SHOTCRETE O CONCRETO LANZADO VIA HUMEDA

Ing. Enrique Pasquel Carbajal 1

1.0 INTRODUCCION.-

El concreto lanzado o shotcrete es una tecnología originada a principios del siglo XX y que en el denominado sistema de vía seca, data de fines de los años cincuenta en nuestro país, teniendo sus antecedentes en los túneles de los primeros proyectos hidroeléctricos que se ejecutaron, expandiéndose luego con gran profusión en las actividades mineras como elemento de sostenimiento en los socavones. El principio del Shotcrete consiste en lanzar o disparar neumáticamente por un tubo una mezcla de concreto a la que se añade en la salida un aditivo acelerante que produce un endurecimiento muy veloz mientras esta mezcla va impactando sobre la superficie a recubrir. Inicialmente rebota el material grueso y sólo se adhiere a la superficie el mortero, creando una capa de base sobre la que posteriormente se incrustan las partículas gruesas, creando la estructura convencional del concreto.

2.0 TIPOS DE SHOTCRETE O CONCRETO LANZADO

Existen dos sistemas de aplicación, el denominado proceso seco, en que los agregados el cemento y el aditivo cuando es en polvo se lanzan mezclados y en la salida de la manguera de descarga que tiene una válvula con agujeros concéntricos, se suministra el agua para producir la hidratación. Cuando el acelerante es líquido, se suministra diluido en el agua.La compactación por impacto mencionada, produce que se obtengan densidades ligeramente superiores a las de las mezclas normales, sin embargo con una gran dispersión en el caso de la vía seca.La tecnología de este tipo de concreto ha tenido un desarrollo lento a nivel mundial en comparación con otros avances en los concretos convencionales, principalmente por tener connotaciones difíciles de superar, ya que el diseño de las mezclas por vía seca es eminentemente artesanal y su calidad es muy variable al depender de la voluntad del operador la aplicación del agua y en consecuencia no mantenerse constante la relación Agua/Cemento, el rebote irregula r ocasiona una estructura de mezcla de gradación discontinua y finalmente la compatibilidad entre los diversos tipos y marcas de cementos y los acelerantes ultrarrápidos ha sido un problema de difícil solución. La manera como se hace shotcrete vía seca en nuestro medio y a nivel mundial en la actualidad no difiere sustancialmente de cómo se hacía hace 20 o 30 años, pues el concepto básico no ha cambiado, sin embargo si han cambiado las exigencias de los procesos con shotcrete en los túneles de las obras civiles y labores de sostenimiento en las minas en cuanto rapidez, niveles de resistencia estructural, mayores rendimientos para mantener la rentabilidad de la operación, protección ecológica del medio ambiente y seguridad para el personal.

El otro sistema es el húmedo, donde se lanza la mezcla con todos los materiales incorporados, añadiéndose el aditivo acelerante líquido mediante una válvula en el extremo de la manguera de descarga..

1 Ingeniero Civil PUCP , Profesor Pontificia Universidad Católica del Perú, Consultor en Tecnología del

Concreto, Presidente del Capítulo Peruano del American Concrete Institute , ACI-PERU, Gerente de Investigación & Desarrollo de Unión de Concreteras S.A. - UNICON

En el primer sistema, el agua la aplica el lanzador u operador a voluntad en función de como se va adhiriendo la mezcla, por lo que no se puede hablar de una relación Agua/Cemento definida ya que es bastante dispersa.En el segundo sistema la mezcla ya sale dosificada y el operador no tiene injerencia en la cantidad de agua.

3.0 SHOTCRETE O CONCRETO LANZADO VIA HUMEDA.-

Una alternativa viable desde hace dos décadas ha sido el sistema de shotcrete vía húmeda, cuya concepción es muy parecida a la del concreto bombeado convencional, con mayores presiones de operación y empleando acelerante ultrarrápido en la fase final, pero con las ventajas y beneficios de una mezcla standard. La mayor traba a su uso generalizado fue que los equipos eran muy grandes y costosos, y se dependía del tiempo de vida útil de la mezcla fresca (normalmente 90 minutos) como límite de empleo práctico. Esto ocasionó que su empleo fuera desechado en obras civiles y actividades mineras pues las usualmente secciones pequeñas y los tiempos que insumen las labores en los túneles hacían preferir el método tradicional de la mezcla seca.Desde hace una década el shotcrete vía húmeda ha tenido tres innovaciones fundamentales que han dado un giro de 180 grados a los conceptos que dificultaban su difusión :

1) El diseño y desarrollo de equipos de aplicación cada vez más pequeños, eficientes e incluso automatizados, que eliminan los reparos en cuanto a costo y tamaño, aportando el elemento de seguridad para el operador (robot) y la posibilidad de incluir en las mezclas microsílice y/o fibras de acero con sus bondades inherentes.

2) La aparición de los aditivos de inhibición de hidratación, que conjuntamente con los superplastificantes de tercera generación permiten regular el fraguado inicial extendiéndolo por la cantidad de horas que sean necesarias para completar todas las operaciones manteniendo la mezcla fresca y con la trabajabilidad requerida para su fácil aplicación por el equipo de lanzado en el momento que se desee.

3) El lanzamiento de los acelerantes ultrarrápidos no alcalinos para shotcrete vía húmeda, que son amigables con el medio ambiente, no son agresivos para los operadores y permiten reducir el rebote a niveles inferiores al 5% sin sacrificar resistencia final.

La tendencia actual a nivel mundial, se está orientando al cambio hacia la vía húmeda, pues con la tecnología moderna, las ventajas que se logran en rendimientos de colocación (hasta 20 m3/hora), resistencias superiores y uniformes con la posibilidad de reducir espesores de revestimiento, disminución del desperdicio en por lo menos 2/3, y la protección del personal y el medio ambiente, hacen que el balance costo-beneficio sea notablemente favorable en comparación con el método tradicional.

En el caso particular del Perú, el sistema vía húmeda ha empezado a tener un impulso importante desde hace unos 5 años propiciado por la tendencia mundial mencionada y la globalización que ha originado que las empresas mineras transnacionales con intereses en nuestro país especifiquen el empleo de esta tecnología en sus operaciones.

Otro aspecto resaltante es que el cemento que consumen las minas en la producción de concreto, shotcrete y rellenos hidráulicos, representa un rubro significativo de la producción nacional, con un orden de magnitud similar al empleado por los contratistas formales (Fig. Nº1), luego, esta influencia ha sido gravitante en la difusión y empleo de esta tecnología localmente. Centros mineros como Cobriza, Volcan y Antamina ya han adoptado esta tecnología por sus grandes ventajas en el costo-beneficio y la protección del medio ambiente siendo la tendencia creciente ene el resto de minas.

Por otro lado, desde el punto de vista de la industria de la construcción, esta realidad establece la necesidad de que los ingenieros civiles se actualicen y profundicen en los principios y posibilidades del empleo del shotcrete via húmeda, al abrirse un mercado antes reservado exclusivamente para los ingenieros mineros cuya formación y orientación escapa de los alcances de esta tecnología pero que sin embargo les representa una herramienta muy útil en el éxito de sus labores.

Finalmente, resumimos en un cuadro comparativo las características de ambos sistemas y adjuntamos algunos gráficos ilustrativos para aclarar estos conceptos :

Sistema vía seca Sistema vía húmeda

Control de agua y consistencia variables a criterio del operador

Control de agua, consistencia y dosaje constantes y muy precisos.

Facilidad de transporte Facilidad de transporteGran dispersión en resistencias (No mas de 250kg/cm2 en promedio, con Ds hasta de 50 kg/cm2)

Baja dispersión en resistencias (Hasta 500 kg/cm2en promedio, con Ds del orden de 20 kg/cm2)

Alto rebote y baja producción (Del orden de 25% a40% de rebote, y de 2 m3/hora a 5 m3/hora como rendimiento en colocación)

Bajo rebote y alta producción (Del orden de 2% a10% de rebote, y de 10 m3/hora a 20 m3/hora como rendimiento en colocación)

Alta contaminación en la zona de lanzado Baja contaminación en la zona de lanzadoSobredosificación del cemento Cantidad de cemento necesariaAditivos alcalinos en base a aluminatos, con resistencias finales bajas, agresivos para la piel.

Aditivos no alcalinos en base a silicatos, sin afectar resistencias finales, inocuos para la piel.

Equipos pequeños operados manualmente Equipos pequeños operados a control remotoPrecauciones de seguridad extremas con el personal por la contaminación, daños por el rebote del agregado y efecto cáustico de los acelerantes.

Precauciones de seguridad normales con el personal por la baja contaminación, rebote mínimo y efecto neutro de los acelerantes.

Tiempo de permanencia limitado del personal en el frente de lanzado por las dificultades enunciadas.

Tiempo de permanencia extendido del personal en el frente de lanzado por las facilidades enunciadas.

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Fig. 1.- Distribución aproximada de laproducción de cemento en el Perú en porcentaje

58%23%

8%6% 5%

Premezclado(8%) Usos varios en minas (5%) Concreto por contratistas (6%) Concreto informal (58%) Albañílería y acabados (23%)

Shotcrete via seca

Mezcla seca -Aggregados, cemento ( fibras)

Dosis de acelerante & relación A/C controlada por el operador

AireMezcla seca + aire

Acelerante

Agua

Bomba de dosaje deAcelerante separada

Rendimiento : 2 to 5 m3/hrRebote : Agregados - 25 to 40%

Fibras de acero - 35 to 75%

ShotcretShotcretee viviaa húmedahúmedaMezcla húmeda -

agregados , cemento , agua inhibidor y superplastificante (fibras)

Control de dosaje del acelerante y volumen de aire en la bomba

AceleranteMezcla húmeda bombeada

Aire Comprimido

Bomba de dosaje de aceleranteintegrada

Acelerante

Rendimiento : 10 to 20m3/hrRebote: Agregados - 2 to 10%

Fibras de acero – 2% to 10%

CONTROL DE HIDRATACION

Vo

lúm

en

de

sh

otc

rete

ap

lic

ad

o p

or

el

sis

tem

a v

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a (%

)

Sca

ndin

avia

Italy

Fra

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Gre

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Sw

itzer

land

UK

Sp

ain

Ger

man

y

Aus

tria

Acelerantes libres de Alcalis

pH 0 4 7 10 14

Seguro para el hombre

ACIDO NEUTRO BASICO

Acelerantes libresde Alcalis

Acelerantes en base a silicatos de Sodio

modificados

AcelerantesConvencionales

(Aluminatos)

Seguridad en el trabajo Mayor producción Reducción del riesgo de reacción Alcali-Sílice Control de impacto ambiental No sacrifican resistencia final

Migración al sistema via húmedaen Europa

100

90 1994

80 1997

70

60

50

40

30

20

10

0

BIBLIOGRAFIA

1) ASOCEM.- Asociación de Fabricantes de Cemento. - Estadísticas 1998.

2) Enrique Pasquel C. .- “Tópicos de Tecnología de concreto en el Perú”.- Colegio de Ingenieros del Perú Consejo Nacional.- Segunda Edición - 1998.

3) “American Society for Testing and Materials”, ASTM-USA.

4) ACI 506R-90 “Guide to Shotcrete”. USA

5) ACI 506.2-95 “Specification for Shotcrete”. USA

6) Tom Melby .- Sprayed Concrete for Rock Support, MBT International UndergroundConstruction Group. Switzerland.

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