proyecto a ingeni-eros competentes que hayan tenido experiencia previa en proyectossimilares. Por ejemplo, una persona experimentada en construccióny diseño en construcción de túneles de segmentos prefabricados,no necesariamente conoce de construcción de túneles de shotcrete.Se requiere que el ingeniero:• entienda los fundamentos de diseño;• posea un conocimiento a fondo de construcción con shotcrete

como sistema de soporte permanente;• conozca la tecnología moderna de concreto de altas prestacio-

nes;• comprenda el comportamiento del terreno;• tenga la capacidad de interpretar resultados de deformación

derivados del revestimiento del túnel y del control del terreno; • posea la capacidad crucial de explicar y hacer entender, a los

miembros del equipo de construcción, los aspectos de seguri-dad críticos del diseño, calidad y control de construcción.

Debe hacerse especial hincapié en establecer una buena comunica-ción entre todos los participantes en el proyecto y cualquier otra ent-idad afectada por la construcción del túnel, particularmente en loque se refiere a la supervisión y evaluación de los resultados del con-trol. Se recomienda realizar reuniones técnicas diarias con represen-tantes de todas las entidades, con objeto de llevar a cabo revisionesde todos los resultados del control, propiedades del shotcrete, infor-

Incertidumbresde diseño

Control deconstrucción

Condicionesgeológicas

Características de la estructura

Riesgo Manejo

Carga deltratamiento de

suelos

Supervisión

Adiestra-miento

Control

Equipo de pro-yecto integrado

Capacitación

Interpretación

Éxito delsistema SPTL

185

cualquier carga hidrostática potencial a lo largo de la vida de laestructura.

9.14.2 Túneles SPTL con acceso activo de agua

En la fig. 80 se muestra una solución que puede aplicarse para túne-les SPTL con accesos activos de agua y altas cargas hidrostáticas.Este método permite eliminar el agua recogida por detrás de lamembrana proyectable mediante un sistema de drenaje, típicameteinstalado en los laterales del revestimiento del túnel.

Tal como se indica en la fig. 80, el sistema se compone de una capageotextil sujeta con clavos Hilti al revestimiento de shotcrete estruc-tural para controlar el acceso de agua y también para proporcionaruna superficie seca para aplicar Masterseal® 340F. Todas las juntasgeotextiles y fijaciones Hilti están cubiertas adecuadamente por lamembrana Masterseal® 340F con un espesor de 3 a 5 mm. Parafines de protección, se aplica una capa no estructural final de shot-crete, cuyo espesor depende del tamaño del túnel; esta capa puedeaportar resistencia contra incendios y se le puede dar un acabadosuperficial si así se requiere.

Figura 80: Aplicación de Masterseal® 340F en la superficie internadel revestimiento estructural, para casos de acceso activo de agua yaltas cargas hidrostáticas

9.14.3 Rehabilitación de túneles

En muchos casos se utilizan revestimientos de shotcrete para reha-bilitar o mejorar estructuras subterráneas o de túneles. En tales

184

base acuosa y sin componentes peligrosos, puede manipularsesin peligro y aplicarse en espacios confinados. La ventaja deMasterseal® 340F es que puede aportar mucha más seguridad con-tra el acceso de agua cuando se emplea en las aplicaciones descri-tas en las próximas secciones.

9.14.1 Túneles de SPTL sujetos a filtraciones potenciales deagua

Tal como se ve en la fig. 79, Masterseal® 340F puede utilizarse comoun panel compuesto (construcción en «sandwich») para túneles deSPTL construidos sobre el nivel freático o en terrenos con baja per-meabilidad.

Figura 79: Aplicación de la membrana proyectable Masterseal®

340F entre capas de shotcrete permanente

En estos casos se aplica Masterseal® 340F después de la primeracapa de shotcrete permanente, en donde la superficie proyectadadebe ser lo más regular posible para permitir la aplicación económi-ca de una membrana de 5 a 8 mm de espesor. A continuación sepuede aplicar una segunda capa de shotcrete permanente reforzadocon fibras metálicas. Dado que la resistencia de adherencia entreMasterseal® 340F y las dos capas de shotcrete permanente es apro-ximadamente 1 MPa, la estructura puede tener un comportamientomonolítico, con una resistencia de la membrana proyectable hastade 15 bar. Dado que en esta aplicación no se contempla drenaje deagua, la segunda capa de shotcrete debe diseñarse para resistir

Resistencia deadherencia: 1,1 MPa

Detalle

1.a capa de shotcrete permanente

Membrana proyectable de Masterseal® 340F

2.a capa de shotcrete permanente

Detalle

Clavo Hilti adistancias deretícula de 1 m

Capa protectora de shotcrete(no estructural)

Capa geotextil compuesta de:1. Lana2. Lámina plástica3. Malla de drenaje plástica Shotcrete permanente

estructural

MembranaproyectableMasterseal® 340F

187

Capítulo 10

Guía de aplicación del shotcrete

En este capítulo se describen las operaciones críticas necesariaspara lograr un shotcrete de alta calidad una vez que se haya optimi-zado el diseño de la mezcla de shotcrete. Entre las operaciones des-critas, una de las más importantes es la técnica de manipulación dela boquilla.

El advenimiento del método de proyección por vía húmeda ha pro-movido el uso de brazos de proyección robotizados, particularmen-te en proyectos de construcción de túneles, y por tanto también sediscuten estos métodos. Por último se explica la necesidad de mejo-rar los niveles de capacitación de los operarios a fin de poder lograrlos estrictos nuevos requisitos conducentes a obtener estructurasde shotcrete de alta calidad.

10.1 Preparación del substrato

Previo a la aplicación del shotcrete, es necesario que el operario dela boquilla sepa las propiedades del revestimiento de shotcreterequeridas, tales como espesor y perfil. Debe además conocer cual-quier elemento crítico de seguridad que requiera especial atencióndurante la proyección, p. ej., juntas de construcción complejas talescomo las del método de construcción de pared lateral, según seindica en la fig. 82.

Inmediatamente después de la excavación y antes de la aplicacióndel shotcrete, se deben tomar fotografías o hacer una evaluacióngeológica del terreno expuesto siguiendo los procedimientos delproyecto de construcción del túnel.

Para que haya una adherencia eficaz del shotcrete al substrato, sedebe preparar la superficie de adherencia humedeciéndola y limpi-ándola mediante escariación y aplicación de aire comprimido y aguade la boquilla. Igualmente se debe eliminar cualquier shotcreteremanente que esté flojamente adherido a la malla electrosoldada oa arcos metálicos.

186

proyectos, Masterseal® 340F puede ofrecer una protección superiorcontra el acceso de agua, y por tanto aumentar la durabilidad delnuevo revestimiento.

Figura 81: Masterseal® 340F aplicado a una estructura existentecomo un elemento de la obra de rehabilitación

Tal como se ilustra en la fig. 81, se puede aplicar Masterseal® 340F ala estructura existente directamente, o junto con una capa regula-dora de mortero proyectado o de shotcrete nivelado si es necesario.En secciones de túneles con presencia de acceso activo de agua, seaconseja aplicar el sistema de capa geotextil (descrito anteriormen-te), directamente a la estructura existente.

Una vez que se ha aplicado Masterseal® 340F, puede instalarse lacapa de shotcrete permanente reforzado con fibras metálicas, y darel acabado superficial requerido.

Capa de shotcretepermanente estructural

Membrana proyectableMasterseal® 340F

Capa selladora demortero proyectable

Estructura existente:ladrillo, mampostería,concreto, etc.

189

Sin embargo, es recomendable controlar cualquier acceso de aguamediante técnicas de preinyección, sistemas de drenaje o tuberíasde drenaje instaladas para atrapar y desviar el agua a fin de facilitarla proyección del shotcrete. Estas precauciones deben poder fun-cionar eficazmente durante un mínimo de 28 días después de la pro-yección. En la fig. 83 se muestra un ejemplo de una entrada de aguaperjudicial.

Figura 83: Entrada de agua controlada mediante tuberías preinstala-das antes de la aplicación del shotcrete

En cualquier aplicación de shotcrete es importante en todo momen-to utilizar equipos de protección personal, y disponer de condicio-nes apropiadas de ventilación e iluminación.

10.2 Técnicas de proyección generales

Es preciso considerar la hora de preparación e inspeccionar la tra-bajabilidad de la mezcla que llega a la bomba (proceso por víahúmeda). Todas las líneas que van desde la bomba hasta la boquilladeben estar bien fijas y totalmente lubricadas con grout. En caso deque haya retrasos de la operación, se deberán inspeccionar regular-mente la trabajabilidad y el tiempo de preparación de la mezcla a finde determinar si la misma está aún fresca y bombeable. En ningunacircunstancia se debe añadir agua a la mezcladora ni tampoco utili-zar mezclas antiguas que se hayan hidratado. Por tal motivo, para

188

Figura 82: Método de pared lateral. Típicamente, la unión entre lapared temporal y un revestimiento principal está fuertemente refor-zada (tal como se indica en el dibujo de la derecha). Esta juntarequiere una buena compactación del shotcrete para garantizar laestabilidad del revestimiento una vez se construya el perfil completo.

Cualquier entrada de agua al túnel afectará negativamente la calidady la resistencia del shotcrete. Por lo general, un operario inexpertotratará de proyectar shotcrete sobre las entradas activas de aguautilizando dosis elevadas de acelerantes.

Barras en L

Chapa de unión y pasador

Malla electrosoldada Chapa de unión entre cerchas

Cercha de perfilprincipal

Barras de conexiónen L T16

Chapa de cercha

Malla electrosoldada

Cercha de pared lateral

Placasseparadoras

191

10.3 Menos rebote, más calidad

Figura 84: Efecto de los principales parámetros de proyecciónsobre el rebote y la calidad del shotcrete

El rebote producido durante la proyección es un factor determinanteen la reducción de la calidad del shotcrete y en el aumento de loscostos del revestimiento. Esto es particularmente evidente en la apli-cación de shotcrete por vía seca, donde el operario de la boquillacontrola la relación agua/cementante y es responsable por produciruna mezcla eficaz del concreto entre la boquilla y el substrato. Enesta sección se enumeran algunos pasos para reducir el rebote ymejorar la calidad.

En la fig. 84 se ilustran algunos de los factores más importantes queinfluyen en el rebote originado durante la aplicación de shotcretetanto por vía seca como por vía húmeda. Los valores indicados paralas mezclas secas son conservadores. En la fig. 84 se supone undiseño optimizado de la mezcla (especialmente en lo que se refiere ala granulometría y a la relación agua/cementante) tal como se des-cribe en el capítulo 3.

190

cualquier proyecto se recomienda en todo momento utilizar aditivospara el control de la hidratación tales como el estabilizadorDelvo®crete.

Cuando se emplean mezclas de shotcrete aceleradas, es esencialno aplicar shotcrete a la obra antes de comprobar que el shotcreteexhiba las características de fraguado adecuadas. Por lo general,dicha comprobación se hace proyectando el material directamente ala fachada del túnel hasta obtener el fraguado apropiado.Adicionalmente el operario de la boquilla hace los ajustes necesariospara obtener la presión de aire y el volumen correctos para la pro-yección específica.

Un operario de boquilla experimentado entiende la necesidad deaplicar el shotcrete de una manera que minimice el riesgo de caídade bloques flojos del material hacia el área de trabajo del túnel, peroque al mismo tiempo evite el desprendimiento o incluso la caída delconcreto de las secciones de la clave. Para cumplir con este objeti-vo, el operario debe primeramente rellenar todas las sobreexcava-ciones y las zonas del substrato que tengan problemas como fisu-ras, fallas y zonas de grava. Este procedimiento debe realizarse lomás pronto posible después de la excavación a fin de procurar laseguridad de la obra.

Seguidamente se procederá a la proyección del material comenzan-do por las secciones más bajas, con movimiento metódico ascen-dente hacia la clave. Puede ser aconsejable aumentar marginalmen-te la dosificación del acelerante (a fin de estimular ligeramente elendurecimiento del material), y aplicar numerosas capas delgadasen vez de aplicar el espesor completo en una sola pasada de laboquilla. En las secciones de la clave del túnel se debe aplicar unacapa delgada de unos 50 mm para evitar el desprendimiento delrevestimiento proyectado. Seguidamente se pueden aplicar capassucesivas hasta un espesor de 150 mm.

Para miembros estructurales gruesos, las capas subsiguientes deshotcrete pueden aplicarse únicamente después de que las anterio-res se hayan endurecido lo suficiente; esto permite la continuidaddel proceso de proyección en túneles de gran diámetro debido a lasaltas áreas superficiales y subsiguiente volumen de concreto aplica-do. Es aconsejable aplicar secciones gruesas en una serie de capas,pero el número debe mantenerse a un mínimo cuando sea posible.Toda superficie que vaya a recibir una capa nueva debe estar húme-da y libre de materiales sueltos.

0° 90° 0° Ángulo entre la boquilla y el substrato

1% 4 a 8% + 10% Dosificación del acelerante sin álcalis

0.2 m 1 – 2 m + 3 m Distancia de la boquilla al substrato

Clave Paredes laterales Solera Paredes laterales Clave Área de aplicación en el túnel

Deficiente

Razonable

Buena

Excelente

Rebote (%)

Calidad del shotcrete

193

Figura 86: La distancia de la boquilla al substrato influye en el rebotey la compactación.

En la fig. 86 se indica que debe haber una distancia de 1 – 2 m entrela boquilla y el substrato. Si la distancia es menor, no será posibleformar una capa en la superficie debido a que el chorro dispersará elmaterial depositado; en caso de que sea necesario reducir la distan-cia, se debe disminuir la salida y mover la boquilla con más rapidez.Por otra parte, si se emplea una distancia muy grande (p. ej., 3 m), lafuerza del impacto será demasiado débil como para poder formarseuna capa de concreto bien adherida y compactada, produciendotambién una cantidad de rebote excesiva, compactación deficientey baja resistencia del material. Las aplicaciones manuales tienden adisminuir la salida del aire para mantener la distancia correcta entrela boquilla y el substrato, lo cual a su vez disminuye la calidad delshotcrete.

Tal como se muestra en la fig. 84, la dosificación de acelerantespuede afectar la cantidad de rebote. Una cantidad demasiadopequeña de acelerante no proporcionará un fraguado adecuado nitampoco suficiente desarrollo de la resistencia, y por tanto la próximapasada de la boquilla arrancará el concreto recién aplicado dado quesigue estando demasiado suave; aunque tal cosa no es estrictamen-te un «rebote», es necesario igualmente evitarlo en todo momento.

192

Los cuatro factores que influyen principalmente en la cantidad derebote producido son:• Ángulo entre la boquilla y el substrato• Dosificación del acelerante• Distancia de la boquilla al substrato• Área de aplicación en el túnel

Figura 85: El ángulo de la boquilla tiene una marcada influencia en elrebote.

Tal como se indica en la fig. 84, el factor más importante es el ánguloentre la boquilla y el substrato. Por ello, salvo los casos en que serequiera un encapsulado total de las cerchas y los refuerzos metáli-cos, es importante siempre mantener la boquilla en ángulo recto (90°)respecto a la superficie del substrato (fig. 85), a fin de optimizar la cali-dad de la compactación y la orientación de la fibra metálica (esta inci-dencia de ángulo recto no siempre es favorecida por los operarios deboquilla durante la proyección manual del shotcrete, debido a que elmaterial tiende a devolverse directamente). Incluso los ángulos deproyección menores de 70° provocan rebotes excesivos y una com-pactación deficiente, lo cual lleva inevitablemente a resistenciasmenores y poca durabilidad del concreto. Sin embargo, los recientesdesarrollos en brazos de proyección robotizados prácticamente hansolventado este problema.

Ángulo de la boquilla

Distancia a la boquilla

195

irregular, provocando desvíos del chorro a distintos ángulos. Entales casos se aconseja trabajar con una capa inicial de shotcre-te que actúe como un «colchón» para recibir el revestimiento deshotcrete estructural.

10.4 Proceso por vía húmeda y brazos deproyección robotizada

Figura 87: Brazo de proyección MEYCO® Robojet: distancia yángulo correctos para lograr menos rebote y más calidad

Muchos de los factores que originan los problemas de alto rebote,compactación deficiente y pérdida de rendimiento estructural (y portanto, mayores costos del proyecto) están relacionados con ladestreza del operario de la boquilla, particularmente en sistemas deproyección manual de mezclas secas.

194

Por otra parte, si se utiliza demasiado acelerante (p. ej., más del 10%), el fraguado instantáneo crea una superficie dura que ocasiona elrebote de las partículas grandes de agregado y evita una compacta-ción completa, lo cual lleva a menor resistencia y durabilidad delrevestimiento de shotcrete. Para aplicación en las secciones declave de los túneles, se debe establecer una relación óptima dedosificación del acelerante a fin de lograr una eficaz rapidez de apli-cación del material, con mínimo rebote y sin comprometer las pro-piedades requeridas del revestimiento de concreto fraguado. Lanueva línea de acelerantes libres de álcali MEYCO® SA de MBT ofre-ce una amplia gama de valores de dosificación relativamente bajosque permiten una alta rapidez de aplicación del espesor además deun buen rendimiento del concreto a largo plazo.

Otros factores que pueden influir en el grado de rebote (y por endeen la calidad del shotcrete) son:

• Refuerzos de mallas electrosoldadasLa malla debe fijarse firmemente al substrato antes de la proyec-ción. La vibración de la malla puede aumentar considerablemen-te el rebote y causar «sombras» que reducen la capacidadestructural del revestimiento y la durabilidad a largo plazo.Siempre que sea posible, se aconseja utilizar mezclas con refuer-zos de fibra para obtener más productividad, menos rebote,mejores propiedades estructurales y menores costos del proyec-to en general. Un revestimiento de shotcrete compuesto por varas o parrillasmetálicas debe instalarse de manera sistemática (capa porcapa), y bajo ninguna circunstancia deberá aplicarse shotcrete através de parrillas de refuerzo completas.

• Volumen, presión y alimentación de aireSe debe emplear el volumen y la presión de aire especificadospor el fabricante del equipo de aplicación del shotcrete. La bolsade aire debe tener el tamaño definido para el sistema; las boquil-las deben ser inspeccionadas para ver si hay desgaste (el desga-ste podría afectar la salida del shotcrete). El diseño del sistemade turboinyección de aire-acelerante debe permitir una mezclacompleta con la corriente de concreto denso en la boquilla.

• Naturaleza del substratoLa cantidad de rebote puede ser significativamente mayor entúneles de roca dura que en túneles de terreno blando. Esto sedebe a que en los primeros, la superficie de contacto es dura e

El brazo mecanizado de lamáquina MEYCO® Robojetse mantiene paralelo a lasuperficie de shotcretedurante la proyección.

Giro de 360°

Oscilador de boquillaautomático para unacabado liso

196

Todos estos problemas se han reducido enormemente gracias a losaditivos modernos aplicados al shotcrete de vía húmeda, los cualespermiten un comportamiento plástico inicial de la mezcla. Durantealgunos minutos después de la aplicación, el shotcrete nuevo puedeser absorbido y compactado con más facilidad que otros materialesde fraguado rápido. Así, se reduce rebote de manera significativa yse facilita el encapsulado del acero.

Los problemas asociados al ángulo de la boquilla, distancia a laboquilla y obtención de una compactación adecuada utilizando lapresión y el volumen adecuado de aire, se han reducido mediante eluso de brazos de proyección asistidos por computadora o «roboti-zados», especialmente en túneles de gran diámetro. Tal como seobserva en la fig. 87, el brazo de proyección MEYCO® Robojet escontrolado mediante una palanca de mando remota accionada porel operario para facilitar la proyección a la distancia y ángulo correc-tos en todo momento. Esto, junto con el volumen y presión requeri-da del aire, garantiza un rebote bajo y un shotcrete bien compacta-do. Además, se pueden obtener buenos acabados superficialesseleccionando el movimiento oscilatorio automático del modo«boquilla».

Los nuevos avances en brazos de proyección robotizados facilitanaún más la tarea de establecer la distancia y el ángulo óptimo de laboquilla gracias al modo automático del equipo MEYCO® RobojetLogica, tal como se describe en el capítulo 7.2.1.1.

10.5 Destreza del operario

Los operarios de boquilla deben tener experiencia previa en la apli-cación del shotcrete permanente, así como también conocer el pro-ceso de aplicación de shotcrete a emplearse en el proyecto especí-fico. Se recomienda que el operario demuestre su experiencia, biensea presentando con anticipación el certificado de una obra anterior,o bien haciendo una demostración práctica en un lugar diferente alde la obra.

Las normas vigentes imponen requisitos adicionales y exigen que elpersonal de aplicación tenga conocimiento de asuntos técnicosconcretos, particularmente en el campo de shotcrete; por tal motivoha mejorado la capacitación del personal de la obra, y consiguiente-mente, la calidad del trabajo. En los últimos años ha aumentado elnúmero de contratistas especiales que trabajan con shotcrete, lo

197

cual ha llevado a un mejoramiento de la calidad de aplicación en elmundo entero.

La calidad de las estructuras de shotcrete depende fuertemente dela destreza humana durante la construcción, y por lo tanto el diseñodebe reflejar esa dependencia considerando la «constructibilidad»con shotcrete de estas estructuras. Tal consideración en el diseñoconduce a simplificar e incluso eliminar elementos críticos que pue-dan afectar la seguridad o la durabilidad, para facilitar la construcci-ón de la obra. Además, el personal de diseño debe estar al tanto delas limitaciones de los procesos de construcción, y estar familiariza-do con el probable rendimiento del material.

Las especificaciones modernas del shotcrete tratan sobre los facto-res para lograr un diseño de mezcla moderno y de calidad controla-da, suministrando una guía para facilitar la durabilidad y la ejecucióneficaz de los procesos de proyección. Como ejemplo, la nuevaEspecificación Europea del Shotcrete (1996) emitida por EFNARC,describe sistemas completos para lograr un shotcrete permanente.Esta especificación ha servido como base para especificaciones denuevos proyectos en el mundo entero y para la nueva norma euro-pea del shotcrete (European Norm Sprayed Concrete Specification).La especificación de la EFNARC trata además de asuntos talescomo capacitación, adiestramiento y acreditación de los operariosde la boquilla, y establece sistemas para contratistas y especifica-dores, de manera que adapten el sistema de shotcrete y el diseño delas mezclas para la obra particular.

El Centro Internacional de Geotécnica y Construcción Subterránea(con sede en Suiza) ofrece un innovador servicio de adiestramiento ycapacitación en la tecnología de shotcrete moderna. Entre los cur-sos ofrecidos figuran clases específicas para diseñadores y contrati-stas, y capacitación en proyección robotizada para operarios deboquilla.

198

Capítulo 11

Tiempo y economía

11.1 Ejemplo de cálculo

Ya hemos hablado de las razones que justifican utilizar shotcretereforzado con fibra metálica aplicado por vía húmeda. Cuando sehace una evaluación de los factores económicos, es fundamental noconcentrarse en el costo de los componentes, equipos o de las mez-clas de concreto. La experiencia nos ha demostrado que, una vezcontemplados todos los costos, se pueden lograr ahorros sub-stanciales del proyecto. Podemos ilustrar estas relaciones medianteun cálculo basados en costos reales de proyectos.

Tomemos como base un túnel de 60 m2, 2000 m de largo, excava-ción por perforación y voladura, longitud avance de 4 m, 100 mm deespesor teórico de shotcrete por avance. Nivel europeo de costos,cálculo en francos suizos. Rebote del método por vía seca: 30 %;rebote del método por vía húmeda: 10 %. En la fig. 88 se muestra unresumen de los costos.

El costo de inversión es el valor de todo el sistema de equipos alcomienzo de la construcción. El costo de materiales es equivalenteal costo directo de todos los ingredientes del diseño de mezcla,incluyendo el acelerante agregado en la boquilla. El costo del rebotecomprende la pérdida de materiales, el costo de proyección adicio-nal para compensar el rebote y el costo de retirar el rebote. El costode soporte equivale a todos los costos directos de la aplicación deshotcrete y refuerzo, sin incluir costos de margen fijo de infraestruc-tura, administración, uso de otros equipos, participación de otrosobreros, retrasos, etc. Si a esto se aplica el modesto monto de 400francos suizos por turno-hora, el costo total del shotcrete por víahúmeda reforzado con fibras metálicas, se reduce a un 42 % delcosto total del shotcrete por vía seca reforzado con malla de acero.La razón principal de esta reducción de costos tan notable se mue-stra en la fig. 88 (tiempo de finalización): para lograr el mismo volu-men de soporte, el shotcrete por vía húmeda reforzado con fibrasmetálicas necesita únicamente el 17 % del tiempo utilizado para laproyección por vía seca con refuerzo de malla electrosoldada .

199

En la fig. 88 se ilustra los ahorros potenciales para el contratista.Dichos ahorros son considerablemente superiores para el cliente (seadelanta el arranque del proyecto), y por tal motivo el cliente es elmayor afectado si no se emplean las condiciones óptimas.

Figura 88: Comparación entre el material por vía húmeda y refuerzode fibras, y el material por vía seca y refuerzo de malla electrosoldada

11.2 Conclusiones

La tecnología de shotcrete por vía húmeda ha alcanzado una etapade desarrollo que permite producir shotcrete duradero de alta cali-dad para aplicaciones de soporte permanente. Además, el uso defibras metálicas ofrece ventajas técnicas adicionales cuando serequiere utilizar refuerzos.

En la mayoría de los casos, el uso de shotcrete por vía húmedareforzado con fibras metálicas como soporte permanente ofreceventajas significativas. Debe asegurarse que el método de diseñopermita este soporte permanente.

Otras ventajas importantes – logística sumamente flexible, seguri-dad laboral y buenas condiciones ambientales – complementan elconjunto de razones que favorecen la tecnología de shotcrete porvía húmeda. No se trata de un experimento... ¡los resultados estáncomprobados y a la vista!

0% 100% 200% 300% 400%

Naß/Stahlfaser

Trocken/Stahlm

Investitionskosten

Materialkosten

Rückprallkosten

Sicherungskosten

Einbauzeit

Costo de inversión

Costo de materiales

Costo de rebote

Costo de soporte

Tiempo de finalización

Húmedo/fibras

Seco/malla

201

• La aplicación predominante es todavía como soporte temporal,pero cada vez hay más interés en utilizar shotcrete de alta cali-dad para revestimientos finales permanentes.

Asimismo, durante los últimos años se ha introducido el uso de shot-crete por vía húmeda en la industria minera, una industria de gran-des proporciones y complejidad, que por una parte impone riguro-sas normas de seguridad para proteger a los mineros, y por otrarequiere alta productividad para recuperar los costos de extracciónde minerales a grandes profundidades. Las aplicaciones minerasimponen muchas demandas difíciles sobre el shotcrete y su aplica-ción, tales como restricciones de logística y de temperatura, las cua-les pueden solventarse utilizando los últimos avances en aditivos yequipos.

Como método de construcción, el shotcrete debería tener un campode aplicación mucho más amplio. Sin embargo, hasta la fecha elgrado de utilización del mismo es desafortunadamente bastantelimitado. Una de las ventajas del shotcrete es su flexibilidad y rapi-dez de aplicación: el concreto puede colocarse sencillamente conuna manguera contra superficies de encofrado, roca o concreto.Toda clase de variación arquitectónica y de construcción es posile.El único límite es la imaginación y el deseo de experimentar.

Todos los contratistas, arquitectos, autoridades y consultores debenestar conscientes de que la tecnología, conocimientos, equipos ymateriales son ya una realidad y que pueden aprovecharse paraaumentar la gama de proyectos de construcción. Sin duda, el méto-do de construcción del futuro es el shotcrete.

200

Capítulo 12

Aplicaciones futuras del shotcrete

Hoy en día el shotcrete es utilizado mayormente para aplicacionesde soporte de rocas (en las que soluciona muchos problemas difíci-les), y se ha convertido en una ayuda necesaria. Su uso como fortifi-cación en la construcción de túneles está aumentando cada vezmás en el ámbito mundial. En Europa solamente, se utiliza un volu-men total de 3 millones de metros cúbicos al año. Creemos que estatendencia continuará en los años venideros. Los puntos siguientesresumen las prácticas y tendencias internacionales:

La tecnología de shotcrete aplicado por vía húmeda ha llegado a unestado de desarrollo que permite la producción de shotcreteduradero de alta calidad para aplicaciones de soporte permanente.Es posible obtener aún más ventajas técnicas cuando se requiererefuerzo y se añade fibra metálica.

El potencial de ahorros de tiempo y costos en la aplicación de shot-crete de vía húmeda reforzado con fibra metálica como soporte per-manente es significativo en la mayoría de los casos, y extraordinarioen ciertas situaciones.

Otras ventajas importantes tales como la altísima flexibilidad delogística y las excelentes condiciones de seguridad del ambiente ydel trabajo complementan la variedad de razones que favorecen eluso de la tecnología de shotcrete por vía húmeda. Ya no se trata deun experimento: los resultados están comprobados y a la vista.

• La aplicación de shotcrete por vía húmeda sobrepasa la aplica-ción por vía seca (tendencia que sigue en aumento).

• Si bien todavía se utiliza más refuerzo de malla electrosoldada, laproporción de shotcrete reforzado con fibras metálicas sigue enaumento.

• La tecnología se dirige hacia sistemas mecanizados, automatiza-dos y con más capacidad.

• Se está haciendo mayor énfasis en regulaciones más estrictascon respecto a la seguridad, higiene y ambiente laboral.

203

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202

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Melbye, T., «Neue Generation von Zusatzmitteln für Spritzbeton»,Spritzbeton Technologie 1993, Universität Innsbruck, Austria, enerode 1993.

205

Apéndice

Especificaciones particularespara el

shotcrete

elaborado por

Nick SwannellIngeniero Senior de túneles

Halcrow Asia Partnership Ltd

y

Tom A. MelbyeDirector

MBT International Underground Construction Group

204

207

ÍndiceIntroducción 209

Glosario de términos 210

Concreto base 213Cemento 213Aglomerantes hidráulicos latentes 214Agregados 214Agua 216Fibras 216

Aditivos 218General 218Acelerantes 218Plastificantes y retardadores de fraguado 220Aditivos para el control de la hidratación 220

Requisitos particulares 222Equipos 222Requisitos de desempeño 222Requisitos particulares de mezcla 222Otros requisitos particulares 222

Equipos 225General 225Método por vía húmeda 226Proceso por vía seca 226Dosificación automática 227Proyección a control remoto 227

Ensayos de aceptación y ensayos en obra 229General 229Desarrollo del diseño de la mezcla 229Ensayos en obra 229Certificación de los operarios 232

Producción y transporte 234Dosificación y mezclado 234Transporte 235

209

IntroducciónEste apéndice contiene la más avanzada y completa especificación para todaslas aplicaciones de shotcrete (tanto sobre la superficie como subterráneas),salvo trabajos de reparación. Debe seguirse totalmente a menos que se espe-cifique lo contrario.

En conformidad con las prácticas modernas, en esta especificación particularno se incluye el refuerzo de malla. Se deben utilizar refuerzos de fibra metálicay polimérica, a menos que se considere apropiado utilizar shotcrete sin refuer-zos para una aplicación dada.

Se consideran tres tipos de shotcrete (las definiciones se encuentran en el«Glosario de términos»), a saber:

• Shotcrete tipo S1: Shotcrete reforzado con fibra para uso temporal o a corto plazo, incluso como soporte del terreno inmediato

• Shotcrete tipo S2: Shotcrete reforzado con fibra para aplicaciones permanentes

• Shotcrete tipo S3: Shotcrete sin refuerzo para aplicaciones permanentes

Esta especificación particular requiere utilizar equipos de proyección por víahúmeda para el shotcrete tipo S2 y S3, en conformidad con las prácticasmodernas. No obstante, para el shotcrete tipo S1 pueden utilizarse equipospor vía húmeda o por vía seca.

208208

Aplicación 236Aplicación del shotcrete 236Control del espesor y del perfil 238Curado 239

Ensayos en la obra 240General 240Ensayo de resistencia a la compresión 241Pruebas de resistencia a flexión y de grado de resistencia residual 242Ensayo de adherencia 243Ensayo de durabilidad/permeabilidad 243Densidad seca, absorción en ebullición y volumen de vacíos 244Contenido de fibra 244Ensayo de fibras 245Ensayo de trabajabilidad 245Falta de conformidad con los criterios establecidos 245

Métodos de ensayo 247General 247Exudación del cemento 247Ensayo de acelerantes 247Disminución de resistencia 250Ensayo con mortero (sin acelerante, mezcla de mortero básica) 250Ensayo de fibras 250Ensayo de durabilidad/permeabilidad 251Ensayo de resistencia de adherencia 251

Referencias y normas particulares 253

211

ingredientes son dosificados por peso y mezclados en condición seca. Lamezcla se alimenta a una maquinaria, en donde es presurizada, y transpor-tada neumáticamente por mangueras o tuberías hasta una boquilla, endonde se le agrega agua y se le añade un acelerante antes de ser proyecta-da al substrato sin interrupción.

Método por vía húmedaProceso de producción de shotcrete en el cual se prepara una mezcla decemento y agregados dosificados por peso. A la mezcla se le agregan aguay aditivos diferentes a acelerantes (si se requiere). La mezcla es bombeadapor mangueras hacia una boquilla, en donde se le inyecta aire comprimidoy un acelerante (si es necesario) antes de ser proyectada sin interrupción enforma continua.

CapaEspesor de shotcrete (fraguado) formado por varias pasadas de la boquilla.

ReboteMaterial que después de proyección por la boquilla no se adhiere a lasuperficie de aplicación.

Concreto baseConcreto de un diseño particular para uso en shotcrete, pero sin aditivos.

AditivosMateriales agregados al concreto base (p. ej., acelerantes, plastificantes,retardadores de fraguado y aditivos para el control de la hidratación).

CementoAglomerante hidráulico activo que se obtiene por pulverización de un clín-quer y que cumple con los requisitos de los requisitos para los grados BS12, BS 6588, BS 4027 o BS 1370 según sea apropiado.

Cemento compuestoAglomerante hidráulico, fabricado mediante un proceso controlado en elcual se combina un clínquer de cemento Portland o cemento en proporcio-

210

Párrafo 1

Glosario de términos

ShotcreteMezcla formada por cemento, agregados con tamaño máximo de 8 mm yagua; puede también contener aditivos. Dicha mezcla es proyectadaneumáticamente a alta velocidad a través de una boquilla, para produciruna masa homogénea densa.

Shotcrete sin reforzarShotcrete que no contiene refuerzos (malla electrosoldada, varillas dearmaduras o fibras).

Shotcrete reforzado con fibra metálica (SFRS)Shotcrete al cual se le agregan fibras metálicas durante la dosificación, elmezclado o durante el proceso de aplicación, según corresponda.

Shotcrete tipo S1Shotcrete reforzado con fibra metálica, aplicado como soporte inicial entierra pero que no está diseñado para sostener cargas permanentes. Laresistencia característica del shotcrete tipo S1 a los 28 días es 45 MPa.

Shotcrete tipo S2Shotcrete reforzado con fibra metálica, aplicado como un revestimientopermanente para sostener cargas permanentes. La resistencia característi-ca del shotcrete tipo S2 a los 28 días es 35 MPa.

Shotcrete tipo S3Shotcrete sin refuerzo, aplicado como capa de alisado o protectora sobreel shotcrete tipo S1 o la roca, o como un acabado superficial sobre el shot-crete tipo S2, según se requiera. La resistencia característica del shotcretetipo S3 a los 28 días es 30 MPa.

Proceso por vía secaProceso de producción de shotcrete en el cual se prepara una mezcla decemento, agregados y aditivos diferentes a acelerantes (si se requiere). Los

210

213

Concreto base

Cemento

Párrafo 2Además de los siguientes requisitos particulares, el cemento o cementocompuesto debe cumplir con los requisitos para los grados BS12, BS6588,BS4027 o BS1370 según corresponda, y con las «Especificaciones demateriales y trabajos» del concreto:a) Tiempo de inicio del fraguado: no menos de 60 minutos para un grado

de resistencia 42.5 y no menos de 45 minutos para un grado de resi-stencia 52.5, ni más de cuatro horas, cuando se ensaye conforme a BSEN 196: Parte 3.

b) Fineza: la superficie específica no debe ser inferior a 350 m2/kg ni super-ior a 450 m2/kg, cuando se ensaye conforme a BS EN196: Parte 6. Loslímites de los resultados de muestras de ensayo individuales no debenexceder 40 m2/kg.

c) Exudación: el volumen de agua expulsada no debe ser superior a 20cm3 cuando se determine conforme al Párrafo 151.Según los requisitos para el grado BS12, el cemento debe ser Portland,grado de resistencia 42.5 o grado de resistencia 52.5, y debe cumplircon los siguientes criterios:Grado de resistencia 42.5:Valores de resistencia a compresión medidos según BS EN196: Parte 1: – después de 2 días : >10 MPa– después de 28 días (28 días ± 4 h) : >42,5 MPa y <62,5 MPaGrado de resistencia 52.5:Fineza controlada, >350 m2/kg y < 450 m2/kg.Valores de resistencia a compresión medidos según BS EN196: Parte 1: – después de 2 días : >20 MPa– después de 28 días (28 días ± 4 h) : >52,5 MPa y <72,5 MPa

e) La temperatura del cemento en el momento a utilizarse en la planta demezclado no debe ser mayor de +50°C.

f) El contratista debe demostrar, mediante ensayos en el sitio de la obra,que el cemento es compatible con los aditivos acelerantes propuestos,sujeto a la aprobación del ingeniero, con referencia particular al uso deacelerantes sin álcalis no cáusticos.

212

nes especificadas con un aglomerante hidráulico latente compuesto decenizas volantes. Cumple con los requisitos del grado BS6588.

Concreto con microsíliceConcreto manufacturado en la mezcladora de concreto combinandocemento Portland que cumple con los requisitos para los grados BS12 oBS4027 y un aglomerante hidráulico latente de microsílice (humo de sílicecompactado).

Índice de actividad de la microsíliceRelación en porcentaje entre la resistencia a compresión de cubos están-dar de mortero (preparados con 90 % de cemento más 10 % de microsíliceen masa), y la resistencia a compresión de cubos estándar de mortero(hechos exclusivamente de cemento) (Ref.: Norma noruega NS3045).

Resistencia a compresión en cubosResistencia a la compresión de probetas cúbicas fabricadas, curadas yensayadas siguiendo la norma BS 1881: Partes 1, 3 y 4.

Resistencia característica a los 28 díasValor de resistencia a compresión en cubos a los 28 días. Se prevé que el 5% de todas las medidas de resistencia posibles caiga por debajo de estevalor.(Las resistencias características incluidas en esta especificación particularse dan únicamente para fines del desarrollo del diseño de la mezcla y parainformación de los ingenieros de diseño.)

Resistencia a compresión en cubos in situResistencia teórica de shotcrete en una localidad individual, consideradacomo la resistencia de un cubo de shotcrete tal como existe en la estructura.(Las resistencias a compresión en cubos [in situ] incluidas en esta especifi-cación particular se dan para los requisitos de cumplimiento.)

212

215

Párrafo 5A menos que el ingeniero especifique lo contrario, el tamaño nominal departícula debe ser 8 mm.

Párrafo 6El diez por ciento de finos debe ser superior a 100 kN según lo determina elmétodo especificado en BS812: Parte 3:1990.

Párrafo 7Los agregados de un tamaño deben combinarse en las proporciones deter-minadas durante los ensayos en obra. Las fracciones individuales debenalmacenarse por separado.

Párrafo 8Los agregados gruesos y finos deben estar limpios. La granulometría debeestar dentro de los límites aceptables, y siempre que sea posible, dentro delos límites especificados en la curva de granulometría que se muestra en lafig. A.1.

Figura A.1: Curva de granulometría recomendada para agregados deshotcrete

Párrafo 9La fracción de grava del agregado no debe estar excesivamente fragmen-tada al llegar a la obra. No debe haber más de 3 % de partículas contamaños menores que 0,075 mm (determinado según el método de lavadoy tamizado de BS812: Parte 103.1:1985).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.125 0.25 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0 16.0 32.0 64.0

0.149 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9.51 19.0 38.1 76.1

214

Aglomerantes hidráulicos latentes

Párrafo 3La microsílice (humo de sílice compactado) debe cumplir con los siguientesrequisitos:a) Polvo seco

– Contenido de sílice (SiO2) no menor del 85 %.– La microsílice no debe contener más de 0,2 % de metal sílice en

masa, ni materiales perjudiciales tales como cuarzo, óxidos o fibrasde celulosa.

– Tamaño de partícula: entre 0,1 µm y 0,2 µm.– Fineza: El área superficial específica no debe ser menor que 15 000

m2/kg.– Contenido de álcalis totales como Na2O equivalente <2 %.– Contenido de carbono: <2%.– Índice de actividad: >95 % después de 28 días– Contenido de humedad: <3 %– S03 (agua soluble): <1 %

b) Lechada de microsílice/agua – Valor de pH: 5,5 ±1,0.– Densidad relativa: entre 1,3 g/cm3 y 1,4 g/cm3.

c) Realizar ensayos mensuales para establecer el cumplimiento con a) yb).

d) Almacenamiento y manejo: las pastas de microsílice/agua deben agitase periódicamente mediante bombas de circulación antes de su uso.

e) Establecer la compatibilidad de la microsílice y los aditivos líquidosmediante uno de los dos métodos siguientes:– verificación de los datos de ensayos anteriores o de la experiencia

práctica, o– realización de los procedimientos apropiados de ensayos acelerados,

según la aprobación del ingeniero.f) Determinar el contenido óptimo de microsílice durante los ensayos en

obra, y el mismo debe cumplir con esta especificación particular Párrafo 44).

Agregados

Párrafo 4Además de los requisitos de esta especificación particular, los agregadosdel shotcrete deben cumplir con BS882 y con las «Especificaciones demateriales y trabajos» del concreto.

Tamiz ISO

Po

rcen

taje

rete

nid

o

Tamiz ASTM, tamaño en mm

0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 32,0 64,00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1000,149 0,297 0,595 1,19 2,38 4,76 9,51 19,0 38,1 76,1

214

217

Párrafo 18Seleccionar el tipo de fibra basado en su cumplimiento con esta especifi-cación particular, y en su idoneidad y facilidad de uso en los procesos pro-puestos de dosificación, mezcla y proyección, según lo demuestren losensayos en obra (sujeto a la aprobación del ingeniero).

Párrafo 19No emplear fibras que tiendan a formar bolas durante la dosificación y lamezcla.

216

Párrafo 10Determinar la reactividad del agregado con cementantes y aditivos (incluy-endo acelerantes) mediante el método ASTMC1260 (test de Vicat).

Párrafo 11Diariamente, el contratista debe inspeccionar y anotar la granulometría y elcontenido de humedad de las fracciones individuales del agregado.

Párrafo 12Para el shotcrete de mezcla seca, el contenido de humedad natural delagregado debe ser lo más uniforme posible y no exceder el 6 %.

Agua

Párrafo 13El agua debe cumplir con las «Especificaciones de materiales y trabajos enconcreto».

Fibras

Párrafo 14Utilizar fibras metálicas deformadas tipo 1, 2 ó 3 según ASTM A820-96, (lasfibras tipo 1 pueden tener sección circular o rectangular). Las fibras debenestar fabricadas de acero dúctil o alambre estirado en frío sin galvanizar.

Párrafo 15Las fibras pueden estar separadas individualmente o unidas mediante unacola soluble en agua.

Párrafo 16Almacenar las fibras en recipientes sellados (secos) hasta el momento deutilizarse. Las fibras no deben exhibir corrosión, ni tener aceite, grasa, clor-uros ni otras sustancias perjudiciales que puedan reducir la eficiencia delos procesos de mezcla o proyección, o que puedan reducir la adherenciaentre las fibras y el shotcrete.

Párrafo 17Las fibras deben tener una relación diámetro/largo de 30 a 150 para longi-tudes de 12,7 a 63,5 mm. Las tolerancias deben cumplir con la normaASTM A820-96.

216

219

Párrafo 28No emplear water glass (silicatos sódicos), salvo en el caso de bases poli-méricas modificadas aprobadas por el ingeniero.

Párrafo 29Sólo debe permitirse la mínima cantidad necesaria de acelerante para lasoperaciones de proyección normales. Determinar la cantidad medianteensayos en obra, sujeto a dosificaciones máximas de:

Acelerantes sin álcalis Acelerantesy no cáusticos agresivos

Shotcrete tipo S1: 10% 8%Shotcrete tipo S2: 8% 3%Shotcrete tipo S3: 8% 3%

(porcentaje de peso por aglomerante)

Párrafo 30Antes de comenzar la proyección, realizar oportunamente los ensayos delos acelerantes para determinar la aceleración del fraguado, el desarrollode resistencia inicial y la disminución de la resistencia a etapas posteriores(28 y 90 días) (según esta especificación particular).

Párrafo 31Llevar a cabo ensayos de laboratorio de las clases seleccionadas de acele-rantes libres de álcalis, según esta especificación particular en dosificacio-nes de 4,0 u 8,0 % en peso de cementante en el concreto base, o dosifica-ciones similares según lo recomiende el fabricante, a fin de establecer lavariabilidad de las propiedades ante mencionadas respecto a la dosificaci-ón. No se permite el uso de acelerantes que exhiban una variabilidad exce-siva en la dosificación.

Párrafo 32Seleccionar acelerantes que, en la dosificación elegida para la obra, mini-micen la disminución de resistencia para cualquier tipo de shotcrete a los28 días, en comparación con el concreto base sin acelerantes. Dicha dis-minución debe estar aprobada por el ingeniero, y en ninguna circunstanciadebe ser mayor del 30 %. Verificar el cumplimiento de esta cláusula medi-ante ensayos en obra sujetos a la aprobación del ingeniero.

Párrafo 33Según esta especificación particular, cada dos meses (como mínimo) sedeben efectuar ensayos a los acelerantes que lleguen a la obra, a fin dedeterminar su reacción con el cemento utilizado, con referencia particular alcomportamiento de fraguado y a la disminución de resistencia al cabo de

218

Aditivos

General

Párrafo 20Además de cumplir con los requisitos de esta especificación particular, losaditivos deben también cumplir con las «Especificaciones de materiales ytrabajos en concreto».

Párrafo 21No utilizar, sin la aprobación escrita del ingeniero, aditivos cuyos propósitosno estén indicados por las «Especificaciones de materiales y trabajos» opor esta especificación particular. Se le exigirá al contratista suministrar ladocumentación que respalde el uso de dichos materiales.

Párrafo 22Los aditivos deben estar libres de cloruros (menos de 0,1 % en peso).

Párrafo 23Antes de comenzar la proyección, acordar con el fabricante de los aditivoslos valores característicos y la consistencia requerida.

Párrafo 24Seguir las recomendaciones de almacenamiento y uso de los aditivos.

Párrafo 25Antes de comenzar los ensayos en obra, el contratista debe obtener delfabricante una confirmación por escrito referente a la estabilidad de los adi-tivos con el agua de mezclado.

Párrafo 26La cola soluble en agua y otros aditivos utilizados para combinar fibrasmetálicas deben ser compatibles con otros componentes del shotcrete.Antes de comenzar los trabajos de proyección permanente, el contratistadebe suministrarle al ingeniero una confirmación por escrito al respecto.

Acelerantes

Párrafo 27Utilizar únicamente acelerantes líquidos.

218

221

Párrafo 39Se pueden utilizar aditivos para el control de la hidratación para controlar lahidratación de la mezcla, según sea apropiado para acelerar la construc-ción de la obra. Mediante ensayos en obra, determinar los efectos y lasdosificaciones óptimas de aditivos para el control de la hidratación, segúnesta especificación particular.

Párrafo 40Verificar la compatibilidad de los aditivos para el control de la hidratacióncon los cementos, aglomerantes hidráulicos y acelerantes. Efectuar talverificación mediante ensayos en obra.

Párrafo 41Seguir las instrucciones del fabricante de los aditivos para el control de lahidratación, con atención particular que garantice una mezcla adecuadacuando se utilicen en el proceso por vía seca.

220

28 días. A intervalos de tiempo similares, inspeccionar visualmente la esta-bilidad de los acelerantes durante el almacenamiento. Seguir las recomen-daciones del fabricante respecto a los tiempos de almacenamiento y a loslímites de la temperatura de trabajo, así como también sus instrucciones deseguridad.

Plastificantes y retardadores de fraguado

Párrafo 34Los plastificantes y retardadores de fraguado deben cumplir con la normaBS5075: Parte 1, y podrían utilizarse en shotcrete tipos S1, S2 y S3, segúnlas «Especificaciones de materiales y trabajos en concreto» y sujeto a laaprobación del ingeniero.

Párrafo 35Se pueden utilizar plastificantes y retardadores de fraguado para reducir lacantidad de agua de mezcla y mejorar la capacidad de bombeo del concre-to. Mediante ensayos en obra, determinar los efectos y las dosificacionesóptimas de plastificantes y retardadores de fraguado según esta especifi-cación particular.

Párrafo 36Los plastificantes y retardadores de fraguado deben ser inspeccionadosperiódicamente o según lo determine el ingeniero, para determinar el tiem-po de fraguado, la reducción de agua y el desarrollo de resistencia en com-paración con el concreto base.

Párrafo 37Verificar la compatibilidad de plastificantes y retardadores de fraguado conlos cementos, aglomerantes hidráulicos y acelerantes. Efectuar tal verifica-ción mediante ensayos en obra.

Aditivos para el control de la hidratación

Párrafo 38Se pueden utilizar aditivos para el control de la hidratación en shotcrete tipoS1, S2, y S3 según esta especificación particular y sujeto a la aprobacióndel ingeniero. Los aditivos para el control de la hidratación utilizados enshotcrete tipo S2 y S3 deben estar libres de constituyentes químicos queprovoquen una disminución de la resistencia con el paso del tiempo, dife-rente a lo especificado en el Párrafo 32 de esta especificación particular.

220

223

Tabla A.1: Requisitos mínimos de desempeño del shotcrete

Parámetro Método de ensayo/ Shotcrete Shotcrete Shotcrete Párrafo n.° tipo S1 tipo S2 tipo S3

Resistencia a compresión (cubos) in situ****

Ensayos en obra 1 día BS EN 12504-1:2000 8 MPa ** **

7 días* “ 21 MPa 20 MPa **

28 días “ 35 MPa 28 MPa 25 MPa

Ensayos en la obra 1 día “ 8 MPa ** **

7 días* “ 21 MPa 20 MPa **

28 días “ 35 MPa 28 MPa 25 MPa

Resistencia a la flexión

Ensayos en obra 28 días EFNARC (1996), 4,2 MPa 3,6 MPa **

Ensayos en la obra 28 días Sección 10.3 4,2 MPa 3,6 MPa **

Grado de resistencia residual

Grado de deformación normalEnsayos en obra 28 días EFNARC (1996) Grado 3 Grado 1 **

Ensayos en la obra 28 días Sección 10.3 Grado 3 Grado 1 **

Resistencia de adherencia Párrafos 0,5 MPa 0,5 MPa **a la roca*** 160 166

Prueba de durabilidad/ Párrafos ** 30 mm **permeabilidad 157 159(penetración máxima)

Densidad seca 28 días ASTM 2275 kg/m3 2275 kg/m3 2275 kg/m3

(todas las pruebas a los 28 días) C642-97

Absorción en ebullición 7 días ASTM Máx. 9% Máx. 8% **(todas las pruebas a los 7 días) C642-97

Volumen de vacíos 7 días ASTM Máx. 19% Máx. 17% **(todas las pruebas a los 7 días) C642-97

Tiempo de fraguado inicio BS EN 196-3 9 minutos ** **

final 60 minutos ** **

* = Pruebas utilizadas únicamente con propósitos indicativos** = No medido*** = Este requisito no se aplica cuando el tipo de roca no permita adherencia después de una limpieza adecuada

y a la satisfacción del ingeniero.**** = Los requisitos suponen que las pruebas se efectuarán en núcleos perforados según los Párrafos 77 a) y b) o

Párrafo 125, es decir, razón altura/diámetro 1:1, y contemplan un factor de reducción (0,85) por la extracciónin situ. Véanse también los Párrafos 84 ó 129.

222

Requisitos particulares

Equipos

Párrafo 42El shotcrete puede aplicarse bien sea por vía húmeda como por vía seca,según los requisitos de esta especificación particular, Párrafo 48.

Requisitos de desempeño

Párrafo 43En la tabla A.1 se muestran los requisitos mínimos de desempeño.

Requisitos particulares de mezcla

Párrafo 44En la tabla A.2 se muestran los requisitos particulares de mezcla que debencumplir los diseños de mezcla según esta especificación particular (véaseel Párrafo 71).

Otros requisitos particulares

Párrafo 45El shotcrete debe poder aplicarse en capas de espesores hasta de 100 – 150mm con buena adherencia al terreno o a capas previas de shotcrete, sindescolgarse.

Párrafo 46El shotcrete debe ser denso y homogéneo, sin segregación de agregadosni fibras, ni otras imperfecciones visibles.

Párrafo 47El shotcrete tipo S2 no debe desarrollar fisuras de contracción plástica o decontracción por secado que tengan un ancho mayor de 0,05 mm.Determinar este requisito mediante las técnicas de inspección y mediciónapropiadas sujetas a la aprobación del ingeniero y, efectuadas en áreas deproyección mayores que 10 m x 10 m aplicadas en obra, según esta espe-cificación particular.

222

225

Equipos

General

Párrafo 48El shotcrete tipo S2 y S3 debe aplicarse únicamente por vía húmeda. El tipoS1 puede también aplicarse por vía seca.

Párrafo 49Todos los equipos utilizados para la Dosificación y mezclado de materialesy para la aplicación de todas las clases de shotcrete, deben estar aproba-dos por el ingeniero, y deben mantenerse en perfecto funcionamientodurante los trabajos de excavación y revestimiento. El ingeniero deberárecibir la información detallada completa de todos los equipos a utilizarse almenos 4 semanas antes de la fecha de comienzo de los ensayos en obra.Debe verificarse que la boquilla de proyección y los equipos auxiliares ten-gan la capacidad adecuada para los volúmenes de aplicación. Esnecesario disponer de un sistema de reserva consistente en planta y equi-pos auxiliares durante las operaciones de excavación. El aire comprimidopara los equipos debe estar limpio, seco y libre de aceite, y tener la presiónde operación y volúmenes especificados por el fabricante.

Párrafo 50Los equipos de proyección deben tener la capacidad de alimentar materia-les a la velocidad regular, y de proyectar las mezclas de shotcrete desde laboquilla a velocidades que permitan la adherencia de los materiales a lasuperficie de proyección, con mínimo rebote y máxima adherencia y densi-dad.

Párrafo 51Los equipos deben estar a prueba de fugas.

Párrafo 52Los equipos deberán limpiarse a fondo al menos una vez por turno (o aotros intervalos apropiados en caso de que se utilicen aditivos para el con-trol de la hidratación), con el objeto de prevenir acumulaciones de residuos.

Párrafo 53Las tuberías o mangueras de transporte deben colocarse en línea recta oen curvas muy suaves. Deben tener un diámetro uniforme apropiado paralas características de la mezcla y las fibras (determinadas mediante los

224

Tabla A.2: Requisitos particulares de la mezcla

Parámetro Shotcrete Shotcrete Shotcretetipo S1 tipo S2 tipo S3

Contenido de cementante Cemento Portland Cemento Portland Cemento PortlandClase 42.5 o 52.5N Clase 42.5 o 52.5N Clase 42.5 o 52.5N(o cemento compuesto y microsílice y microsílicecon cenizas volantes)y microsílice

Contenido cementante 400 kg/m3 400 kg/m3 400 kg/m3

mínimo*

Máxima relación agua**/cementante 0,5 0,45 0,45

Contenido de microsílice 5–10% 5–10% 5–10%(4–8% cuando se combina con cemento compuestocon cenizas volantes)

Fibras:

Mínima resistencia a tracción >800 MPa >800 MPa ***

Mínima longitud 25 mm 25 mm ***

Máxima longitud 40 mm 40 mm ***

Contenido mínimo* 40 kg/m3 40 kg/m3 ***

* = En la obra

** = El agua incluye el contenido líquido de los aditivos líquidos.

*** = No se utiliza

224

227226

ensayos en obra) y estar libres de dobleces o muescas entre el equipo deproyección y la boquilla.

Párrafo 54Los equipos deben permitir la aplicación de shotcrete a todas las superfi-cies, con la boquilla colocada a las distancias desde las superficies quecumplan esta especificación particular.

Párrafo 55Durante la operación de proyección, las áreas de trabajo deben estar bieniluminadas según la aprobación del ingeniero. Las lámparas montadas enlos cascos de seguridad no constituyen suficiente iluminación. Minimizar lacontaminación de polvo utilizando equipos apropiados y ventilación adicio-nal, rociado de agua, y mediante el buen mantenimiento de los equipos.Todos los operarios deben utilizar ropa protectora y caretas antipolvo.

Método por vía húmeda

Párrafo 56Configurar los equipos para el método por vía húmeda siguiendo las reco-mendaciones del fabricante.

Párrafo 57Garantizar el bombeo continuo del concreto base con una mínima pulsa-ción.

Párrafo 58Los equipos deben permitir el uso de cualquier combinación de aire y aguapara efectos de preparación de las superficies o limpieza del trabajo termi-nado, según esta especificación particular.

Proceso por vía seca

Párrafo 59Los equipos para el proceso por vía seca (véase el Párrafo 48) deben confi-gurarse siguiendo las recomendaciones del fabricante.

Párrafo 60El diseño de los equipos para el proceso por vía seca debe permitir aplicarel shotcrete sin crear polvo en una cantidad que supere al creado por unmétodo por vía húmeda equivalente. Tal cosa debe quedar demostradamediante ensayos en obra a la satisfacción del ingeniero.

Párrafo 61La boquilla debe permitir un control total y continuo de la cantidad de aguaa agregarse, así como garantizar un mezclado eficaz de todos los ingre-dientes del shotcrete.

Dosificación automática

Párrafo 62No se permite la dosificación manual de los aditivos.

Párrafo 63Cada máquina a utilizarse para el método por vía húmeda debe incorporar:a) Un sistema de control de memoria programable para coordinar y con-

trolar todas las funciones del equipo, incluso la dosificación de todoslos aditivos. El sistema debe poder imprimir registros completos detodas las cantidades de mezcla y producción de concreto.

b) Una unidad integrada que bombee aditivos a las dosificaciones requeri-das bajo el control de la producción de concreto; los equipos debenpoder suministrar las dosificaciones aprobadas de aditivos a una exac-titud de ±0,5 % de la dosificación requerida, y deben calibrarse yoperarse de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Párrafo 64Los equipos para el proceso por vía seca (véase el Párrafo 48) deberánincorporar bombas de dosificación que suministren aditivos líquidos alagua con una exactitud de ±1 % de la dosificación requerida, y deben cali-brarse y operarse de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Proyección a control remoto

Párrafo 65La proyección del shotcrete debiera hacerse con equipos de control remo-to apropiados para aplicaciones particulares. No debe permitirse la aplica-ción manual del shotcrete proyectado por vía húmeda salvo en circunstan-cias especiales, sujeto a la aprobación del ingeniero.

Párrafo 66Los equipos de proyección a control remoto deben tener el mayor alcanceposible y permitir al operario observar la boquilla en todo momento duran-te la proyección desde un lugar seguro, y asimismo ofrecerle un controlcompleto y eficaz de la articulación y otras funciones de la boquilla.

226

229

Ensayos de aceptación yensayos en obra

General

Párrafo 68Leer las cláusulas siguientes junto con los requisitos de esta especificaciónparticular (véase el Párrafo 87, «Certificación de los operarios»).

Párrafo 69Los ensayos en obra deben comenzar lo antes posible para garantizar eldesarrollo de las mezclas de shotcrete requeridas y la culminación satisfac-toria de todas las pruebas para el momento de comienzo de la proyecciónde cada tipo de shotcrete. No comenzar la proyección de ningún tipo deshotcrete antes de finalizar todas las pruebas específicas y de que todoslos resultados de laboratorio estén aprobados por el ingeniero.

Párrafo 70Para los ensayos en obra: utilizar los equipos y materiales definitivos de laobra.

Desarrollo del diseño de la mezcla

Párrafo 71El contratista debe desarrollar el diseño de la mezcla de cada tipo de shot-crete que se utilizará en todas las etapas:a) Producción de un concreto base adecuadob) Producción de shotcrete a partir del concreto base

El valor de la resistencia media prevista del concreto base debe ser 1,25veces el de la resistencia característica a los 28 días para el shotcrete, másun margen de 12 MPa aplicado a la figura resultante.

Ensayos en obra

Párrafo 72Para cada tipo de shotcrete a utilizar, el contratista deberá diseñar unamezcla de prueba y prepararla con los materiales constituyentes en lasproporciones propuestas para uso en la obra. Los procedimientos de mues-

228

Párrafo 67Utilizar, limpiar y mantener los equipos según las instrucciones del fabri-cante.

228

231

a) Resistencia a compresión en la dirección de la proyección después de1, 7 y 28 días (4 probetas por ensayo). Las probetas deben tener un diá-metro de 100 mm y longitud de 100 mm.

b) Resistencia a compresión en la dirección perpendicular a la proyeccióndespués de 1, 7 y 28 días (4 probetas por ensayo). Las probetas debenobtenerse de diferentes paneles, y tener un diámetro de 100 mm y largode 100 mm.

c) Permeabilidad al agua en la dirección de la proyección (4 probetasdespués de 28 días según esta especificación particular) (Párrafos157– 159). Las probetas deben obtenerse de diferentes paneles, y tenerun diámetro de 150 mm y largo de 120 mm.

Párrafo 78Un operario experimentado deberá preparar, de cada mezcla de prueba,suficientes vigas para realizar los ensayos de resistencia a flexión y tenaci-dad según EFNARC (1996), Sección 10.3.

Párrafo 79Un operario experimentado deberá preparar una o varias áreas de shotcre-te aplicado a la roca, para la prueba de resistencia de adherencia. La situa-ción de tales áreas debe estar sujeta a la aprobación del ingeniero.

Párrafo 80Cada cilindro o viga de prueba deberán estar marcados con una marca dereferencia apropiada, además de la fecha y hora de proyección.

Párrafo 81Los ensayos deben hacerse siguiendo los métodos siguientes:

Ensayo Método de ensayoResistencia a compresión BS EN 12504: Parte 1:2000Permeabilidad Ensayo de penetración de agua

(Párrafos 157–159)Resistencia a la flexión véase la tabla A.1Valor de resistencia residual véase la tabla A.1Resistencia de adherencia véanse los Párrafos 160–166

Párrafo 82Controlar los tiempos de fraguado durante las pruebas según BS EN 196:Parte 3:1995.

Párrafo 83Determinar el contenido óptimo de fibra según la facilidad de uso en losprocesos propuestos de dosificación, mezcla y proyección, y a partir de los

230

treo y de ensayo deben seguir las normas BS1881 y BS EN 12504: Parte1:2000. Utilizar una mezcladora limpia y desechar la primera mezcla.

Párrafo 73Un operario experimentado debe preparar suficientes paneles de pruebautilizando la mezcla de prueba. Cada panel debe tener un tamaño mínimode 1000 x 1000 mm y espesor mínimo de 200 mm. Los paneles deben pre-pararse para proyección en moldes verticales (¡no en clave!). Los moldesdeben estar hechos de acero u otros materiales rígidos que no absorbanagua, y con paredes a 45 grados hacia el exterior para prevenir el atrape delrebote. El shotcrete en los paneles debe adherirse bien al fondo del panel yestar bien compactado; no debe exhibir derrame.

Párrafo 74Para el método por vía húmeda, determinar los valores de trabajabilidadprevistos.

Párrafo 75No mover los paneles durante 18 horas después de la proyección, y dejar-los reposando a una temperatura de +20°C ±5°C, cubiertos con una láminade polietileno hasta el momento en que se corten los testigos. Las probetaspara los ensayos de resistencia a la compresión de 1, 7 y 28 días debenobtenerse de los paneles de 1 día. Las probetas para los ensayos de resi-stencias a los 7 y 28 días deben almacenarse en agua según la normaBS1881: Parte 111.

Párrafo 76Las probetas para las pruebas de permeabilidad deben tener 1 día y debenenvolverse en un plástico que sea impermeable al agua y al vapor, para sualmacenamiento hasta su ensayo a los 28 días.

Párrafo 77Las probetas de ensayo cilíndricas deben ser obtenidas de cada panel deprueba y ensayadas tal como se describe a continuación. El perforado y lasdimensiones de las probetas de ensayo deben seguir la norma BS EN12504: Parte 1:2000 y el «Concrete Society Technical Report No. 11». Elperforado de las probetas debe hacerse en áreas alejadas de posiblesrebotes. No utilizar probetas del mismo panel para ensayos en probetas dela misma edad; sin embargo, se pueden utilizar probetas del mismo panelpara ensayos a edades diferentes (p. ej., a 1, 7 o 28 días). Es necesariotener al menos una probeta de repuesto para cada ensayo. Los requisitosde ensayo son los siguientes:

230

233

certificados expedidos por el contratista, o documentos escritos de pruebade trabajos previos satisfactorios que indiquen cumplimiento con Pautaspara el Shotcrete de EFNARC (1999) o las normas ACI 506.3R-91 o similares,sujeto a la aprobación del ingeniero.

232

resultados de las pruebas para determinar la resistencia a flexión y el gradode resistencia residual (según especificación).

Párrafo 84La resistencia a compresión de probetas de shotcrete obtenidas de pane-les de prueba debe ser aceptable, si la resistencia a compresión de lasmuestras tanto con sus ejes paralelos como con sus ejes perpendiculares ala dirección de proyección satisfacen los requisitos siguientes:a) La resistencia promedio determinada en las 4 probetas en una prueba

particular excede la resistencia a compresión (cubos) in situ característi-ca especificada en al menos:

2,0 MPa (resistencia a 1 día)3,0 MPa (resistencia a 7 y 28 días)

b) Cualquier resistencia individual no debe ser menor que la resistencia acompresión (cubos) in situ característica especificada en más de:

2,0 MPa (resistencia a 1 día)3,0 MPa (resistencia a 7 y 28 días)

La resistencia a compresión de cilindros debe suponerse como la resisten-cia a compresión de cubos siempre que se cumplan los requisitos de losPárrafos 77 a) y b).

Párrafo 85El contratista debe llevar a cabo otras pruebas durante el período deensayos en obra según sea necesario o según lo especifique el ingeniero, afin de confirmar que las muestras y métodos propuestos satisfagan losrequisitos de desempeño mínimos de esta especificación particular (véasela tabla A.1).

Párrafo 86Repetir los ensayos en obra en caso de cambios en la fuente o en la calidadde cualquiera de los materiales o de las proporciones de la mezcla durantela realización de la obra.

Certificación de los operarios

Párrafo 87Los operarios deberán tener experiencia previa en la aplicación de shotcrete,o deberán trabajar bajo la supervisión inmediata de un capataz o instructorque tenga tal experiencia. El shotcrete de producción debe ser aplicado úni-camente por operarios que hayan demostrado conocimiento y experienciacolocando shotcrete reforzado con fibra metálica, cumpliendo con todo loestablecido en esta especificación particular. Asimismo, deben presentar

232

235

Párrafo 93El tiempo de mezclado para el proceso por vía seca debe ser suficientepara producir un mezclado completo, y debe ser de 1 minuto como míni-mo. La mezcla debe transportarse mediante los equipos apropiados, evi-tando la segregación.

Párrafo 94Los materiales mezclados para el proceso por vía seca pueden utilizarse enun tiempo hasta de hora y media después de agregar el cemento, siempreque el shotcrete pueda aplicarse satisfactoriamente. Después de ese tiem-po, deberá desecharse cualquier material no utilizado. Sin embargo, esteperíodo puede extenderse mediante el uso de aditivos para el control de lahidratación, según se utilicen de acuerdo con esta especificación particu-lar.

Transporte

Párrafo 95Para el shotcrete producido por el proceso por vía seca, la mezcla secapuede transportarse en camiones mezcladores o contenedores sin agita-ción. La mezcla seca debe estar bien protegida contra la intemperie.

Párrafo 96Para el shotcrete producido por el método por vía húmeda, el concretobase debe transportarse en camiones mezcladores o bombas de concreto.El remezclado del material debe llevarse a cabo únicamente con la aproba-ción del ingeniero. La mezcla seca debe estar bien protegida contra laintemperie.

234

Producción y transporte

Dosificación y mezclado

Párrafo 88Los componentes individuales para la producción de shotcrete debenmedirse por peso con un dispositivo de dosificación automática, salvo losaditivos que pueden medirse por volumen. La exactitud de dosificacióndebe estar entre ±3 % para todos los componentes. Pesar la microsílicepor separado. Los métodos de dosificación utilizados deben permitir uncontrol fácil de su exactitud. Todos los equipos de medición deben mante-nerse limpios y en buen funcionamiento, deben ajustarse a cero diariamen-te y calibrarse mensualmente.

Párrafo 89El mezclado debe llevarse a cabo en un mezclador apropiado que faciliteuna mezcla eficaz y la descarga de materiales de dosificación en seco o enhúmedo según sea apropiado.

Párrafo 90Efectuar inspecciones regulares para garantizar siempre un mezcladocompleto. Los ensayos para determinar la consistencia de la mezcla debencumplir con la norma ASTM C94 o con otras normas internacionales simila-res aprobadas.

Párrafo 91Las fibras deben añadirse en una etapa del mezclado adecuada para elequipo de proyección. Determinar el procedimiento para la adición defibras durante los ensayos en obra. Las fibras deben agregarse y mezclarsede una manera que evite que formen bolas o se doblen. Las bolas de fibrasen la mezcla deben eliminarse mediante una rejilla colocada sobre la tolvade el equipo de proyección. Las fibras deben distribuirse uniformemente entoda la matriz del mortero, sin concentraciones aisladas. No deben agre-garse a la mezcla a mayor velocidad que la que les permita mezclarse conlos otros ingredientes, evitando así la formación de dichas bolas.

Párrafo 92El concreto base mezclado para el método por vía húmeda debe aplicarseantes de hora y media de haber sido fabricado. Sin embargo, este períodopuede extenderse mediante el uso de retardadores de fraguado, plastifi-cantes o aditivos para el control de la hidratación, según se utilicen de acu-erdo con esta especificación particular.

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Párrafo 101Dependiendo del espesor final requerido, la aplicación de shotcretereforzado con fibra metálica puede efectuarse en dos etapas a fin de redu-cir el rebote a un mínimo, siendo la primera fase una capa de 50 mm.

Párrafo 102Cada capa de shotcrete debe aplicarse mediante varias pasadas de laboquilla sobre el área de trabajo, haciendo uso de buenas prácticas de tra-bajo y de una eficaz manipulación de la boquilla. El shotcrete debe salir dela boquilla en forma de un flujo uniforme e ininterrumpido. En caso de quedicha uniformidad comenzara a fallar por cualquier motivo, el operariodeberá dirigirlo hacia fuera de la superficie de trabajo hasta que se resuelvael problema.

Párrafo 103Siempre que se vaya a cubrir una capa de shotcrete mediante capas suce-sivas, permitir que la capa endurezca y eliminar cualquier material suelto yrebote. Inspeccionar la superficie para comprobar que esté en buen estadoy reparada según las especificaciones, limpiando y humedeciendo final-mente con agua o aire comprimido.

Párrafo 104No cubrir el material de rebote con shotcrete. Todo material de rebote debeeliminarse del área de trabajo y no volver a utilizarse. Para desecharlo,seguir las especificaciones establecidas en el contrato teniendo presentelos riesgos de contaminación ambiental.

Párrafo 105Para superficies verticales o semiverticales, la aplicación debe comenzardesde abajo. El espesor de la capa debe basarse principalmente por elrequisito de que no haya descolgamientos del material. Cuando se apli-quen capas gruesas, la superficie debe mantenerse con una pendienteaproximada de 45 grados. Para superficies en clave, debe aplicarse elshotcrete preferiblemente desde el hastial hasta la clave.

Párrafo 106Eliminar defectos tales como bolsones, desprendimientos u otros, y volvera repetir la proyección de la superficie. El área de repetición de la proyec-ción no debe ser menor que 300 mm x 300 mm.

Párrafo 107Evitar acabados tales como alisado con llana o cepillo que puedan requeriracciones correctivas.

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Aplicación

Aplicación del shotcrete

Párrafo 97La aplicación de shotcrete a una superficie de roca o de shotcrete existenteno debe hacerse sin la aprobación previa por escrito del ingeniero. El contra-tista debe entregar al ingeniero un aviso por escrito acerca de sus planes deaplicación de shotcrete salvo por razones de seguridad de la obra, en cuyocaso se deberán reportar las circunstancias del problema al ingeniero.

Párrafo 98Antes de aplicar el shotcrete, llevar a cabo las siguientes tareas: inspeccióny corrección del perfil de la sección transversal excavada; y limpieza de lassuperficies rocosas o de shotcrete existente (o ambas) con aire comprimi-do (y hasta donde lo permitan las condiciones locales, con una mezcla deaire-agua) según sea necesario para eliminar todo el material que puedaimpedir la buena adherencia del shotcrete a la superficie. La superficiedebe estar humedecida pero sin agua que fluya previo a la aplicación delshotcrete. Asimismo, poco antes de aplicar el shotcrete debe llevarse acabo un tratamiento con una mezcla de aire-agua para garantizar que lasuperficie esté suficientemente limpia y humedecida.

Párrafo 99Tomar medidas para controlar las aguas subterráneas y evitar que las mis-mas afecten el revestimiento de shotcrete. Las medidas que se adoptendeberán someterse a la aprobación del ingeniero y permanecer vigentesdurante un mínimo de 28 días. Las entradas de agua que podrían ocasionarel deterioro del shotcrete o impedir su adherencia, deben desviarse segúnlo señalen los planos, o – de acuerdo con la propuesta del contratista –mediante canales, barbacanas u otras técnicas apropiadas a través de lasolera o del sistema de drenaje de las aguas subterráneas.

Párrafo 100La aplicación del shotcrete debe estar a cargo únicamente de un operariocertificado bajo esta especificación particular (véase el Párrafo 87). Ladistancia entre la boquilla y la superficie de proyección no debe ser mayorde 1,5 m con el método por vía húmeda y 2,0 m con el proceso por vía seca.Como regla general, deberá mantenerse la boquilla perpendicular a lasuperficie de aplicación salvo los casos en que se requiera garantizar unaincrustación adecuada de la estructura metálica (p. ej., cerchas), o se espe-cifique lo contrario bien sea por planos como por otros medios.

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todas las regulaciones sanitarias y de seguridad correspondientes, y debenutilizarse de acuerdo con las instrucciones de sus fabricantes.

Curado

Párrafo 114Todo shotcrete debe ser curado adecuadamente mediante métodos ymateriales sujetos a la aprobación del ingeniero, a fin de limitar la fisuracióndebido a la contracción plástica, contracción térmica inicial y contracciónpor secado a largo plazo, y para garantizar una adherencia eficaz entre lascapas de shotcrete, evitando la deshidratación superficial prematura. Eluso de compuestos de curado internos depende de los requisitos estable-cidos en los Párrafos 20–25 de esta especificación particular.

Párrafo 115Si se propone el uso de agentes de curado proyectados en el sitio de apli-cación de una capa adicional de shotcrete, deberán llevarse a caboensayos en obra para determinar la adherencia entre capas (sujeto a laaprobación del ingeniero) utilizando mezclas y métodos aprobados, antesde utilizar tales agentes en la obra.

Párrafo 116El curado debe efectuarse a menos de 20 minutos de la finalización decada operación de proyección (en el caso de curado húmedo, debe haberun período mínimo de 7 días).

Párrafo 117El shotcrete tipo S1 no requiere ser sometido a medidas de curado espe-ciales a menos que vaya a cubrirse con capas adicionales de cualquier tipoy, según lo determine el ingeniero, si los resultados de los ensayos en laobra indican que no siempre se están logrando los requisitos de esta espe-cificación particular, en cuyo caso se deberá hacer el curado del shotcretetal como se hace para los tipos S2 y S3.

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Párrafo 108La temperatura de la mezcla antes de la proyección no puede ser menor de+5°C o mayor de +35°C, salvo estipulaciones especiales sujetas a la apro-bación del ingeniero. No se debe efectuar la proyección cuando la tempe-ratura ambiente es menor de +5°C.

Control del espesor y del perfil

Párrafo 109Cuando así se especifique en los planos, controlar el espesor mínimo decapa mediante marcadores de control plásticos fluorescentes, empujadosdentro de un revestimiento de shotcrete inicial. Los marcadores de controldel espesor deben utilizarse con una frecuencia mínima de un marcadorpor 2 m2 de área lanzada, y en general deberán localizarse en puntos demáximo saliente de la superficie excavada en la cavidad del túnel. Los mar-cadores de control del espesor deben retirarse del shotcrete inmediata-mente después de la proyección, a fin de dejar agujeros pequeños abiertosa través del espesor del shotcrete, como un alivio de presión permanente.El contratista deberá someter a la aprobación del ingeniero una propuestadetallada referente al tipo, material y método de uso de los marcadores decontrol del espesor.

Párrafo 110Las cerchas u otras estructuras metálicas deben estar sumergidas en unmínimo de 30 mm de shotcrete tipo S1.

Párrafo 111El shotcrete tipo S1 puede seguir el contorno de la superficie rocosa, conun alisado apropiado de bordes y esquinas, siempre que los bloques sali-entes de roca buena que aún formen parte de la masa rocosa tengan unrevestimiento mínimo de shotcrete de 2/3 del espesor especificado.

Párrafo 112El contratista debe comprobar el espesor de cualquier capa de shotcreteperforando barrenos de 25 mm de diámetro, en cualquier posición ymomento requeridos por el ingeniero. El contratista debe suministrar alingeniero todo lo necesario para permitir la inspección de los agujeros desondeo (estos pueden dejarse abiertos según lo apruebe el ingeniero).

Párrafo 113El control del perfil del revestimiento del túnel, tal como se muestra en losplanos, debe someterse a la aprobación del ingeniero bien sea por méto-dos manuales o electrónicos. Los equipos de láser deben cumplir con

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Párrafo 123El contratista puede proponer la ubicación de las probetas a obtenerse dela obra, que deberá ser aprobada por el ingeniero. No se aceptarán losresultados de ensayos que no cumplan totalmente con esta cláusula.

Párrafo 124En casos donde el espesor nominal requerido de shotcrete sea menor que100 mm, las probetas para resistencia a compresión u otros ensayos querequieran muestras mayores que 100 mm deben tomarse de áreas con unespesor real mayor de 100 mm. En lo que se refiere a la obtención de sub-siguientes probetas de ensayo, aplicar espesores de shotcrete adicionalesalternativos en áreas seleccionadas por el contratista y aprobadas por elingeniero.

Ensayo de resistencia a la compresión

Párrafo 125Los ensayos de resistencia a la compresión deben ser hechos en probetasde ensayo preparadas que tengan un diámetro de 100 mm y longitud de100 mm, tomadas del shotcrete de la obra conforme a la norma BS EN12504:Parte 1:2000 y el Concrete Society Technical Report No. 11. La pro-beta debe ser obtenida lo más cercano a las 24 horas siguientes a la colo-cación. Las probetas requeridas para ensayos de resistencia a los 28 díasdeben obtenerse al mismo tiempo que los testigos requeridos para losensayos a 1 día y a 7 días, y almacenarse en el laboratorio según BS1 881:Partes 111 y 120.

Párrafo 126Frecuencia de obtención de probetas: 3 probetas para cada una de las pru-ebas de resistencia (1 día y 7 días) para shotcrete tipo S1, y para la pruebade resistencia a los 28 días para todos los tipos de shotcrete, por cada 100m3 de cada tipo de shotcrete utilizado en la obra. Según el cumplimiento delos resultados de la prueba con esta especificación particular, las circun-stancias de la aplicación e importancia de construcción, la frecuenciapuede reducirse a cada 200 m3 o aumentarse a cada 50 m3 , sujeto a laaprobación del ingeniero. Obtener las probetas a través de todo el espesordel shotcrete, y verificar que el shotcrete esté denso y homogéneo, sinsegregación de agregado o fibra u otros defectos visibles.

Párrafo 127Las pruebas de resistencia para 1 día deben realizarse en 24 horas ±2horas, y las de 7 días y 28 días deben realizarse conforme a la normaBS1881: Parte 120.

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Ensayos en la obra

General

Párrafo 118Realizar periódicamente ensayos en probetas o muestras obtenidas delshotcrete aplicado en la obra. Únicamente para ciertos ensayos específi-cos (tal como se indica en las cláusulas siguientes), utilizar paneles o vigaspara fines de pruebas.

Párrafo 119Llevar a cabo el control de la mezcla de concreto observando las«Especificaciones de materiales y trabajos en concreto» y esta especifica-ción particular («Métodos de ensayo»).

Párrafo 120Ensayar las muestras siguiendo las cláusulas siguientes, y realizar losensayos utilizando los métodos siguientes:

Ensayo Método de ensayoResistencia a compresión BS EN 12504:Parte 1:2000Resistencia a la flexión* EFNARC (1996), Sección 10.3Valor de resistencia residual* EFNARC (1996), Sección 10.3Resistencia de adherencia Véanse los Párrafos 160–166Durabilidad/permeabilidad Véanse los Párrafos 157–159Densidad seca ASTM C642:97Absorción en ebullición ASTM C642:97Volumen de vacíos ASTM C642:97Tiempo de fraguado EFNARC (1996), Apéndice 1, Sección 4.2Contenido de fibra* Véanse los Párrafos 141–143Fibras* Véase el Párrafo 156Trabajabilidad* BS1881:Parte 102* = Únicamente con shotcrete reforzado con fibra metálica

Párrafo 121La frecuencia de ensayo para control de mezclas debe efectuarse segúnlas «Especificaciones de materiales y trabajos en concreto», y para realizarpruebas de muestras obtenidas del shotcrete en la obra, tal como se indicaen las cláusulas siguientes de esta especificación particular.

Párrafo 122Las dimensiones de las probetas de ensayo deben indicarse en esta espe-cificación particular («Ensayos de aceptación y ensayos en obra»).

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parte superior de las vigas debe estar orientada como la cara a tensión enel equipo de ensayo, y la cara superior no debe aserrarse.

Párrafo 132La frecuencia de ensayo debe ser la siguiente: un ensayo (es decir, el pro-medio de ensayos en 3 vigas del mismo panel o paneles) por cada 300 m3

de cada tipo de shotcrete reforzado con fibra metálica colocado en la obra.

Párrafo 133Se aceptará el shotcrete si los resultados del ensayo de resistencia a flexi-ón y resistencia residual exceden los requisitos mínimos de esta especifi-cación particular, sin que existen valores individuales que sean inferiores al75 % del resultado promedio para cada ensayo, y sin que ninguna viga deensayo tenga una curva esfuerzo/deformación que caiga por debajo delpróximo nivel de resistencia residual (salvo las vigas especificadas para laClase 1).

Ensayo de adherencia

Párrafo 134La frecuencia del ensayo de adherencia debe ser la siguiente: un ensayo(es decir, el promedio de ensayos en 6 probetas de la misma área generalde la obra, según la aprobación del ingeniero) por cada 500 m3 de cada tipode shotcrete aplicado directamente a superficies rocosas.

Párrafo 135Se aceptará el shotcrete si los resultados de un ensayo exceden los requi-sitos mínimos de esta especificación particular, y 80 % de los valores indi-viduales exceden el 50 % del requisito mínimo especificado.

Ensayo de durabilidad/permeabilidad

Párrafo 136La frecuencia del ensayo durabilidad/permeabilidad debe ser la siguiente:un ensayo (es decir, el promedio de ensayos en 3 probetas de shotcrete de28 días, obtenidas de la misma área general de la obra, según la aproba-ción del ingeniero) por cada 500 m3 de shotcrete tipo S2 aplicado en laobra.

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Párrafo 128En vez de hacer pruebas en probetas tomadas del shotcrete en la obra, sepueden realizar métodos de ensayo indirectos (sujeto a la aprobación delingeniero) para determinar la resistencia a 1 día del shotcrete tipo S1, perono deben utilizarse para otros tipos de shotcrete. Durante los ensayos enobra, los resultados de las pruebas indirectas deben correlacionarse conlos de las pruebas de resistencia a compresión in situ a 1 día, a la aprobaci-ón del ingeniero.

Párrafo 129Se aceptará la resistencia del shotcrete medida en probetas tomadas de laobra (o mediante métodos de ensayo indirectos, conforme al Párrafo 128)si los resultados del ensayo de resistencia a compresión cumplen con losrequisitos mínimos de desempeño mostrados en la tabla A.1.

Un resultado consistirá en el promedio de la resistencia de 3 probetas. Losresultados a los 7 días deben utilizarse únicamente para fines indicativos.

La resistencia a compresión de cilindros debe considerarse como la resi-stencia a compresión de cubos in situ siempre que se cumplan con losrequisitos del Párrafo 125 en cuanto a diámetro del núcleo y razónaltura:diámetro.

Pruebas de resistencia a flexión y de grado de resistencia residual

Párrafo 130Los ensayos para determinar la resistencia a flexión y el grado de resisten-cia residual deben realizarse en vigas cortadas de paneles proyectados enposición vertical. El método de ensayo debe ser el indicado en la Sección10.3 de EFNARC (1996). Los paneles deberán ser proyectados durante laobra utilizando moldes de acero u otros materiales rígidos que no absorbanagua. Dimensiones: 1000 mm x 1000 mm x 200 mm de profundidad, conlados inclinados 45° hacia afuera para evitar el atrape del material de rebo-te. Todo el proceso de proyección debe ser realizado por el mismo opera-rio, quien debe además emplear la misma técnica de proyección y los mis-mos espesores de capa.

Párrafo 131Los paneles deben marcarse claramente con letreros que identifiquen lahora, la fecha y la situación de la proyección. No deben moverse durante 18horas después de la proyección; deben estar curados y protegidos confor-me a la aprobación del ingeniero. Las vigas deben ser aserradas de lospaneles siguiendo el método de ensayo (EFNARC [1996], Sección 10.3). La

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Párrafo 143Se aceptará el shotcrete si el promedio de los resultados de un ensayoexcede los requisitos mínimos especificados, y si ningún resultado indivi-dual es menor que el mínimo especificado en más del 20 %.

Ensayo de fibras

Párrafo 144Realizar por lo menos un ensayo de tensión, con 10 fibras acabadas selec-cionadas al azar, por cada 4,5 toneladas de material suministrado o cadaenvío en caso de que pese menos de 4,5 toneladas. La resistencia prome-dio a la tensión de estas pruebas no debe ser menor que el mínimo especi-ficado. La resistencia a la tensión de cualquiera de las diez muestras debeser superior a 800 MPa.

Párrafo 145Los ensayos de doblado de fibras deben hacerse en conformidad conASTM A820:96.

Párrafo 146Los requisitos de rebote y repetición de ensayos deben estar en conformi-dad con ASTM A820:96.

Ensayo de trabajabilidad

Párrafo 147La trabajabilidad del shotcrete reforzado con fibra metálica deben medirsemediante ensayos de asentamiento según BS1881: Parte 102, después deañadir fibra y plastificante a las dosificaciones requeridas. Hacer ensayosde muestras por cada producción de 50 m3.

Falta de conformidad con los criterios establecidos

Párrafo 148En caso de que los resultados de cualquier ensayo en la obra no cumplancon los criterios de aceptación establecidos en las cláusulas de esta espe-cificación particular (anteriormente mencionada), revisar y confirmar losresultados y procedimientos de ensayo. El ingeniero debe, si es necesario,exigirle al contratista la realización de pruebas adicionales a fin de determi-nar el alcance de la falta de conformidad con los criterios, o discutir nuevasproporciones de mezcla o nuevos métodos para evitar fallas adicionales.

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Párrafo 137Se aceptará el shotcrete si el promedio de los resultados de un ensayo esmenor que la máxima profundidad especificada de penetración de agua, yningún resultado individual excede una profundidad de penetración de 50mm.

Densidad seca, absorción en ebullición y volumen de vacíos

Párrafo 138Determinar la densidad seca, la absorción en ebullición y el volumen devacíos de muestras de shotcrete tomado de la obra. El material de mue-streo puede utilizarse para otros propósitos sujeto a la aprobación del inge-niero.

Párrafo 139La frecuencia de ensayo debe ser la siguiente: un ensayo de cada tipo (esdecir, el promedio de ensayos en 3 probetas de shotcrete de 7 y 28 díasobtenidas, según se requiera, de la misma área general de la obra y segúnla aprobación del ingeniero) por cada 200 m3 de shotcrete tipo S1 o S2 apli-cado en la obra.

Párrafo 140Se aceptará el shotcrete si el promedio de los resultados para cada ensayosatisfacen los requisitos especificados.

Contenido de fibra

Párrafo 141Realizar una evaluación del contenido de fibra en una muestra de 5 kg deshotcrete reforzado con fibra metálica fresco, obtenida de la obra inmedia-tamente después de la proyección. Después del lavado, las fibras metáli-cas deben reunirse, secarse y pesarse. El peso debe compararse con elvolumen de la muestra, el cual debe determinarse sujeto a la aprobacióndel ingeniero (EFNARC [1996], Sección 10.9).

Párrafo 142La frecuencia de ensayo para el contenido de fibra debe ser la siguiente: unensayo (es decir, el promedio de ensayos en 3 probetas) por cada 200 m3

de shotcrete reforzado con fibra metálica aplicado en la obra.

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Métodos de ensayo

General

Párrafo 150Las pruebas requeridas por esta especificación particular deben realizarseutilizando métodos que deben estar en conformidad con las normas espe-cificadas, a menos que se especifique lo contrario en las cláusulas siguien-tes.

Exudación del cemento

Párrafo 151El método para determinar la cantidad de exudación del cemento es elsiguiente:a) Verter exactamente 98 g de agua a una temperatura de +20°C en un

vaso precipitado de vidrio de 250 ml. Agitando con una varilla de vidrio,añadir uniformemente 115 g de cemento en un período de 20 segundos.Agitar la mezcla durante 2 minutos hasta formar una pasta homogéneay relativamente delgada (relación agua/cementante = 0,85).

b) Transferir la masa homogeneizada en un cilindro graduado de 100 ml,hasta la marca de 100 ml, mediante una varilla de vidrio (no verter direc-tamente en el cilindro). Colocar el cilindro de medición en un vaso preci-pitado lleno con agua mantenida a +20°C ±2°C durante la prueba.

c) Al cabo de 120 minutos debe leerse en la escala la cantidad de cemen-to que se haya estabilizado, es decir, se puede determinar la cantidadde agua de exudación. La lectura en mililitros corresponde al porcenta-je en volumen de agua expulsada.

Ensayo de acelerantes

Tiempo de fraguado de acelerantes basados en aluminato

Párrafo 1521) 30 – 32 g de agua2) 100 g de cemento (+20°C ±1°C)3) Mezclar durante 2 – 3 min hasta obtener una pasta de cemento homogé-

nea.4) Añadir 6 g del acelerante de aluminato correspondiente.

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Párrafo 149En caso de que el ingeniero considere que el problema de falta de confor-midad podría reducir la estabilidad o capacidad de servicio a largo plazo dela obra de una manera inaceptable, o si perjudica la eficiencia de la obra, elcontratista deberá (según se lo indique el ingeniero) realizar uno de los dosprocedimientos siguientes:a) Eliminar el shotcrete defectuoso en franjas o paneles, de manera tal de

no comprometer la seguridad de la obra o de las personas, y volver acolocar un shotcrete aceptable, o;

b) Aplicar una capa adicional de shotcrete que no exceda el espesor ori-ginalmente requerido, según la naturaleza de la falta de incumplimientocon los requisitos.

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5) Añadir 3 – 10 g de acelerante y mezclar durante un máx. de 5 segundos6) Inmediatamente después de mezclar, llenar un molde de prueba, colo-

carla bajo la aguja Vicat manual y comenzar a medir la penetración7) Anotar el inicio del fraguado (la aguja se detiene a 1 – 2 mm de la parte

inferior de la pasta de cemento)8) Anotar el final del fraguado (la aguja no puede penetrar en la pasta de

cemento)

Interpretación de resultados:Inicio del fraguado <2 min <4 min >4 minFinal del fraguado <5 min <8 min >8 minClasificación Bueno Aceptable No aceptable

En un mortero (según EN 196-1):(Equipo: Mezclador Hobart, aguja Vicat manual, moldes prismáticos paramortero)1) Verter 195 g de agua en el mezclador, añadir 2 – 6 g de plastificante y 450

g de cemento (+20°C ±1°C) y agitar durante 30 segundos2) Añadir 1350 g de arena normalizada y mezclar durante 30 segundos3) Mezclar a velocidad media por 30 segundos4) Detenerse por 90 segundos5) Mezclar nuevamente por 30 segundos6) Revisar el asentamiento del mortero (según EN 196-1). Asentamiento

requerido: 15 – 18 cm. Si es necesario, ajustarlo añadiendo agua7) Añadir acelerante y mezclar durante un máx. de 15 segundos8) Inmediatamente después de mezclar, preparar el prisma de prueba9) Llenar el prisma en una mesa de vibración para evitar una compactación

deficiente10) Colocarlo bajo la aguja Vicat manual y comenzar a medir la penetración11) Anotar el inicio del fraguado (la aguja de detiene a 1 – 2 mm de la parte

inferior de la pasta de cemento)12) Anotar el final del fraguado (la aguja no puede penetrar la pasta de

cemento)13) Medir la resistencia a la compresión a las 6 horas y a las 24 horas

Interpretación de los resultados:Inicio del fraguado <2 min 2 – 5 min >5 minFinal del fraguado <6 min 8 – 13 min >13 minResistencia a las 6 horas 2,5 – 4 MPa 1 – 2,5 MPa <1 MPaResistencia a las 24 horas 18 – 25 MPa 10 – 18 MPa <10 MPaClasificación Bueno Aceptable No aceptable

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5) Mezclar enérgicamente a mano durante un máximo de 15 segundospara distribuir bien el acelerante en la pasta de cemento.Nota: Evitar mezclar por más de 15 segundos; de lo contrario se correráel riesgo de deteriorar el proceso de fraguado.

6) Formar una masa con la pasta de cemento acelerada y colocarla en elmolde de ensayo Vicat.

7) Utilizar únicamente el equipo de aguja Vicat manual (no el automático).8) Llevar a cabo el ensayo para determinar el inicio del fraguado y anotar

los resultados. La aguja debe detenerse a 1 – 2 mm del fondo.9) Llevar a cabo el ensayo para determinar el final del fraguado y anotar los

resultados. Es posible que la aguja no penetre la pasta de cemento.

Interpretación de los resultados:Inicio del fraguado <30 s <60 s >60 sFinal del fraguado <3 min <4 min >4 minClasificación Bueno Aceptable No aceptable

Criterio principal para los acelerantes de aluminato:C3A 5–10%, preferentemente 7–9%Blaine >3500 m2/kg, preferentemente >4000 m2/kg

También depende de la mezcla de cenizas volantes, escoria y yeso.

Tiempo de fraguado de acelerantes libres de álcalis en formalíquida

Párrafo 153Los acelerantes líquidos libres de álcalis no funcionan con todo tipo decemento: con ciertos cementos se obtienen características de fraguadoexcesivamente lentas. Esta limitación se aplica principalmente a la aplica-ción por vía húmeda; en la aplicación por vía seca, el efecto negativo de lascaracterísticas de fraguado puede compensarse disminuyendo la relaciónagua/cementante.

Por tal razón, es necesario inspeccionar la reactividad y el tiempo de fragu-ado de los cementos utilizados en el proyecto.

En una pasta de cemento:(Equipo: recipiente de mezcla con espátula redonda, aguja Vicat manual,cronómetro, moldes de prueba)1) 26 – 35 g de agua2) 1,0 g de superplastificante 3) 100 g de cemento (+20°C ±1°C)4) Mezclar vigorosamente hasta obtener una pasta homogénea

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cia a la tracción debe tener cuatro decimales, en unidades de milímetroscuadrados, y deberá ser:a) para fibras de alambre estirado en frío: el área calculada a partir del diá-

metro real de la fuente o de las fibras terminadas;b) para fibras de lámina cortada: el área calculada a partir del espesor y

ancho real de la muestra de origen, o si se ensayan las fibras, el área decada fibra individual calculada a partir de la longitud y peso de la fibra,con peso redondeado al 0,0001 g, en base a una densidad de 7850kg/m3.

c) para fibras fabricadas por templado (melt-extraction): el área calculadaa partir del diámetro equivalente de las fibras, calculado de la longitudpromedio medida y el peso de una cantidad conocida de fibras, en basea una densidad de 7850 kg/m3.

Ensayo de durabilidad/permeabilidad

Párrafo 157El ensayo de durabilidad/permeabilidad se hará como un ensayo de pene-tración de agua según la norma DIN 1048: Parte 5 y las cláusulas siguien-tes.

Párrafo 158Obtener tres conos de 150 mm de diámetro mediante la técnica de sondeode rotación de diamante, desde cada sitio de prueba siguiendo los Párrafos76 y 77, y desde los ensayos en la obra siguiendo los Párrafos 136 y 137.Los conos deben tener una longitud suficiente como para permitir la prepa-ración de las probetas de ensayo (las cuales deben tener un largo de 120mm) para el ensayo conforma a la norma especificada.

Párrafo 159Para cada probeta, anotar la siguiente información:– Fecha de obtención de la probeta– Número de probeta– Dirección de la proyección

Ensayo de resistencia de adherencia

Párrafo 160El ensayo de resistencia de adherencia entre el shotcrete y la roca deberealizarse bien sea mediante pruebas in situ o bien en un laboratorio medi-ante ensayos de probetas adheridas de roca/shotcrete.

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Nota: Usualmente cuando los tiempos de fraguado no son buenos, se obtieneuna buena resistencia a las 24 horas. Incluso con un fraguado lento es posi-ble hacer la proyección de 5 – 7 cm en la pared o de 3 – 5 cm en clave.

En la mayoría de los casos estas pruebas no funcionan bien debido a que eltiempo de solidificación del gel es demasiado rápido como para permitiruna mezcla a fondo. En vista de ello, MBT desarrolló un equipo de pruebasViper para hacer pruebas de fraguado de morteros de proyección.

Disminución de resistencia

Párrafo 154Determinar la disminución en resistencia debida al uso de acelerantessiguiendo el siguiente procedimiento:a) Emplear cubos de mortero según BS4550: Parte 3: Sección 3.4.b) Comparar las resistencias del mortero a los 7 días y a los 28 días,

siguiendo los métodos especificados en las cláusulas siguientes deesta especificación particular, a saber:– Determinar la resistencia sin el acelerante (A) – Determinar la resistencia con el acelerante, a las dosis determinadaspor las pruebas de tiempo de fraguado (B)

c) Reducción máxima de resistencia: A - B x 100A

El resultado no debe ser mayor que el porcentaje máximo especificado.

Ensayo con mortero (sin acelerante, mezcla de mortero básica)

Párrafo 155Determinar la resistencia a compresión de cubos de mortero sin acelerantesegún BS4550: Parte 3: Sección 3.4:1978, ítem 2, salvo que debe utilizarsela siguiente relación de mezcla:

570 g de cemento (+20°C ±1°C)1710 g de arena (según los requisitos de la norma BS4550: Parte 6)370 g de agua

Ensayo de fibras

Párrafo 156Los ensayos en fibras metálicas deben realizarse según la norma ASTMA820:96 excepto que el área transversal utilizada para calcular la resisten-

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Párrafo 167

Referencias y normas particulares

A continuación se expone una lista de las normas mencionadas en estaespecificación particular para el shotcrete.

Sujeto a la aprobación del ingeniero, el contratista podría proponer elempleo de normas alternas, en cuyo caso deberá acompañar su propuestacon documentos redactados en inglés (original y copia), que contengandetalles y explicaciones completas de las normas pertinentes. Es necesarioque el contratista permita el tiempo necesario para la revisión y aprobaciónde dicha(s) alternativa(s) por parte del ingeniero.

252

Párrafo 161Los equipos para llevar a cabo las pruebas y métodos de ensayo detalla-dos deben cumplir con la descripción dada por EFNARC (1996), Sección10.6 u otras alternativas, sujeto a la aprobación del ingeniero.

Párrafo 162Realizar las pruebas en probetas mayores que 60 mm y con diámetromenor que, o igual a 100 mm. La perforación para ensayos in situ debepenetrar la roca al menos 15 mm.

Párrafo 163Las probetas obtenidas para ensayos de laboratorio deben curarse y prote-gerse hasta el momento del ensayo.

Párrafo 164La velocidad de carga debe ser superior a 1 MPa por minuto y no inferior a3 MPa por minuto.

Párrafo 165Registrar la siguiente información:– Identificación de la muestra, tipo de shotcrete y fuente– Dimensiones de la probeta– Edad y condiciones de curado – Velocidad de carga y deformación– Carga máxima y resistencia de adherencia calculada– Descripción de la falla (incluyendo la superficie de fractura)

Párrafo 166Las pruebas pueden concluir si la resistencia de adherencia calculadaexcede 1,5 MPa.

252

255

Parte 111:1983 Method of normal curing of test specimens (+20°C method) [Replaced by

BS EN 12390–1:2000]

Parte 112:1983 Methods of accelerated curing of test cubes

Parte 114:1983 Methods for determination of density of hardened concrete [Replaced by

BS EN 12390–7:2000]

Parte 115:1986 Specification for compression testing machines for concrete [Replaced

by BS EN 12390–4:2000]

Parte 116:1983 Method for determination of compressive strength of concrete cubes

Parte 120:1983 Method for determination of compressive strength of concrete cores

Parte 124:1988 Methods for analysis of hardened concrete

Parte 125:1986 Methods for mixing and sampling fresh concrete in the laboratory

Parte 127:1990 Method of verifying the performance of concrete cube compression

machine using the comparative cube test

Parte 131:1998 Methods for testing cement in a reference concrete

Parte 201:1986 Guide to the use of non-destructive methods of test for hardened

concrete

Parte 202:1986 Recommendations for surface hardness testing by rebound hammer

Parte 203:1986 Recommendations for measurement of velocity of ultrasonic pulses in

concrete

Parte 204:1988 Recommendations on the use of electromagnetic cover meters

Parte 205:1986 Recommendations for radiography of concrete

Parte 206:1986 Recommendations for the determination of strain in concrete

Parte 207:1992 Recommendations for the assessment of concrete strength by near-to-

surface tests

BS 4027:1996 Specification for Sulphate-Resisting Portland Cement

BS 4550 Methods for Testing CementParte 3 Physical tests

Sección 3.4:1978 Strength tests [Replaced by BS EN 196–1:1995 and partially by BS 1881–

131:1998]

Sección 3.8 Test for heat of hydration

Parte 6:1978 Standard sand for mortar cubes

BS 5075-1:1982 Specification for Accelerating Admixtures, Retarding Admixtures

and Water Reducing Admixtures [Partially replaced by BS EN 480

and BS EN 934]

BS 5328 Concrete

Parte 3:1990 Specification for the procedures to be used in producing and

transporting concrete

Parte 4:1990 Specification for the procedures to be used in sampling, testing and

assessing compliance of concrete

BS 6588:1996 Specification for Portland Pulverised Fuel Ash Cement

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BS 12:1996 Specification for Portland Cement

BS 812 Testing AggregatesParte 2:1995 Methods for determination of physical properties

Parte 3:1990 Methods for determination of mechanical properties

Parte 100:1990 General requirements for apparatus and calibration [Replaced by BS EN

932–5:2000]

Parte 101:1984 Guide to sampling and testing aggregates

Parte 102:1989 Methods for sampling [Replaced by BS EN 932-1:1997]

Parte 103 Method for determination of particle size distribution

Sección 103.1:1985 Sieve tests

Sección 103.2:1989 Sedimentation test

Parte 105 Methods for the determination of particle shape

Sección 105.1:1985 Flakiness index

Sección 105.2:1990 Elongation index of coarse aggregate

Parte 106:1985 Method for the determination of shell content

Parte 109:1990 Methods for the determination of moisture content [Partially replaced by

BS EN 1097-5:1999]

Parte 110:1990 Methods for the determination of aggregate crushing value [Partially

replaced by BS EN 1097-2:1998]

Parte 111:1990 Determination of ten per cent fines value [Partially replaced by BS EN

1097-2:1998]

Parte 112:1990 Method for the determination of aggregate impact value [Partially

replaced by BS EN 1097-2:1998]

Parte 113:1990 Method for the determination of aggregate abrasion value [Replaced by

BS EN 1097-8:2000]

Parte 114:1989 Method for determination of polished stone value [Replaced by

BS EN 1097-8:2000]

Parte 117:1988 Method for determination of water-soluble chloride salts

Parte 118:1988 Method for the determination of sulphate content

Parte 119:1985 Method for the determination of acid-soluble material in fine aggregate

Parte 120:1989 Method for the testing and classifying drying shrinkage of aggregates for

concrete

Parte 121:1989 Method for the determination of soundness

BS 882:1992 Specification for Aggregates from Natural Sources for Concrete

BS 1370:1979 Specification for Low Heat Portland Cement

BS 1881 Testing ConcreteParte 101:1983 Method of sampling fresh concrete on site [Replaced by BS EN

12350–1:2000]

Parte 102:1983 Method for determination of slump [Replaced by BS EN 12350–2:2000]

Parte 108:1983 Method for making test cubes from concrete [Replaced by BS EN

12390–1:2000]

254

257

BS EN 12504 Testing Concrete in Structures

Parte 1:2000 Cored specimens. Taking, examining and testing in compression

Concrete Society Technical Report No 11 including Addendum (1987)

Concrete Core Testing for Strength, May 1976 with addendum (1987)

ASTM A820-96 Specification for Steel Fibres for Fibre Reinforced Concrete

ASTM C94 Standard Specification for Ready Mixed Concrete

ASTM C642-97 Standard Test Method for Specific Gravity, Absorption and Voids in

Hardened Concrete

ASTM C1018-97 Standard Test Method for Flexural Toughness and First Crack

Strength of Fibre Reinforced Concrete (Using Beam with Third Point

Loading)

ASTM C1260-94 Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates

(Mortar Bar Method)

NS 3045 (1992) Silica Fume for Concrete. Definitions and Requirements (Norwegian

Council for Building Standardisation)

ACI 506.3R-91 Guide to Certification of Shotcrete Nozzlemen. In American

Concrete Institute Manual of Concrete Practice. Publ ACI Detroit.

DIN 1048 Test Methods for Concrete

Parte 5:1991 Tests on hardened concrete

Especificación Europea del Shotcrete (1996)

Publ European Federation of Producers and Applicators of Specialist

Products for Structures (EFNARC). Disponible a través de Sprayed

Concrete Association, PO Box 111, Aldershot, Hampshire, GU11 1YW,

Reino Unido. Fax: +44 1252 333901.

Pautas para el Shotcrete de EFNARC (1999)

Publ European Federation of Producers and Applicators of Specialist

Products for Structures (EFNARC). Disponible a través de Sprayed

Concrete Association, PO Box 111, Aldershot, Hampshire, GU11 1YW,

Reino Unido. Fax: +44 1252 333901.

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BS EN 196 Methods of Testing Cement

Parte 1:1995 Determination of strength

Parte 2:1995 Chemical analysis of cement

Parte 3:1995 Determination of setting time and soundness

Parte 6:1992 Determination of fineness

Parte 7:1992 Methods of taking and preparing samples of cement

Parte 21:1992 Determination of chloride, carbon dioxide and alkali content of cement

BS EN 480 Admixtures for Concrete, Mortar and Grout. Test Methods

Parte 1:1998 Reference concrete and reference mortar for testing

Parte 2:1997 Determination of setting time

Parte 4:1997 Determination of bleeding of concrete

Parte 5:1997 Determinaton of capillary absorption

Parte 6:1997 Infrared analysis

Parte 8:1997 Determination of the conventional dry material content

Parte 10:1997 Determination of water-soluble chloride content

Parte 11:1999 Determination of air void characteristics in hardened concrete

Parte 12:1998 Determination of the alkali content of admixtures

BS EN 932 Tests for General Properties of Aggregates

Parte 1:1997 Methods for sampling

Parte 5:2000 Common equipment and calibration

BS EN 934 Admixtures for Concrete, Mortar and Grout. Concrete Admixtures

Parte 2:1998 Definitions and requirements

Parte 6:2000 Sampling, conformity control, evaluation of conformity, marking and

labelling

BS EN 1097 Tests for Mechanical and Physical Properties of Aggregates

Parte 2:1998 Methods for the determination of resistance to fragmentation

Parte 5:1999 Determination of the water content by drying in a ventilated oven

Parte 8:2000 Determinaton of the polished stone value

BS EN 1367 Tests for Thermal and Weathering Properties of Aggregates

Parte 4:1998 Determination of drying shrinkage

BS EN 12350 Testing Fresh Concrete

Parte 1:2000 Sampling

Parte 2:2000 Slump test

BS EN 12390 Testing Hardened Concrete

Parte 1:2000 Shape, dimensions and other requirements for specimens and moulds

Parte 4:2000 Compressive strength. Specification for testing machines

Parte 7:2000 Density of hardened concrete

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