demolicion y rotura de rocas con cementos expansivos

Descripción general de los cementos expansivos, desde sus características hasta su método de utilización, pasando por el modo de fabricarlos y sus cualidades mas destacables.

USO DE EXPLOSIVOS

1

DEMOLICION Y ROTURA DE ROCAS CON CEMENTOS EXPANSIVOS

INDICE

TEMA PAG.

Historia del cemento expansivo……………………………………….2-3

¿Qué es el cemento expansivo?.........................................3

Composición del cemento expansivo………………………………4

Modo de empleo……………………………………………………………5-7

Usos del cemento expansivo………………………………………….8-12

Evolución del cemento expansivo………………………………….13-14

Seguridad……………………………………………………………………….14-15

Bibliografía……………………………………………………………………………..16

2


1. HISTORIA DEL CEMENTO EXPANSIVO

La palabra cemento se aplica a toda sustancia que posea propiedades adhesivas, cualquiera que sea su origen. La palabra proviene del latín “caementum”=piedra sin escuadrar.

Hasta el siglo XVIII puede decirse que los únicos conglomerantes empleados en la construcción fueron los yesos y las cales hidráulicas, sin embargo, es durante este siglo cuando se despierta un interés notable por el conocimiento de los cementos. Una vez desarrollado este sector también se desarrolló el sector de los cementos expansivos.

La tecnología utilizada por este cemento es la reacción química de hidratación. Esta reacción química se emplea desde la antigüedad, se utilizó en la construcción de las pirámides de Egipto para la extracción y elaboración de grandes bloques de granito. Trata en incorporar agua a un compuesto.

Utilizaban cuñas de madera y las mojaban con agua; por efecto de la reacción química de hidratación se producía una tremenda fuerza expansiva y la consiguiente rotura. Los cementos demoledores, mezclados con agua producen la reacción química de hidratación generando una fuerza expansiva de 7.000 a 9.000 T/m2.

A mediados de los años setenta del siglo XX, un ingeniero y químico italiano, Rossano Vannetti, comienza el estudio y el desarrollo de la formulación moderna del cemento expansivo. A base de carbonatos de calcio, consigue desarrollar una formulación que le permite regular a voluntad el tiempo de reacción del producto, y por tanto, a base de catalizadores de la reacción, controlar los tiempos de rotura.

3


Este hecho diferencial le permite, partiendo de un pequeño laboratorio en la Toscana italiana, en Casteglione de la Pesacia, funda el que hoy es un gran imperio industrial(Grupo CEG), mercantil y económico en torno a este producto. Establece fábricas y sedes comerciales en los cinco continentes y en relativamente poco tiempo se convierte en el mayor productor mundial de cemento expansivo, con industrias en Italia, Brasil, Argentina, Egipto y Sudáfrica.

2. ¿QUE ES EL CEMENTO EXPANSIVO?El cemento expansivo es un agente demoledor no explosivo pulverulento y de color grisáceo, cuyo componente base es la Cal inorgánica.

El cemento expansivo, mezclado con el porcentaje adecuado de agua provoca, por reacción química de alto poder, una enorme tensión expansiva, superior a las 9.000 toneladas. Generalmente son suficientes de 500 a 3.000 toneladas para demoler todo tipo de roca y hormigón.

El cemento expansivo produce la rotura: De una forma segura De una manera precisa Con vibración “0” Sin explosión Sin ruido de martilleo ni

temblor

Sin gases Sin chispas Sin problemas de accesibilidad Sin contaminación Sin atentados ecológicos

Una de las características más interesante de las mostradas anteriormente es la de que el cemento expansivo no es ningún tipo de explosivo. Eso hace que lo pueda utilizar cualquier persona puesto que no hace falta la ley que está sujeta a los explosivos. Esto

4


conlleva que no hace falta papeleo de ningún tipo a la hora de la utilización de este producto.

3. COMPOSICION DEL CEMENTO EXPANSIVO

El cemento portland es un polvo fino, que se obtiene de moler la escoria de arcilla con piedra caliza calcinada, a temperatura muy alta. Al añadir agua, se va convirtiendo en una mezcla pastosa hasta llegar a tener la consistencia de la piedra. Por este motivo se usa en construcción de edificios y obras de ingeniería.El mortero y hormigón se obtienen al añadir arena y grava.Ha cementos naturales (que solo necesitan calcinado y molido), y una amplia variedad de artificiales, con diferentes tipos de composición para aportarles propiedades específicas, como el cemento Portland (de origen en esta ciudad inglesa), y el cemento aluminoso.

También, dependiendo de los aditivos, con un mismo tipo de cemento se obtienen diferentes tipos de hormigón: normal, arcilloso, bituminoso, asfáltico, fraguado rápido, espumoso, resistente al agua, micro poroso, reforzado,... etc.Composición química del cemento Portland:

Oxido de calcio (CaO)..................................................................... 60-70%Dióxido de silicio (incluyendo 5% de sílice libre) (Si O2)................ 19-24%Trióxido de aluminio (Al3O3)......................................................... 4 -7 %Oxido férrico (Fe2O3) ..................................................................... 2 -6 %Oxido de magnesio (MgO).............................................................. <5%

El cemento expansivo es un cemento hidráulico que se expande ligeramente durante el período de endurecimiento a edad temprana después del fraguado. Debe satisfacer los requisitos de la especificación ASTM C 845, en la cual se le designa como cemento tipo E-1. Comúnmente se reconocen tres variedades de cemento expansivo:

E-1 (K) contiene cemento portland, trialuminosulfato tetracálcico anhidro, sulfato de calcio y óxido de calcio sin combinar.

E-1 (M) contiene cemento portland, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio.

E-1 (S) contiene cemento portland con un contenido elevado de aluminio tricálcico y sulfato de calcio.

5


El uso de cementos expansivos (típicamente el cemento tipo K) se ha dado principalmente en U.S.A., donde están sus únicos fabricantes.

4. MODO DE EMPLEO DEL CEMENTO EXPANSIVO

Aunque el uso de los cementos expansivos está muy generalizado y tiene un ratio de uso muy elevado, no se puede utilizar (o más bien no es efectivo) en todo tipo de rocas, si, por ejemplo, la roca tiene algún tipo de figuración o alta porosidad el cemento no funcionara correctamente, ya que no reventara la roca sino que rellenara esos huecos que tiene esta naturalmente. Esto es debido a que el cemento se expande por las fisuras y los huecos de la roca. Como ya sabemos el cemento expansivo produce un pequeño aumento de volumen a una alta presión que es lo que rompe, sobre todo aquellas rocas que no sean plásticas y no tengan agujeros; pero una vez expansionado el cemento el aumento de volumen real es muy pequeño, lo que hace imposible romper el tipo de rocas arriba mencionadas.

Por lo tanto el uso de los cementos expansivos se limita a rocas rígidas, duras, resistentes y carentes de figuración (como lo es el granito, el cual es uno de sus “usuarios” predilecto) para su utilización. Así, podríamos decir que en un granito funcionara perfectamente, en una calcárea dependerá del entorno y la situación y en una carniola no funcionara.

A la hora de utilizar los cementos expansivos no son muchos los conocimientos previos sobre construcción que necesitamos, pero unas nociones básicas sí que son muy importantes. Al igual que a la hora de trabajar con explosivos, la parte más importante de las operaciones con cementos expansivos es la perforación. El éxito del proceso puede descansar sobre este paso fundamental ya que no es lo mismo utilizar un solo agujero, hacer varios o realizar el trabajo con un u otra separación.

Como en explotaciones convencionales, si el barreno no se ha efectuado según las instrucciones, fallara la demolición. Para ilustrar esta situación a continuación se expone una utilización del cemento expansivo:

1. Diámetro de barreno: será de entre 30 y 65 milímetros. En temperaturas superiores a 25 grados centígrados, el diámetro máximo ha de ser de 50 mm, mas adelante analizaremos la importancia de la temperatura en este tipo de demoliciones.

2. Desplazamiento: para calcular el desplazamiento basta con una simple operación matemática, multiplicar por diez el diámetro que ha sido utilizado en el barreno.

3. Profundidad: como es lógico la profundidad siempre ha de ser superior al desplazamiento calculado, aunque con un mínimo, en este ejemplo seria de 50 milímetros.

6


Este ejemplo correspondería a una de las marcas más conocidas en España de cemento expansivo, la marca CRAS, de la cual podemos ver sus cualidades en un trabajo como el arriba mencionado en la siguiente tabla.

El agua en la utilización del cemento expansivo:

La cantidad de agua es muy importante como puede apreciarse en el gráfico, en este caso (concreto para los cementos expansivos CBA) hay tres tipos de agua, cuyo efecto viene representado en el gráfico. Podemos alcanzar las 9.000 Toneladas por metro cuadrado con la línea verde. Nos quedamos por bajo con la azul y con la negra aumentamos muchísimo el tiempo de rotura y disminuimos mucho la presión del cemento. Como se puede apreciar la cantidad de agua va a venir limitada por el producto en concreto que se utilice, por las indicaciones de cada fabricante y sobre todo por los efectos y duraciones que queramos conseguir. Así, en general, con cantidad abundante de agua el cemento tarda algo mas de tiempo en endurecerse y pierde efectividad, y con poca agua puede no abarcar lo suficiente.

La temperatura en la utilización de cemento expansivo: como se puede ver en la figura, la temperatura es muy importante y hay que tenerla en cuenta, pues de ello depende el tiempo de rotura. De 10º-30º en 10 horas se alcanzan los resultados, sin embargo en una temperatura de 5º-20º los resultados, según se ve en la curva de color azul, pierden tanto en fuerza como en tiempo de acción, siendo mucho más lentos los de 0º-5º donde los resultados se obtienen después de las 50

Consumo de CRAS por metro de profundidad según el diámetro de barreno utilizado

Peso: 1,40 kg 3,25 kg 5,30 kg

Diámetro 32 mm 50 mm 65 mm

7


horas, como se ve en la curva de color negro.

El diámetro de los barrenos en la utilización de cementos expansivos: como es lógico el diámetro del barreno tiene una influencia directa en el resultado de la demolición o la rotura de rocas. Una de las grandes ventajas de lo cementos expansivos frente a los explosivos es que pueden ser utilizados con la misma eficacia en todo tipo de diámetros. En todo caso cada fabricante es el que debe indicar los diámetros aconsejables para cada tipo de roca con su producto en concreto y por lo tanto sería erróneo indicar unos valores como absolutos, no obstante, para que sirva como guía podemos decir que el diámetro idóneo es de 4 - 4,5 centímetros. Los diámetros inferiores a 3,5 no son aconsejables. En la siguiente tabla se puntualizan mejor las medidas para rocas duras, blandas, etc.

Teniendo en cuenta todo lo arriba mencionado: el agua, la temperatura, el diámetro de perforación, el agujero…. Podríamos decir que ya estamos preparados para utilizar el cemento expansivo. Para hacerlo basta con seguir unas pautas paso por paso para que la demolición o la rotura sea perfecta:

Dosificación: poner en un balde un 28%-30% de agua (que no pase de 15º en verano) y con una batidora hacer una masa uniforme y sin grumos.

Carga: llenar el agujero hasta arriba. En grandes obras puede utilizarse la bomba de carga Acción expansiva y rotura: por efecto de la hidratación, el cemento expansivo genera una

tremenda y progresiva fuerza expansiva (superior a las 7.500 Tn/m2, cuando para la rotura de la roca más dura son necesarias 2.000 Tm/m2). En pocas horas se producirá la rotura. La potencia va aumentando progresivamente y unos dos días después puede llegar a lograr la fuerza máxima.

Agujeros con agua o grietas: Se resuelve usando tubo o saco de poliuretano de diámetro ligeramente superior al del barreno. Ø mínimo del tubo: 30 mm.

8


5. USOS DEL CEMENTO EXPANSIVOComo ya hemos explicado con anterioridad el cemento expansivo es una alternativa seria, segura y económica a los explosivos convencionales, por tanto, sus usos se extienden como sustituto de estos y son factibles en prácticamente todos los campos en los que trabajan los explosivos más algunos otros en los que estos son peligrosos o inutilizables. Podemos decir por tanto que tienen un campo de utilización universal, tanto en grandes obras o megaproyectos, como en pequeñas demoliciones o incluso demoliciones caseras. Pero sobre todo los cementos expansivos adquieren importancia en los casos en los que la utilización de explosivos convencionales no es adecuada o incluso peligrosa:

Escaso volumen Problemas de vibraciones Imposición administrativa Imposibilidad de esperar el tiempo para obtener un permiso de voladura No es posible ejecutar el trabajo con martillo hidráulico, ni con voladura

En todos los casos arriba mencionados el uso de cementos expansivos se vuelve indispensable ya que todas sus ventajas se adaptan a las necesidades de esas situaciones y de muchas otras.

En el caso de las canteras de granito, por ejemplo, las pruebas efectuadas en canteras sudafricanas de granito Rojo África con cemento rompedor no explosivo han dado como resultado un aumento de hasta el 10% en la cantidad de granito aprovechado. La prueba efectuada mostró que se trata de un proceso económico y que el aumento de la producción es importante (hasta un 50%), ya que se reduce el número de perforaciones que hay que realizar. Con los procedimientos convencionales, se necesita una perforación cada 10 cm, mientras que con el cemento aumenta la producción y en el proceso ya no es necesario paralizar ninguna operación en curso.

Intentaremos resumir sus usos en una pequeña lista:

1. En trabajos domésticos, aunque no es lo más habitual si es factible ya que no necesita experiencia ni autorización alguna, al contrario que los explosivos.

9


2. En vaciados entre edificaciones, sobre todo en el ámbito nacional, ya que en España esta tecnología es la más esperada en el campo de la construcción y la edificación.

3. En demoliciones de construcciones de hormigón armado, como pudieran ser muros, zapatas, diques, presas, pilares, etc. debido a su gran efectividad en este tipo de roturas frente al martillo hidráulico.

4. En demoliciones submarinas, se trata prácticamente de la única opción en este tipo de trabajos, ya que los explosivos no son una buena opción bajo el mar y las maquinarias no están lo suficientemente desarrolladas.

5. En demoliciones realizadas en el entorno de carreteras, en las cuales se puede trabajar sin tener que interrumpir el tráfico, sin la utilización de maquinaria pesada y sin los riesgos evidentes que conlleva el uso de explosivos.

6. En canteras de granito, donde el corte limpio que genera y la ausencia de microfisuras permite racionalizar el proceso de producción al no tener que tomar las medidas de seguridad inherentes a otras tecnologías.

Como hemos podido apreciar en la lista anterior los usos del cemento expansivo son múltiples, aunque, evidentemente todos están ligados a la demolición.

Como sabemos el cemento expansivo produce la rotura por efecto o reacción de hidratación de alto poder, produciendo una enorme tensión expansiva, superior a las 7.000 toneladas por metro cuadrado.La fragmentación se produce entre los agujeros, previamente cargados con cemento expansivo, por la enorme tensión expansiva que ejerce este sobre lo que tenga alrededor (en este caso la roca), esto lo podemos apreciar en la siguiente fotografía.

Esta enorme tensión actúa como fuerza de compresión (A) y a la vez en ángulo recto fuerza de tracción (B). La demolición se producirá cuando esta fuerza de tracción supere a la resistencia a demoler. No debemos olvidar que siempre tendremos que disponer (en la bancada o bolo a demoler) de, al menos, una cara libre o salida.

10


A continuación analizaremos los tipos de demolición más típicos que se pueden realizar con cementos expansivos.

Demolición de bolos o rocas sueltas: en este caso los cementos expansivos nos permiten saber la orientación de la rotura y la línea de corte, logrando una separación limpia y sin residuos mencionables, basándose en el principio lógico de que esta se producirá siempre entre los agujeros más próximos.

Rotura TransversalL-1 < L-2

L-1=0,5 m

Rotura LongitudinalL-1 < L-2

L-1=0,5 m

Rotura en CuadrículaL-1 = L-2

L-1=0,5 m

Rotura en TresbolilloL-1 < L-2

L-1=0,5 m

Demolición de estructuras de hormigón armado: por lo general las armaduras de hormigón armado no ofrecen resistencia y por lo tanto la rotura se produce de parte a parte, como se puede apreciar en la siguiente figura.

11


Bancada fija con varias caras libres: Cuando queremos quitar un repie la demolición se realizara por etapas para obtener una mayor eficacia. Como hay varias filas de taladros, cargaríamos la primera fila con un margen de una hora o treinta minutos de diferencia cargaríamos la segunda, y así sucesivamente.

Si lo que queremos es dar un nivel a la roca o al repie, el procedimiento será más o menos como el anterior, si bien tendríamos que dar una fila de taladros horizontales con una ligera inclinación para favorecer su llenado y limitar el corte. Así conseguiríamos romper primero la horizontal, a continuación la primera fila, con un margen de tiempo la segunda, etc.

SIN REPIÉ

La cota W=0,5 m. máximo en el fondo del agujero.

Diámetro Barreno

40 mm

Malla0,5m x 0,5m

Profundidad Hasta 10 m.

CON REPIÉ

Bien con máquina o según dibujo, tenemos que preparar un primer frente con altura mínima de 0,60 m.

Para acabar cabe destacar que uno de los usos más comunes de los cementos expansivos se encuentra en las canteras de granito.

Se estima que el uso del cemento expansivo aumenta la producción en un 100%. Por una parte, al ser un producto no explosivo, se racionaliza el proceso de producción integral de la

12


cantera. Por otro lado, con el uso del cemento expansivo se precisa de la mitad de agujeros, hecho éste determinante en la producción. Los desplazamientos de agujeros son de 0,40 metros a 0,50 metros en lugar de los 0,20 metros que son utilizados normalmente mediante los métodos convencionales.

Con Explosivo Con cemento expansivo

Mucho escombro De un 25% a un 32% de ahorro de material vendible.

Microfisuras Material limpio y SIN MICROFISURAS

Extracción de grandes bloques. 540 m3 = Gran potencia. Elaboración de bloques "in situ". Ahorro de material vendible: recorte de solo

0,15 m de espesor.

Aumento de producción del 100%. Al no tener que adoptar medida de seguridad, se racionaliza el proceso de producción y se reduce la perforación al 50%.

13


6. EVOLUCION DEL CEMENTO EXPANSIVO

Como en otros muchos factores cada empresa ha intentado sacar una formula mejorada del cemento expansivo, estos son unos de los ejemplos que hemos encontrado:

Mejora de cemento expansivo y método de formar mismo:

Más concretamente, el cemento expansivo de la presente invención está formado por una fina molienda de “clinker” amplia que incluye un aluminio estable compuesto de sulfato de calcio, y luego una cantidad de mezcla del “clinker” expansiva determinada por la proporción entre el compuesto de sulfato de calcio aluminio en esto con un separado “clínker” de cemento y yeso para formar una composición del cemento expansivo.

Clinker: Es el principal componente del cemento, se forma tras calcinar caliza y arcilla a una temperatura que está entre 1350 y 1450 ºC. El clínker es el producto del horno que se muele para fabricar el cemento.

Otra mejora de este componente es el denominado Cras:

El CRAS produce la rotura:

De una forma segura De una manera precisa Con vibración “0” Sin explosión Sin ruido de martilleo ni temblor

Sin gases Sin chispas Sin problemas de accesibilidad Sin contaminación Sin atentados ecológicos

Además, no paraliza ningún trabajo en la obra.

Vale para todas las estaciones del año siempre y cuando el diámetro de barreno sea inferior a 50mm. Supone gran ventaja respecto a los competidores, ya que éstos utilizan un producto diferente para cada estación -es decir, cuatro tipos diferentes- lo que supone, entre otras ventajas, un 75 % de ahorro en material inmovilizado.

El modo de usar el cras es el mismo que cualquier cemento expansivo, explicado posteriormente en la sección modo de empleo.

Las ventajas del CRAS sobre la maquinaria pesada son:

14


Accesibilidad Velocidad, (20 veces más rápido que los rompedores hidráulicos o “pica-pica”) Vibración "O" (sin vibración temblores o martilleo) Mucho más económico.

Las singulares características del CRAS hacen obsoleto el uso de maquinaria pesada. En todo caso puede esta utilizarse en las labores de desescombro, después de demoler con cras.

La maquinaria manual y los martillos neumáticos provocan, frente al cras provocan enorme fatiga y penosidad, son muy lentas y muy caras y, en definitiva, para ciertos trabajos resultan obsoletos.

7. SEGURIDAD

A continuación mostramos uno de los boletines de seguridad para el uso de los cementos expansivos, en este caso cogemos el de la empresa “Kayati S.L.”

MEDIDAS DE SEGURIDAD A LA HORA DE MANIPULAR EL MATERIAL EXPANSIVO

PROTEGER LOS OJOS LLEVANDO GAFAS DE SEGURIDAD DECALIDAD. ESTE ES UN PRODUCTO ALTAMENTE ALCALINO.SI EL PRODUCTO ENTRA EN CONTACTO CON LOS OJOS,ACLARAR LOS OJOS CON AGUA ABUNDANTE DE FORMAINMEDIATA Y CONSULTAR CON EL OFTALMOLOGO.

LLEVAR SIEMPRE GUANTES DE GOMA PARA PROTEGER LAPIEL DE LA EXPOSICION AL PRODUCTO. SI EL PRODUCTOENTRARA EN CONTACTO CON LA PIEL, ACLARAR CONAGUA, LAVAR CON JABON Y ACLARAR. SI LA IRRITACIONPERSISTE, CONSULTAR CON EL ESPECIALISTA

15


EVITAR EL MIRAR DIRECTAMENTE AL AGUJERO DONDE SE HA APLICADO EL PRODUCTO DURANTE DIEZ HORAS YA QUE PODRIA OCURRIR UNA SACUDIDA O SALIDA SUBITA DELMATERIAL. DICHA SACUDIDA ES EL RESULTADO DE UN USO INDEBIDO DEL PRODUCTO. PARA EVITAR DICHAS SACUDIDAS HAY QUE LLEVAR A CABO SIEMPRE UN SEGUIMIENTO DE LAS

FORMATIVAS Y PROCEDIMIENTOS, UNA SACUDIDA PODRIA OCASIONARSE ENTRE 3 Ó MAS VECES. EVITAR ACERCARSE AL AREA AFECTADA. OBSERVAR LAS MEDIDAS DE SEGURIDAD Y PRECAUCIONES RECOMENDADEAS

LLEVAR SIEMPRE UNA MASCARA APROPIADA A LA HORADE MEZCLAR Y APLICAR EL PRODUCTO LA INHALACIÓN EINGESTIÓN DE ESTE PRODUCTO PRODUCE LOS MISMOSSISTOMAS QUE SI FUERA CEMENTO O CAL. PROHIBIDOCOMER, BEBER O FUMAR DURANTE LA MEZCLA YMANIPULACIÓN. QUITAR LA ROPA UTILIZADA DURANTEEL PROCESO DE EXPOSICIÓN AL MATERIAL

CONSEJOS PRACTICOS

1. LA TEMPERATURA CONSTANTE DETERMINARA EL DIAMETRO CORRECTO DEL AGUJERO

2. HAY QUE USAR SIEMPRE AGUA LIMPIA Y FRIA.

3. ES NECESARIO UTILIZAR GUANTES DE SEGURIDAD Y MASCARILLA A LA HORA DE MANIPULAR EL MATERIAL

4. NO HAY QUE MIRAR DIRECTAMENTE AL AGUJERO CARGADO

5. MANTENERSE ALEJADO DEL AGUJERO CARGADO DURANTE 10 HORAS

6. ES NECESARIO USAR LAS MEDIDAS ADECUADAS DE DIÁMETRO DE AGUJERO EN CADA APLICACIÓN

7. ALMACENAR EL PRODUCTO SIN HUMEDADES

8. NUNCA APLICAR EL PRODUCTO CON OTROS FINES QUE NO SEAN LA RUPTURA DE ROCA O CEMENTO

16


8. BIBLIOGRAFIA

Cementos expansivos CRAS…… http://www.kayati.com/es/index.html

Cementos expansivos CBA…… http://www.cba.es/

Wikipedia, la enciclopedia libre…….. http://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_expansivo

Cementos demoledores……………. http://www.cementodemoledor.com/

Voladuras http://www.voladurasydemoliciones.com/cemento_expansivo.htm

La historia del cemento http://www.cement4sale.com/?cID=42

http://www.cement4sale.com/?cID=42

http://www.voladurasydemoliciones.com/cemento_expansivo.htm

http://www.cementodemoledor.com/

http://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_expansivo

http://www.cba.es/

http://www.kayati.com/es/index.html

demolicion y rotura de rocas con cementos expansivos

Documents