SHOTCRETE

CONCRETO LANZADO

TECNOLOGIA DE MATERIALES 1

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CONCRETO LANZADO SHOTCRETE

DOCENTE: ING. CARLOS VEGA

ALUMNO: ESAUD ABRIL FLORES

BARRANCO, NOVIEMBRE 2009

CONCRETO LANZADO


INDICE GENERAL

CAPITULO 1: APLICACIONES Y TIPOS DE CONCRETO

LANZADO 1.1 Introducción. 5 1.2 Definición. 5 1.3 Evolución del concreto Lanzado 6 1.4 Aplicaciones del concreto Lanzado 7 1.5 Requerimientos del Concreto Lanzado. (Calidad – Desempeño) 8 1.6 Requerimientos del Concreto Lanzado. (Ecología - Economía) 11 1.7 Métodos de aplicación del Concreto Lanzado. 12 1.7.1 Método por Vía Seca. 12 1.7.2 Diseño de Mezcla. 14 1.7.3 Ventajas y Desventajas. 15 1.7.4 Método por Vía Húmeda. 15 1.7.4.1 Uso del cemento 17 1.7.4.2 Uso del Agregado 18 1.7.5 Diseño de Mezcla 19 1.7.6 Ventajas y Desventajas 20 1.7.7 Shocrete Reforzado con Fibra 20 1.7.8 Consideraciones de la Fibra 21 1.7.9 Características Geométricas de la Fibra 22 1.7.10 Características del Material 22 1.7.11 Materiales Usados para la Elaboración 23 1.7.12 Aplicaciones en el sostenimiento 24

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CAPITULO 2: ENSAYOS DEL CONCRETO LANZADO 2. Introducción 27 2.1 Requisitos de la norma. 27

2.1.1 Ensayos de Paneles Circulares ASTM C 1550 27 2.1.2 Ensayos de Vigas Prismáticas ASTM C 1399 28

CAPITULO 3: ENSAYOS DE PANELES CIRCULARES Y

VIGAS PRISMATICAS. 3.1 Ensayos en Paneles Circulares 29

3.1.2 Parámetros Registrados 33

3.2 Ensayos de Vigas Prismáticas 33

3.2.1 Elaboración de Testigos y descripción del ensayo 33

3.2.2 Parámetros Registrados 36

CAPITULO 4: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

37

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RESUMEN

El concreto lanzado o “shotcrete”, inicialmente desarrollado para la actividad minera

pero actualmente en expansión hacia el ámbito urbano en la forma de sostenimiento

de taludes e incluso en la construcción de estructuras vaciadas contra terreno, es

definido por los códigos ACI como “concreto o mortero reumáticamente proyectado a

alta velocidad sobre una superficie que contiene fibras discontinuas y separadas.

Este material tiene como propiedad característica la capacidad para deformación si

presentar colapso, a diferencia de los concretos convencionales. Esta propiedad es

evaluada a través de las normas ASTM C 1399 (vigas prismáticas) y ASTM C 1550

(paneles circulares).

Se estudiara también los tipos y usos de concreto lanzado en el ámbito de la

ingeniería civil y minera, los ensayos realizados de acuerdo alas normas ASTM, Y los

diferentes equipos empleados para la aplicación del Shotcrete.

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CAPITULO 1 APLICACIONES Y TIPOS DE CONCRETO

LANZADO 1.1 INTRODUCCION Hoy en día se viene utilizando con mucho éxito el Shotcrete o concreto lanzado en el

mundo, cuyo campo de aplicación es variado como son: revestimiento y reparación de

túneles, estabilización de taludes, paredes de retención, sostenimiento de rocas en

labores mineras, etc. La industria moderna ha ido reemplazando las estructuras

hechas con materiales tradicionales, en particular durante el siglo XX, tales como

piedra, madera y albañilería convirtiéndose, junto con el acero, es el material de mayor

uso en la actualidad.

Una ventaja fundamental del shotcrete es que permite efectuar un soporte rápido y

efectivo de grandes áreas. Con productos y un diseño adecuado de mezcla, en una

sola aplicación se pueden obtener espesores de shotcrete superiores a 300 mm. La

adición de acelerante especializados puede lograr que el concreto finalice su fraguado

en pocos minutos y finalice su fraguado en pocos minutos y desarrolle altas

resistencias mecánicas en horas.

Uno de los múltiples desarrollos que ha tenido el concreto es el concreto lanzado o

“shotcrete”, inicialmente desarrollado para la actividad minera pero actualmente en

expansión hacia el ámbito urbano en la forma de sostenimiento de taludes.

La tecnología del shotcrete se ha desarrollado con dos métodos de aplicación

diferentes, cada uno con su propia línea de equipos, y procedimientos de fabricación y

colocación: proyección por vía húmeda y proyección por vía seca.

1.2 DEFINICION

El código ACI 506R-05 “Guía al shotcrete” en su acápite 1.4 define al shotcrete como

“concreto o mortero neumáticamente proyectado a alta velocidad sobre una

superficie”.

Tomando un segundo enunciado para este material, la enciclopedia electrónica

Wikipedia publicada en Internet presenta una definición similar a las anteriores, sin

embargo añade: “…El shotcrete experimenta colocación y compactación al mismo

tiempo debido a la fuerza con la que es proyectado desde la boca de salida. Este

puede ser impactado sobre cualquier tipo o forma de superficie incluidas áreas

verticales o invertidas”.

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1.3 EVOLUCION DEL CONCRETO LANZADO 1895: Desarrollo de la pistola original de cemento (Chicago, EUA)

1907: Invento del rociado de concreto y mortero a alta velocidad por el doctor Carl E. A

1910: Patente en Estados Unidos. Registro del nombre gunite por la Cement Gun Co.

de Allentown, PA

1920: Patente en Alemania

1930: Introducción del nombre genérico de shotcrete por la American Railway

Engineering Association

1940: Uso inicial de agregado grueso en concreto lanzado

1945: Adopción del término shotcrete por el ACI

1950: Creación del Comité ACI 506 Desarrollo de la pistola tipo rotatoria en Michigan

1955: Introducción del método de vía húmeda

1970: Primer uso práctico de concreto lanzado con fibra de acero por el US Army

Corps of Engineers

1975: Primer uso de concreto lanzado con microsílica en Noruega

1980: Primer uso de microsílica en Norteamérica (Vancouver, BC) Introducción de

mezclas pre embolsadas

1985: Primer uso de aire incluido en concreto lanzado vía seca

1998: Formación de la American Shotcrete Association.

Fig. 1 Evolución de Equipos y Acelerante

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1.4 APLICACIONES DEL CONCRETO LANZADO Aplicaciones más comunes del concreto lanzado:

• Estabilización de taludes y muros de contención

• Cisternas y tanques de agua

• Albercas y lagos artificiales

• Rocas artificiales (rockscaping)

• Canales y drenajes

• Rehabilitación y refuerzo estructural

• Recubrimiento sobre panel de poliestireno

• Túneles y minas

• Muelles, diques y represas

• Paraboloides, domos geodésicos y cascarones

• Concreto refractario para chimeneas, hornos y torres

Uso Requerimientos Típicos

Soporte Temporal en Túneles • Alta resistencia inicial.

• Buena adherencia.

• Alto rendimiento.

• Bajo rebote.

Soporte permanente túneles • Alta resistencia inicial.

• Alta resistencia final.

• Baja permeabilidad.

• Alta durabilidad.

Minería • Alta resistencia inicial.

• Sello de superficies de

excavación

• Baja a media resistencia final

Resistencia al fuego • Carga protectora (sin función

de de carga).

• Alta adherencia.

• Resistencia a temperatura de

hasta 1200° C.

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Estabilización de Taludes • Rápido desarrollo de

resistencias.

• Uso flexible.

• Volúmenes bajos de

concreto

Reparación de túneles • Resistencia a largo plazo.

• Buena adherencia.

• Resistencia química.

Reparación de presas de concreto.

• Alta durabilidad en capas

delgadas.

• Bajo de modulo de

elasticidad.

• Bajo rebote.

Reparación de muelles • Alta resistencia mecánica.

• Alta resistencia a ataques

químicos.

• Bajo modulo de elasticidad.

Reparación de puentes • Concreto joven no

susceptible vibración por el

tráfico.

• Bajo modulo de elasticidad.

1.5 REQUERIMIENTOS DEL CONCRETO PROYECTADO (CALIDAD –

DESEMPEÑO)

Para el diseñador del proyecto, el factor más importante es cumplir con las

especificaciones de los estándares para el trabajo de concreto Proyectado, mientras

que el contratista hace un énfasis en un método de producción e instalación que

garantice la calidad la calidad requerida al mínimo costo. Por otro lado, las

autoridades, de Salud y seguridad demandan la máxima higiene y seguridad en obra

durante las operaciones de colocación del Concreto Proyectado (máxima resistencia

inicial del concreto Proyectado aplicado para la estabilización sobre cabeza, baja

contaminación de polvo y mínimo riesgo en sustancias toxicas o alcalinas).

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1.5.1 RESISTENCIA INICIAL

Este es un prerrequisito para el concreto Proyectado sobre cabeza, particularmente

para altos rendimientos, cuando se aplican capas gruesas o cuando se lanzan en

lugares con filtraciones de agua. La curva de desarrollo de resistencia en los primeros

minutos tiene una fuerte influencia en la generación de polvo y en rebote. El desarrollo

de la resistencia inicial se evalúa entre los 6 y los 60 minutos, luego las medidas se

hacen cada hora.

Fig. 2. Resistencia Inicial

1.5.2 RESISTENCIA FINAL

A menor cantidad de agua en la mezcla, menor porosidad de la pasta de concreto

endurecido. Esto tiene un efectivo ventajoso en la mayoria de las propiedades del

concreto, especialmente para la resistencia para la resistencia a la compresión. La

cantidad de agua necesaria para la hidratación del cemento equivale a una relación

A/C cercana a 0.25. El agua en exceso se evapora después de la aplicación y deja

poros en la pasta del concreto endurecido.

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Fig. 3 Resistencia Final

1.5.3 DURABILIDAD - IMPERMEABILIDAD

Durabilidad significa baja impermeabilidad. La baja porosidad capilar es esencial para

una alta estanqueidad y se obtiene mediante la aplicación correcta del concreto

proyectado con una baja relación A/C y un concreto bien curado.

Fig. 4 Durabilidad - Impermeabilidad

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1.5.4 SULFATOS

Los sulfatos solubles en agua reaccionan con C3A del cemento para formar etringita.

Los cristales de etringita se propagan primero en los poros, cuando los poros están

llenos, la etringita desarrolla una presión al interior del concreto que puede destruir la

estructura.

1.6 REQUERIMIENTOS DEL CONCRETO PROYECTADO (ECOLOGIA - ECONOMIA)

• Es clave que la generación de polvo sea reducida y los riesgos creados por los

químicos corrosivos y tóxicos sean minimizados. Un producto utilizado es el

acelerante de Fraguado Sigunit AF de la marca Sika.

• Los acelerantes con álcalis son tóxicos, sin embargo cuando se les libera de

ellos – con un ph de alrededor de 3, reducen el impacto ambiental y el riesgo

de accidentes durante su manipulación, almacenamiento y uso.

• El caudal de concreto es el principal factor que hace del sistema vía húmeda el

proceso de proyección de concreto mas económico; dependiendo de la

aplicación, se pueden colocar hasta 30 m2/ hora. Para obtener estos óptimos

rendimientos es importante encontrar el mejor diseño de la mezcla de concreto,

espesor de capa, tipo y cantidad de acelerante. Los altos rendimientos no

pueden ser obtenidos a menos que el concreto sea fácilmente bombeable.

• La cantidad de material de rebote es un factor de costo crucial, adicional a la

carga, el transporte y la disposición del material de rebote, los costos de rebote

también incluyen el concreto Proyectado extra que se debe producir y aplicar.

• Parámetros que influyen en la cantidad de rebote:

Espesor de la capa.

Trayectoria del concreto Proyectado.

Volumen y presión del aire.

Propiedades de adherencia.

Tipo de Fibra

Proceso de Proyección (vía seca o húmeda).

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Fig.5 Rangos de PH.

1.7 METODOS DE APLICACIÓN DEL CONCRETO LANZADO Existen dos métodos para aplicar el concreto lanzado sobre una superficie

determinada.

1.7.1 Método por vía Seca consiste en mezclar el cementante (cemento + adiciones) con la arena para luego

impulsarlo a través de la manguera a la boquilla del equipo, en donde se combinará

con el agua y los aditivos líquidos, los cuales llegan por una manguera independiente,

para ser finalmente proyectada hacia la superficie mediante el uso de aire comprimido.

El método no requiere una alta mecanización, lo cual favorece el uso de esta

tecnología en las actividades mineras. La capacidad de los equipos de proyección

utilizados para el Shotcrete Vía Seca son de volúmenes de proyección pequeños; por

lo que el reducido tamaño de estos equipos hace que sean versátiles en sus

desplazamientos y ubicaciones respecto a la zona que se desea estabilizar. Tiene una

gran acogida en las operaciones mineras, las cuales tienen secciones reducidas en

sus labores.

La buena instalación del Shotcrete Vía Seca depende en gran medida de la destreza

del operador. Es el operador quien controla los niveles de agua con aditivo que serán

adicionados a la mezcla, así como la proyección de la mezcla hacia el macizo rocoso

(manipuleo de la pistola de lanzado). Es por ello que los niveles de productividad y

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calidad, en gran medida, obedecen al grado de entrenamiento y responsabilidad del

operador.

La aplicación de Shotcrete Vía Seca produce niveles de rebote elevados. Esto ocurre

principalmente cuando se tiene: a) una mala aplicación de la mezcla sobre la

superficie del macizo; b) condiciones operativas no apropiadas (baja presión de aire

para el equipo); etc. Cabe indicar que los niveles de rebote utilizando esta tecnología

de lanzado son mayores que los de la tecnología por vía húmeda.

Fig. 6 Secuencia de Aplicación Vía Seca.

Fig.7

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1.7.2 Diseño de Mezcla para concreto proyectado por Vía Seca. Las diseños de las mezclas de concreto proyectado deben siempre adaptarse a las

especificaciones del agregado y del cemento disponible para poder obtener la

resistencia inicial y la manejabilidad requeridas.

Los ensayos preliminares en el laboratorio hacen más fáciles las operaciones en obra.

El tipo del cemento tiene una fuerte influencia en el desarrollo tanto de la resistencia

inicial como de la final y en las propiedades del concreto endurecido. Las fibras de

acero incrementan la capacidad

de carga y las propiedades de ductilidad del concreto proyectado.

El tamaño máximo del agregado depende del espesor de capa y del acabado de la

superficie requerida del concreto proyectado. Aproximadamente el 95 % de la

superficie del agregado corresponde a la fracción de arena de 0-4 mm, las variaciones

en la arena tienen un fuerte efecto en las propiedades del concreto fresco, en la

relación a/c y por ende en las propiedades del concreto endurecido.

Los presentes diseños y estándares son datos de trabajo realizado en la mina

Chungar.

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1.7.3 Ventajas y Desventajas del concreto proyectado por Vía Seca.

1.7.4 Método por vía Húmeda El segundo método, llamado “vía húmeda” consiste en mezclar la arena, cementante y

el agua antes de ser impulsados a través de la manguera del equipo, de tal forma que

cuando la mezcla llega a la boquilla de la máquina, esta ya se encuentra lista para ser

proyectada.

Requerimientos Básicos:

La resistencia mínima requerida es de 30 Kg/cm² a las 4 horas de lanzado, a las 24

horas 100 kg/cm² y a los 7 días debe ser mayor de 210 kg/cm²; verificado mediante

ensayes de laboratorio.

La proyección por vía húmeda tiene las ventajas de un control de calidad superior (a

través del control de la relación w/c), menor costo de colocación y un ambiente de

trabajo relativamente libre de polvo. En el método de proyección por vía húmeda es

usualmente necesario añadir un acelerante en la boquilla para agilizar el fraguado y la

ganancia de resistencia inicial del concreto en el substrato.

Ventajas Desventajas

• Fácil manejo para volúmenes

pequeños.

• Equipos lanzadores son más

económicos.

• En la boquilla se tiene el control del

agua y de la consistencia de la

mezcla.

• Mantenimiento de equipos es más

económica.

• Transportable a mayor distancia.

• Alta generación de Polvos.

• Alto Rebote.

• Mayor contaminación.

• Perdidas de mezcla por rebote de

hasta 35%.

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Fig.8

Esta constituido a diferencia del shotcrete por vía seca de más aditivos como:

Inhibidores de hidratación: permiten regular el fraguado pudiendo mantener la

mezcla las horas que sean necesarias para poder utilizarlo (12 a 72 Hrs).

Superplastificantes: ayudan a mantener la trabajabilidad del mortero y evitan la

sobrecarga de agua en el concreto, recordar que si excedemos el agua de diseño el

shotcrete pierde resistencia.

Acelerantes ultrarrápidos: permiten que se puedan continuar con los trabajos de

explotación pocas horas después de ser colocado y mejoran el desempeño del

concreto en zonas húmedas.

Humo de sílice o Microsílice: es utilizado como complemento del cemento

incrementa la plasticidad y la resistencia a la compresión, su propiedad hace que la

mezcla sea pegajosa y mas densa.

Fibras de acero y polipropileno: este aditivo permite incrementar la resistencia a la

compresión y flexión del shotcrete, pero no se debe usar como reemplazo de un

refuerzo de acero; utilizamos la fibra de polipropileno, ya que no se deteriora con el

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agua, es inerte. Proyectado a presión de aire sobre la superficie que En relación al

diseño utilizado en nuestra labores se ha determinado que debe trabajar con una

resistencia a la compresión (f’c) mínima: 7 Mpa a 1 dia, 30 Mpa a 28 dias. La

resistencia mínima a la flexión no debe ser menor a 4 Mpa(41 Kg/cm2),

1.7.4.1 USO DEL CEMENTO Cabe señalar que el shotcrete va a comportarse diferente en un inicio si es que se

utiliza otro tipo de cemento como el Tipo V2, pero el producto final es el mismo.

Fig.9

cemento tipo I los sulfatos lo alteran muy rápido además de que los cristales en

formación empujan la capa de shotcrete haciendo que falle(ver Foto 1), además de

que pierde adherencia con respecto de la superficie de la labor, por lo tanto no trabaja;

lo que no ocurre con el Tipo V.

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1.7.4.2 USO DEL AGREGADO Tener un agregado adecuado influye directamente en el shotcrete, ya que depende de

no exceder los limites máximos y mínimos preestablecidos por el. Según bibliografía el

diámetro mayor de los agregados debe ser 3/8’, el material que pase la malla # 200

debe estar entre el 2% y 10 %.

• Ambiente de Trabajo.

Los 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 sustancialmente 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. Con el control remoto de los equipos era posible que el

operador estuviera bajo un área previamente protegida por lo cual los riesgos de

caídas de rocas involucrarían solo equipos, más no vidas humanas.

• Aplicación. 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

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transporta a presión a través de la manguera. Al principio se utilizaban principalmente

bombas helicoidales, ahora 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 a 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 la adherencia deficiente y

rebote. Para la proyección robotizada se requieren hasta de 15 m3/min de aire.

Fig.10 1.7.5 Diseño de Mezcla para concreto proyectado por Vía Húmeda.

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1.7.6 Ventajas y Desventajas del concreto proyectado por Vía Húmeda.

Fig.11 1.7.7 SHOCRETE REFORZADO CON FIBRA. La adición de fibras de refuerzo a la mezcla permite proveer de ductilidad al concreto,

lo cual permite que la estructura soporte deformaciones más allá de su límite elástico,

provocadas por desplazamientos del terreno luego de la aplicación. Debido a factores

económicos, las fibras se utilizan usualmente sólo en shotcrete proyectado por vía

húmeda y son dosificadas junto con la mezcla de concreto. cumple con las

especificaciones ASTM C1116 para concreto y Shotcrete reforzado con fibra sintética.

Las fibras añadidas al shotcrete pueden ser de acero, de vidrio, sintéticas o hechas de

materiales naturales. La inclusión de estas adiciones tiene como propósito mejorar las

propiedades del shotcrete tales como ductilidad, tenacidad, resistencia a la flexión,

resistencia al impacto, resistencia a la fatiga (ciclos de carga y descarga) e incluso

incrementar ligeramente la resistencia a la compresión.

Ventajas Desventajas

• Alto rendimiento hasta 30 m3/h

• Se puede colocar colocar concreto

proyectado con fibras de acero.

• Mejor control de la dosificación

principalmente la relación agua /

cemento.

• Menor rebote de la mezcla, se estima

como máximo 10%.

• Menos producción de polvo, por ende

menos contaminación.

• Velocidad proyección alta 60-70 m/s

• Se requiere de una planta de concreto

para el preparado de mezcla con las

dosificaciones de diseño.

• Para el manejo de los equipos se re-

quiere de mano de obra calificada.

• No se puede aplicar en secciones

menores de 3.0x3.0m por las

dimensiones de los equipos.

• Los costos son relativamente más

altos que el de vía seca.

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Fig.12

1.7.8 CONSIDERACIONES DE LA FIBRA. CLASIFICACIÓN DE FIBRAS (ASTM A820) Alambre cortado en frío Lámina cortada Extracción a partir de masa fundida, otros

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PARÁMETROS QUE DESCRIBEN LA CALIDAD DE LA FIBRA Radio de Aspecto (Longitud / Diámetro) Resistencia a la tensión Forma geométrica

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA FIBRA Peso Específico Módulo de Young o Módulo de elasticidad Módulo de Tensión de ruptura por tracción Elongación de Rotura

1.7.9 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LAS FIBRAS.

Fig.13

1.7.10 CARACTERISTICAS DEL MATERIAL. El concreto lanzado (shotcrete) reforzado con fibras metálicas, incorpora un volumen

relativamente pequeño de estas fibras en comparación con su masa total (hasta un

2%).

Las propiedades características de este material son definidas por el código ACI

506.1R-98 en función a 5 criterios base:

Resistencia a la flexión y compresión:

Las resistencias típicas a la flexión obtenidas a las 28 días a partir de testigos

prismáticos (vigas), obtenidas de acuerdo a la norma ASTM C78, se sitúan en un

rango entre 42 kg/cm2 (4.1 MPa) y 105 kg/cm2 (10.3 MPa). Cabe señalar que este

rango se basa en los valores típicos especificados para minería y construcción, sin

CONCRETO LANZADO


embargo es posible incrementar la resistencia dependiendo de los requerimientos

estructurales del proyecto siempre que esto sea factible tecnológica y prácticamente.

La misma norma sitúa la resistencia en compresión del shotcrete entre 296 kg/cm2 (29

MPa) y 530 kg/cm2 (52 MPa), aplicándose la misma consideración que en el caso

anterior.

Resistencia al impacto: De acuerdo al ensayo para cargas de impacto descrito en el código ACI 544.2R, se

espera que el número de golpes del martillo estándar requeridos para fisurar y separar

los especímenes de shotcrete reforzado con fibras a los 28 días, se encuentre entre

100 y 500 dependiendo de la dosis y tipo de fibras. En comparación las mezclas de

shotcrete sin fibras requieren usualmente 10 a 40 golpes para alcanzar la falla.

Tenacidad: La cantidad de energía requerida para producir la falla en este tipo de concreto,

dependerá de la dosis de fibra y su tipo. De acuerdo a las pruebas realizadas bajo la

norma ASTM C 1018, en vigas pequeñas (100 x 100 x 350 mm), se espera que esta

energía sea 10 a 20 veces la requerida para hacer fallar una muestra control sin fibra,

bajo las mismas condiciones de ensayo.

Esfuerzos de tracción al 90% de la carga de falla: A pesar de que este parámetro no es de referencia común, permite evaluar el

comportamiento de shotecrete frente a cargas aplicadas rápidamente hasta llegar a la

falla. De acuerdo a los ensayos realizados por R.A. Kaden descritos en su libro “Fiber

Reinforced Shotcrete: Ririe Dam and Little Goose (CPRR) Relocation” publicado por el

ACI internacional, se espera que el desempeño del shotcrete reforzado con fibras sea

aproximadamente el doble del obtenido por el shotcrete sin este refuerzo.

Resistencia al desprendimiento (prueba de adherencia): Los ensayos realizados sobre anclajes embebidos durante el proceso de vaciado,

muestran una resistencia al desprendimiento del shotcrete reforzado con fibra superior

en más de 50% con respecto a la resistencia de su contraparte de shotcrete carente

de este refuerzo.

1.7.11 MATERIALES USADOS PARA LA ELABORACION DEL SHOCRETE REFORZADO.

Los materiales usados en el Shotcrete son básicamente los mismos que los utilizados

en un concreto convencional: cemento, agregados inertes finos, agua, aditivos, y a

partir de los 80´s se empezaron a usar fibras.

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Cemento y Agua: El cemento utilizado fue el cemento convencional Pórtland Tipo I y el agua empleada

en el diseño de mezcla fue agua potable.

Agregados: Los agregados para el Shotcrete deben cumplir siempre con la norma ASTM C33. Aditivos: POLYHEED RI.- Es un aditivo retardante, reductor de agua de medio rango, multi-

componente y libre de cloruros formulado para producir en el caso del Shotcrete

incremento en el desarrollo de las resistencias a la compresión y a la flexión en todas

las edades, además que resulta efectivo ya sea como un aditivo único o como parte de

un sistema de aditivos MBT.

RHEOBUILD 1000.- Es un aditivo reductor de agua de alto-rango diseñado para

producir concreto rheoplastico y recomendado para desarrollo rápido de resistencias y

uso fundamental en aplicaciones civiles y de minería ya sea en Shotcrete por vía

húmeda o seca.

MEYCO SA160.- Es un aditivo acelerante de elevado rendimiento, exento de álcalis

para su utilización en el proceso de proyección por vía húmeda, adecuado para todas

aquellas aplicaciones donde se requieran resistencias iniciales o finales elevadas, es

idóneo para concreto proyectado por vía húmeda en el sostenimiento de rocas.

1.7.12 APLICACIÓN EN LA CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS. El shotcrete constituye un material prefabricado de rápida aplicación y puesta en

servicio, que en estado endurecido permite el movimiento restringido de las

estructuras sobre las que es aplicado.

Esta característica lo hace ideal para la construcción de estructuras de sostenimiento

de terreno o vaciadas contra este.

En el campo de la minería este material es aplicado en la construcción del

sostenimiento de los túneles, reemplazando los antiguos pórticos de madera y

sistemas de anclaje convencionales.

Este tipo de estructuras, definidas por varios autores como “sostenimiento temporal

activo”, deben ser capaces de absorber los movimientos naturales de los frentes de

roca los cuales imprimen deformaciones a todas las estructuras apoyadas sobre estos.

Este movimiento se traduce en energía de deformación misma que el shotcrete debe

disipar sin llegar al colapso.

El shotcrete sin fibras, así como el concreto convencional es un material que trabajará

esencialmente a compresión y mientras las cargas se orienten en este sentido no se

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tendrá mayores problemas, sin embargo cuando se presentan cargas perpendiculares

al plano axial de compresión, la deformación inducida genera esfuerzos de tracción

que el shotcrete buscará disipar en forma de fisuras. De no existir un elemento

quecontinúe transmitiendo los esfuerzos de tracción a través de las fisuras, la

formación de estas constituirá el fin de la resistencia del shotcrete y de continuar

aplicando carga en este plano, el colapso será inevitable.

Por el contrario si se añaden, en este caso, fibras metálicas a la matriz del shotcrete,

estas comenzarán a transmitir los esfuerzos de tracción a través de las fisuras,

disipando la energía y preservando la continuidad de la estructura.

Fig.14

En base a las experiencias obtenidas con el shotcrete reforzado con fibras metálicas

en la minería y tomando en cuenta las capacidades de este material, se ha

incursionado en obras civiles tales como sostenimiento de taludes, bien sea mediante

la estabilización temporal o construyendo, muros de contención, e incluso estructuras

como cisternas y piscinas.

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Los ensayos realizados demuestran que el shotcrete reforzado con fibras tiene

capacidad para absorber deformaciones muy elevadas sin colapsar a diferencia de lo

exhibido por el concreto no reforzado, cuyo colapso se presenta usualmente al

aparecer la primera fisura.

Las pruebas sobre paneles circulares, según la norma ASTM C 1550, han dado como

resultado un incremento en el concreto de aproximadamente 100 veces la capacidad

para deformarse debido a la adición de fibra.

Así mismo estas pruebas han evidenciado un ligero incremento en la resistencia a

compresión en los testigos cilíndricos debido a la resistencia que aporta la fibra a la

deformación en el eje perpendicular a la carga.

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CAPITULO 2 ENSAYOS DEL CONCRETO LANZADO.

2. INTRODUCCION Las normas son la ASTM C 1399 (ensayo de vigas prismáticas) y ASTM C 1550

(ensayo de paneles circulares). En el primer caso, el ensayo de vigas requiere una

prensa estándar, equipada con cabezales para rotura a tres luces tal como indica la

referida norma, y un sistema de registro simultáneo de fuerza aplicada y deflexión

central.

En el caso del ensayo para paneles circulares, además de los dispositivos de medición

mencionados en el caso anterior, se requiere contar con un marco de reacción que

acomode al espécimen de ensayo y que permita la ejecución del mismo de acuerdo a

las indicaciones de la correspondiente norma ASTM.

2.1 Requisitos de las normas aplicables para los dispositivos de ensayo Para medir las propiedades de los materiales a ensayar, el marco teórico (normas

aplicables) debe garantizar la repetitividad de los ensayos realizados. La

estandarización de cada ensayo se realizó fijando las variables de los mismos dentro

de rangos determinados. Tanto para los ensayos de paneles circulares como para las

11 vigas prismáticas, las normas determinan los siguientes rangos para los equipos y

la información a obtener:

2.1.1 Ensayos de Paneles Circulares ASTM C 1550

• El equipo de registro de carga aplicada debe tener una resolución mínima

de+50 N.

• El marco de reacción y dispositivos de apoyo deben ser capaces de soportar

carga hasta 100 KN aplicados al centro del espécimen.

• Los soportes del espécimen deben tener la suficiente rigidez para no

desplazarse radialmente más de 0.5 mm bajo un espécimen con 40 mm de

deflexión central y una carga pico de 100 KN. Así mismo dichos soportes no se

desplazarán más de 0.5 mm siguiendo la dirección de la circunferencia sobre la

cual se alinean dichos soportes, bajo las condiciones mencionadas

anteriormente

• El pistón de carga consiste en un cilindro de 50 +5 mm de diámetro cuyo punto

de contacto lo forma un casquete esférico de 80 +5 mm de radio.

• Los testigos a ensayar tendrán las siguientes dimensiones: 800 +10 mm de

diámetro y 75 -5/+15 mm de espesor. La desviación estándar de un total de

10mediciones será menor a 3 mm.

CONCRETO LANZADO


• Cada material o mezcla a ensayar deberá contar con al menos tres

especimenes. Cada muestra consistirá de al menos 2 ensayos exitosos,

considerando bajo dicha condición a aquellos especimenes que presenten al

menos tres fallas radiales. Aquellos paneles que muestren una única falla a

través del diámetro serán descartados.

Fig.15 Lanzado de Shocrete en moldes de paneles redondos. 2.1.2 Ensayos de Vigas Prismáticas ASTM C 1399

• La celda de carga a emplear tendrá una capacidad mínima de 44.5 KN.

• La deflexión debe ser medida con un instrumento capaz de registrar

deformaciones con una resolución mínima de 0.025 mm.

• El equipo de registro de datos debe recopilar simultáneamente la deflexión del

espécimen y la carga aplicada.

• El dispositivo de carga deberá contar con una placa de acero de 100 mm de

ancho, 350 mm de largo y 12 mm de espesor.

• Los testigos prismáticos (vigas) tendrán las siguientes dimensiones: 100 mm

de ancho, 350 mm de largo y 100 mm de espesor.

CONCRETO LANZADO


CAPITULO 3 ENSAYOS EN PANELES

CIRCULARES Y VIGAS PRISMÁTICAS DE CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS METÁLICAS

3.1Ensayos en Paneles Circulares 3.1.1 Elaboración de Testigos y descripción del ensayo. Los paneles circulares a ensayar se moldean de acuerdo a lo requerido en el acápite

7.1 de la norma ASTM C 1550, considerando las dimensiones del molde, la forma del

vaciado, el curado y la ejecución del ensayo

Los moldes fueron construidos de acero según la recomendación de la norma,

conservando las medidas internas 800 mm (con una variación de 10 mm) y una

profundidad de 75 mm.

Fig 16 Previo a cada jornada de vaciado, los moldes fueron ubicados sobre soportes

inclinados a 45º (Fig. 17). Se aplicó desmoldante a las superficies interiores a fin de

evitar que el espécimen se adhiera al molde y se provoquen daños al mismo durante

el desencofrado.

Fig.17

CONCRETO LANZADO


El vaciado de los moldes se realizó con un equipo de concreto lanzado (Fig.

proyectando la mezcla de concreto sobre los moldes siguiendo una espiral desde el

centro hacia fuera (Fig.18 ).

Fig18

Esta metodología se empleó a fin de obtener, en la medida de lo posible, una masa

uniforme en toda la extensión del panel. Una vez moldeados los paneles, estos se

retiraron rápidamente de sus soportes para darle el acabado superficial, antes que el

endurecimiento del concreto lo impida

Fig.19 Al término de cada jornada los paneles moldeados se colocaron en parihuelas bajo un

secado húmedo con mantas y plástico protector. Luego de 3 días dichos paneles se

colocaron en la poza de curado hasta la víspera de sus respectivos ensayos (Fig. 20).

CONCRETO LANZADO


Fig. 20 Concluido el período de curado para los especimenes, estos se trasladaron al

laboratorio de pruebas donde se les tomó las medidas correspondientes y dejaron

secar durante 24 horas. Una vez secos los especimenes, se procedió a colocarlos

manualmente sobre el dispositivo de ensayo, ubicando los tres puntos de apoyo

pivotantes sobre la circunferencia interna de 750 mm de cada testigo. La disposición

de los paneles al interior del dispositivo de ensayos se realizó de forma que el pistón

de carga se ubique sobre el centro del panel y el dispositivo de medición de

desplazamientos (LVDT) se ubique debajo de este. La ubicación del testigo sobre los

pivotes así como la ubicación de los dispositivos de carga y medición de

desplazamiento corresponden a lo especificado por la norma ASTM C1550 (Figs. 21).

CONCRETO LANZADO


Fig.21 El ensayo consistió en aplicar, de forma constante, deformación al centro del panel

con un pistón semiesférico. La velocidad de avance del pistón se ajustó a lo indicado

en el acápite 9.3 de la norma ASTM C 1550.

El ensayo del testigo se detiene una vez alcanzados los 45 mm de deflexión central o

el colapso del panel. El objetivo del ensayo es obtener para cada testigo los datos de

fuerza vs. Deformación durante la ejecución del ensayo hasta que este llegue a la

deflexión final.

Con los datos de fuerza (KN) y deflexión central (mm), se construyó, de acuerdo al

acápite 10 de la norma ASTM C 1550, la curva de fuerza vs. Deformación, la cual

constituye una propiedad física de cada panel. Calculando la integral de dicha curva

(el área bajo la misma) se obtuvo la energía total, expresada en joules, absorbida por

cada panel de shotcrete.

La gráfica muestra el punto de falla del concreto y el inicio del trabajo de la fibra como

elemento resistente frente a la deformación. Este punto se muestra como un pico de

resistencia máxima a partir del cual la resistencia comienza a descender a medida que

se incrementa la deflexión central.

Tomando este punto como inicio, la integral de la curva desde este punto da como

resultado la energía absorbida por las fibras metálicas presentes en la masa de

concreto, también llamada energía residual (Fig. 22)

CONCRETO LANZADO


3.1.2 Parámetros Registrados.

De acuerdo a los requerimientos de la norma ASTM C 1550, cada panel debe ser

verificado antes del ensayo a fin de asegurar la uniformidad de las medidas de los

testigos a ser ensayados. Se midió tres veces el diámetro y el espesor de cada panel

así como la desviación estándar de estas medidas, en cumplimiento de lo indicado por

la norma indicada.

Así mismo el resultado del ensayo de un testigo será valido cuando la falla ocurre de

cuerdo a lo descrito en la norma; es decir formando al menos tres fisuras radiales. De

cada testigo se obtendrá los siguientes parámetros:

• Antes del ensayo: Espesor promedio del panel (mm), desviación estándar del

espesor, diámetro promedio del panel (mm), desviación estándar del diámetro.

• Después del ensayo: Carga de falla del panel, deflexión de falla del panel

(mm), energía total absorbida hasta los 35 mm, energía residual absorbida

hasta los 35 mm, tipo de falla observada.

3.2 Ensayos de Vigas Prismáticas. 3.2.1 Elaboración de Testigos y descripción del ensayo. Para la elaboración de las vigas prismáticas, se moldearon paneles rectangulares de

600x600 mm dichos paneles se moldearon paralelamente a los paneles circulares. Los

testigos cortados de los paneles rectangulares tienen como dimensiones 350x100x100

mm, e acuerdo a lo requerido por el acápite 7.3.2 de la norma ASTM C 1399

Los moldes empleados se fabrican de acero a fin de mantener las dimensiones de

cada panel y garantizar un ambiente rígido para la mezcla de shotcrete (Fig.23 ).

Fig.23 Previo a cada jornada de vaciado, los moldes son ubicados sobre soportes inclinados

a 45º. De igual forma que para los paneles circulares, se aplicó desmoldante a las

superficies interiores (Fig. 24).

CONCRETO LANZADO


Fig.24

El vaciado de los moldes se realizó con el mismo equipo de concreto lanzado

proyectando la mezcla de concreto sobre los moldes manteniendo la metodología

empleada en los paneles circulares (Fig. 25)

Fig.25

Una vez moldeados los paneles, estos se retiraron rápidamente de sus soportes para

darle acabado superficial, antes que el endurecimiento del concreto lo impida. Al

término de cada jornada los paneles moldeados se colocaron en parihuelas bajo un

secado húmedo con mantas y plástico protector (Fig.26). Luego de 3 días dichos

paneles se colocaron en la poza metálica hasta la víspera de sus respectivos ensayos

(Fig. 27).

Fig. 26 Fig. 27

CONCRETO LANZADO


Concluido el período de curado para los especímenes, estos fueron retirados de la

poza de curado y cortados para extraer las vigas de 100x100x350 mm.

Una vez cortadas las vigas estas se trasladaron al laboratorio de pruebas, donde se

les tomaron las medidas correspondientes y se dejaron secar por un período de 24

horas. Los ensayos se realizaron siguiendo el procedimiento descrito en el acápite 8

de la norma ASTM C 1399. Las vigas prismáticas se colocaron en una prensa

configurada según los requerimientos del acápite 4.1 de la mencionada norma

(Fig.28).

Fig. 28

El ensayo de cada viga se realiza de la siguiente manera:

Previo a la colocación del testigo en el dispositivo se instaló sobre los soportes

pivotantes, la plancha metálica rígida. Sobre esta plancha se ubicó el testigo haciendo

coincidir las marcas de la viga con las existentes en el dispositivo de ensayo de forma

que el conjunto quede centrado según el esquema presentado en la figura. La viga se

ubicó sobre la plancha colocando la cara corta paralela a la misma.

La plancha rígida tiene en el centro un orificio por donde atraviesa el dispositivo de

medición de desplazamiento LVDT, el cual se encuentra en contacto con la superficie

del testigo.

La ejecución del ensayo se llevó a cabo en dos etapas. En la primera etapa, se aplica

una carga sobre la viga a una velocidad constante hasta alcanzar los 0.5 mm de

deflexión central. Si la fisura no se produce luego de alcanzar esta deflexión, el

resultado es inválido. Luego de alcanzados los 0.5 mm de deflexión, se detiene el

ensayo, se almacenan los datos y se retira la plancha rígida.

CONCRETO LANZADO


La segunda etapa del ensayo consiste en aplicar nuevamente carga sobre la viga ya

fisurada, partiendo de cero (se reinicia el dispositivo de medición de desplazamiento)

hasta llegar a los 1.25 mm de deflexión, culminando de esta forma con el ensayo de la

viga.

El objetivo del ensayo es obtener para cada testigo los datos de fuerza (N) vs.

Deformación (mm) durante ambas etapas del ensayo de forma que se puedan

construir las curvas de carga y recarga del espécimen (Fig. 29).

Fig.29

3.2.2 Parámetros Registrados. De acuerdo a los requerimientos de la norma ASTM C 1399, se verificarán las

medidas de todas las vigas prismáticas a ensayar. Se midió tres veces la altura,

longitud y ancho de cada viga, tomándose como valor el promedio de cada una de

estas dimensiones.

Así mismo el resultado del ensayo de un testigo será valido válido cuando la falla

ocurre de acuerdo a lo descrito en la norma.

De cada testigo se obtendrán los siguientes parámetros:

• Antes del ensayo: Dimensiones promedio de la viga, historial de curado.

• Después del ensayo: Carga de primera fisura, deflexión de fisuración, tipo de

falla observada, carga máxima del ensayo, ancho promedio de la fisura,

deflexión para la carga máxima.

CONCRETO LANZADO


CAPITULO 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 CONCLUSIONES

• Los aditivos adicionados al shotcrete ayudan a elevar su resistencia en un

menor lapso de tiempo.

• Se deben realizar controles periódicos del rebote, ya que el mismo varía con

cada operador.

• La resistencia a la flexión no debe ser menor a 4 Mpa. Si es mayor es mejor.

• El promedio de rebote en el shotcrete de vía seca es del 25% por m3, y por vía

húmeda es menor a 10% por m3.

• El Shotcrete reforzado con fibras ofrece muchas ventajas en comparación al

Shotcrete convencional, por ejemplo: lo hace más dúctil, controla las fisuras,

tiene una aplicación mucho más rápida y fácil, es más durable, eficaz y

rentable.

• Aplicado el Shotcrete sobre una superficie rocosa es obligado a introducirse en

las fisuras y en las juntas abiertas, de este modo se hace cargo de la misma

función de unión que tiene el mortero en un muro de piedra. Aun cuando se

aplique en forma de capa fina, cuenta con una considerable capacidad para

impedir el desprendimiento de rocas.

• Para que haya una menor variabilidad en los resultados de la prueba se

recomienda que el Shotcrete sea lanzado sobre los paneles de manera

cuidadosa para no tener problemas con la desviación del espesor en las

muestras.

• Hay que analizar las grietas que se producen en el ensayo ya que de ellas

dependen si existirá una baja o alta variabilidad en el comportamiento logrado

de la tenacidad a la flexión.

4.2 RECOMENDACIONES.

• Al inicio de cada proyecto en los que se considera el uso de concreto lanzado

(shotcrete) se recomienda definir los requisitos de servicio de la estructura a

construir. Estos requisitos permitirán al constructor evaluar diferentes

alternativas de shotecrete con fibras metálicas y seleccionar la mejor opción.

• Antes de aceptar como válidos los resultados de los ensayos tanto de paneles

circulares como de vigas prismáticas, se recomienda verificar su

correspondencia con lo esperado como resultados por las normas marco de

CONCRETO LANZADO


estos ensayos así como la similitud de estos datos experimentales con lo

obtenido por otros laboratorios sobre muestras similares. Si los resultados

obtenidos no cumplen con lo anterior, deben replantearse los ensayos ya que

el análisis posterior descansa sobre los valores experimentales.

CAPITULO 5

BIBLIOGRAFIA

Bueno, F.J.C. (2003). Manual del Shotcrete Cobriza, Asistente de Geomecánica – Cobriza – Huancavelica, Perú Franco, E. A.; Macedo, A. M.; Clark, L.(2001). Sostenimiento Moderno, Aplicación. Aleksey de Las Casas. Estudio del desempeño de concreto Lanzado Reforzado con Fibra. Universidad Católica del Perú. Sika. Sistemas para Concreto Proyectado – Tecnología y Concreto. Fernando Campo Martinez. Shocrete Reforzado con Fibras.

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