Shotcrete una Breve Historia

El shotcrete (mortero o "gunita" no es un material nuevo: ha existido por más de 90 años.

Los primeros trabajos con shotcrete fueron realizados en los Estados Unidos por la compañía Cement-Gun (Allentown, Pensilvania) en 1907.

Carl Ethan Akeley (véase la fotografía), necesitaba una máquina que le permitiera proyectar material sobre mallas para construir modelos de dinosaurios, e inventó el primer dispositivo creado para proyectar materiales secos para construcciones nuevas.

Su compañía, Cement-Gun, patentó el nombre "Gunite" para su mortero proyectado, un mortero que contenía agregados finos y un alto porcentaje de cemento.

Hoy en día todavía se utiliza el nombre "gunita". En ciertas clasificaciones equivale al mortero proyectado, pero los límites de tamaño de grano varían según el país.

Según la especificación, el límite para el agregado máximo puede ser de 4, 5, o incluso hasta 8 mm.

Para evitar esta confusión entre mortero proyectado y shotcrete, preferimos utilizar la expresión "shotcrete" (o gunita) para referirnos a la mezcla proyectada de cemento y agregados.

Actualmente existen dos métodos de aplicación para el shotcrete: el proceso de vía seca y el de vía húmeda.

Las primeras aplicaciones del shotcrete se hicieron mediante la vía seca; en este método se coloca la mezcla de cemento y arena en una máquina, y la misma se transporta 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 Segunda Guerra Mundial. A semejanza del concreto ordinario, se preparan las mezclas con toda el agua necesaria para hidratarlas, y se bombean en equipos especiales a través de las mangueras. La proyección del material se efectúa mediante la aplicación de aire comprimido a la boquilla.

Si bien algunas personas afirman que el shotcrete es un concreto especial, lo cierto es que no es sino otra manera más de colocar el concreto. Al igual como ocurre con los métodos tradicionales de colocación, el shotcrete requiere ciertas características particulares del concreto durante la colocación.

Los mismos factores que influyen en la tecnología del concreto, se aplican de la misma manera a la tecnología del shotcrete: la relación agua/cemento, la cantidad de cemento, la consistencia y el curado deben considerarse y aplicarse de la manera

correcta. Las fallas del shotcrete se producen por la misma razón de las fallas del concreto colocado: el incumplimiento de las reglas básicas de la tecnología del concreto.

 

Carl Ethan Akeley

SBS - Primera máquina de doble cámara Desde entonces hemos logrado grandes avances...

Acelerantes Libres de ÁlcalisHoy en día, en el mercado de acelerantes de shotcrete se hace énfasis en la seguridad para las personas y para el medio ambiente, y por tanto cada vez más el personal aplicador se está resistiendo a utilizar productos agresivos.

Además, han aumentado los requisitos de fiabilidad y durabilidad de las estructuras de concreto.

Productos BASF

Ciertos problemas tales como pérdida de resistencia o efectos de filtrado, que se piensa son causados por acelerantes alcalinos fuertes, han forzado a la industria a buscar soluciones y crear productos que exhiban un mejor rendimiento.

Los acelerantes libres de álcalis no son necesariamente un sustituto de los acelerantes convencionales (basados en aluminato o "water-glass" - silicatos), sino más bien un complemento de la tecnología y los productos de shotcrete existentes.

Debido a su compleja composición química, los acelerantes libres de álcalis son más costosos que los acelerantes tradicionales. Sin embargo, el precio de los acelerantes tiene una influencia prácticamente despreciable en el costo total del shotcrete.

Mucho más importantes son los ahorros de tiempo y de rebote que se obtienen, así como también el mejoramiento de la calidad y del ambiente de trabajo.

Los acelerantes libres de álcalis satisfacen las siguientes demandas de la industria:

• Reducción del riesgo de la reacción álcali-agregado • Mejoramiento de la resistencia final a compresión y a flexión (en comparación con la pérdida normal del 20-30 % que resulta del uso de los acelerantes tradicionales. • Mejores condiciones del ambiente de trabajo • Reducción de componentes peligrosos descargados al ambiente, provenientes del shotcrete y de su rebote, a través de la filtración y el desecho de aguas pluviales

BASF ofrece gran variedad de acelerantes libres de álcalis, en forma líquida o en polvo, para el concreto proyectado tanto por vía húmeda como por vía seca:

• MEYCO® SA160: Menos sensible al tipo de cemento en shotcrete fabricado por vía húmeda• MEYCO® SA 161: Acelerante de fraguado de alto rendimiento, para un shotcrete de resistencia inicial excepcionalmente alta • MEYCO® SA 162: Acelerante de fraguado de alto rendimiento, para un shotcrete de resistencia inicial excepcionalmente alta • MEYCO® SA170: Para un fraguado muy rápido y alta resistencia inicial • MEYCO® SA540: Acelerante en polvo para shotcrete fabricado por vía seca

Terminología confusa: "Libre de álcalis"

El término "alcalino" tiene dos significados:

a) Líquido básico (pH: 7-14), p. ej.: el óxido de calcio disuelto en agua produce un pH de 13 : solución alcalina. b) Líquido que contiene cationes de álcalis (Na+ y K+). P. ej., el hidróxido de sodio disuelto en agua contiene cationes de sodio. Se le conoce también como una solución básica o alcalina.

En el campo del shotcrete, el término "libre de álcalis" significa:

a) Libre de álcalis = líquido que contiene menos de 1 % de cationes de álcalis (Na2O equivalente). Esto es importante para evitar la reacción álcali-agregado b) No cáustico o no alcalino = pH entre 0 y 7 (neutro a ácido). Esto es importante

para mantener un ambiente de trabajo inocuo.

Requisitos especiales y sugerencias para diseños de mezclas para el shotcrete con acelerantes libres de álcalis

• Contenido mínimo de cemento: 400 kg/m3; preferiblemente 450 kg/m3;• Cuando se utilicen para el método por vía húmeda, la relación agua/cementante debe oscilar siempre entre 0,4 a 0,5.• Siempre debe tenerse en cuenta la humedad contenida en los agregados.

Mientras menor sea la relación agua/cementante, mejores serán los resultados:

• Fraguado más rápido • Resistencias iniciales más altas • Menor dosificación del acelerante • Proyección de capas más gruesas (en clave)

Los resultados de una relación agua/cementante > 0,5 son los siguientes:

• Fraguado más lento • Resistencias iniciales inferiores • Dificultad para aplicar capas mayores de 5 - 7 cm (el concreto no se adherirá al substrato de roca)• Temperatura: Desarrollo más lento de la resistencia a bajas temperaturas, en comparación con otros tipos de acelerantes

 

Curadores InternosSe podría pensar que los túneles tienen condiciones de curado ideales debido a la alta humedad (fugas de agua), ausencia de viento y de exposición al sol, pero desafortunadamente no es así.

En la realidad, los túneles y otros proyectos de construcción subterránea tienen algunas de las peores condiciones de curado debido al sistema de ventilación que sopla continuamente aire seco (frío o caliente) hacia adentro del túnel.

Puede compararse con concreto expuesto a un área de mucho viento.

El curado es uno de los trabajos básicos más importantes del shotcrete debido al gran contenido de agua y cemento de la mezcla, y la consiguiente alta contracción y alto potencial de fisuración del concreto aplicado.

Otra razón es el peligro del secado rápido debido a la alta ventilación tan común en los túneles, la rápida hidratación del shotcrete acelerado y la aplicación en capas delgadas.

Por tal motivo, el shotcrete debería siempre curarse adecuadamente mediante un agente de curado eficiente.

Sin embargo, tales agentes tienen varias restricciones:

Deben estar libres de solventes (uso en ambientes cerrados), no deben afectar la adherencia entre capas y deben aplicarse inmediatamente después de colocar el shotcrete.

La mayoría del shotcrete en todo el mundo se caracteriza por falta de adherencia y gran cantidad de grietas debido a que no se realizó un buen 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 entre capas • Alta densidad final y alta resistencia a la compresión para garantizar resistencia a los ciclos de congelación/deshielo y resistencia química o estanqueidad, y• Alto grado de seguridad

Cuando se utiliza un agente de curado para el shotcrete, es necesario tener mucho cuidado con el procedimiento de limpieza del substrato antes de aplicar una capa subsiguiente. La limpieza debe efectuarse con alta presión de aire y abundante agua (con una bomba de proyección y boquilla, agregando aire en la boquilla). Otro problema que tienen los agentes de curado es que deben aplicarse rápidamente una vez finalizada la proyección.

Para procurar hacer un curado adecuado del shotcrete, los agentes de curado deben aplicarse dentro de los siguientes 15 a 20 minutos después de la proyección. Debido al uso de acelerantes de fraguado, la hidratación del shotcrete ocurre poco después de la proyección (5 a 15 minutos).

La hidratación y el aumento de temperatura se producen durante los primeros minutos y horas después de la aplicación del shotcrete, y es muy importante proteger el shotcrete en tal etapa crítica.

La aplicación de los agentes de curado requiere dos operaciones lentas: o la aplicación del agente del curado o la limpieza/eliminación del agente de curado de la superficie del shotcrete entre las capas, en caso de capas múltiples. En muchos países que tienen experiencia en shotcrete fabricado por vía húmeda (tales como Noruega y Suecia), y en proyectos importantes de todo el mundo, se exige curar el shotcrete con un agente de curado.

Un sistema nuevo

BASF Construction Chemicals - UGC desarrolló un nuevo sistema para lograr un curado más eficaz y seguro del shotcrete fabricado por vía húmeda, así como de los morteros de reparación y del concreto. El curado interno del concreto consiste en

añadir un aditivo especial al concreto/mortero durante la dosificación, de la misma manera que se haría con un aditivo convencional.

Este aditivo produce una barrera interna en el concreto, la cual facilita una hidratación mejor y una obtención mejor de resistencia 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 necesidad de eliminar estos agentes de curado • Se garantiza el curado desde el principio de la colocación • No afecta la adherencia entre capas. • Como consecuencia de este óptimo efecto de curado, mejoran todas las otras características del shotcrete: densidad, resistencia final, resistencia 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 y trabajabilidad del shotcrete, incluso con agregados de deficiente gradación.

Particularmente mejora la facilidad de bombeo de las mezclas de shotcrete reforzadas con fibras metálicas.

Al combinarse con el sistema MEYCO® TCC consigue aumentar aun más los efectos beneficiosos del sistema de "slump killing" (mata asentamiento) gracias a que mejora la orientación de las fibras y reduce el rebote de las mismas, aumentando la tenacidad.

Proyectos de referencia

Noruega:• Túnel de carretera Hell (incombustibilización en espuma de PU) Túnel de carretera submarino Cabo Norte • Túnel Lærdal (túnel de carretera de 24 km, el más largo del mundo) • Túnel de carretera submarino Frøya • Túnel de carretera Svartdalen • Túnel de carretera Bragernes o Túnel de carretera Ibestad • Túnel de carretera Folgefonna Túnel de carretera Strømsås (incombustibilización en espuma de PU) • Høvringen (cavernas para una planta de tratamiento de aguas negras)

Una solución más segura y económica

Con Meyco® TCC735 se obtienen gran economía en la obra de proyección:

La eliminación de trabajo adicional para la aplicación de compuestos de curado y preparación del substrato, al mismo tiempo que reduce rebote y rebote de fibra reduciendo trabajo y material prima.

MEYCO® TCC735, al mismo tiempo que garante una cura segura, otorga una modalidad de aplicar aditivos para concreto de última generación y muy simple. Ahorro de fibras con el uso de TCC735

Con la misma mezcla de concreto, excepto por la presencia de MEYCO® TCC 735 se hayó lo siguiente:

La mexcla con 30 Kg/m³ de Dramix 30/50 fibras de acero conteniendo MEYCO® TCC 735 mostró valores flexurales y de resistencia mayores que aquellos conteniendo 50 Kg/m³ de fibra de acero Dramix 30/50 pero sin contener MEYCO® TCC 735.

Beneficios del concreto con MEYCO® TCC 735

• Mejora poder de adherencia entre capas ( pruebas LPM de ensayos internos de proyección) • Contenido de cemento 450 kg/m³ ; • Microsílice 22.5 kg/m³; w/c 0.45 . • Masterkure 112 usando como curador externo

 

Aplicación de MEYCO® TCC 735 Tiempo de curado de MEYCO® TCC 735

Productos GLENIUM

Productos

GLENIUM® TC1301GLENIUM® TC1303Rheomac® VMA 358Rheomac® VMA 362

GLENIUM® es un producto basado en un hiperplastificante de carboxilato que proporciona una excepcional reducción del agua y una mayor retención de la trabajabilidad sin retardar el desarrollo de la resistencia inicial. Igualmente aumenta la cohesión del concreto y mejora su capacidad de bombeo. Estos efectos lo convierten en un aditivo muy útil para la proyección del concreto.

El uso de GLENIUM® tiene dos ventajas básicas:En la primera aplicación, GLENIUM® puede utilizarse como sustituto de los superplastificantes convencionales, con las siguientes características y beneficios adicionales:• mejora la retención del asentamiento en comparación con los superplastificantes tradicionales (> 1,5 veces dependiendo de las condiciones)• elimina la necesidad de dosis adicionales en el túnel (ahorro de 1 - 2 kg/m3) el aumento en la cohesión logra los siguientes efectos:- mejora la capacidad de bombeo disminuye las presiones de bombeo- disminuye el desgaste en las bombas, tuberías y mangueras- disminuye significativamente el rebote- facilita trabajar con agregados triturados puede combinarse con MEYCO® TCC 780 /735 para mejorar aún más las características de bombeo, y con MEYCO® TCC735 (curador interno del concreto)

Cómo trabaja el aditivo GLENIUM®

GLENIUM® es una molécula compleja compuesta de grupos funcionales de cadenas de diferentes largos.

Hidratación del cemento

La mezcla de agua y cemento inicia una reación química, exe. hidratación. El agua es en parte absorbida por el cemento que rápidamente ablanda la superficie de los granos de los granos de cemento. Finas camadas de gel se forman alrededor de las partículas de cemento y con el tiempo la gel se solidifica -hidrata- convirtiéndose en la pasta de cemento endurecida.

Efecto de disperción (A)

Las moléculas del GLENIUM® que son atraídas por las partículas blandas del cemento inmediatamente se envuelven alrededor del cemento durante el proceso de mezcla. Esto aumenta la carga negativa de la superficie del cemento y causa una repulsión electrostática. Esto resulta en una dispersión altamente mejorada lo que mejora substancialmente la trabajabilidad a pesar del bajo contenido de agua.

Las moléculas del GLENIUM® tienen cadenas largas (B) - estas forman un steric hinderance que incrementa aún más, la habilidad de las partículas del cemento de mantenerse separadas(C). GLENIUM® es capaz de ofrecer una trabajabilidad extensa debido a su característica llamada de "mecanismo de sucesiva eficacia".

Como parte de la química una molécula del GLENIUM® reacciona -diferida de la primera debido a un incremento en la alcalinidad de la pasta del cemento durante la mezcla y el vaciado.

La acción diferida permite una trabajabilidad extendida sin extender el tiempo de curado.

Otra razón para utilizar GLENIUM® en el shotcrete

Glenium se utiliza para disminuir drásticamente la relación agua/cementante por debajo de 0,35. Este efecto tiene varias ventajas:• Mayor resistencia inicial• Posibilidad de colocar capas más gruesas• Posibilidad de manejar los problemas de agua sin tener que cambiar el acelerante• Posibilidad de resolver los problemas ocasionados por el uso de cementos con baja reactividad a los acelerantes• Posibilidad de reducir la dosis del acelerante y lograr el mismo espesor de capaConsideraciones del diseño de la mezcla

A partir de observaciones prácticas y de la experiencia, se ha elaborado una serie de lineamientos para el uso del material:• Para mantener la retención de la trabajabilidad, es necesario seguir teniendo al menos un mínimo contenido de agua.• Por debajo de cierto contenido de agua, se acelera la pérdida del asentamiento y se producen problemas de trabajabilidad.• Es necesario ajustar el contenido del cementante. Se requiere un mínimo de 485 kg/m3; para una relación agua/cementante de 0,35.• En caso de accesos de agua, es necesario aumentar únicamente el acelerante.

 

Moléculas de GLENIUM Efecto de dispersión

Efecto Steric B Efecto Steric C

Revestimientos Permanentes con Shotcrete para TúnelesDesarrollo de los revestimientos permanentes con shotcrete para túneles

Los trabajos de construcción de túneles tradicionales han utilizado un revestimiento temporal de shotcrete para estabilizar la abertura después de la excavación y contener las cargas de corto a mediano plazo.

Una vez que se ha estabilizado completamente, se aplica un concreto tradicional como revestimiento permanente (in situ) que soporte ciertas cargas a largo plazo y proporcione durabilidad y estanqueidad, bien sea utilizando una membrana impermeable entre los revestimientos temporales y permanentes, o bien utilizando refuerzos de acero para reducir el ancho de las fisuras a 0,2 mm.

A esto se le conoce como el método de la doble capa. Desde 1994 ha habido un progreso notable de la tecnología del shotcrete gracias al desarrollo de aditivos y métodos de aplicación estables (particularmente con el método por vía húmeda), lo cual ha llevado a obtener un concreto duradero de alta calidad.

Los proyectos de extensión de la Jubilee Line y del Enlace Ferroviario Heathrow Express (1996) utilizaron un revestimiento final permanente de shotcrete reforzado con fibra en vez del hormigonado convencional in situ sobre shotcrete temporal. Esto disminuyó los costos y el tiempo de construcción, particularmente en las secciones de geometría compleja.

La tecnología moderna del shotcrete ofrece a la industria de la construcción de túneles un sistema mucho más barato de revestimiento, en forma de un shotcrete permanente en una pasada.

Este económico sistema está caracterizado por un revestimiento estructural duradero, hermético y con posibilidades de un acabado superficial muy similar (si no igual) al del concreto vaciado tradicional.

El método de revestimiento de túnel en una sola pasada (Single Pass Tunnel Lining, o SPTL), descrito en este capítulo mantiene la filosofía de diseño del revestimiento temporal de shotcrete, pero con un mejor desempeño del material y mejor control de construcción.

En este caso, el revestimiento de shotcrete SPTL primario puede considerarse como un elemento estructural permanente y duradero, que satisface los requisitos estructurales tanto durante la construcción como durante la vida prevista de la estructura.

El método puede aplicarse bien sea como una capa individual, o bien (si se requiere) en acción monolítica con una capa adicional de shotcrete instalada posteriormente durante el proceso de construcción.

Shotcrete Vía SecaContenido de cementoUsualmente se utiliza una proporción de cemento que varía entre 250 y 450 kilogramos por 1000 litros de agregado, o entre 320 y 460 kilogramos por metro cúbico de concreto. Para estimar el contenido real de cemento del concreto aplicado, es necesario considerar el rebote.

El principal efecto del rebote es la pérdida del agregado de mayor tamaño. En una mezcla regular de 350 kg de cemento por m3, un rebote del 20 % se traduce aproximadamente en 400 kg de cemento por m3 de shotcrete.

Relación agua/cementoLa relación agua/cemento tiene una influencia fundamental en la calidad del concreto, así como también del shotcrete. El agua total utilizada en la mezcla seca se compone del agua de mezcla añadida en la boquilla y la humedad ya presente en el agregado. A diferencia de la proyección por vía húmeda, en la proyección por vía seca no hay un valor definido en el contenido de agua debido a que el operador de la boquilla es quien controla y regula la cantidad del agua de mezcla.

Aunque generalmente se considera que tal cosa es una gran desventaja, lo cierto es que un operador experimentado puede regular muy bien el contenido de agua.

En la práctica el factor agua/cemento es bastante constante debido a que el alcance de la variación es limitado: si se agrega muy poca agua, se crea inmediatamente un exceso de polvo; si se agrega demasiada agua, el shotcrete no se adherirá a la superficie.

Si se utiliza una técnica correcta, el factor agua/cemento varía sólo ligeramente y permanece por debajo de 0,5. En el mejor de los casos, es incluso posible fabricar shotcrete por vía seca con una relación inferior a 0,4.

Contenido de humedadOtro aspecto importante de la mezcla seca es el contenido de humedad natural del agregado. Cuando la mezcla está demasiado seca, la proyección produce una cantidad excesiva de polvo; por otra parte, si el contenido de humedad es demasiado alto, puede haber otros problemas: los equipos y las mangueras de transporte se taponan.

El contenido de humedad natural óptimo debe oscilar entre el 3 y el 6 por ciento.

Productos BASF

Acelerantes en polvo

MEYCO® SA520MEYCO® SA540

Acelerantes líquidosMEYCO® SA160MEYCO® SA161MEYCO® SA162MEYCO® SA 170

Bombas dosificadorasMEYCO® Mix 100

Control de hidrataciónEstabilizador Delvocrete ActivadoresDELVO®CRETE S51,S61,S71

Existen varios aditivos y adiciones cuya función es controlar o ajustar las propiedades del shotcrete. Entre los más importantes figuran los acelerantes de fraguado; estos aditivos reducen el tiempo de fraguado y aumentan la resistencia inicial, lo cual permite aplicar capas subsecuentes de shotcrete con mayor rapidez y en espesores mayores.En proyectos de gran escala, los acelerantes contribuyen a aumentar la productividad y son un prerrequisito importante para muchas aplicaciones; como ejemplo, la resistencia inicial del shotcrete es un factor esencial en trabajos de construcción subterránea.

Sin embargo, tal como es bien conocido en la tecnología de construcción, acelerar la hidratación del cemento lleva a una reducción de la resistencia a los 28 días. Por tanto, para obtener resultados de alta calidad en el shotcrete, es crítico añadir la menor cantidad posible del acelerante y hacerlo de manera uniforme. En cada caso debe determinarse la proporción de acelerante según la cantidad de cemento utilizado.

Los acelerantes pueden emplearse en forma de polvo o líquido. Sin embargo, con polvos es imposible garantizar la consistencia debido a la práctica común de agregarlos manualmente. Por tanto, para mejores resultados se deben utilizar líquidos, ya que pueden premezclarse con el agua de mezcla y agregarse en la boquilla.

Hay bombas dosificadoras que permiten agregar una relación constante cemento/acelerante, basada en la capacidad de la máquina de proyección e independiente en mayor grado del agua.

Los acelerantes líquidos tienen otras ventajas sobre los productos de polvo:• Eliminan el problema de componentes cáusticos en el polvo de rociado.• Eliminan el problema de componentes cáusticos en el polvo de rociado.• La dosificación en la boquilla evita el fraguado instantáneo.• Es posible medir los acelerantes líquidos de una manera más económica, lo cual también puede llevar a mayores resistencias finales (pérdidas inferiores al 25 %)• Aparte de los acelerantes de fraguado, se pueden utilizar inhibidores de polvo, estos aglomerantes reducen la formación de polvo y son poco empleados.

El desarrollo de sistemas de control de hidratación tales como DELVO®CRETE (explicado en sección aparte) ha posibilitado un mundo de avances. Al agregar este

sistema a la mezcla seca de cemento y agregados, se prolonga la vida de almacenamiento de la mezcla, la cual permanece fresca e inalterada hasta que se vuelve a activar mediante la adición de un aditivo activador DELVO®CRETE.

AdicionesA diferencia de los aditivos químicos, el efecto de las adiciones es principalmente físico. Entre las adiciones más conocidas figuran los rellenos minerales tales como la microsílice (o humos de sílice).

La microsílice es una sustancia sumamente fina obtenida a partir de los humos producidos en los procesos de manufactura del metal silicio o del ferrosilicio, y como tal tiene un alto contenido de SiO2 (usualmente alrededor de 65 – 97 %) con una superficie específica de 20 - 35 m2/g. El uso de microsílice lleva a mejoras importantes en la calidad del shotcrete, principalmente en lo que a resistencias y espesor de las capas se refiere.

En el caso de la proyección por vía seca, otro efecto es una reducción del rebote hasta del 50 % (si se añade correctamente la microsílice).

La microsílice se ofrece en forma compactada o sin compactar. Elkem ha desarrollado una tecnología para añadir a la boquilla una pasta de 50 % dosificada en agua. Si bien el sistema de pasta es muy eficaz, es también bastante complicado porque requiere una bomba dosificadora especial y un producto adicional en cantidades elevadas. La pasta debe almacenarse siguiendo las indicaciones, y usualmente se requiere un agitador.

FibrasPara el shotcrete se utilizan fibras metálicas y sintéticas. Su incorporación lleva a una mayor energía de rotura o menor retracción del shotcrete.

El uso de fibras metálicas es poco frecuente en las mezclas secas en comparación con su uso en mezclas húmedas, y la razón es el mayor rebote (> 50 %); tal cosa hace que la relación costo/rendimiento sea crítica.

Sin embargo, gracias a la experiencia adquirida durante los últimos años, se espera que el uso de fibras metálicas aumente con las mezclas secas.

Mezclas preparadas en la obra en comparación con los materiales pre-ensacados.

Tal como ya se ha mencionado, el proceso seco permite utilizar mezclas con agregados con humedad natural o agregados secados al horno. Los primeros son más económicos y producen menos polvo; no obstante, su contenido de humedad natural es suficiente como para comenzar una hidratación prematura. Por tal razón, las mezclas de agregados con humedad natural tienen una vida de almacenamiento limitada y deben utilizarse antes de 2 horas. Un almacenamiento prolongado provoca mayor rebote y disminución de las resistencias finales.

La fabricación de la mezcla en el sitio de trabajo supone la instalación de las plantas de dosificación y alimentación. Claramente, instalaciones como éstas sólo se justifican en proyectos importantes o a gran escala. En caso de proyectos de shotcrete de menor escala, la mezcla seca puede obtenerse ya preparada en planta; esto puede generar

problemas debido a la distancia de transporte y a la incertidumbre de una entrega segura.

Es importante planificar cuidadosamente la entrega y colocación a fin de evitar retrasos e interrupciones del trabajo debido a suministros inadecuados.

Los materiales ensacados o almacenados en silos permiten la máxima flexibilidad posible: debido a que pueden almacenarse durante largos períodos de tiempo, la planificación se simplifica. Además, se caracterizan por una calidad constante. Entre sus desventajas podemos citar su mayor tendencia a formar polvo (lo cual puede ser controlado por prehumidificación), y su precio considerablemente mayor.

El desarrollo del sistema de control de hidratación DELVO®CRETE ha posibilitado controlar el fraguado y prolongar la vida de almacenamiento de mezclas de agregados con humedad natural. Esto, a su vez, ofrece más flexibilidad y menos costos que los materiales pre-ensacados o en silos.

Shotcrete - Soporte de Rocas

Una de las ventajas que tiene el shotcrete como método de fortificación es su extrema flexibilidad, muy superior a la de otras técnicas tales como encofrado o recubrimiento de concreto vaciado, entre otras. Para aprovechar al máximo esta flexibilidad, es fundamental utilizar el shotcrete como parte del revestimiento final del túnel y adaptarlo a los diferentes tipos de rocas. Dentro de este contexto, una aplicación importante es el soporte de rocas. Aquí presentaremos los principios que deben emplearse para tal fin.

El diseño de soporte de rocas es un campo sumamente especializado y diferente al diseño de otras estructuras civiles. Por tal motivo, es necesario adaptarlo a "situaciones inevitables" tales como:• 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 proporcionadas por las investigaciones geológicas;2) los parámetros de los materiales rocosos ensayados (limitaciones de precisión e importancia); 3) los métodos de cálculo y de elaboración de modelos.

El comportamiento de las secciones excavadas depende del tiempo y de los cambios en las condiciones de agua.

No se dispone del tiempo necesario para realizar ensayos de parámetros (para efectos de cálculos y elaboración de modelos). El progreso de la excavación es muy superior a la capacidad disponible para las actividades enunciadas anteriormente.

Por tanto, es obvio que cualquier diseño exitoso para la construcción de labores subterráneas debe considerar estos hechos. El único método razonable de diseño es uno que se vaya adaptando a las circunstancias que surjan durante el avance de la obra.

En la vida real, muchos proyectos de construcción de túneles se basan en otras metodologías.

Por ejemplo, a veces se utiliza un diseño de soporte basado en investigaciones previas de la masa rocosa y en la tradicional metodología carga/ capacidad/factor de seguridad; esto inevitablemente lleva a un diseño del tipo "caso más desfavorable", el cual quizás sea necesario sólo en una pequeña parte del túnel.

Cálculos analíticos y numéricosLas herramientas de cálculo son componentes importantes del diseño de soporte de rocas. Para poder calcular cargas, esfuerzos, deformaciones, capacidad de soporte, etc., es necesario establecer los parámetros de entrada y disponer de fórmulas y programas computarizados a fin de elaborar modelos numéricos.

Esto requerirá efectuar, en mayor o menor grado, una serie de tareas como las expuestas a continuación:1) Muestreo y ensayos de una variedad de parámetros del material rocoso 2) Pruebas de parámetros de discontinuidad (juntas) 3) Mediciones de esfuerzos de rocas (in situ), frecuentemente en barrenos largos4) Investigación de las condiciones del agua subterránea 5) Análisis de datos geométricos 6) Análisis de efectos a mayor escala de los parámetros medidos en el laboratorio7) Análisis de las labores a excavarse y de las secuencias de excavación8) Identificación de los parámetros del material de soporte de rocas

Los cálculos analíticos son rápidos y apropiados para obtener aproximaciones preliminares.

En situaciones más complejas, sin embargo, las posibilidades son bastante limitadas.

Frecuentemente se ejecutan análisis numéricos (análisis de elementos finitos) como modelos bidimensionales en computadoras.

La obtención de resultados puede tomar días de preparación y de ejecución, incluso para casos relativamente sencillos.

Una vez que se hayan llevado a cabo ciertas tareas básicas para un proyecto dado, se pueden realizar análisis de sensibilidad y nuevos cálculos tomando en cuenta las informaciones actualizadas.

La elaboración de modelos tridimensionales numéricos es usualmente una tarea tan compleja, que sólo puede llevarse a cabo mediante computadoras centrales.

Evaluación de métodos de diseño de cálculo y empíricos

Para el diseño de soporte de rocas es posible utilizar métodos empíricos, los cuales consisten en clasificar la roca inmediatamente después de su exposición, seguido por la instalación del soporte de roca recomendado.

Este abordaje toma en cuenta la variabilidad real de las condiciones de roca (y no depende de "suposiciones" con respecto a dicha calidad). Probablemente el mejor método establecido de esta clase es el "Q", desarrollado por el Dr. Nick Barton y sus colegas del Instituto Geotécnico Noruego.Los métodos de cálculo, por otra parte, son usualmente muy lentos para hacer frente al progreso de construcción de un túnel y las variaciones tan frecuentes en la calidad de la roca.

Todo el procedimiento de operaciones de muestreo, pruebas y cálculos para una situación dada en el túnel, podría tardarse varios días. Obviamente las obras de instalación del soporte y de avance del frente del túnel no pueden esperar a la finalización de estos pasos.

En los casos de localidades más específicas tales como cavernas para centrales eléctricas, estaciones de ferrocarril, etc., los cálculos pueden ser muy útiles y pueden ajustarse con más facilidad durante el progreso de los trabajos.

La limitación básica sigue siendo el hecho de que todos los datos de entrada, fórmulas y modelos numéricos contienen numerosas incertidumbres y cálculos aproximados.

Por tal razón, a veces la precisión de los resultados es deficiente, y es difícil predecir cuándo y dónde ése será el caso.

Una característica especial de las superficies de rocas de voladura es su geometría extremadamente complicada. El contorno de las mismas no puede alisarse con una capa relativamente delgada (50 a 200 mm) de shotcrete para obtener una geometría de arco definida. Los cálculos también se dificultan debido a la compleja interacción del comportamiento del terreno con el paso del tiempo, en comparación con la hidratación y el aumento de resistencia del shotcrete con el tiempo, así como la variación del espesor del shotcrete y de la resistencia de adherencia.

Método observacionalEste método, que ha existido desde que el hombre comenzó a construir túneles, se basa en el sentido común y a veces en las necesidades básicas, y refleja las consecuencias de las "situaciones inevitables" descritas al principio de este capítulo:A continuación se exponen los elementos básicos del método:1) El soporte de roca debe designarse para las condiciones esperadas, como un pronóstico del soporte de rocas. En este trabajo de diseño se puede utilizar cualquier método empírico y de cálculo que se considere útil y necesario.2) Al concluir la excavación y la instalación del soporte, debe llevarse a cabo una verificación del pronóstico mediante inspección visual, control de deformaciones, esfuerzos, cargas, presión de agua y cualquier otro medio considerado necesario3) Es posible que se requiera ajustar el soporte o agregar soportes locales (también sujeto a verificación).

4) El pronóstico deberá actualizarse basado en la retroalimentación de datos de pasos previos, y de esta manera hacer los posibles ajustes de diseño.

Las ventajas del método observacional son obvias. La masa rocosa funciona como un "laboratorio a gran escala", en donde participan —y se consideran— parámetros conocidos y desconocidos.

Este método facilita flexibilidad de trabajo, una acción inmediata cuando se requiera y un soporte adaptado a las condiciones reales encontradas, todo lo cual lleva a soluciones más equilibradas y menos costosas.

Hoy en día se acepta y se utiliza el método observacional para una gran cantidad de proyectos de construcción de túneles.

Tal como se describió anteriormente, la construcción de túneles es una materia que requiere una laboriosa toma de decisiones. Es importante entender las razones que justifican utilizar la metodología descrita para estructuras subterráneas.

Sin duda alguna, las soluciones "pre-diseñadas", basadas en una metodología de diseño estructural con códigos y normas establecidas (como las que se aplican para estructuras de acero y concreto, tales como puentes y edificios), no pueden aplicarse en estos casos.

El conocido método NATM (New Austrian Tunneling Method) es un procedimiento de aplicación basado en el método observacional.

Mecanismos activos del shotcrete sobre rocaAun si se aplica el método observacional para aplicaciones de soporte de rocas, es útil entender el sorprendente efecto de estabilización que tienen las capas delgadas de shotcrete. Sólo así podremos evaluar combinaciones con otras medidas de soporte, y las limitaciones de tales soluciones.

Hay ciertas características del proceso de aplicación del shotcrete que deben tenerse en cuenta:1) 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 utilizados.2) El rebote se compone principalmente de partículas gruesas. La cantidad del rebote es mayor en el primer impacto; en las etapas de proyección posteriores, cuando haya concreto "semisuave" en la superficie, se adherirá más concreto. El resultado de ello es un aumento de agregados finos directamente en la superficie de la roca.3) El concreto aplicado se va compactando con las proyecciones sucesivas (capas).4) La capa de shotcrete se adherirá a la superficie con una máxima resistencia de adherencia de 3 MPa.5) La superficie de la roca queda completamente encapsulada.6) En mayor o menor grado, los agregados finos llenan las fisuras y las juntas.

De las características anteriores se pueden identificar los efectos de estabilización que se nombran a continuación:1) Efectos de cuña, producidos por el mortero y los agregados finos introducidos en

las fisuras y juntas en el contorno de roca (dichos efectos se asemejan al del mortero de pega entre ladrillos en una pared o un arco).2) Resistencia al punzonamiento, lo cual significa que un bloque suelto puede caer únicamente por los esfuerzos de corte a través de la capa de shotcrete.3) Efecto de arco: a veces sólo funcionan arcos locales.4) Aislamiento contra: cambios de humedad, efectos de aire o temperatura, efecto de lavado por fluencia de agua, etc.5) Mantenimiento de la estabilidad existente al momento de la aplicación.6) Efecto simultáneo y combinado de los mecanismos mencionados anteriormente.Para capas de shotcrete delgadas, es obvio que el modo de operación se asemeja más al de un refuerzo de roca que al de un soporte de roca.

En la superficie de la roca se producirá una acción compuesta por el substrato de roca y el concreto que se está endureciendo.

Se ha observado que capas de shotcrete incluso de 30 mm son muy eficaces en algunas situaciones, lo cual respalda la idea básica de una acción "compuesta" .

Propiedades importantes del shotcrete para soporte de rocaLa importancia relativa de los diferentes parámetros de materiales para el shotcrete dependen del tipo de problema de estabilidad. Por ejemplo, la adherencia (no la resistencia a la compresión) tiene importancia primordial en el caso de capas delgadas aplicadas a roca dura para prevenir la caída de cuñas y rocas sueltas.

Sin embargo, la resistencia a la compresión es crítica cuando se contempla un soporte anular cerrado grueso en terreno suave; en este caso la adherencia es de menor importancia. La resistencia a la compresión puede ser utilizada como una indicación indirecta de la durabilidad. El concreto debe exhibir una durabilidad satisfactoria en el ambiente donde se aplique.

Con relación a ello, puede haber una diferencia entre un túnel de carreteras con tráfico pesado y un túnel de trasvase de agua.En la mayoría de los casos el shotcrete debe exhibir un grado de resistencia de 35 MPa según una prueba estándar nacional. En los túneles carreteros submarinos noruegos, se exige actualmente un concreto de grado 45 MPa.

Generalmente otro parámetro importante es la adherencia a la superficie de la roca; lamentablemente no es fácil medir esta característica con precisión, y la misma muestra una gran variabilidad dentro de distancias cortas

. A menudo los contratistas se niegan a especificar la adherencia requerida debido a que los resultados del control pueden originar muchos problemas. En nuestra opinión, se debe mantener el enfoque en la resistencia a la compresión, la técnica de aplicación y la limpieza previa de la superficie. Así se obtendrá la mejor adherencia posible permitida por la superficie en cuestión.

La resistencia a tracción del shotcrete no es tan importante, y en cualquier caso no puede contemplarse en consideraciones de diseño porque siempre hay posibilidades de formación de fisuras de contracción en secciones críticas. A través de la fisura no

hay ninguna resistencia a la tracción, y lo mismo se aplica a la resistencia a flexión del shotcrete mismo.

Es importante lograr la resistencia a compresión requerida mediante un diseño de mezcla que produzca la menor contracción posible, debido a que:1) Mientras menor sea la contracción, mejor será la adherencia.2) Mientras menor sea la contracción, habrá menos fisuración y mayor durabilidad.

Para lograr una mínima contracción, se debe procurar un contenido bajo de agregados finos y cemento, una relación agua/cemento baja (generalmente inferior a 0,45), y se debe emplear una técnica correcta de aplicación (buena compactación y ángulos correctos de proyección).

Siempre se debe utilizar un compuesto de curado después de la aplicación, rociado con agua, o un curador interno de concreto (MEYCO® TCC735).

Una cuestión de diseño es el espesor de la capa de shotcrete. El contratista distribuirá el volumen de concreto necesario para lograr el espesor requerido.

Éste es un problema práctico, especialmente si el espesor especificado es grande (> 200 mm) y si el espesor total es colocado en un área limitada durante una operación.

En tales circunstancias, la tendencia es aplicar en las paredes más concreto que el requerido, y menos en la clave; desde el punto de vista de estabilidad se desearía lo opuesto.

Finalmente, un parámetro muy importante en la aplicación del shotcrete es el desarrollo de la resistencia inicial: mientras mayor ganancia haya dentro de los primeros minutos y primeras horas, habrá más seguridad y economía.

El uso de acelerantes provoca alta resistencia inicial, y la operación es más económica si se facilita construir un espesor total en una labor continua, incluso en un área limitada.

Pueden encontrarse más detalles en el libro de Soporte de Roca .

 

Diseño de soporte de roca

Control de Hidratación con DELVO®CRETE

DELVO®CRETE es un sistema líquido de dos componentes para el control de la hidratación: el primero es el estabilizador DELVO®CRETE, que se agrega al concreto o grout durante la dosificación y que es capaz de inhibir la hidratación de cementos portland hasta por 72 horas, aunque a menudo basta con 24 horas para la mayoría de las aplicaciones.

El estabilizador DELVO®CRETE controla la hidratación de todos los componentes de cemento, a diferencia de los retardadores normales que pueden acelerar un componente mineral al mismo tiempo que retardan la acción de otros.

El segundo componente del sistema es el activador, el cual es añadido a la boquilla o mezcladora estática, y simultáneamente vuelve a activar la hidratación del cemento y actúa como un acelerante de la mezcla estabilizada.

Ambos componentes son líquidos y no contienen cloruros.Se ofrecen varias clases de activadores según los requisitos de la obra.

El sistema DELVO®CRETE puede utilizarse en la proyección tanto por vía húmeda como por vía seca.

Una característica del estabilizador DELVO®CRETE es su capacidad de facilitar el efecto de los acelerantes con cementos difíciles o menos reactivos. Una dosis baja (0,2- 0,3 % de cemento) mejora la eficiencia del acelerante y reduce significativamente los tiempos de inicio y finalización del fraguado. Por ello, en vez de cambiar el cemento y el acelerante (lo cual podría ser difícil en ciertas condiciones de abastecimiento), añada el estabilizador DELVO®CRETE.

Campos de aplicación

• Shotcrete para construcción de túneles y operaciones de minería (incluso para soportes temporales o permanentes y para revestimientos finales)• Estabilización de taludes • Reparaciones con shotcrete de estructuras de concreto• Suspensiones para inyección• Grouteado de túneles (grouteado anular)Características y ventajas• Flexibilidad en el suministro de mezclas dosificadas• No más limpieza de bombas o tuberías durante las interrupciones del trabajo• Uso completo de mezclas para proyección seca o húmeda• Menos desechos• Ahorro de tiempo y dinero en materiales, equipos y mano de obra• Permite substituir los costosos materiales ensacados por mezclas más económicas preparadas en la obra• Ahorros considerables en los costos de construcción.Proyectos de referencia

• Túnel Flurlinger, Suiza• Jubilee Line, Sección 102, Metro de Londres• Brighton Stormwater relief, Reino Unido• Autopista A-14, París• Pergau HEPP, Malasia• Metro de Atenas, Grecia• Túnel Bianya, España• Túnel Ditschardt, Alemania

 

Estabilización de hidratación por 2 horas Estabilización de hidratación por 3 o 4 horas

Fibras para Concreto ProyectadoRefuerzo de Fibras para el Shotcrete

El concreto reforzado con fibra es un material novedoso que está siendo desarrollado de forma acelerada gracias a la opitimización de nuevas fibras, tecnología y técnicas de aplicación del concreto.

El uso del shotcrete reforzado con fibras ha avanzado significativamente en los últimos años, contando ahora con la aprobación de ingenieros, especificadores, propietarios y contratistas del mundo entero para aplicaciones de fortificación de roca.

Por qué es necesario reforzar el concreto?

El concreto es un material frágil. Generalmente el concreto y el shotcrete se fisuran por razones estructurales, principalmente por la poca resistencia a tracción del material. El concreto tiende a contraerse y al estar restringido, se fisurará. Para evitar este problema, es necesario reforzarlo con mallas electrosoldadas y varillas de acero, o con fibras.

Las fibras tienen ventajas obvias sobre la malla electrosoldada, siendo la más importante el hecho de que son pequeñas y que pueden distribuirse uniformemente a lo largo de toda la capa de concreto. Tal mejoramiento de la distribución de las grietas y de la tensión imparte viscosidad al concreto.

Comportamiento de las fibras en el shotcrete

Las propiedades mecánicas del shotcrete están principalmente determinadas por la relación agua/cementante, el contenido de microsílice, la dosis de acelerantes de shotcrete y las condiciones de curado.

La función principal de las fibras en el shotcrete es aumentar la ductilidad del material. Si bien es posible obtener una elevada resistencia a la flexión sin necesidad de fibras, la ductilidad está directamente relacionada con el tipo y la cantidad de las fibras.Se prefiere utilizar fibras largas (> 25 mm) a dosis altas (50 – 75 kg/m3). Como efecto secundario, las fibras metálicas mejoran la resistencia final a la flexión del shotcrete. Cuando se usan fibras sintéticas, la dosificación típica sería 7 a 10 kg/m3 para llegar al mismo desempeño.

Los resultados de pruebas a gran escala han demostrado que después del endurecimiento, la resistencia a la flexión del shotcrete se reduce a la mitad debido a la contracción y a la aparición de microfisuras, mientras que el shotcrete reforzado con fibras mantiene su resistencia a la flexión.

Los beneficios adicionales proporcionados por las fibras son:• Mayor resistencia contra impacto• Mayor resistencia a la abrasión y a la erosión• Mayor impermeabilidad y resistencia a la congelación debido a la conversión de grietas de contracción en microfisuras• Mayor capacidad de adherencia, en comparación con el shotcrete básico o reforzado con mallas electrosoldadas•Substancial mejoría en la ductilidad (absorción de energía) del shotcrete según pruebas hechas de acuerdo a los ensayos de EFNARC y ASTM de Paneles Determinados Redondos (Round Determinate Panel).

Las fibras no deberán utilizarse en el shotcrete por vía seca debido al elevado rebote de las fibras (> 50 %).

Ventajas técnicas de las fibras metálicas

El soporte de rocas está acompañado de riesgos constantes de cargas inesperadas y deformación. El mejor margen de seguridad posible se logra con una capa de shotcrete que tenga la más alta energía de rotura (ductilidad) posible.

Si bien la adición de fibras metálicas convencionales duplica la energía de rotura del shotcrete, con la adición de las nuevas fibras metálicas se alcanza un valor de energía de rotura que es de 50 a 200 veces mayor (véase la figura de arriba).

En términos prácticos, esto significa que con estas nuevas fibras, una capa de shotcrete puede agrietarse y deformarse y aún conservar una gran capacidad de carga, de manera que en circunstancias normales hay tiempo suficiente para poder observar las grietas o deformaciones y poder tomar las medidas pertinentes.

Las dos curvas muestran la deformación bajo la variación de la carga P aplicada a capas de shotcrete con o sin refuerzos de fibras de acero de última generación. El área bajo la curva representa la energía de rotura.

La energía de rotura de las fibras metálicas es también mayor que la de las mallas electrosoldadas, lo cual ha sido comprobado en los estudios a gran escala realizados al principio de los años 80 por la Asociación de Investigación Técnica Noruega (NTN F), una entidad independiente.

a) Shotcrete con 1 % de fibras metálicasb) Shotcrete con malla electrosoldada en el centro de la sección

La aplicación de ambas clases de capas de shotcrete reforzado se hizo con un espesor de 10 cm sobre tres bloques de granito (véase la figura debajo).

Al cabo de 28 días se aplicaron varias cargas (P) sobre el bloque del medio y se midió la deformación resultante.

Comparación de la energía de rotura de fibras metálicas y mallas electrosoldadas. La prueba simula un bloque cayendo sobre una capa de shotcrete de 10 cm, como se muestra en la fotografía4.

La prueba demuestra que la energía de rotura del shotcrete reforzado con fibra metálica es mucho mayor que la del shotcrete reforzado con mallas tradicionales.

En teoría, el shotcrete reforzado con malla electrosoldada puede exhibir resultados similares si la capa tiene un espesor mayor que 15 cm y el acero es de buena calidad.

Sin embargo, la malla común se fabrica de alambres estirados en frío. Esta malla tiende a romperse bajo deformaciones muy pequeñas, y por tanto es peligroso utilizarla ya que las aplicaciones de fortificación de roca involucran deformaciones.

Asimismo, los refuerzos de alambre electrosoldado crean un problema de calidad para el shotcrete. El efecto de sombra puede producir vacíos detrás de las varillas, lo cual es un problema serio que a la larga conduce a corrosión del refuerzo y fisuración del concreto.

El peligro que supone la calidad dudosa de la malla electrosoldada y el efecto de sombra puede evitarse fácilmente utilizando el refuerzo de fibra metálica, un material que se combina muy bien con el shotcrete fabricado por vía húmeda y a un costo bajo. Esta característica es idónea para las aplicaciones de soporte de rocas, en las cuales se espera que siempre haya deformación.

Fibras de vidrio

Las fibras de vidrio no sirven como un material permanente porque al cabo de cierto tiempo se fragilizan y son destruidas por la matriz alcalina del concreto. Por tanto, no deben utilizarse en ningún tipo de concreto, shotcrete o morteros con base cementicia.

Fibras sintéticas

(Fibras de polipropileno) Las fibras de plástico cortas son resistentes y duraderas (embebidas en el concreto), pero sus propiedades mecánicas son similares a las del concreto y no mejoran las propiedades ni imparten viscosidad al concreto; por tal motivo no sirven para aplicaciones de soporte de roca, pero sí son apropiadas en los casos en que únicamente se requiere refuerzo para contrarrestar la contracción (en particular, contracción plástica).

Tienen un efecto muy eficiente en la distribución de microfisuras durante la fase plástica del endurecimiento, y también reducen el rebote en la proyección por vía húmeda.

Recientemente BASF Construction Chemicals Latin America, ha desarrollado la fibras sintética de alto volúmen con el nombre MASTERFIBER™ 50 PS).

La fibra MASTERFIBER™ 50 PS fue desarrollada para reforzar y extender la durabilidad del concreto proyectado para soporte de roca, otorgando tenacidad y ductilidad al concreto proyectado. El sistema de Refuerzo de Fibras para Shotcrete - 100% de copolímero virgen de alta tenacidad, es una fibra extruida de material en base a mezcla de olefinas. La fibra es de tipo monofilamento, no fibrilada, totalmente orientada, formando un perfil que permite anclarlo a la matriz cementicia produciendo un concreto de alto desempeño.

La dosificación de la fibra monofilamento MASTERFIBER™ 50 PS va a depender de la falla de energia del shotcrete. Las fibras puedes ser agregadas directamente al sistema de mezcla del concreto, durante o después del mezclado de los otros ingredientes y mezlado en el momento y velocidad recomendados por el fabricante de la mezcladora (generalmente 5 minutos). Una dosis de 9 kg/m3 de fibras MASTERFIBER™ producirán una absorción de energía de 580 Joules para un shotcrete de alto desempeño.

Fibras de carbono

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

Fibras metálicas

Éstas son las fibras más utilizadas para el shotcrete. Existen varias clases y calidades disponibles en el mercado, pero sólo algunas reúnen 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 Ventajas económicas de las fibras

Al substituir la malla electrosoldada con fibras se puede evitar una operación peligrosa y difícil. Esto facilita que el concreto reforzado con fibra compita con la malla tradicional.

Las fibras producen ahorros de tiempo y dinero

Ahorros en costos directos:El costo directo de las fibras equivale a un 50 a 60 % del costo directo de la malla electrosoldada (mano de obra más material).

Ahorros en costos indirectos:Las fibras permiten aplicar el espesor requerido de shotcrete en toda la superficie, independientemente de la irregularidad del substrato. Se evita también el problema de mayor rebote causado por las mallas electrosoldadas, así como también el efecto de "sombras" detrás de las mismas.

Diseño de la mezcla para el shotcrete reforzado con fibra

El diseño de la mezcla con fibras requiere experiencia teórica y práctica del personal. El shotcrete reforzado con fibra requiere el uso de microsílice y aditivos para poder contrarrestar los efectos negativos que tienen las fibras sobre el bombeo y la proyección. Además, es importante que la adherencia entre el acero y la matriz de concreto sea óptima, lo cual se logra con la adición de microsílice y un agregado de tamaño máximo de 8 mm.

Se requiere un contenido mayor de material fino (mín. 400 kg). Es necesario aumentar el asentamiento a un mínimo de 15 – 20 cm. Esto significa que el shotcrete reforzado con fibra requiere una dosis mayor de superplastificantes.

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

La fibra metálica debe tener un largo no superior a 50 a 60 % del diámetro de la manguera de bombeo. Esto significa que para la proyección manual, la máxima longitud de fibra normal es 25 mm; para robots con mangueras de 65 mm, es posible hacer la proyección con una longitud de fibra hasta de 40 mm.. Con las fibras sintéticas de alto volúmen no existe esta límite en cuanto a la longitud de la fibra ya que se utilizan fibras de +50mm.

Las fibras metálicas pueden añadirse antes, después o durante la dosificación de los materiales del concreto. Si se produce aglomeración de fibras (bolas), pueden modificar la secuencia de dosificación.

Con la fibra MASTERFIBER™ 50 PS existe una ventaja adicional que puede ser vaciado directamente a la mezcladora, con prácticamente ningún riesgo de atascamiento en la tubería ni de aglomeración de fibras (bolas).

 

Clases de fibras Capacidad de carga

Comparación de la energía de rotura de fibras metálicas y mallas electrosoldadas. Figura 4 - Bloque de granito

Shotcrete por Vía Húmeda

Diseño de mezcla para el shotcrete por vía húmedaDado que estamos trabajando con mezclas de concreto, podemos utilizar la gran variedad de aditivo que tenemos a nuestra disposición para fabricar un buen concreto para el método de vía húmeda, a saber: • Microsílice• Aditivos plastificantes• Acelerantes de fraguado• Fibras• Postratamiento• Equipo de proyección• Ejecución correcta

En esta sección trataremos brevemente cada área individual mencionando sus ventajas pero al mismo tiempo señalando los problemas debido a prácticas inadecuadas.

Tal como se mencionó anteriormente, el shotcrete exige los mismos requisitos que exige el concreto normal de construcción,o sea:• Baja relación agua/cemento• Menos agua

• Menos cemento• Buena capacidad de bombeo

Las diferencias entre las propiedades del concreto fresco y del endurecido son particularmente pronunciadas en el caso del shotcrete.

Este hecho disminuye la calidad del shotcrete fabricado por vía húmeda; sin embargo, la diferencia puede controlarse con el uso de aditivos reductores de agua, microsílice y fibras.

MicrosíliceRHEOMAC® SF100

La microsílice es una puzolana muy reactiva con alta capacidad para fijar iones extraños, particularmente álcalis.

La microsílice tiene un efecto de relleno; distribuye los productos de hidratación de manera más homogénea en el espacio disponible, produciendo así un concreto con menor permeabilidad, mayor resistencia a sulfatos y más durabilidad ante ciclos de congelación y deshielo.

Al analizar las propiedades del concreto con microsílice, es importante tener en cuenta que la microsílice puede utilizarse de dos maneras:• 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 de como substituto del cemento, a fin de mejorar las propiedades del concreto y de la proyección.

Ventajas especiales del shotcrete con microsílice• Es posible producir shotcrete de calidad normal (es decir, 20 a 30 MPa de resistencia cúbica) sin necesidad de utilizar microsílice.• Sin embargo, la colocación y el rebote depende hasta cierto grado del uso de microsílice.• Desde el punto de vista técnico, se recomienda utilizar 5 - 10 % de microsílice (con relación al peso del cemento).

El uso correcto de microsílice puede proporcionar las siguiente propiedades 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• Mayor resistencia a la permeabilidad

• Menos rebote • Mayor resistencia a los sulfatos

En el shotcrete reforzado con fibra, la adición de microsílice ofrece además:• 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 microsílice al shotcrete a fin de obtener la mejor calidad posible.

Debido a la finura de la microsílice, al agregarla al concreto se precisan dosis elevadas de un plastificante o superplastificante para dispersarla.

La dosificación de aditivos aumenta en aproximadamente un 20 % cuando se añade microsílice.

Precipitante NanosíliceComo nueva adición al rango de productos BASF Construction Chemicals, MEYCO® MS685 es un aditivo a basado en nanosílice con un tamaño de partículas aproximado de 5 veces menores a la microsílice. Esto otorga mejor cohesión a la mezcla con propiedades de mejor adhesión y bombeabilidad. El producto también tiene una reactividad más temprana que la del microsílice (dentro de 1 día).

AgregadosEn lo que se refiere a todos los hormigones, la calidad del agregado es un asunto primordial tanto para el concreto fresco como para el endurecido.

Es importante que la distribución del tamaño de grano y otras características sean lo más uniforme posibles.

No hablaremos aquí de selección del agregado dado que usualmente debe utilizarse el material disponible y adaptar la formulación al mismo; no obstante, para la proyección de mezclas húmedas 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 superior de diámetro máximo.• La curva granulométrica del agregado es también muy importante, especialmente en su sección inferior.El contenido de material fino en el tamiz n.º 0,125 mm debe oscilar entre un límite inferior de 4 - 5 % y uno superior de 8 - 9 %. • Los materiales finos demasiado pequeños producen segregación, mala lubricación y riesgo de atascamiento. Sin embargo, en caso de usar concreto con fibra, el sobrante de material fino es importante tanto para el bombeo como para la compactación. Un contenido elevado de material fino produce un concreto cohesivo.

En lo posible, la cantidad de partículas de 8 mm no debe exceder el 10 %; en caso contrario, las partículas rebotarán durante la proyección sobre superficies duras (al comenzar la aplicación), o penetrarán el concreto ya colocado produciendo cavidades

difíciles de llenar. Durante el tamizado, almacenamiento y manejo de los agregados, deben eliminarse partículas de tamaño superior a 10 mm, ya que pueden bloquear la boquilla y dificultar la limpieza. Vea Gráfica 1

Es importante efectuar una buena clasificación de los agregados, y ninguna fracción debe constituir más del 30 % del total.

El contenido de material triturado y de forma irregular no debe exceder el 10 %.

A menudo, la mejora de la curva granulométrica de una arena natural mediante el uso de material triturado supone aumentos en la demanda de agua y disminución de la facilidad de bombeo y de la compactación.

Por tanto, antes de utilizar materiales triturados como agregados, deben hacerse pruebas comparativas para determinar si la adición de dichos materiales mejora los resultados.

Dado que los márgenes de la cesta del tamiz son relativamente pequeños, frecuentemente conviene combinar dos o más fracciones, p. ej., 0 - 2, 2 - 4 y 4 - 8 mm, ajustando la proporción entre ellos, con objeto de elaborar una curva granulométrica que esté dentro de los límites de la curva ideal.

La insuficiencia del material fino puede compensarse utilizando más cemento o microsílice; para compensar el exceso de dicho material, se aumenta la dosificación de aditivos reductores de agua.

La curva de distribución del tamaño de grano para el agregado debe caer en la región sombreada de la figura siguiente Vea Gráfica 2.Aditivos (plastificantes y superplastificantes)GLENIUM TC1301GLENIUM TC1303RHEOBUILD® 1000RHEOBUILD® 561RHEOBUILD® 716RHEOMAC® VMA 362RHEOMAC® VMA 358

Los aditivos tienen como finalidad lograr propiedades específicas en el concreto fresco y en el endurecido mediante el método de proyección por vía húmeda. El uso de aditivos no es una práctica nueva.

Los antiguos romanos utilizaban diferentes clases de aditivos (tales como sangre de cabra o grasa de cerdo) para sus trabajos de mampostería, a fin de mejorar las características de moldeo de los materiales.

El hecho de que sus construcciones siguen aún de pie, indica que éstos tenían razón!

Si bien es cierto que los aditivos de concreto son más antiguos que el cemento portland, su desarrollo, investigación y utilización han realmente ocurrido es en los

últimos 30 años, todo ello debido a las exigencias en cuanto a aumentar la producción y a obtener materiales de mayor calidad.

Los reductores de agua tienen la función de mejorar la trabajabilidad del concreto y su capacidad de cohesión en el estado plástico; pueden provocar un aumento significativo del asentamiento con la misma relación agua/cemento, o bien dicha relación puede reducirse para alcanzar el mismo asentamiento que se obtendría para una mezcla carente del reductor de agua.

La disminución de la relación agua/cemento está asociada con un aumento en la resistencia; el aumento del asentamiento, con una mejor facilidad de bombeo.

El método por vía húmeda tiene la ventaja de que la mezcla del concreto y la adición de agua se llevan a cabo bajo condiciones controladas y reproducibles, tales como las de una planta de concreto.

Asimismo, la relación agua/cemento -uno de los factores fundamentales de la tecnología del concreto-, se mantiene bajo control.

Sin embargo, uno tiende a olvidar que los equipos requieren un concreto fresco con gran facilidad de bombeo. Más aún, el método requiere una mayor cantidad de aditivos acelerantes de fraguado, lo cual puede conducir a la pérdida de resistencia.

Hoy en día se utilizan con frecuencia combinaciones de lignosulfonato, naftaleno y melamina. Los naftalenos/melaminas (superplastificantes) son químicamente diferentes a los lignosulfonatos (plastificantes/reductores de agua); a los superplastificantes usualmente se les conoce como reductores de agua de alto rango porque pueden utilizarse en altas dosis sin los problemas de retardo de fraguado ni de inclusión excesiva de aire que a menudo se observan con la adición de dosis altas de reductores de agua convencionales.

En síntesis, podemos afirmar que la melamina forma una película lubrificadora en la superficie de la partícula y la naftalina carga las partículas del cemento eléctricamente de forma que se rechazan unas a las otras. Por otro lado, el lignosulfonato disminuye la tensión superficial del agua.

Cuando las partículas de cemento están bien dispersas, no sólo fluyen mejor sino que cubren mejor los agregados. El resultado es un concreto más resistente y trabajable.

Los superplastificantes /plastificantes tienen un efecto excelente en la dispersión de "finos", y por tanto son aditivos ideales y necesarios para el shotcrete.

El mayor asentamiento logrado por los superplastificantes convencionales depende de las condiciones de tiempo y temperatura.

Sin embargo, la facilidad de bombeo puede mantenerse sólo por tiempo limitado (20 - 90 minutos) después de la mezcla, y una dosis excesiva de aditivos puede conducir a segregación y a una pérdida total de la cohesión.

Normalmente la dosificación oscila entre 4 y 10 kg/m3 según los requisitos de calidad, relación agua/cemento, consistencia requerida, así como también el tipo de agregado y de cemento.

GLENIUM®, un policarboxílico, se utiliza ya ampliamente en Europa en combinación con acelerantes libres de álcalis. Este producto representa el futuro en aditivos para shotcrete.

 

Gráfica 2 - Curva de distribución del tamaño del grano para el agregado Gráfica 1 - Clasificación de agregados

Sistema Total de Control de ConsistenciaProductosMEYCO® TCC 780MEYCO® TCC 735

Al proyectar shotcrete por vía húmeda, idealmente se busca fabricar y transportar una mezcla de alta trabajabilidad con el fin de reducir las presiones de bombeo y facilitar -por ejemplo- el transporte de shotcrete con fibra a través de las tuberías, mangueras y hasta la boquilla.

Sin embargo, al mismo tiempo se requiere un concreto con poco o ningún asentamiento para la compactación e instalación sobre la superficie de la roca. A primera vista parecería que estos dos requisitos son incompatibles.

No obstante, cada día se bombea un concreto de alta trabajabilidad para el shotcrete con altos contenidos de agua, el asentamiento se convierte a una consistencia apropiada con altas dosificaciones de acelerantes.

El efecto es una pérdida neta de las propiedades del concreto con gran acumulación sobre las mallas electrosoldadas, lo cual lleva a defectos de sombra, huecos, y aumento del rebote debido a que el concreto se ha endurecido demasiado para el momento en que choca con la roca o con la capa anterior de shotcrete.

Este rápido endurecimiento reduce la compactación y la densidad y hace el concreto permeable al agua, lo cual a la larga provoca la salida del acelerante y de otros materiales solubles en agua, obstruyendo drenajes y contaminando el suelo y el medio ambiente.

El sistema MEYCO® TCC posibilita el transporte y bombeo de mezclas con alta trabajabilidad,

y la proyección óptima a través de la boquilla.

Esto es posible gracias a la combinación de dos químicos incompatibles que logran el efecto de eliminar el asentamiento sin afectar el endurecimiento ni las otras propiedades mecánicas del concreto.

El sistema MEYCO® TCC sconsiste en dos componentes: el estabilizador de consistencia (componente A) y el activador de consistencia (componente B). Al combinarse, provocan una reducción inmediata de la trabajabilidad sin afectar las características de fraguado de la mezcla.

Esta característica es una ventaja en lo que respecta a trabajos de acabado que requieren nivelación o alisado con llana.

Estabilizador de consistenciaMEYCO® TCC 780

El componente B, que activa el sistema, es usualmente agregado a la mezcla de concreto en la boquilla (o mezclador helicoidal en caso de un mortero) y provoca una pérdida inmediata de la trabajabilidad (de vuelta al asentamiento básico), así como también un aumento de la cohesión o tixotropía de la mezcla.

Debido al aumento de la cohesión de la mezcla, el grouteo tendrá una mejor resistencia al lavado en las zonas de infiltración de agua.

El uso del sistema MEYCO® TCC facilita el bombeo de hasta los concretos más difíciles con el menor contenido posible de cemento. De la misma manera, se facilitan las labores de colocación submarina del concreto con un bajo lavado del cemento.

El componente B es usualmente combinado con un acelerante de fraguado, el cual también actúa como el activador para el sistema Delvocrete de control de hidratación (en caso de que se esté utilizando en la misma mezcla), lo cual reduce el número de aditivos requeridos.

La subsiguiente baja dosis de acelerante necesaria para alcanzar el mismo efecto, comparado con una dosis superior del acelerante tradicional de vidrio soluble, logra una pérdida mínima (o ninguna pérdida) de la resistencia máxima, además de reducción del rebote del shotcrete y fibras en el caso de shotcrete reforzado con fibra, y mejor orientación de fibra, lográndose así un producto con mejor ductilidad y un índice de tenacidad superior.

Productos MEYCO® TCC 780 en comparación con acelerantes de vidrios solubles y acelerantes de aluminato Los activadores del sistema MEYCO® TCC tienen base de silicato, y por tal motivo frecuentemente no se les considera para usos posibles del sistema para aplicaciones del shotcrete.

Éste es particularmente el caso en países que han tenido experiencias muy negativas con el uso de silicatos (vidrios solubles industriales). El sistema MEYCO® TCC facilita la producción de shotcrete de alta calidad debido a que el polímero modificado produce el efecto de "slump killing" en la boquilla. El cambio instantáneo de la consistencia permite lanzar espesores mayores a 10 cm sobrecabeza .

Esto también significa que como la dosis del MEYCO® TCC 780 oscila entre 2 y 6 %, el nivel

de silicato en la mezcla es también menos de la mitad o un tercio de las dosis tradicionales de silicato empleadas.

Los acelerantes de shotcrete base aluminato son sumamente cáusticos y agresivos, pudiendo causar quemaduras cutáneas graves y pérdida de la vista. Con el uso del sistema MEYCO® TCC, es posible reducir la cantidad de equivalentes de Na2O en un 66 % y también se reducen significativamente los riesgos a la salud dado que el pH es aproximadamente 11.

Campos de aplicación• Shotcrete por vía húmeda para soporte de rocas• Shotcrete por vía húmeda para reparaciones, cuando se requiere un extenso tiempo para el acabado superficial• Relleno y grouteo de contacto

Características • Facilita bombear mezclas de gran trabajabilidad con baja proporción de agua/cemento, sin segregación ni exudación• Proporciona el nivel correcto de trabajabilidad para proyectar o bombear grout en la boquilla o mezclador helicoidal• Permite bombear y proyectar agregados finos y gruesos de roca triturada• Gran espesor (10 cm en clave, con 0 % de componente acelerante posible)• Ambiente de trabajo favorable: menos polvo y partículas aéreas • Bajo contenido de álcalis• Funciona con todo tipo de cemento• Proporciona alta durabilidad y calidad del shotcrete• Proporciona una mejor compactación alrededor de la malla electrosoldada y de la cercha• Reduce el rebote de las fibras• Proporciona excelente ductilidad del shotcrete reforzado con fibra metálica• Menor reducción de la resistencia final que con los acelerantes tradicionales de silicato y aluminato, de manera que se puede optimizar la mezcla de shotcrete• Alta resistencia inicial para soporte de rocas, o extenso tiempo para el acabado superficial, según el tipo y la dosificación del acelerante utilizado• Menos rebote debido al retardo del fraguado

Beneficios• Menos taponamientos de bombas• Presiones de bombeo reducidas• Menos desgaste de las bombas, y por tanto menos costos de mantenimiento• Se pueden utilizar agregados obtenidos de la rocas excavadas trituradas, y por lo tanto se reduce la cantidad de roca a eliminar

Algunos Proyectos de Referencia• Túnel carretero Hvassum, Noruega• Mina de oro Vaal Reefs, República Sudafricana• Túneles Tsing Yi y Lantau MTRC, Hong-Kong• Túnel trasvase de agua Midmar, Sudafrica

 

  Construcción Subterránea    Tecnologias: Minería :  Shotcrete :  Vía Seca o Vía Húmeda

Hoy en día se utilizan dos métodos: la proyección por vía seca y la proyección por vía húmeda.

En el proceso de vía seca, el agua necesaria para la hidratación es agregada en la boquilla, mientras que en el método por vía húmeda el agua se agrega en la planta dosificadora.

Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas, y la selección de uno u otro dependerá de los requisitos del proyecto y de la experiencia del personal encargado de ejecutarlo. Ambos serán empleados en la industria de la construcción del futuro.

Hasta hace pocos años, el método más utilizado era el de proyección por vía seca, pero hoy en día la tendencia ha cambiado, especialmente en shotcrete para soporte de rocas.

El método dominante del futuro será el de proyección por vía húmeda debido a que ofrece un mejor ambiente de trabajo, mayor calidad, uniformidad y producción.

Los desarrollos en la tecnología del shotcrete están relacionados con el proceso de vía húmeda.

Entre algunos ejemplos de desarrollos recientes figuran las nuevas generaciones de adiciones y aditivos tales como el sistema de control de hidratación DELVO®CRETE, el sistema de control de consistencia MEYCO® TCC, el curador interno de concreto MEYCO® TCC 735, microsílice y nanosilicatos, fibras metálicas y plásticas.

Actualmente, un 70 % del shotcrete se aplica mediante vía húmeda (más de 8 millones de m3 al año en todo el mundo), mientras que el 30 % restante se aplica por vía seca. En algunas regiones del mundo predomina el método por vía húmeda (casi 100 % en Escandinavia e Italia).

Método por Vía SecaTodo proceso tiene sus desventajas; las del método por vía seca son:• Altos costos operativos debido al desgaste y daños en las máquinas de rotor, especialmente en los empaques de caucho y los discos de fricción. Para mantener estos costos dentro de límites razonables, es necesario configurar bien las máquinas, hacer cambios oportunos de piezas y utilizar procedimientos adecuados de pulverización• Otra desventaja es la formación de polvo, pero el mismo puede reducirse procurando un contenido favorable de humedad natural (o prehumidificación adecuada) y utilizando aglomerantes de polvo.• Además de la formación de polvo en la boquilla, es necesario también prestar atención al efecto que tiene el polvo del sistema de alimentación sobre la máquina. En este particular, las máquinas tradicionales de doble cámara o la versión moderna de la Schürenberg (SBS) son ventajosas. Sin embargo, las máquinas de rotor pueden ser condicionadas a prueba de polvo hasta cierto punto (o incluso totalmente).• Otro problema importante del proceso de proyección en seco es el rebote relativamente alto. Según la superficie de aplicación en cuestión (vertical o en clave), se pierde entre un 15 y un 35 % del concreto. La pérdida promedio es del 20 al 25 %.• Para reducir el rebote de una manera significativa, se pueden utilizar las nuevas clases de adiciones y aditivos mencionados anteriormente. El uso de microsílice o de sistemas de control de la hidratación tales como DELVO®CRETE puede ayudar, y la pérdida promedio puede reducirse hasta un 15 %.

Frecuentemente se cita una desventaja adicional: el bajo rendimiento del equipo. No obstante,

las máquinas modernas permiten aplicar más de 10 m3/h; esto es algo que indudablemente no es posible lograr con aplicación manual, sino con el uso de un brazo robotizado. Sin embargo, dado el aumento en los costos de desgaste, una producción superior a 8 m3/h resulta crítica desde el punto de vista económico.

Gracias a los muchos años de experiencia en el proceso de proyección en seco, existe hoy en día un gran conocimiento sobre la técnica.

Es sumamente importante asegurarse de seleccionar materiales, equipos y técnicas de aplicación que puedan combinarse de la mejor manera posible para alcanzar resultados satisfactorios tanto en calidad como economía.

Método de proyección por vía húmedaTal como se mencionó anteriormente, este método es el único utilizado en Escandinavia, Italia y en un gran número de importantes proyectos subterráneos en todo el mundo. El uso del shotcrete para aplicaciones de soporte de rocas ha aumentado en forma exponencial en los últimos 10 a 15 años, lo cual ha impulsado un intenso desarrollo del mismo.

Entre 1971 y 1980 se produjo un desarrollo impresionante del método por vía húmeda en Escandinavia, con consiguiente transformación total de su mercado de shotcrete: se pasó de 100 % de vía seca a 100 % de vía húmeda, y la aplicación pasó de manual a robótica. Este cambio radical ocurrió sólo en Noruega. Desde aproximadamente 1976 -1978 se han venido agregando cada vez más el humo de sílice y la fibra metálica al shotcrete fabricado por vía húmeda.

Sin duda alguna los noruegos llevan la delantera en la tecnología del shotcrete fabricado por vía húmeda, tanto en teoría como en práctica.

La mala fama de la técnica de proyección por vía húmeda se debe a los deficientes equipos utilizados y al poco conocimiento del método, factores que han acarreado la producción de un concreto de muy baja calidad. Para que la mezcla pudiera pasar por el equipo, se utilizaban contenidos muy altos de agua, con una relación de agua/cemento hasta de 1,0.

Gracias a la tecnología de la industria del concreto actual, hoy en día es totalmente factible producir shotcrete por vía húmeda que tenga una resistencia a la compresión a los 28 días superior a 60 MPa.

Actualmente la tecnología se utiliza también en la construcción de nuevas edificaciones (en vez del método de colocación original) y en la reparación de plataformas petroleras en el Mar del Norte. Esto es una prueba fehaciente de la alta calidad del método, dados los estrictos requisitos que deben cumplir los métodos y los materiales utilizados en la construcción submarina.

No se sabe por qué el cambio sucedido en Escandinavia no ha ocurrido en ningún otro país. Quizás la explicación se encuentre analizando las condiciones noruegas.

EconomíaLa capacidad de proyección ha aumentado considerablemente desde los tiempos de maquinarias/robots de mezclado en seco, hasta los robots de vía húmeda modernos. En un turno de 8 horas, la capacidad promedio de proyección del método por vía húmeda es

usualmente 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 húmeda aumentaron significativamente, al mismo tiempo hubo una caída igualmente significativa del costo de colocación del shotcrete, y también disminuyó uno de los principales factores de costo, a saber: el tiempo de preparación por cada ciclo. Gracias a los sistemas robóticos integrados, la aplicación del shotcrete puede comenzar a los pocos minutos de la llegada de los equipos al frente. La introducción de los perforadores hidráulicos aumentó la capacidad de perforación en un 100 %. El aumento de la inversión se tradujo en menores tiempos por ciclo de perforación y explosión; por tanto, el costo del tiempo aumentó. El tiempo gastado en la operación de proyección tenía que disminuir lo máximo posible, y por tanto fue fundamental aumentar la capacidad de aplicación de shotcrete.

Asimismo, la reducción del rebote en aproximadamente un 25 % tuvo importantes repercusiones económicas.

Ambiente de trabajoLos operarios del proceso por vía seca estaban acostumbrados a trabajar en medio de una gran cantidad de polvo. Se emitía polvo no sólo desde la boquilla, sino también desde la máquina de proyección. Como norma general, los resultados de las mediciones de polvo en el ambiente de trabajo eran más de tres veces la cantidad permisible.

El método por vía húmeda mejoró significativamente las condiciones del ambiente de trabajo, trayendo consigo mayor seguridad para los trabajadores de túneles.

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

CalidadTodavía se piensa equivocadamente que el método por vía húmeda no ofrece resultados de alta calidad. Lo cierto es que si se utilizan aditivos reductores de agua (baja relación agua/cemento) y microsílice, se pueden obtener resistencias a la compresión de hasta 100 MPa aplicando en el concreto fabricado por vía húmeda.

A diferencia del método por vía seca, el de vía húmeda ofrece una calidad bastante constante.

AplicaciónCon el método húmedo se utiliza un concreto ya mezclado en planta de concreto o un mortero premezclado. El concreto se prepara de la misma forma que el concreto normal. En cualquier momento del proceso es posible inspeccionar y controlar la relación agua/cemento (y por tanto, la calidad). La consistencia puede ser ajustada por medio de aditivos.

Con el método de vía húmeda es más fácil producir una calidad constante a lo largo del proceso de proyección. La mezcla ya lista se descarga en una bomba y se transporta a presión a través de la manguera. Al principio se utilizaban principalmente bombas helicoidales; hoy en día predominan las bombas de pistón.

En la boquilla del extremo de la manguera, se agrega aire al concreto a razón de 7-15 m3/min y una presión de 7 bars según el tipo de aplicación (manual o robot). El aire tiene la función de

aumentar la velocidad del concreto a fin de lograr una buena compactación y adherencia a la superficie.

Un error común que se comete con el método de vía húmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire. Generalmente se agregan entre 4 y 8 m3/min, lo cual lleva a menores resistencias a la compresión así como también a adherencia deficiente y rebote. Para la proyección robotizada se requieren hasta 15 m3/min de aire.

Además de aire, se añaden acelerantes de fraguado en la boquilla. Todavía hay quien cree que no es posible obtener concreto resistente a la congelación, y que los acelerantes de fraguado empeoran la adherencia del shotcrete.

Los resultados de varios estudios, aunados a la experiencia práctica, demuestran que los acelerantes logran una mejor resistencia a la congelación debido a que producen un concreto más compacto y duradero; asimismo, mejoran la adherencia porque evitan el escurrimiento del concreto sobre el terreno, y éste se adhiere inmediatamente a la superficie.

VentajasA continuación se expone un resumen de las ventajas del método de vía 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 oscilan entre 5 y 10 %, incluso para el caso de proyección de concreto reforzado 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 de agua (constante, relación agua/cemento definida).• Mejor adherencia. • Superior resistencia a la compresión, poca variación en los resultados.• Producción muy superior, y por tanto más economía. • Uso de fibras metálicas y nuevos aditivos.

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

Resumen del método por vía húmedaCon la proyección a robot de superficies suficientemente grandes por vía húmeda, es posible lograr (con un operario) una producción promedio de 60 - 100 m3 con rebote inferior al 10 %, en un turno de trabajo de 8 horas.

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