UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINAS
Fortificación con Shotcrete
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Profesor: Bernardo Reyes Cabrera Integrantes: Oscar Santander Pino Rodrigo Ugas Velozo Curso: Métodos de explotación Jueves 03 de Abril del 2014 1
Resumen Ejecutivo El trabajo solicitado corresponde a la investigación de uno de los métodos de reforzamiento existentes, orientados a la minería, el cual corresponde al fortalecimiento de estructuras a través de concreto proyectado o como se conoce en nuestro país por shotcrete, termino proveniente de Norteamérica. En la indagación se encontró con dos métodos distintos de shotcrete, por vía seca y por vía húmeda, los cuales presentan ventajas y desventajas, con respecto a costos, rebote, polvo producido, etc. En ese sentido el método por vía húmeda corresponde a un shotcrete de mayor costo, pero menor rebote y polvo producido. Para entender de una mejor manera la composición de shotcrete se definen sus componentes, los cuales son en su mayoría los mismo que el del concreto común, diferenciándose al poseer distintos aditivos los cuales ayudan a adaptar el hormigón ya que el shotcrete se puede utilizar en superficies medianamente irregulares, también se dispone de las maquinas utilizadas en cada método y sus costos asociados al uso de shotcrete. Finalmente se presentan varias indicaciones sobre los usos de los distintos métodos las cuales deben ser entendidas y captadas por empresas para decidir sobre el método más beneficioso.
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Índice -
Introducción_____________________________________________________Página 4
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Fortificacion por shotcrete_________________________________________Página 5
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Shotcrete vía seca_______________________________________________Página 6
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Shotcrete vía húmeda____________________________________________Página 7
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Comparación ventajas/desventajas_________________________________Página 8
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Componentes y composición de las mezclas en el shotcrete______________Página 9
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Costos asociados y equipos_________________________________________Página 10
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Conclusión_____________________________________________________Página 12
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Bibliografía____________________________________________________Página 13
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Introducción Para la civilización, el constante perfeccionamiento en construcción llega a avanzar en técnicas más avanzadas. En los que respecta a fortalecer las obras realizadas, el shotcrete surge como una necesidad del hombre para fortalecer macizos, con gran calidad, rapidez y seguridad. En el presente informe se detallará sobre el uso de shotcrete u hormigón proyectado, el cual posee dos métodos de uso, por vía seca y húmeda los cuales serán detallados en el desarrollo del informe, junto con las ventajas y desventajas de cada uno de los métodos. Dentro del reporte, se distinguirá la maquinaria utilizada en el shotcrete, los distintos usos, sus propiedades en la fortificación de túneles y los costos asociados a la utilización del hormigón proyectado por los métodos ya mencionados anteriormente. En el caso de la minería este es utilizado para la fortificación de túneles en minas subterráneas, siendo este junto con varios elementos como pernos y mallas, parte importante en el refuerzo de túneles y galerías, más adelante se señalarán las propiedades específicas del shotcrete en especial sus componentes y consecuencias de sus distintos métodos de uso. El shotcrete forma parte de un sistema integral para la fortificación de galerías en la cual se utilizan pernos de anclaje y mallas.
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Fortificación por Shotcrete El shotcrete consiste en hormigón o mortero proyectado neumáticamente sobre una superficie a gran velocidad, este hormigón no difiere del concreto convencional, ya que en él siguen siendo válidas la ley de Abrams, la importancia del árido, etc. Las propiedades del hormigón proyectado son semejantes a las del hormigón clásico respecto de su resistencia a la compresión, a la tracción y cizallamiento, pero ofrece mejores condiciones de impermeabilidad y resistencia a las heladas que los hormigones tradicionales. Además presenta una importante característica: se adhiere íntimamente a la superficie de aplicación, permitiendo obtener una superficie deseada. Los objetivos del shotcrete son:
Reforzar el macizo rocoso Mantener los bloques dentro del macizo rocoso Sostener el contorno del macizo
Específicamente los objetivos del shotcrete en minería son:
Soporte permanente de excavación Soporte temporal de excavación Revestimiento de piques de descarga Revestimiento en ductos verticales Refuerzo y/o reemplazo del macizo Muros de contención Parte del sello de ventilación
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Métodos de uso del shotcrete En particular se distinguen dos métodos de uso de shotcrete; vía seca y húmeda, ambos con la misma finalidad, en donde el shotcrete por vía húmeda es en cierta manera un método reciente en comparación con el método de vía seca, esto es porque el shotcrete en vía seca produce mucha polución en el aire, el cual es bastante dañino y peligroso, entonces el shotcrete de vía húmeda lleva para solucionar el problema del polvo. Shotcrete por vía seca: Consiste en mezclar el cementante (cemento + adiciones) con la arena para
luego impulsarlo a través de la manguera a la boquilla del equipo, en donde se combinará con el agua y los aditivos líquidos, los cuales llegan por una manguera independiente, para ser finalmente proyectada hacia la superficie mediante el uso de aire comprimido. El método no requiere una alta mecanización, lo cual favorece el uso de esta tecnología en las actividades mineras. La capacidad de los equipos de proyección utilizados para el shotcrete vía seca es de volúmenes de proyección pequeños; por lo que el reducido tamaño de estos equipos hace que sean versátiles en sus desplazamientos y ubicaciones respecto a la zona que se desea estabilizar. Tiene una gran acogida en las operaciones mineras, las cuales tienen secciones reducidas en sus labores. La buena instalación del shotcrete vía seca depende en gran medida de la destreza del operador. Es el operador quien controla los niveles de agua con aditivo que serán adicionados a la mezcla, así como la proyección de la mezcla hacia el macizo rocoso (manipulación de la pistola de lanzado en el caso no automatizado). Es por ello que los niveles de productividad y calidad, en gran medida, obedecen al grado de entrenamiento y responsabilidad del operador. La aplicación de shotcrete vía seca produce niveles de rebote elevados. Esto ocurreprincipalmente cuando se tiene: a) una mala aplicación de la mezcla sobre la superficie del macizo; b) condiciones operativas no apropiadas (baja presión de aire para el equipo); etc. Cabe indicar que los niveles de rebote utilizando esta tecnología de lanzado son mayores que los de la tecnología por vía húmeda.
Ventajas shotcrete método vía seca:
Equipos más pequeños y adaptables a las limitaciones de espacio físico en t úneles y galerías. Equipos mecánicos son más baratos. El manejo es sencillo y de menor cansancio. La mantención de los equipos es más económica. Transportable a mayor distancia. El hormigón alcanza mejor calidad. Existe una oferta amplia de equipos en el mercado.
Desventajas del shotcrete método vía seca:
Alto porcentaje de rebote. 6
Mayor generación de polvo. Mayor desgaste del equipo.
Figura N°1: Esquema de aplicación del shotcrete por vía seca.
Shotcrete por vía húmeda: El método por vía húmeda es más reciente en su surgimiento. Nació como
forma de eliminar la gran desventaja del método vía seco: la formación de polvo. En este caso, la mezcla contiene agua necesariamente. Su transporte en la tubería de impulsión se realiza con aire comprimido o bombas. En este último caso, se adiciona aire comprimido en la lanza para transferir al material la energía necesaria para su proyección.
Ventajas del shotcrete método vía húmeda.
Una de las más importantes, que produce menos polvo. Menor porcentaje de rebote. Mejor rendimiento. Mejor control de la razón agua/cemento (a/c). Calidad de la colocación en obra es menos sensible al rendimiento del portalanza.
Desventajas del shotcrete método vía húmeda.
La adición de aceleradores presenta ciertas dificultades. El equipo a utilizar es más caro. Velocidad de impacto contra el soporte es inferior. La adherencia es menos fuerte y hay mayores dificultades en la proyección hacia arriba.
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Figura N°2: Esquema de aplicación del shotcrete por vía húmeda.
Cuadro comparativo ventajas y desventajas vía seca v/s vía húmeda
Componentes y composición de las mezclas en el shotcrete 8
Áridos: alto contenido de finos (filler) que son importantes pues son estas las partículas las que unidas al cemento determinan el poder adhesivo del shotcrete y, por lo tanto, del material del rebote. Además, la fijación del hormigón y sus condiciones de impermeabilidad están basadas al contenido de sustancias finas. Por otra parte, cierta cantidad de granos gruesos es indispensable para dar a la mezcla no solamente una estructura equilibrada, sino también una buena compactación. La humedad propia de los áridos es muy importante para el procedimiento de proyección por vía seca y para la dosificación de la mezcla.
Cemento: En el mercado existen dos tipos de cemento: el especial y el de alta resistencia. Para el shotcrete es preferible usar el de alta resistencia al considerar su mayor rapidez de fraguado. La regla general para las dosificaciones señala que por cada 1000 litros de áridos, se utilicen entre 250 y 450 kilos de cemento.
Aglutinantes: este sirve para la unión entre el cemento y la roca. Los contenidos de aglutinantes van desde 250 a 450 kilos por cada 1000 litros de áridos con humedad natural. En las aplicaciones tradicionales de shotcrete está la consolidación de roca subterránea y de cielo abierto.
Agua: En la proyección por vía húmeda el agua se encuentra incorporada en la mezcla previamente elaborada. La cantidad depende de las exigencias de la técnica de impulsión y puede dosificarse de manera precisa. En la proyección por vía seca, la cantidad de agua de adición está determinada por la técnica de aplicación y es incorporada por el aglutinador o porta lanza a través de una cañería independiente.
Aditivos: Son sustancias químicas que se adicionan a la mezcla para modificar ciertas propiedades del hormigón. En la mayoría de los casos se trata de aceleradores de fraguado, para mejorar la impermeabilidad, entre otros. Como caso particular, los aceleradores de fraguado disminuyen la resistencia final del hormigón proyectado.
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Costos asociados al uso de shotcrete
COLOCACION SHOTCRETE ESPESOR SHOTCRETE RENDIMIENTO SHOTCRETERA REBOTE COSTO MATERIALES MATERIALES SHOTCRETE
5 cm 8,5 m3/hr. 10 %
UNIDAD
COSTO US$/m3
M3
110
UNIDAD
COSTO US$/HR 7,92
OTROS MATERIALES (10% Ant.)
COSTO EQUIPOS EQUIPO SHOTCRETERA
Hr
Equipos y accesorios Shotcretera: Unidad para disparo de chorro de concreto, con brazo telescópico accionado hidráulicamente hasta una longitud de 4,50 metros. El brazo tiene un ángulo de elevación de 45º y puede rotar 120º para la ubicación precisa de la boquilla de disparo. El accionamiento para el disparo del chorro de concreto es realizado a presión mediante bomba hidráulica. Utilizado principalmente para la proyección vía húmeda.
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Para la proyección vía seca, existen 3 tipos de máquina que trabajan según el principio de impulsión de fluido diluido:
Sistema de 2 cámaras. Sistema de tornillo. Sistema de rotor
Pero la que se mantiene aún en vigencia es el sistema de rotor. A continuación se muestran esquemas del funcionamiento de estos 3 sistemas.
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Conclusión
El shotcrete o concreto proyectado es uno de los métodos de reforzamiento en estructuras, taludes y túneles, principalmente en túneles relacionados con la minería. El concreto utilizado en el shotcrete no difiere en el convencional utilizado en la construcción, la única diferencia es que se le agregan sustancias como el aditivo o acelerante, fibras sintéticas o metálicas, entre otras. El shotcrete es una forma de utilizar el concreto distinta a la común en construcciones, al ser eyectado a grandes velocidades por el aire comprimido adquiere una compactación optima, rellenando de buena forma sin dejar vacíos en la estructura, en cambio el método común en construcciones, en donde el concreto se extrae del camión mixer, que posteriormente necesita una vibración para cubrir todos los espacios. El shotcrete se divide en dos métodos de aplicación principalmente, por un lado tenemos el método de vía seca que fue el primero en utilizarse en reforzamientos de este tipo, y luego está el método de vía húmeda, que fue inventado años más tarde con el propósito de contrarrestar el problema producido por su antecesor, el polvo. Ambos métodos cumplen el mismo propósito de una buena manera, teniendo ventajas y desventajas en ambos lados. El método de vía seca es bastante más barato si se trata de costos en maquinaria y mantención de estas, pero aunque el método de vía húmeda es más caro, esté se puede ver como una forma de inversión, ya que en su conformidad de aplicación genera mucho menos rebote y así menor perdida de concreto que el de vía seca, también produce un mejor sistema de trabajo, al no producir polvo, que en trabajos subterráneos es importante para la buena mantención del aire. A pesar de que el método de vía húmeda es más eficiente que el método de vía seca, este último aún sigue siendo utilizado fuertemente en la industria, ya que al ser más antiguo, hay una mayor variedades de equipos, más económicos y más pequeños, que el de vía húmeda. Finalizando, consideramos que la elección de ambos métodos corresponde a un análisis de una serie de variables como: el capital presente, la experiencia de la mano de obra, las características del túnel o talud a cementar y por último el equipo presente a la hora de fortificar.
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Bibliografía
Basf constructionchemicals Chile Hormigón proyectado tunelería minera. Recuperado de:https://intrawww.ing.puc.cl/siding/datos/departamentos/files/imm/Sixto_Lopez.pdf Edgar RicseTecnología del shotcrete. Recuperado de:http://es.scribd.com/doc/15963184/ItShotcrete costos. Patricio Araya RobledoGeotecnia Recuperado de: http://es.scribd.com/doc/188798527/geotecnia-costos Pablo ScottiIncorporación de metodologías Noruegas en la excavación de túneles del NNM el TenienteCodelco. Recuperado de: http://www.expomin.cl/marketing/pdf/2012/presentacion_pablo_scotti.pdf Dr. Alberto Rey (2006) Hormigón proyectado Dosificación, Fabricación y puesta en obra. Recuperado de: http://www.ciccp.es/ImgWeb/Castilla%20y%20Leon/Art%EDculos%20T%E9cnicos/Hormigon%2 0Proyectado.pdf
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