CONCRETO LANZADO FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CONCRETO LANZADO SHOTCRETE DOCENTE: ING. CARLOS VEGA ALUMNO: ESAUD ABRIL FLORES BARRANCO, NOVIEMBRE 2009 TECNOLOGIA DE MATERIALES 1

CONCRETO LANZADO INDICE GENERAL CAPITULO 1: 1.1 Introduccin. 1.2 Definicin. 1.3 Evolucin del concreto Lanzado 1.4 A plicaciones del concreto Lanzado 1.5 Requerimientos del Concreto Lanzado. (Calid ad Desempeo) 1.6 Requerimientos del Concreto Lanzado. (Ecologa - Economa) 1.7 Mtodos de aplicacin del Concreto Lanzado. 1.7.1 Mtodo por Va Seca. 1.7.2 Diseo de Mezcla. 1.7.3 Ventajas y Desventajas. 1.7.4 Mtodo por Va Hmeda. 1.7.4.1 Uso del cemento 1.7 .4.2 Uso del Agregado 1.7.5 Diseo de Mezcla 1.7.6 Ventajas y Desventajas 1.7.7 Sh ocrete Reforzado con Fibra 1.7.8 Consideraciones de la Fibra 1.7.9 Caractersticas Geomtricas de la Fibra 1.7.10 Caractersticas del Material 1.7.11 Materiales Usado s para la Elaboracin 1.7.12 Aplicaciones en el sostenimiento APLICACIONES Y TIPOS DE CONCRETO LANZADO 5 5 6 7 8 11 12 12 14 15 15 17 18 19 20 20 21 22 22 23 24 TECNOLOGIA DE MATERIALES 2

CONCRETO LANZADO CAPITULO 2: 2. Introduccin 2.1 Requisitos de la norma. ENSAYOS DEL CONCRETO LANZADO 27 27 27 28 2.1.1 Ensayos de Paneles Circulares ASTM C 1550 2.1.2 Ensayos de Vigas Prismticas ASTM C 1399 CAPITULO 3: 3.1 Ensayos en Paneles Circulares 3.1.2 Parmetros Registrados 3.2 Ens ayos de Vigas Prismticas ENSAYOS DE PANELES CIRCULARES Y VIGAS PRISMATICAS. 29 33 33 33 36 3.2.1 Elaboracin de Testigos y descripcin del ensayo 3.2.2 Parmetros Registrados CA PITULO 4: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 37 TECNOLOGIA DE MATERIALES 3

CONCRETO LANZADO RESUMEN El concreto lanzado o shotcrete, inicialmente desarrollado para la actividad miner a pero actualmente en expansin hacia el mbito urbano en la forma de sostenimiento de taludes e incluso en la construccin de estructuras vaciadas contra terreno, es definido por los cdigos ACI como concreto o mortero reumticamente proyectado a alt a velocidad sobre una superficie que contiene fibras discontinuas y separadas. E ste material tiene como propiedad caracterstica la capacidad para deformacin si pr esentar colapso, a diferencia de los concretos convencionales. Esta propiedad es evaluada a travs de las normas ASTM C 1399 (vigas prismticas) y ASTM C 1550 (pane les circulares). Se estudiara tambin los tipos y usos de concreto lanzado en el mb ito de la ingeniera civil y minera, los ensayos realizados de acuerdo alas normas ASTM, Y l os diferentes equipos empleados para la aplicacin del Shotcrete. TECNOLOGIA DE MATERIALES 4

CONCRETO LANZADO CAPITULO 1 APLICACIONES Y TIPOS DE CONCRETO LANZADO 1.1 INTRODUCCION Hoy en da se viene utilizando con mucho xito el Shotcrete o concreto lanzado en el mundo, cuyo campo de aplicacin es variado como son: revestimiento y reparacin de tneles, estabilizacin de taludes, paredes de retencin, sostenimiento de rocas en la bores mineras, etc. La industria moderna ha ido reemplazando las estructuras hec has con materiales tradicionales, en particular durante el siglo XX, tales como piedra, madera y albailera convirtindose, junto con el acero, es el material de may or uso en la actualidad. Una ventaja fundamental del shotcrete es que permite ef ectuar un soporte rpido y efectivo de grandes reas. Con productos y un diseo adecua do de mezcla, en una sola aplicacin se pueden obtener espesores de shotcrete supe riores a 300 mm. La adicin de acelerante especializados puede lograr que el concr eto finalice su fraguado en pocos minutos y finalice su fraguado en pocos minuto s y desarrolle altas resistencias mecnicas en horas. Uno de los mltiples desarroll os que ha tenido el concreto es el concreto lanzado o shotcrete, inicialmente desa rrollado para la actividad minera pero actualmente en expansin hacia el mbito urba no en la forma de sostenimiento de taludes. La tecnologa del shotcrete se ha desa rrollado con dos mtodos de aplicacin diferentes, cada uno con su propia lnea de equ ipos, y procedimientos de fabricacin y colocacin: proyeccin por va hmeda y proyeccin or va seca.

1.2 DEFINICION El cdigo ACI 506R-05 Gua al shotcrete en su acpite 1.4 define al shotcrete como concr to o mortero neumticamente proyectado a alta velocidad sobre una superficie. Toman do un segundo enunciado para este material, la enciclopedia electrnica Wikipedia publicada en Internet presenta una definicin similar a las anteriores, sin embarg o aade: El shotcrete experimenta colocacin y compactacin al mismo tiempo debido a la fuerza con la que es proyectado desde la boca de salida. Este puede ser impactad o sobre cualquier tipo o forma de superficie incluidas reas verticales o invertid as. TECNOLOGIA DE MATERIALES 5

CONCRETO LANZADO 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: Introduccin del nombre genrico de sh otcrete por la American Railway Engineering Association 1940: Uso inicial de agr egado grueso en concreto lanzado 1945: Adopcin del trmino shotcrete por el ACI 195 0: Creacin del Comit ACI 506 Desarrollo de la pistola tipo rotatoria en Michigan 1 955: Introduccin del mtodo de va hmeda 1970: Primer uso prctico de concreto lanzado c on fibra de acero por el US Army Corps of Engineers 1975: Primer uso de concreto lanzado con microslica en Noruega 1980: Primer uso de microslica en Norteamrica (V ancouver, BC) Introduccin de mezclas pre embolsadas 1985: Primer uso de aire incl uido en concreto lanzado va seca 1998: Formacin de la American Shotcrete Associati on. Fig. 1 Evolucin de Equipos y Acelerante TECNOLOGIA DE MATERIALES 6

CONCRETO LANZADO 1.4 APLICACIONES DEL CONCRETO LANZADO Aplicaciones ms comunes del concreto lanzado: Estabilizacin de taludes y muros de contencin Cisternas y tanques de agua Albercas y lagos artificiales Rocas artificiales (rockscaping) Canales y drenajes Rehabi litacin y refuerzo estructural Recubrimiento sobre panel de poliestireno Tneles y minas Muelles, diques y represas Paraboloides, domos geodsicos y cascarones Concr eto refractario para chimeneas, hornos y torres Requerimientos Tpicos Alta resist encia inicial. Buena adherencia. Alto rendimiento. Bajo rebote. Uso Soporte Temporal en Tneles Soporte permanente tneles Alta resistencia inicial. Alta resistencia final. Baja permeabilidad. Alta durab ilidad. Minera Alta resistencia inicial. Sello de superficies de excavacin Baja a media resistencia final Resistencia al fuego Carga protectora (s in funcin de de carga). Alta adherencia. Resistencia a temperatura de hasta 1200 C . TECNOLOGIA DE MATERIALES 7

CONCRETO LANZADO Estabilizacin de Taludes Rpido desarrollo de

resistencias. Uso flexible. Volmenes concreto Reparacin de tneles Resistencia a la go plazo. Buena adherencia. Resistencia qumica. Reparacin de presas de concreto. A lta durabilidad en capas delgadas. Bajo de modulo de bajos de elasticidad. Bajo rebote. Reparacin de muelles Alta resistencia mecnica. Alta resi stencia a ataques qumicos. Bajo modulo de elasticidad. Reparacin de puentes Concre to joven no susceptible vibracin por el trfico. Bajo modulo de elasticidad. 1.5 REQUERIMIENTOS DEL CONCRETO PROYECTADO (CALIDAD DESEMPEO) Para el diseador del proyecto, el factor ms importante es cumplir con las especifi caciones de los estndares para el trabajo de concreto Proyectado, mientras que el contratista hace un nfasis en un mtodo de produccin e instalacin que garantice la c alidad la calidad requerida al mnimo costo. Por otro lado, las autoridades, de Sa lud y seguridad demandan la mxima higiene y seguridad en obra durante las operaci ones de colocacin del Concreto Proyectado (mxima resistencia inicial del concreto Proyectado aplicado para la estabilizacin sobre cabeza, baja contaminacin de polvo y mnimo riesgo en sustancias toxicas o alcalinas). TECNOLOGIA DE MATERIALES 8

CONCRETO LANZADO 1.5.1 RESISTENCIA INICIAL Este es un prerrequisito para el concreto Proyectado sobre cabeza, particularmen te para altos rendimientos, cuando se aplican capas gruesas o cuando se lanzan e n lugares con filtraciones de agua. La curva de desarrollo de resistencia en los primeros minutos tiene una fuerte influencia en la generacin de polvo y en rebot e. El desarrollo de la resistencia inicial se evala 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 e ndurecido. Esto tiene un efectivo ventajoso en la mayoria de las propiedades del concreto, especialmente para la resistencia para la resistencia a la compresin. La cantidad de agua necesaria para la hidratacin del cemento equivale a una relac in A/C cercana a 0.25. El agua en exceso se evapora despus de la aplicacin y deja p oros en la pasta del concreto endurecido. TECNOLOGIA DE MATERIALES 9

CONCRETO LANZADO Fig. 3 Resistencia Final 1.5.3 DURABILIDAD - IMPERMEABILIDAD Durabilidad significa baja impermeabilidad. La baja porosidad capilar es esencia l para una alta estanqueidad y se obtiene mediante la aplicacin correcta del conc reto proyectado con una baja relacin A/C y un concreto bien curado. Fig. 4 Durabilidad - Impermeabilidad TECNOLOGIA DE MATERIALES 10

CONCRETO LANZADO 1.5.4 SULFATOS Los sulfatos solubles en agua reaccionan con C3A del cemento para formar etringi ta. Los cristales de etringita se propagan primero en los poros, cuando los poro s estn llenos, la etringita desarrolla una presin al interior del concreto que pue de destruir la estructura. 1.6 REQUERIMIENTOS DEL CONCRETO PROYECTADO (ECOLOGIA ECONOMIA) Es clave que la generacin de polvo sea reducida y los riesgos creados por los qumi cos corrosivos y txicos sean minimizados. Un producto utilizado es el acelerante de Fraguado Sigunit AF de la marca Sika. Los acelerantes con lcalis son txicos, si n 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 manipulacin, almacenamient o y uso. El caudal de concreto es el principal factor que hace del sistema va hmed a el proceso de proyeccin de concreto mas econmico; dependiendo de la aplicacin, se pueden colocar hasta 30 m2/ hora. Para obtener estos ptimos rendimientos es impo rtante encontrar el mejor diseo 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 fcilmente bombeable. La cantidad de material de rebote es un factor de costo crucial, adicional a la carga, el transporte y la disposicin del material de rebote, los costos de rebote tambin incluyen el concreto Proyectado e xtra que se debe producir y aplicar. Parmetros que influyen en la cantidad de reb ote: Espesor de la capa. Trayectoria del concreto Proyectado. Volumen y presin de l aire. Propiedades de adherencia. Tipo de Fibra Proceso de Proyeccin (va seca o hm eda). TECNOLOGIA DE MATERIALES 11

CONCRETO LANZADO Fig.5 Rangos de PH. 1.7 METODOS DE APLICACIN DEL CONCRETO LANZADO Existen dos mtodos para aplicar el concreto lanzado sobre una superficie determin ada. 1.7.1 Mtodo por va Seca consiste en mezclar el cementante (cemento + adiciones) con la arena para luego impulsarlo a travs de la manguera a la boquilla del equipo, en donde se combinar c on el agua y los aditivos lquidos, los cuales llegan por una manguera independien te, para ser finalmente proyectada hacia la superficie mediante el uso de aire c omprimido. El mtodo no requiere una alta mecanizacin, lo cual favorece el uso de e sta tecnologa en las actividades mineras. La capacidad de los equipos de proyeccin utilizados para el Shotcrete Va Seca son de volmenes de proyeccin pequeos; por lo q ue el reducido tamao de estos equipos hace que sean verstiles 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 reduci das en sus labores. La buena instalacin del Shotcrete Va Seca depende en gran medi da de la destreza del operador. Es el operador quien controla los niveles de agu a con aditivo que sern adicionados a la mezcla, as como la proyeccin de la mezcla h acia el macizo rocoso (manipuleo de la pistola de lanzado). Es por ello que los niveles de productividad y TECNOLOGIA DE MATERIALES 12

CONCRETO LANZADO calidad, en gran medida, obedecen al grado de entrenamiento y responsabilidad de l operador. La aplicacin de Shotcrete Va Seca produce niveles de rebote elevados. Esto ocurre principalmente cuando se tiene: a) una mala aplicacin de la mezcla so bre la superficie del macizo; b) condiciones operativas no apropiadas (baja pres in de aire para el equipo); etc. Cabe indicar que los niveles de rebote utilizand o esta tecnologa de lanzado son mayores que los de la tecnologa por va hmeda. Fig. 6 Secuencia de Aplicacin Va Seca. Fig.7 TECNOLOGIA DE MATERIALES 13

CONCRETO LANZADO 1.7.2 Diseo de Mezcla para concreto proyectado por Va Seca. Las diseos de las mezclas de concreto proyectado deben siempre adaptarse a las es pecificaciones del agregado y del cemento disponible para poder obtener la resis tencia inicial y la manejabilidad requeridas. Los ensayos preliminares en el lab oratorio hacen ms fciles las operaciones en obra. El tipo del cemento tiene una fu erte influencia en el desarrollo tanto de la resistencia inicial como de la fina l y en las propiedades del concreto endurecido. Las fibras de acero incrementan la capacidad de carga y las propiedades de ductilidad del concreto proyectado. E l tamao mximo del agregado depende del espesor de capa y del acabado de la superfi cie requerida del concreto proyectado. Aproximadamente el 95 % de la superficie del agregado corresponde a la fraccin de arena de 0-4 mm, las variaciones en la a rena tienen un fuerte efecto en las propiedades del concreto fresco, en la relac in a/c y por ende en las propiedades del concreto endurecido. Los presentes diseos y estndares son datos de trabajo realizado en la mina Chungar . TECNOLOGIA DE MATERIALES 14

CONCRETO LANZADO 1.7.3

Ventajas y Desventajas del concreto proyectado por Va Seca. Ventajas Desventajas volmenes lanzadores son ms Alta generacin de Polvos. Alto Rebote. Mayor contamin . Perdidas de mezcla por rebote de hasta 35%. Fcil manejo para pequeos. Equipos econmicos. En la boquilla se tiene el control del agua y de la consistencia de la mezcla. Mantenimiento de equipos es ms econmica. Transportable a mayor distancia. 1.7.4 Mtodo por va Hmeda El segundo mtodo, llamado va hmeda consiste en mezclar la arena, cementante y el agua antes de ser impulsados a travs de la manguera del equipo, de tal forma que cuan do la mezcla llega a la boquilla de la mquina, esta ya se encuentra lista para se r proyectada. Requerimientos Bsicos: La resistencia mnima requerida es de 30 Kg/cm a las 4 horas de lanzado, a las 24 horas 100 kg/cm y a los 7 das debe ser mayor de 210 kg/cm; verificado mediante ensayes de laboratorio. La proyeccin por va hmeda ti ene las ventajas de un control de calidad superior (a travs del control de la rel acin w/c), menor costo de colocacin y un ambiente de trabajo relativamente libre d e polvo. En el mtodo de proyeccin por va hmeda es usualmente necesario aadir un acele rante en la boquilla para agilizar el fraguado y la ganancia de resistencia inic ial del concreto en el substrato. TECNOLOGIA DE MATERIALES 15

CONCRETO LANZADO Fig.8 Esta constituido a diferencia del shotcrete por va seca de ms aditivos como: Inhibidores de hidratacin: permiten regular el fraguado pudiendo mantener la mez cla 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 diseo el shotcrete pierde resistencia. Acelerantes ultrarrpidos: permiten que se puedan continuar con los trabajos de ex plotacin pocas horas despus de ser colocado y mejoran el desempeo del concreto en z onas hmedas. Humo de slice o Microslice: es utilizado como complemento del cemento incrementa l a plasticidad y la resistencia a la compresin, su propiedad hace que la mezcla se a pegajosa y mas densa. Fibras de acero y polipropileno: este aditivo permite incrementar la resistencia a la compresin y flexin 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 TECNOLOGIA DE MATERIALES 16

CONCRETO LANZADO agua, es inerte. Proyectado a presin de aire sobre la superficie que En relacin al diseo utilizado en nuestra labores se ha determinado que debe trabajar con una r esistencia a la compresin (fc) mnima: 7 Mpa a 1 dia, 30 Mpa a 28 dias. La resistenc ia mnima a la flexin no debe ser menor a 4 Mpa(41 Kg/cm2), 1.7.4.1 USO DEL CEMENTO Cabe sealar que el shotcrete va a comportarse diferente en un inicio si es que s e utiliza otro tipo de cemento como el Tipo V2, pero el producto final es el mis mo. Fig.9 cemento tipo I los sulfatos lo alteran muy rpido adems de que los cristales en for macin empujan la capa de shotcrete haciendo que falle(ver Foto 1), adems de que pi erde adherencia con respecto de la superficie de la labor, por lo tanto no traba ja; lo que no ocurre con el Tipo V. TECNOLOGIA DE MATERIALES 17

CONCRETO LANZADO 1.7.4.2 USO DEL AGREGADO Tener hotcrete, ya que depende de no por el. Segn bibliografa el l que pase la malla # 200 debe Ambiente de Trabajo. Los operarios del proceso por va seca estaban acostumbrados a trabajar en medio d e una gran cantidad de polvo. Se emita polvo no slo desde la boquilla, sino tambin desde la mquina de proyeccin. Como norma general, los resultados de las mediciones de polvo en el ambiente de trabajo eran ms de tres veces la cantidad permisible. El mtodo por va hmeda mejor sustancialmente las condiciones del ambiente de trabajo , trayendo consigo mayor seguridad para los trabajadores de tneles. Una de las si tuaciones que impuls el desarrollo del mtodo por va hmeda fue el lanzamiento de conc reto 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 rea previamente protegida por lo cual los riesgos de cadas de ro cas involucraran solo equipos, ms no vidas humanas. Aplicacin. Con el mtodo de va hmeda es ms fcil producir una calidad constante a lo largo del pro ceso de proyeccin. La mezcla ya lista se descarga en una bomba y se TECNOLOGIA DE MATERIALES 18 un agregado adecuado influye directamente en el s exceder los limites mximos y mnimos preestablecidos dimetro mayor de los agregados debe ser 3/8, el materia estar entre el 2% y 10 %.

CONCRETO LANZADO transporta a presin a travs de la manguera. Al principio se utilizaban principalme nte bombas helicoidales, ahora predominan las bombas de pistn. En la boquilla del extremo de la manguera, se agrega aire al concreto, a razn de 7-15 m3/min, y a u na presin de 7 bars segn el tipo de aplicacin (manual o robot). El aire tiene la fu ncin de aumentar la velocidad del concreto a fin de lograr una buena compactacin y adherencia a la superficie. Un error comn que se comete con el mtodo de va hmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire. Generalmente, se agregan entre 4 y 8 m3/min, lo cual lleva a menores resistencias a la compresin as como tambin a la ad herencia deficiente y rebote. Para la proyeccin robotizada se requieren hasta de 15 m3/min de aire. Fig.10 1.7.5 Diseo de Mezcla para concreto proyectado por Va Hmeda. TECNOLOGIA DE MATERIALES 19

CONCRETO LANZADO 1.7.6 Ventajas y Desventajas del concreto proyectado por Va Hmeda. Ventajas Desventajas Se requiere de una planta de concreto para el preparado de mezcla con las dosificaciones de diseo. Para el manejo de los equipos se requiere de mano de obra calificada. No se puede aplicar en secciones menores de 3.0x3.0 m por las Alto rendimiento hasta 30 m3/h Se puede colocar colocar concreto proyectado con fibras de acero. Mejor control de la la dosificacin agua / principalmente cemento. relacin Menor rebote de la mezcla, se estima como mximo 10%. Menos produccin de polvo, por ende menos contaminacin. Velocidad proyeccin alta 60-70 m/s dimensiones de los equipos. Los costos son relativamente ms altos que el de va sec a. Fig.11 1.7.7 SHOCRETE REFORZADO CON FIBRA. La adicin de fibras de refuerzo a la mezcla permite proveer de ductilidad al conc reto, lo cual permite que la estructura soporte deformaciones ms all de su lmite els tico, provocadas por desplazamientos del terreno luego de la aplicacin. Debido a factores econmicos, las fibras se utilizan usualmente slo en shotcrete proyectado por va hmeda y son dosificadas junto con la mezcla de concreto. cumple con las especific aciones ASTM C1116 para concreto y Shotcrete reforzado con fibra sinttica. Las fi bras aadidas al shotcrete pueden ser de acero, de vidrio, sintticas o hechas de ma teriales naturales. La inclusin de estas adiciones tiene como propsito mejorar las propiedades del shotcrete tales como ductilidad, tenacidad, resistencia a la fl exin, resistencia al impacto, resistencia a la fatiga (ciclos de carga y descarga ) e incluso incrementar ligeramente la resistencia a la compresin. TECNOLOGIA DE MATERIALES 20

CONCRETO LANZADO Fig.12 1.7.8 CONSIDERACIONES DE LA FIBRA. CLASIFICACIN DE FIBRAS (ASTM A820) Alambre cortado en fro Lmina cortada Extraccin a partir de masa fundida, otros TECNOLOGIA DE MATERIALES 21

CONCRETO LANZADO

PARMETROS QUE DESCRIBEN LA CALIDAD DE LA FIBRA Radio de Aspecto (Longitud / Dimetr o) Resistencia a la tensin Forma geomtrica CARACTERSTICAS MECNICAS DE LA FIBRA Peso Especfico Mdulo de Young o Mdulo de elasticidad Mdulo de Tensin de ruptura por tracci Elongacin de Rotura 1.7.9 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LAS FIBRAS. Fig.13 1.7.10 CARACTERISTICAS DEL MATERIAL. El concreto lanzado (shotcrete) refo rzado con fibras metlicas, incorpora un volumen relativamente pequeo de estas fibr as en comparacin con su masa total (hasta un 2%). Las propiedades caractersticas d e este material son definidas por el cdigo ACI 506.1R-98 en funcin a 5 criterios b ase: Resistencia a la flexin y compresin: Las resistencias tpicas a la flexin obteni das a las 28 das a partir de testigos prismticos (vigas), obtenidas de acuerdo a l a norma ASTM C78, se sitan en un rango entre 42 kg/cm2 (4.1 MPa) y 105 kg/cm2 (10 .3 MPa). Cabe sealar que este rango se basa en los valores tpicos especificados pa ra minera y construccin, sin TECNOLOGIA DE MATERIALES 22

CONCRETO LANZADO embargo es posible incrementar la resistencia dependiendo de los requerimientos estructurales del proyecto siempre que esto sea factible tecnolgica y prcticamente . La misma norma sita la resistencia en compresin del shotcrete entre 296 kg/cm2 ( 29 MPa) y 530 kg/cm2 (52 MPa), aplicndose la misma consideracin que en el caso ant erior. Resistencia al impacto: De acuerdo al ensayo para cargas de impacto descr ito en el cdigo ACI 544.2R, se espera que el nmero de golpes del martillo estndar r equeridos para fisurar y separar los especmenes de shotcrete reforzado con fibras a los 28 das, se encuentre entre 100 y 500 dependiendo de la dosis y tipo de fib ras. En comparacin las mezclas de shotcrete sin fibras requieren usualmente 10 a 40 golpes para alcanzar la falla. Tenacidad: La cantidad de energa requerida para producir la falla en este tipo de concreto, depender de la dosis de fibra y su t ipo. De acuerdo a las pruebas realizadas bajo la norma ASTM C 1018, en vigas peq ueas (100 x 100 x 350 mm), se espera que esta energa sea 10 a 20 veces la requerid a para hacer fallar una muestra control sin fibra, bajo las mismas condiciones d e ensayo. Esfuerzos de traccin al 90% de la carga de falla: A pesar de que este parmetro no es de referencia comn, permite evaluar el comportamiento de shotecrete frente a c argas aplicadas rpidamente hasta llegar a la falla. De acuerdo a los ensayos real izados 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 desempeo 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 so bre anclajes embebidos durante el proceso de vaciado, muestran una resistencia a l desprendimiento del shotcrete reforzado con fibra superior en ms de 50% con res pecto a la resistencia de su contraparte de shotcrete carente de este refuerzo. 1.7.11 MATERIALES USADOS PARA LA ELABORACION DEL SHOCRETE REFORZADO. Los materia les usados en el Shotcrete son bsicamente los mismos que los utilizados en un con creto convencional: cemento, agregados inertes finos, agua, aditivos, y a partir de los 80s se empezaron a usar fibras. TECNOLOGIA DE MATERIALES 23

CONCRETO LANZADO Cemento y Agua: El cemento utilizado fue el cemento convencional Prtland Tipo I y el agua empleada en el diseo de mezcla fue agua potable. Agregados: Los agregado s para el Shotcrete deben cumplir siempre con la norma ASTM C33. Aditivos: POLYH EED RI.- Es un aditivo retardante, reductor de agua de medio rango, multicompone nte y libre de cloruros formulado para producir en el caso del Shotcrete increme nto en el desarrollo de las resistencias a la compresin y a la flexin en todas las edades, adems que resulta efectivo ya sea como un aditivo nico o como parte de un sistema de aditivos MBT. RHEOBUILD 1000.- Es un aditivo reductor de agua de alt o-rango diseado para producir concreto rheoplastico y recomendado para desarrollo rpido de resistencias y uso fundamental en aplicaciones civiles y de minera ya se a en Shotcrete por va hmeda o seca. MEYCO SA160.- Es un aditivo acelerante de elev ado rendimiento, exento de lcalis para su utilizacin en el proceso de proyeccin por va hmeda, adecuado para todas aquellas aplicaciones donde se requieran resistenci as iniciales o finales elevadas, es idneo para concreto proyectado por va hmeda en el sostenimiento de rocas. 1.7.12 APLICACIN EN LA CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS. El shotcrete constituye un ma terial prefabricado de rpida aplicacin y puesta en servicio, que en estado endurec ido permite el movimiento restringido de las estructuras sobre las que es aplica do. Esta caracterstica lo hace ideal para la construccin de estructuras de sosteni miento de terreno o vaciadas contra este. En el campo de la minera este material es aplicado en la construccin del sostenimiento de los tneles, reemplazando los an tiguos prticos de madera y sistemas de anclaje convencionales. Este tipo de estru cturas, 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 movim iento se traduce en energa de deformacin misma que el shotcrete debe disipar sin l legar al colapso. El shotcrete sin fibras, as como el concreto convencional es un material que trabajar esencialmente a compresin y mientras las cargas se orienten en este sentido no se TECNOLOGIA DE MATERIALES 24

CONCRETO LANZADO tendr mayores problemas, sin embargo cuando se presentan cargas perpendiculares a l plano axial de compresin, la deformacin inducida genera esfuerzos de traccin que el shotcrete buscar disipar en forma de fisuras. De no existir un elemento quecon tine transmitiendo los esfuerzos de traccin a travs de las fisuras, la formacin de e stas constituir el fin de la resistencia del shotcrete y de continuar aplicando c arga en este plano, el colapso ser inevitable. Por el contrario si se aaden, en es te caso, fibras metlicas a la matriz del shotcrete, estas comenzarn a transmitir l os esfuerzos de traccin a travs de las fisuras, disipando la energa y preservando l a continuidad de la estructura. Fig.14 En base a las experiencias obtenidas con el shotcrete reforzado con fibra s metlicas en la minera y tomando en cuenta las capacidades de este material, se h a incursionado en obras civiles tales como sostenimiento de taludes, bien sea me diante la estabilizacin temporal o construyendo, muros de contencin, e incluso est ructuras como cisternas y piscinas. TECNOLOGIA DE MATERIALES 25

CONCRETO LANZADO Los ensayos realizados demuestran que el shotcrete reforzado con fibras tiene ca pacidad para absorber deformaciones muy elevadas sin colapsar a diferencia de lo exhibido por el concreto no reforzado, cuyo colapso se presenta usualmente al a parecer la primera fisura. Las pruebas sobre paneles circulares, segn la norma AS TM C 1550, han dado como resultado un incremento en el concreto de aproximadamen te 100 veces la capacidad para deformarse debido a la adicin de fibra. As mismo es tas pruebas han evidenciado un ligero incremento en la resistencia a compresin en los testigos cilndricos debido a la resistencia que aporta la fibra a la deforma cin en el eje perpendicular a la carga. TECNOLOGIA DE MATERIALES 26

CONCRETO LANZADO CAPITULO 2 ENSAYOS DEL CONCRETO LANZADO. 2. INTRODUCCION Las normas son la ASTM C 1399 (ensayo de vigas prismticas) y ASTM C 1550 (ensayo de paneles circulares). En el primer caso, el ensayo de vigas re quiere una prensa estndar, equipada con cabezales para rotura a tres luces tal co mo indica la referida norma, y un sistema de registro simultneo de fuerza aplicad a y deflexin central. En el caso del ensayo para paneles circulares, adems de los dispositivos de medicin mencionados en el caso anterior, se requiere contar con u n marco de reaccin que acomode al espcimen de ensayo y que permita la ejecucin del mismo de acuerdo a las indicaciones de la correspondiente norma ASTM. 2.1 Requis itos de las normas aplicables para los dispositivos de ensayo Para medir las pro piedades de los materiales a ensayar, el marco terico (normas aplicables) debe ga rantizar la repetitividad de los ensayos realizados. La estandarizacin de cada ensayo se realiz fijando las variables de los mismos dentro de rangos determinados. Tanto para los ensayos de paneles circulares como para las 11 vigas prismticas, las normas determinan los siguientes rangos para los equipos y la informacin a obtener: 2.1.1 Ensayos de Paneles Circulares ASTM C 1550 El equip o de registro de carga aplicada debe tener una resolucin mnima de+50 N. El marco d e reaccin y dispositivos de apoyo deben ser capaces de soportar carga hasta 100 K N aplicados al centro del espcimen. Los soportes del espcimen deben tener la sufic iente rigidez para no desplazarse radialmente ms de 0.5 mm bajo un espcimen con 40 mm de deflexin central y una carga pico de 100 KN. As mismo dichos soportes no se desplazarn ms de 0.5 mm siguiendo la direccin de la circunferencia sobre la cual s e alinean dichos soportes, bajo las condiciones mencionadas anteriormente El pis tn de carga consiste en un cilindro de 50 +5 mm de dimetro cuyo punto de contacto lo forma un casquete esfrico de 80 +5 mm de radio. Los testigos a ensayar tendrn l as siguientes dimensiones: 800 +10 mm de dimetro y 75 -5/+15 mm de espesor. La de sviacin estndar de un total de 10mediciones ser menor a 3 mm. TECNOLOGIA DE MATERIALES 27

CONCRETO LANZADO Cada material o mezcla a ensayar deber contar con al menos tres especimenes. Cada muestra consistir de al menos 2 ensayos exitosos, considerando bajo dicha condic in a aquellos especimenes que presenten al menos tres fallas radiales. Aquellos p aneles que muestren una nica falla a travs del dimetro sern descartados. Fig.15 Lanzado de Shocrete en moldes de paneles redondos.

2.1.2 Ensayos de Vigas Prismticas ASTM C 1399 La celda de carga a emplear tendr un a capacidad mnima de 44.5 KN. La deflexin debe ser medida con un instrumento capa de registrar deformaciones con una resolucin mnima de 0.025 mm. El equipo de regi stro de datos debe recopilar simultneamente la deflexin del espcimen y la carga apl icada. El dispositivo de carga deber contar con una placa de acero de 100 mm de a ncho, 350 mm de largo y 12 mm de espesor. Los testigos prismticos (vigas) tendrn l as siguientes dimensiones: 100 mm de ancho, 350 mm de largo y 100 mm de espesor. TECNOLOGIA DE MATERIALES 28

CONCRETO LANZADO CAPITULO 3 ENSAYOS EN PANELES CIRCULARES Y VIGAS PRISMTICAS DE CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS METLICAS 3.1Ensayos en Paneles Circulares 3.1.1 Elaboracin de Testigos y descripcin del ens ayo. Los paneles circulares a ensayar se moldean de acuerdo a lo requerido en el acpite 7.1 de la norma ASTM C 1550, considerando las dimensiones del molde, la f orma del vaciado, el curado y la ejecucin del ensayo Los moldes fueron construido s de acero segn la recomendacin de la norma, conservando las medidas internas 800 mm (con una variacin de 10 mm) y una profundidad de 75 mm. Fig 16 Previo a cada jornada de vaciado, los moldes fueron ubicados sobre soportes incl inados a 45 (Fig. 17). Se aplic desmoldante a las superficies interiores a fin de evitar que el espcimen se adhiera al molde y se provoquen daos al mismo durante el desencofrado. Fig.17 TECNOLOGIA DE MATERIALES 29

CONCRETO LANZADO El vaciado de los moldes se realiz con un equipo de concreto lanzado (Fig. proyec tando la mezcla de concreto sobre los moldes siguiendo una espiral desde el cent ro hacia fuera (Fig.18 ). Fig18 Esta metodologa se emple a fin de obtener, en la medida de lo posible, una masa un iforme en toda la extensin del panel. Una vez moldeados los paneles, estos se ret iraron rpidamente de sus soportes para darle el acabado superficial, antes que el endurecimiento del concreto lo impida Fig.19 Al trmino de cada jornada los paneles moldeados se colocaron en parihuelas bajo u n secado hmedo con mantas y plstico protector. Luego de 3 das dichos paneles se col ocaron en la poza de curado hasta la vspera de sus respectivos ensayos (Fig. 20). TECNOLOGIA DE MATERIALES 30

CONCRETO LANZADO Fig. 20 Concluido el perodo de curado para los especimenes, estos se trasladaron al labor atorio de pruebas donde se les tom las medidas correspondientes y dejaron secar d urante 24 horas. Una vez secos los especimenes, se procedi a colocarlos manualmen te sobre el dispositivo de ensayo, ubicando los tres puntos de apoyo pivotantes sobre la circunferencia interna de 750 mm de cada testigo. La disposicin de los p aneles al interior del dispositivo de ensayos se realiz de forma que el pistn de c arga se ubique sobre el centro del panel y el dispositivo de medicin de desplazam ientos (LVDT) se ubique debajo de este. La ubicacin del testigo sobre los pivotes as como la ubicacin de los dispositivos de carga y medicin de desplazamiento corre sponden a lo especificado por la norma ASTM C1550 (Figs. 21). TECNOLOGIA DE MATERIALES 31

CONCRETO LANZADO Fig.21 El ensayo consisti en aplicar, de forma constante, deformacin al centro del panel con un pistn semiesfrico. La velocidad de avance del pistn se ajust a lo indicado en el acpite 9.3 de la norma ASTM C 1550. El ensayo del testigo se detiene una vez alcanzados los 45 mm de deflexin central o el colapso del panel. El objetivo del ensayo es obtener para cada testigo los datos de fuerza vs. Deformacin durante la ejecucin del ensayo hasta que este llegue a la deflexin final. Con los datos de f uerza (KN) y deflexin central (mm), se construy, de acuerdo al acpite 10 de la norm a ASTM C 1550, la curva de fuerza vs. Deformacin, la cual constituye una propieda d fsica de cada panel. Calculando la integral de dicha curva (el rea bajo la misma ) se obtuvo la energa total, expresada en joules, absorbida por cada panel de sho tcrete. La grfica muestra el punto de falla del concreto y el inicio del trabajo de la fibra como elemento resistente frente a la deformacin. Este punto se muestr a como un pico de resistencia mxima a partir del cual la resistencia comienza a d escender a medida que se incrementa la deflexin central. Tomando este punto como inicio, la integral de la curva desde este punto da como resultado la energa abso rbida por las fibras metlicas presentes en la masa de concreto, tambin llamada ene rga residual (Fig. 22) TECNOLOGIA DE MATERIALES 32

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3.1.2 Parmetros Registrados. De acuerdo a los requerimientos de la norma ASTM C 1 550, cada panel debe ser verificado antes del ensayo a fin de asegurar la unifor midad de las medidas de los testigos a ser ensayados. Se midi tres veces el dimetr o y el espesor de cada panel as como la desviacin estndar de estas medidas, en cump limiento de lo indicado por la norma indicada. As mismo el resultado del ensayo d e un testigo ser valido cuando la falla ocurre de cuerdo a lo descrito en la norm a; es decir formando al menos tres fisuras radiales. De cada testigo se obtendr l os siguientes parmetros: Antes del ensayo: Espesor promedio del panel (mm), desvi acin estndar del espesor, dimetro promedio del panel (mm), desviacin estndar del dime ro. Despus del ensayo: Carga de falla del panel, deflexin de falla del panel (mm), energa total absorbida hasta los 35 mm, energa residual absorbida hasta los 35 mm , tipo de falla observada. 3.2 Ensayos de Vigas Prismticas. 3.2.1 Elaboracin de Te stigos y descripcin del ensayo. Para la elaboracin de las vigas prismticas, se mold earon paneles rectangulares de 600x600 mm dichos paneles se moldearon paralelame nte a los paneles circulares. Los testigos cortados de los paneles rectangulares tienen como dimensiones 350x100x100 mm, e acuerdo a lo requerido por el acpite 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 rgido para la mez cla de shotcrete (Fig.23 ). Fig.23 Previo a cada jornada de vaciado, los moldes son ubicados sobre soportes inclinados a 45 . De igual forma que para los paneles circulares, se aplic desmolda nte a las superficies interiores (Fig. 24). TECNOLOGIA DE MATERIALES 33

CONCRETO LANZADO Fig.24 El vaciado de los moldes se realiz con el mismo equipo de concreto lanzado proyectando la mezcla de concreto sobre los moldes manteniendo la metodologa emp leada en los paneles circulares (Fig. 25) Fig.25 Una vez moldeados los paneles, estos se retiraron rpidamente de sus soport es para darle acabado superficial, antes que el endurecimiento del concreto lo i mpida. Al trmino de cada jornada los paneles moldeados se colocaron en parihuelas bajo un secado hmedo con mantas y plstico protector (Fig.26). Luego de 3 das dicho s paneles se colocaron en la poza metlica hasta la vspera de sus respectivos ensay os (Fig. 27). Fig. 26 Fig. 27 TECNOLOGIA DE MATERIALES 34

CONCRETO LANZADO Concluido el perodo de curado para los especmenes, estos fueron retirados de la po za de curado y cortados para extraer las vigas de 100x100x350 mm. Una vez cortad as las vigas estas se trasladaron al laboratorio de pruebas, donde se les tomaro n las medidas correspondientes y se dejaron secar por un perodo de 24 horas. Los ensayos se realizaron siguiendo el procedimiento descrito en el acpite 8 de la no rma ASTM C 1399. Las vigas prismticas se colocaron en una prensa configurada segn los requerimientos del acpite 4.1 de la mencionada norma (Fig.28). Fig. 28 El ensayo de cada viga se realiza de la siguiente manera: Previo a la co locacin del testigo en el dispositivo se instal sobre los soportes pivotantes, la plancha metlica rgida. Sobre esta plancha se ubic el testigo haciendo coincidir las marcas de la viga con las existentes en el dispositivo de ensayo de forma que e l conjunto quede centrado segn el esquema presentado en la figura. La viga se ubi c sobre la plancha colocando la cara corta paralela a la misma. La plancha rgida t iene en el centro un orificio por donde atraviesa el dispositivo de medicin de de splazamiento LVDT, el cual se encuentra en contacto con la superficie del testig o. La ejecucin del ensayo se llev a cabo en dos etapas. En la primera etapa, se ap lica una carga sobre la viga a una velocidad constante hasta alcanzar los 0.5 mm de deflexin central. Si la fisura no se produce luego de alcanzar esta deflexin, el resultado es invlido. Luego de alcanzados los 0.5 mm de deflexin, se detiene el ensayo, se almacenan los datos y se retira la plancha rgida. TECNOLOGIA DE MATERIALES 35

CONCRETO LANZADO La segunda etapa del ensayo consiste en aplicar nuevamente carga sobre la viga y a fisurada, partiendo de cero (se reinicia el dispositivo de medicin de desplazam iento) hasta llegar a los 1.25 mm de deflexin, culminando de esta forma con el en sayo de la viga. El objetivo del ensayo es obtener para cada testigo los datos d e fuerza (N) vs. Deformacin (mm) durante ambas etapas del ensayo de forma que se puedan construir las curvas de carga y recarga del espcimen (Fig. 29). Fig.29 3.2.2 Parmetros Registrados. De acuerdo a los requerimientos de la norma A STM C 1399, se verificarn las medidas de todas las vigas prismticas a ensayar. Se midi tres veces la altura, longitud y ancho de cada viga, tomndose como valor el p romedio de cada una de estas dimensiones. As mismo el resultado del ensayo de un testigo ser valido vlido cuando la falla ocurre de acuerdo a lo descrito en la nor ma. De cada testigo se obtendrn los siguientes parmetros: Antes del ensayo: Dimensiones promedio de la viga, historial de curado. Despus de l ensayo: Carga de primera fisura, deflexin de fisuracin, tipo de falla observada, carga mxima del ensayo, ancho promedio de la fisura, deflexin para la carga mxima. TECNOLOGIA DE MATERIALES 36

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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 peridicos del rebote, ya que el mis mo vara con cada operador. La resistencia a la flexin no debe ser menor a 4 Mpa. S i es mayor es mejor. El promedio de rebote en el shotcrete de va seca es del 25% por m3, y por va hmeda es menor a 10% por m3. El Shotcrete reforzado con fibras of rece muchas ventajas en comparacin al Shotcrete convencional, por ejemplo: lo hac e ms dctil, controla las fisuras, tiene una aplicacin mucho ms rpida y fcil, es ms d ble, eficaz y rentable. Aplicado el Shotcrete sobre una superficie rocosa es obl igado a introducirse en las fisuras y en las juntas abiertas, de este modo se ha ce cargo de la misma funcin de unin 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 e n los resultados de la prueba se recomienda que el Shotcrete sea lanzado sobre l os paneles de manera cuidadosa para no tener problemas con la desviacin del espes or en las muestras. Hay que analizar las grietas que se producen en el ensayo ya que de ellas dependen si existir una baja o alta variabilidad en el comportamien to logrado de la tenacidad a la flexin. 4.2 RECOMENDACIONES. Al inicio de cada proyecto en los que se considera el uso de concreto lanzado (s hotcrete) se recomienda definir los requisitos de servicio de la estructura a co nstruir. Estos requisitos permitirn al constructor evaluar diferentes alternativa s de shotecrete con fibras metlicas y seleccionar la mejor opcin. Antes de aceptar como vlidos los resultados de los ensayos tanto de paneles circulares como de vi gas prismticas, se recomienda verificar su correspondencia con lo esperado como resultados por las normas marco de TECNOLOGIA DE MATERIALES 37

CONCRETO LANZADO estos ensayos as 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 anlisis posteri or descansa sobre los valores experimentales. CAPITULO 5 BIBLIOGRAFIA Bueno, F.J.C. (2003). Manual del Shotcrete Cobriza, Asistente de Geomecnica Cobri za Huancavelica, Per Franco, E. A.; Macedo, A. M.; Clark, L.(2001). Sostenimiento Moderno, Aplicacin. Aleksey de Las Casas. Estudio del desempeo de concreto Lanzad o Reforzado con Fibra. Universidad Catlica del Per. Sika. Sistemas para Concreto P royectado Tecnologa y Concreto. Fernando Campo Martinez. Shocrete Reforzado con F ibras. TECNOLOGIA DE MATERIALES 38