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Tecnología aplicada para la reducción de fragua del

concreto lanzado en Chungar

Jimmy Bardales Sanchez Supervisor Control de Calidad [email protected] Eli Aldave Palacios Jefe de Geomecánica [email protected] Empresa Administradora Chungar SAC - Volcan

RESUMEN

La industria minera es uno de los mayores consumidores de concreto lanzado, siendo utilizado en mayor demanda para sostenimiento subterráneo, teniendo como reto buscar alternativas para disminuir el tiempo de fragua y alcanzar la resistencia requerida antes de continuar la siguiente actividad, siendo más seguro y eficiente el proceso de sostenimiento. En el 2012, se llevó a cabo una serie de ensayos a nivel laboratorio y luego en mina, con la finalidad de dar a conocer la alternativa de reducir el tiempo de fragua de 4 horas a 3 horas, logrando su implementación. Actualmente en aras de la mejora continua y sobre todo en la búsqueda de optimizar el proceso de sostenimiento con concreto lanzado, se propuso reducir el tiempo de fragua de 3 horas a 2 horas, elaborando varios diseños a nivel laboratorio, dándonos buenos resultados y posteriormente su implementación. Las investigaciones y trabajos desarrollados para determinar la resistencia del concreto fresco a edades tempranas, se basa en la norma EN 14488-2 – Parte 2: “Resistencia a la compresión del concreto joven lanzado", dando resultados de campo con la aguja Mecmesin desde los 10 minutos y hasta obtener un valor de 1.5 Mpa como máximo de resistencia, luego proceder a utilizar la pistola HILTI para los datos de resistencia a partir de las 4 horas o cuando se tenga valores por encima de 2.0 Mpa. Estos ensayos dan información

del desarrollo de la resistencia, con la obtención de lecturas directas, esta información se ingresa a una hoja de datos y se grafica los valores de resistencia en MPa.

INTRODUCCION En la actualidad, la mayoría de minas del Perú buscan mecanizar sus procesos para ser más eficientes, no siendo la excepción la Mina Chungar, cuyo yacimiento esta emplazada en rocas sedimentarias margas, areniscas y conglomerados de la formacion Casapalca las cuales fueron plegadas, falladas y fragmentadas siendo sus caracteristicas geotécnicas desfavorables, presentado rocas de mala a muy mala calidad con condiciones estructurales adversas, por lo cual, se implementó el uso del concreto lanzado con equipos robotizados para su sostenimiento, haciendo más segura y eficiente las operaciones. Dentro de la minería, el factor tiempo es uno de los componentes más relevantes en la actividad, por lo cual, venimos desarrollando diseños alternativos para la reducción del tiempo de fraguado del concreto lanzado bajo parámetros definidos, siendo nuestros principales objetivos mantener la seguridad, mejorar el ciclo de minado, optimizar los costos de producción y controlar la estabilidad de nuestras excavaciones. El concreto lanzado es el sostenimiento inicial, debiendo ser instalado en el tiempo oportuno para prevenir la desintegración de la roca circundante, además de la concentración de esfuerzos en la excavación, controlando la relajación inicial debiendo ser capaz de adaptarse a las deformaciones. La estabilidad completa se alcanza con la instalación de los pernos de anclajes dentro del macizo rocoso formando su arco de autosoporte habiendo una interacción Roca - Sostenimiento. Gracias al avance de la tecnología, ahora se dispone de equipos adecuados para la determinación de resistencia a edades tempranas, pudiéndose obtener la curva de evolución de la resistencia desde minutos hasta horas y días con mayor exactitud. Para esta investigación, se utilizó el equipo penetrometro digital Mecmesin y la pistola

TT-204

mailto:[email protected]

2

Hilti basados en las normas establecidas para concreto, además de elaborar un programa de trabajo tanto en laboratorio como en campo, obteniendo resultados satisfactorios. OBJETIVOS

En el sostenimiento subterráneo, la aplicación del concreto lanzado data del siglo pasado; sin embargo, su aplicación se encuentra plenamente vigente especialmente en calidades de roca de pobre a muy pobre según la clasificación de Bieniawski

1.

Se indican a continuación los objetivos que nos conllevaron a realizar este trabajo técnico:

Reducir el tiempo de fragua del concreto lanzado de 3 horas actualmente estandarizado en toda la mina a 2 horas.

Buscar el o los aditivos que proporcionen las características que se requieren para que el concreto lanzado mantenga su performance actual.

Tratar de obtener el menor costo posible para no alterar el costo total de sostenimiento actual.

Superar a las 24 horas la resistencia a compresión uniaxial que se obtiene en campo con el diseño actual (10 Mpa).

Igualar la resistencia a la compresión actual 2.0 Mpa en menor tiempo (2 horas).

UBICACIÓN Y ACCESO La mina Animón, propiedad de la Empresa Administradora Chungar S.A.C. Ubicada en el flanco oriental de la cordillera occidental, geomorfológicamente dentro de la superficie puna en un ambiente glaciar, la zona presenta un clima frígido y seco típico de la puna, la vegetación son pastos conocido como ¨ichus¨; políticamente ubicada en el distrito de Huayllay, Provincia de Pasco, en las coordenadas U.T.M.:N´780,728 y E-344654, altura de 4,600 m.s.n.m., dentro de la hoja 23-K-Ondore. (*) “Engineering Rock Mass Classification” por

Z. T. Bieniawski

Figura 1: Mapa ubicación Mina Chungar

1 PROCESO PRODUCTIVO DE

CONCRETO LANZADO VIA HUMEDA

Dentro del proceso productivo de

concreto, se cuenta con tres subprocesos

bien definidos, los cuales se pasan a

detallar brevemente:

1.1 Control calidad insumos

Control de calidad de los insumos para la elaboración del concreto lanzado (shotcrete), punto de partida en la obtención de un producto de calidad y que cumpla los requerimientos de la mina, basándonos en las normas ACI, ASTM, NTP.

1.2 Dosificación y mezclado

Dosificación, mezclado y verificación del concreto lanzado, en este proceso la buena operatividad de la planta, calibración constante de balanzas y verificación de la calidad del concreto fresco entregado (slump, temperatura, rendimiento en m3, peso unitario, perdida de asentamiento en el tiempo y toma de muestras en planta para verificación de la resistencia a la compresión uniaxial) son puntos importantes para entregar un producto que cumpla con los parámetros exigidos.

3

1.3 Transporte y colocación

Transporte y colocación del concreto lanzado, en este proceso se verifica que el producto llegue a la zona donde se procederá a colocar con el slump y trabajabilidad adecuado, luego el punto final en todo el proceso y fundamental es la colocación, aquí se debe contar con los siguientes parámetros: presión de aire adecuada (mínimo 3.5 bares), caudal constante, buen desatado de la zona donde se va a colocar el concreto, el espesor debe ser lo más uniforme posible, la operatividad de los equipos para el lanzado (mixer, robot), operadores idóneos (experiencia y capacitación adecuada); puntos fundamentales para lograr una buena adherencia del concreto con la roca, la dosificación de aditivo se controla ajustando la cantidad de acuerdo al tipo de terreno. La verificación de la calidad del concreto lanzado in situ se realiza muestreando paneles para extraer testigos y su correspondiente ensayo a compresión uniaxial y mediante la prueba de rebote se verifica la cantidad de mezcla desperdiciada que no debe exceder el 10% del volumen total colocado.

2 ETAPAS EN LA REDUCCION DEL TIEMPO DE FRAGUADO EN EL CONCRETO LANZADO VIA HUMEDA

2.1 Reducción de fragua de 4 a 3 horas

De las pruebas realizadas se logró obtener los siguientes resultados: • Reducción del tiempo de fragua

de 4 horas a 3 horas actualmente estandarizado en toda la mina desde marzo del 2012.

• Ajuste en la dosis de aditivo súper plastificante y se cambió la cantidad de arena, manteniendo su performance.

• Se superó la resistencia a compresión uniaxial que se obtenía con el diseño anterior, actualmente

se obtiene por encima de 10 Mpa a

24 horas. • Se igualó en algunos casos la

resistencia a la compresión de 2.0

Mpa. en menor tiempo (3 horas). • Dosificaciones con diferente slump

(consistencia de la mezcla) según la distancia a recorrer del equipo.

• Mayor durabilidad en el tiempo del concreto actual.

• Reducción de la dosis de aditivo acelerante debido a un fraguado en menor tiempo.

Tabla 1 Comparación diseño para 4 horas

vs. Diseño a 3 horas de fragua.

Diseños X 1 m3 4 horas 3 horas

Cemento T1(kg) 400 400

Agua de diseño (Lt) 185 177

Agregado Grad. #2 (kg)

Súper Plastificante (Lt)

Fibra metálica 65/35 (kg)

Acelerante alcalino (Gal)

Relación Agua / Cemento

1610

2.15

20

3.5

0.463

1595

2.80

20

3.0

0.443 El diseño a 3 horas de fragua, se encuentra actualmente implementado en toda la mina. La resistencia que se obtiene a las 3 horas es de 2.3 a 2.0 Mpa, valores más que suficientes para permitir el ingreso de los equipos para empernado y su correspondiente colocación de los pernos de fricción con la finalidad de completar el sostenimiento definitivo.

2.2 Reducción de fragua de 3 a 2 horas

Se llevaron a cabo pruebas en 2 etapas, las cuales se detallan a continuación:

2.2.1 1ra Etapa de pruebas a nivel laboratorio para obtener diseños propuestos Se llevaron a cabo ensayos a nivel laboratorio. En esta primera etapa se realizaron variaciones en la relación agua/cemento y porcentaje de dosificación de aditivo se varió así como también una ligera variación en la cantidad de arena por metro cúbico, pero tratando de mantener trabajabilidad, manejabilidad, contrarrestar que la hidratación del cemento se realice en menor tiempo y elevar la resistencia inicial.

Pruebas realizadas:

Diseños de mezclas variando el % de aditivo utilizado de 2.8 hasta 3.8 litros.

Slump (asentamiento de la mezcla en pulgadas) de 8 ¾” hasta 10 ¾”.

Pérdida de asentamiento (slump), llegando a obtener pérdidas de ½” x hora.

Resistencia a la compresión uniaxial en probetas elaboradas en laboratorio.

Tabla 2 Diseños propuestos para reducción de fragua a 2 horas - A nivel Laboratorio

CANTIDAD DE CEMENTO TIPO I 400 Kg. 400 Kg. 400 Kg. 400 Kg. 400 Kg. 400 Kg.

AGREGADO SECO - GRAD. 2 1595 Kg. 1605 Kg. 1605 Kg. 1607 Kg. 1608 Kg. 1608 Kg.

FIBRA METALICA ENCOLADA 20.0 Kg. 20.0 Kg. 20.0 Kg. 20.0 Kg. 20.0 Kg. 20.0 Kg.

AGUA DE DISEÑO 176 Lt. 172 Lt. 172 Lt. 172 Lt. 172 Lt. 172 Lt.

RELACION AGUA/CEMENTO 0.44 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43

SUPER PLASTIFICANTE 3330 3.00 Kg. (0.75%) 3.21 Kg. (0.803%) 3.50 Kg. (0.875%) - - -

SUPER PLASTIFICANTE SC - - - 2.40 Kg. (0.60%) 2.20 Kg. (0.55%) 2.30 Kg. (0.575%)

ASENTAMIENTO O SLUMP

(PULG)

TEMPERATURA DEL CONCRETO

(oC)

ADICION DE AGUA PARA

OBTENCION DE SLUMP0.00 LT. 0.00 LT. 0.00 LT. 0.00 LT. 0.00 LT. 0.00 LT.

RESISTENCIA A LA 24 HORAS

(Kg/cm2) 98 Kg/cm2 104 Kg/cm2 70 Kg/cm2 79 Kg/cm2 128 Kg/cm2 100 Kg/cm2

RESISTENCIA A 3 DIAS PROMEDIO






PARAMETRO ESTADO ENDURECIDO DE LA MEZCLA

13.8 14.5 14 13.2 13.5 13

PARAMETROS ESTADO FRESCO DE LA MEZCLA

8 3/4" Pulg. 8 3/4" Pulg. 9 3/4 Pulg. 10 3/4 Pulg. 10 Pulg. 10 1/2 Pulg.

DOSIFICACION DE PLANTA

PRUEBAS EN LABORATORIO - ROTURA A COMPRESION UNIAXIAL

EN PROBETAS CILINDRICAS ESTANDAR

Aditivos: Super Plastifcante 3330 y un Super Plastificante con algo de retardo SC - Reduccion de Fragua a 2 Horas 2014

TIPO DE DISEÑOD PATRON

Relacion: 0.44

DI 3330

Relacion: 0.43

DII 3330

Relacion: 0.43

DIII SC

Relacion: 0.43

DIV SC

Relacion: 0.43

DV SC

Relacion: 0.43

5

CIA MINERA VOLCAN - UO CHUNGAR S.A.C.

Laboratorio - Control de Calidad

Tiempo

(horas)DPATRON DI 3330 DII 3330 DIII SC DIV SC DV SC

0.0 8 3/4 8 3/4 9 3/4 10 3/4 10 10 1/2 R A/C 0.44 R A/C 0.43

0.5 7 1/2 8 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9

1.0 7 8 9 8 1/2 9 8 3/4

1.5 6 1/2 7 3/4 8 8 8 1/2 8 1/2 R A/C 0.43 R A/C 0.43

2.0 6 7 6 7 1/2 8 1/4 8

2.5 5 1/2 6 1/2 5 6 1/2 8 7 1/2

3.0 5 5 3/4 4 1/2 6 7 6 3/4 R A/C 0.43 R A/C 0.43

3.5 4 4 1/2 3 3/4 5 1/2 6 1/2 6

4.0 3 1/2 3 3/4 2 3/4 4 5 3/4 5 1/2

DIIIAditivo

DII

V3330 (3.00 Lts.)

VSC (2.19 Lts.)Aditivo V3330 (2.80 Lts.)DPATRON

DIVAditivo VSC (2.01 Lts.)

DVAditivo VSC (2.10 Lts.)

Características de

los Diseños

Aditivo V3330 (3.27 Lts.)

DI Aditivo

2

2 1/2

3

3 1/2

4

4 1/2

5

5 1/2

6

6 1/2

7

7 1/2

8

8 1/2

9

9 1/2

10

10 1/2

11

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Slu

mp

(p

ulg

)

Tiempo (horas)

Perdida de Asentamiento en el Tiempo

DI 3330

DIV SC

DPATRON

Figura 2: Pruebas Perdida de Asentamiento – Fragua en el Tiempo

EDAD

Dias

DISEÑO

PATRON

V3330-2.80 LT.

R A/C 0.44

DI

V3330-3.00 LT.

R A/C 0.43

DII

V3330-3.27 LT.

R A/C 0.43

DIII

VSC-50-2.19 LT.

R A/C 0.43

DIV

VSC-50-2.01 LT.

R A/C 0.43

DV

VSC-50-2.10 LT.

R A/C 0.43

1 10.1 10.4 7.0 7.9 12.8 10.0

3 28.8 24.1 25.4 17.4 25.6 25.0

7 36.0 33.7 37.2 27.9 34.6 34.0

28 42.0 41.2 40.1 42.3 42.2 38.9

LABORATORIO PLANTA DE CONCRETO

RESULTADOS REDUCCION DE FRAGUA

DISEÑOS PROPUESTOS FRAGUA A 2 HORAS VS DISEÑO PATRON

Resistencia a la Compresion Uniaxial

MPA

10.1

28.8

36.0

42.0

10.4

24.1

33.7

41.2

7.0

25.4

37.2 40.1

7.9

17.4

27.9

42.3

10.0

25.0

34.0

38.9

12.8

25.6

34.6

42.2

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

1 3 7 28

M P

A

EDAD (Dias)

GRAFICO DISEÑOS ALTERNATIVOS

RESISTENCIA A LA COMPRESION UNIAXIAL

DISEÑOPATRON

V3330-2.80 LT.R A/C 0.44

DIV3330-3.00 LT.

R A/C 0.43

DIIV3330-3.27 LT.

R A/C 0.43

DIIIVSC-50-2.19 LT.

R A/C 0.43

DIVVSC-50-2.01 LT.

R A/C 0.43

DVVSC-50-2.10 LT.

R A/C 0.43

Figura 3: Resultados Resistencia a la Compresión – Diseños propuestos

6

Análisis de los resultados en laboratorio:

En las pruebas a nivel laboratorio se pudo identificar dos diseños que dieron resultados aceptables (DI y DIV) y que comparándolos con el patrón eran los más adecuados para realizar los ensayos en mina y ver su performance ya en la operación.

De las pruebas preliminares en mina se observó que el diseño IV con un súper plastificante que tenía algo de retardo (SC propuesto por proveedor), nos daba valores de mantención muy buenos sin embargo una vez colocado el concreto su fraguado y valores de resistencia iniciales eran por debajo que cuando se utilizaba el diseño propuesto DI con el súper plastificante utilizado actualmente, pero con relación al diseño patrón para 3 horas en donde se utiliza una dosificación de 2.80 litros, para el diseño propuesto para 2 horas, se utilizó 3.0 litros, esto significa una adición de 0.20 litros más al metro cúbico de mezcla.

Tabla 3 Comparación diseño para 3 horas

vs. Diseño a 2 horas de fragua propuesto

el DI

Diseños X 1 m3 3 h 2 h








1595

2.80

20

3.0

0.443

1608

3.00

20

3.0

0.43

El diseño a 2 horas de fragua, presenta variación en

el consumo de arena y plastificante, además de

reducción en la dosis de agua, con la finalidad de

aumentar la resistencia inicial en menor tiempo.

2.2.2 2da Etapa de pruebas piloto e

interior mina

1ra Etapa: Estas pruebas se llevaron a cabo en zonas identificadas por Geomecánica, las cuales paso a mencionar:

• Nivel 270, Tajo 700 y Tajo 600 Veta Janeth de Compañía.

• Nivel 150, Rampa 125 Veta Carmen de Miro Vidal.

• Nivel 175, Tajo 600 W Veta Janeth de Miro Vidal.

• Nivel 150, Sub Nivel 700 y 600 Veta Karina I de Miro Vidal.

• Nivel 145, Tajo 300 Split 225 Veta Principal de Miro Vidal.

Figura 4: Nivel 270 Tajo 600 Veta Janeth de Compañía. Curva de resistencia a la compresión en panel 1 muestreado en mina.

Figura 5: Nivel 270 Tajo 600 Veta Janeth de Compañía. Curva de resistencia a la compresión en panel 2 muestreado en mina.

7

- Análisis de información

obtenida en pruebas interior

mina en 1ra etapa

La resistencia que se obtiene a las 2 horas es de 1.0 a 1.3 Mpa, valores que por el tipo de macizo rocoso en estas zonas no representa problemas en la colocación del concreto. Si bien es cierto nos encontramos con valores que están por encima de la curva J2, se encuentran alejados de la curva J3.

- 2da Etapa

Estas pruebas se llevaron a cabo en zonas identificadas por Geomecánica: • Nivel 100, Sub Nivel 100

Veta Principal de Compañía.

• Nivel 115, Sub Nivel 400

Veta Ofelia de Compañía.

• Nivel 075, Acceso 100 Veta

Principal de Compañía

profundización.

• Nivel 115, Tajo 000 y Tajo

100 Veta Principal de

Compañía.

• Nivel 100, Sub Nivel 400

Veta Principal de Compañía.

• Nivel 125, Tajo 200 veta

María Rosa de Miro Vidal.

Figura 6: Nivel 100 Sub Nivel 100 Veta Principal de Compañía. R a/c 0.43

Figura 7: Nivel 115 Tajo 000 Veta Principal de Compañía. Curva de resistencia a la compresión en panel 1 muestreado en mina. Relación Agua – Cemento: 0.41

- Análisis de información en pruebas interior mina en 2da etapa

- Con respecto a la relación

agua/cemento de 0.43, la resistencia obtenida a las 2 horas es de 1.16 Mpa, valor que nos significó realizar un análisis más detallado, debido a que el tipo de macizo rocoso que se encuentra en esta zona (Nivel 100 Principal – Figura 6) está caracterizado por ser desde muy fracturado a intensamente fracturado / muy pobre con un RMR de 0 a 30.

- Debido a lo expuesto líneas arriba se recomendó elaborar un diseño que satisfaga los requerimientos, elevando el valor de resistencia a 2.0 Mpa,

- Se realizó cambios en el diseño reduciendo la relación agua/cemento de 0.43 a 0.41, obteniendo a las 2 horas un valor de 2.01 Mpa de resistencia a la compresión uniaxial, con este valor se garantiza la seguridad del personal y la calidad del sostenimiento con shotcrete.

8

- Con este valor a 2 horas nos encontramos por encima de la curva J2 y más cerca a la curva J3.

Tabla 4: Comparación entre diseño para 3 horas y diseño a 2 horas de fragua corregido

Diseños X 1 m3 3 h 2 h








1595

2.80

20

3.2

0.44

15948

3.40

20

3.0

0.41 En la tabla, se puede apreciar que se tiene el diseño propuesto y que dio resultados satisfactorios logrando obtener a las 2 horas 2.01 Mpa de resistencia a la compresión uniaxial.

3 EQUIPOS QUE SE REQUIEREN

PARA LAS PRUEBAS DE CAMPO Y DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A EDADES TEMPRANAS

Dentro de los requerimientos en el diseño del concreto lanzado, se debe de tomar en cuenta la utilización de herramientas y equipos que nos brinden criterios de evaluación con estándares de seguridad, que garanticen la calidad del producto entregado. 1ro. Contar con una Planta de

Concreto automatizada, que sus rangos de calibración sean regidos por la norma ASTM C-94 y debe de contar con los registros de calidad de los insumos a utilizar en la elaboración de la mezcla de concreto.

2do. Elaborar diseños no solo basándonos en la resistencia del concreto (f´c), nos debemos basar en la resistencia del concreto requerida (f´cr), la cual indica que debemos de obtener el 95% de confiabilidad de que mis valores sean iguales o estén por encima del objetivo.

3ro. Evaluar los valores de energía de absorción.

Tabla 5: E= Energía de Absorción de acuerdo a la calidad del macizo rocoso sistema Q.

La tabla 5 nos indica en base a la calidad del macizo

rocoso que valor de energía de absorción se requiere

para diseñar la mezcla de concreto, ya que

adicionalmente al valor de resistencia requerida del

concreto también se debe obtener un concreto dúctil y

que no se vuelva totalmente rígido, esto podría originar

muy por el contrario que el concreto se vuelva más

frágil y su durabilidad se vea afectada.

Figura 8: Ensayo panel cuadrado, llamado ensayo de placa EFNARC, determina la Energía de Absorción en Joules, simula a escala de laboratorio el comportamiento estructural del sistema perno de anclaje – shotcrete bajo carga de flexión y corte.

4to. Realizar la evaluación de la resistencia a compresión del concreto lanzado en minutos. Esto se realiza utilizando el método de la norma EN 14488-2 – en su parte 2: “Resistencia a la compresión del concreto joven lanzado".

9

3.1 Métodos de medición

El desarrollo de la resistencia a la compresión uniaxial inicial y temprana del concreto lanzado, hasta las 24 horas, se mide utilizando métodos indirectos, la aguja de penetración y equipo pistola Hilti DX 450. Ambos métodos se correlacionan, son de impacto y determinan la resistencia a la compresión por penetración de una aguja y de un clavo en el otro caso. Hay que tener en cuenta que cualquier función de correlación general que describen estos métodos de impacto es una aproximación. Por lo tanto, los resultados de estos métodos dependen del diseño de la mezcla, y son valores absolutos de la resistencia a la compresión.

Tabla 6: Métodos de medición para el desarrollo de resistencia del concreto lanzado.

3.1.1 Métodos de penetración de la

aguja Los resultados de este método se calculan a partir de la fuerza que se requiere para penetrar 15 mm de la superficie de la muestra usando una aguja de 3 mm de diámetro. La punta de la aguja tiene un ángulo de 60°. Usando este método se puede determinar la resistencia hasta aprox. 1,5 MPa (Tabla 6). Con la finalidad de obtener datos más veraces se utiliza el penetrómetro digital Mecmesin AFG 1000. El instrumento se utiliza en el modo de N (Newton). De diez lecturas de la resistencia a la compresión en MPa, según la fórmula: y = (x + 35) / 690 como se ilustra en la figura 10.

Figura 9: Penetración del concreto lanzado fresco usando penetrometro digital (Mecmesin AFG 1000).

Figura 10: Correlación entre la resistencia a la compresión y las lecturas de penetrómetro digital. Por ejemplo, 323 N (Figura 9) a 0,52 MPa (Figura 10).

3.1.2 Método de accionamiento del

clavo (HILTI) Resistencias a la compresión entre 3 y 20 MPa se determinan por los pernos o clavos prisioneros roscados, que son accionados en la superficie del concreto lanzado. La profundidad de penetración (hnom) resultados en la resistencia a la compresión de acuerdo con la curva de calibración se ingresan en los formatos de prueba para luego ser calculados en el grafico (Figura 13). Cinco lecturas mínimas por medición son necesarias. La herramienta de medición para este método es el Hilti DX 450-SCT (ex: Hilti DX 450 L) con

Desarrollo de Método Instrumento Resistencia Tiempo

Resist. inicial Aguja de penetración

Penetrometro digital

Hasta 1.5 Mpa 0 a 3 h

Resist. temprana

Clavos de impacto

Hilti DX 450-SCT

3 a 20 Mpa 3 a 24 h

Resist. final Extracción de muestras

Maquina ensayo de compresión

5 a 100 Mpa 1 a 28 días

10

cartuchos verdes. Inicialmente pernos más largos son utilizados (X-M6-8-95 D12), hasta que la profundidad de penetración es inferior a 20 mm y, posteriormente, clavos más cortos se utilizan (D12 X-52-M6-8). La fuerza motriz de la pistola de Hilti tiene que ser ajustado a 1.

Figura 11: Equipo Hilti DX 450 con el equipo de Pull Test.

Figura 12: El hnom, profundidad de penetración del clavo que se utiliza para la determinación de la resistencia a compresión. NVS, longitud que se ingresa a la hoja de datos. 3.1.3 Clases de resistencias

tempranas del concreto lanzado según norma EN 14487-1 1. Clase J1.- concreto lanzado

apropiado para aplicaciones en donde las capas o substrato es seco. No hay requerimientos estructurales que impliquen criticidad.

2. Clase J2.- usado en aplicaciones donde se requiere mayor espesor en un corto tiempo. Este tipo de concreto lanzado se puede aplicar sobre cabeza y es adecuado incluso en circunstancias difíciles, por ejemplo, en caso de flujos de agua y donde el trabajo inmediato posterior debe iniciarse lo más pronto posible

como la perforación y voladura.

3. Clase J3.- se utiliza en caso de rocas con alta fragilidad o fuerte flujo de agua. Debido a que su fraguado es muy rápido, se genera más polvo y rebote, generado durante la aplicación y, por lo tanto, la clase J3 sólo se utiliza en casos muy especiales.

Figura 13: Clases de resistencias tempranas del concreto lanzado Norma EN 14487-1 4. CONCLUSIONES Y

RECOMENDACIONES

1. Mediante la variación de la relación agua/cemento en el diseño de mezcla y ajustes en los demás insumos, se logra reducir el tiempo de fragua del concreto obteniéndose a las 2 horas 2.01 Mpa, permitiendo la continuación de las operaciones unitarias mineras (sostenimiento con pernos, perforación complementaria, perforación y voladura). A las 24 horas se logra valores de 13.7 Mpa. de resistencia.

2. El diseño de mezcla propuesto en este trabajo para la reducción de fragua a 2 horas está relacionado a la calidad del macizo rocoso determinado por Geomecanica, donde juega un papel importante la viscosidad de la mezcla (valores de slump), si nos encontramos en la clase de terreno J2 (figura 13) no se

11

requiere ningún cambio a la mezcla, pero si identificamos que la calidad del macizo rocoso es clase J3 (figura 13), debemos de realizar unos cambios en el diseño con la finalidad de que se tenga mayor adherencia inicial del concreto reduciendo el slump en la planta a no mayor de 7”.

3. Debemos estar conscientes que el éxito del sostenimiento con concreto lanzado no depende únicamente del diseño elaborado. Las condiciones en interior mina: estado de la labor, iluminación, presión neumática, así como la correcta técnica de lanzado (preparación de la superficie, ángulo, distancia y secuencia de lanzado) son iguales de relevantes; respetar el tiempo de mantención de la mezcla que es de 3 horas. El no observar estos subprocesos definitivamente influirá en la resistencia temprana y su durabilidad en el tiempo.

4. Se ha podido constatar que la metodología más confiable para realizar el seguimiento a edades tempranas del concreto lanzado son los métodos expuestos, el uso de la aguja de penetración digital Mecmesin y la pistola HILTI DX 450.

5. La adherencia del concreto y el fraguado hacen que la colocación de los pernos se realice sin inconvenientes a las 2 horas de fragua, agilizando este proceso de empernado y teniendo más labores sostenidas durante la guardia, generando mayor utilización de los equipos durante el ciclo de minado.

6. El monitoreo permanente de los parámetros del desarrollo de la resistencia y energía de absorción, además de contar con un Laboratorio de Control de calidad adecuadamente equipado con equipos modernos y calibrados, nos conlleva a dar seguridad y garantizar la calidad en el sostenimiento.

7. Con respecto a la dosificación de aditivo acelerante ultra rápido para concreto lanzado, este no fue alterado inclusive en zonas con terreno seco se pudo evidenciar que la dosis de aditivo se reducía en casi un 15% a comparación del diseño a 3 horas, siendo beneficioso en una mayor durabilidad del concreto colocado e impactando en un ahorro en el costo de este insumo.

5. REFERENCIAS

1. ACI: “Manual of Concrete

Practice”, part 5, 1987. 2. Comité Europeo de Normalización

EN 14488-2 – Testing Sprayed Concrete, Parte 2: “Resistencia a la compresión del concreto joven lanzado" (Junio 2006).

3. Sprayed Concrete Guideline – Aplication and Testing de Marzo de 1999, publicado por OsterreichischerBetonverein, A-1040 Viena Karlsgasse 5.

4. Strength classes according Norma Europea EN 14487-1.

5. Comité Europeo de Normalización EN 14488-5: 2006 (E) – Testing Sprayed Concrete, Parte 5: “Determinación de la capacidad de energía de absorción en paneles cuadrados de concreto reforzado con fibras”.

6. Shotcrete with high strengthat early age –A. Ishida, Nigata – Japan.

7. Determination of Early Age Compressive Strength of Shotcrete - Roland Heere and Dudley R. Morgan, 2002.

8. Requisitos del Reglamento para concreto estructural (Código ACI 318S-11).

ANEXO 1

Elaboración del análisis de beneficio al reducir el tiempo de fraguado del concreto lanzado de 3 a 2 horas.

1. COSTO

1.1 Equipos e implementación: Unidad Mes Año

- Pistola Hilti DX 450 US$ 7,000.00 11,500.00 11,500.00

- Penetrómetro AFG 1000 Mecmesim US$ 4,500.00

1.2 Cemento:

- Cemento Tipo 1 (Consumo adicional x m3 de shotcrete)* 4,950.00 59,400.00

10 Kilos X m3 para 4500 m3 de shotcrete vía húmeda

* 1 Kilo de cemento = 0.11 US$

1.3 Aditivos:

- Aditivo super plastificante (Consumo adicional x m3 de shotcrete)* 10,937.02 131,244.25

0.60 Litros X m3 para 4500 m3 de shotcrete vía húmeda

* 1 Litro de aditivo = 4.0507484 US$ 27,387.02 202,144.25

2. BENEFICIO

2.1 Menor tiempo de fraguado = Mayor cantidad de labores para empernar por día = Mayo tiempo de Explotación (Mayor Tonelaje)

Escenario Actual

Estándar 3 horas de fraguado

Escenario propuesto

Promedio de 2 horas por fraguado = 1 labor adicional de Explotación

Valor del mineral (-) US$/ Tn 154.33 97.33

Costo de Explotacion US$/ Tn 57.00

01 labor de 3.5" x 4" con Span de 3m.: Tn/día 140.00 13,626.18

Beneficio por turno * 13,626.18

Beneficio por día 13,626.18

Beneficio por año 4,973,556.67

* Si se asume una labor por turno como beneficio,multiplicar por 2

sección*ancho *pe

LABORATORIO CONTROL DE CALIDAD - PLANTA DE CONCRETO

ANÁLISIS DEL BENEFICIO

REDUCCIÓN DE TIEMPO DE FRAGUADO A 2 HORAS DEL CONCRETO LANZADO VÍA HÚMEDA

papel menbreteado 2009 - convencionminera.com · adversas, por lo cual, se implementó el uso del...

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