Nuevas tecnologías del concreto lanzado para obras subterráneas Ing. Raul Bracamontes
Marcos reforzados con concreto lanzado
• Es una práctica integral de soporte en terrenos blandos
El índice Q maneja 9 categorías de refuerzo según el tipo de roca (excepcionalmente pobre, extremadamente pobre, muy pobre, pobre, regular, buena muy buena, extremadamente buena y excepcionalmente buena)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Sin soporte Anclaje esporádico, sb Anclaje sistemático B Anclaje sistemático con 40 – 100 mm de concreto lanzado sin refuerzo B(+S) Concreto reforzado con fibra. 50 – 90 mm y anclaje S fr + B Concreto reforzado con fibra 90 – 120 mm y anclaje S fr + B Concreto reforzado con fibra 120 – 150 mm y anclaje S fr + B Concreto reforzado con fibra > 150 mm reforzado con marcos de concreto lanzado y anclaje S fr + RRS + B Concreto colado en sitio. CCA
con 6 varillas de refuerzo de 16mm (5/8”) @ 10 cm, en doble capa de 45 cm de espesor con una separación de centro a centro (c/c) a 1.7 m. cada caja corresponde al valor Q izquierdo
Instalación de marcos
Reforzamiento de drenaje con marcos ligeros
Rescate de túnel en mina
Sistema combinado de tubos paraguas y marcos ligeros Dispositivo para Extracción Sarta Tubos Ø 114 mm
Tubo de Inicio Ø 114mm Hembra - Corona
Tubo de Perforación DTH Ø 76 mm Rosca API 2 3/8” REG.
Bit Piloto para martillo DTH 3” Rosca Izquierda trapezoidal (macho – hembra)
Adaptador de extracción con pines para perforadora
Tubo Extensión Ø 114 mm, e = 8.56 mm Con puntas Macho – Hembra en acero Bonificado y con Tratamiento Térmico Largo Efectivo: 1500 mm
Corona Escariadora Ø 114mm
Reforzamiento Armaduras o “latice girders”
Reforzamiento Armaduras o “latice girders” • Soporte temporal de emergencia para terrenos inestables. • Guía exacta para medir el perfil de la excavación. • Soporte rígido para soporte del refuerzo estructural para su recubrimiento con concreto • Soporte temporal del concreto lanzado conforme es aplicado mientras genera resistencia para soportarse a si mismo • Guía exacta para control de espesores de concreto lanzado • Complemento del refuerzo estructural del soporte de túnel, en algunas aplicaciones es el acero del soporte principal • Elemento de monitoreo para medir convergencias en el interior del túnel
Reforzamiento Armaduras o “latice girders”
• En el diseño del armado del “lattice girders” en relación a sus dimensiones se deben de considerar los siguientes aspectos: • A) Rigidez requerida, capacidad y momento característicos, se puede fabricar con varillas de acero de diferente diámetro • B) Separación de sus elementos para permitir su adecuado recubrimiento con concreto lanzado evitando la formación de sombras • C) Radio mínimo requerido de la armadura completa • D) Espesor de capa de concreto lanzado y recubrimiento del acero de refuerzo
Reforzamiento Armaduras o “latice girders”
Sistemas modificados con polímeros • Son sistemas base cemento modificados con polímeros que curan por la pérdida de agua de la emulsión polimérica que permite formar una película y ganar resistencia. El producto final el un sistema polimérico relleno de concreto que contiene muchas de las características asociadas con los polímeros, tales como una buena flexibilidad, resistencia a la tracción elevada y alto alargamiento a la rotura. El recubrimiento también proporciona una barrera contra el gas y el cambio de humedad.
Sistemas modificados con polímeros
Clasificación • Actualmente la norma EFNARC los clasifica en dos tipos dependiendo de su uso: • (i) Clase B ‐ Básico: principalmente usado como una protección contra el intemperismo • (ii) Clase S ‐ Estándar: usado para estabilizar permanentemente la integridad de la roca distribuyendo los esfuerzos asociados con el movimiento de estratos, asi como un recubrimiento anti intemperismo, remplazo de malla o una barrera contra el gas o la humedad
Que es un recubrimiento delgado ? • Es una membrana continua aplicada a los estratos para proporcionar un medio superficial de refuerzo no estructural Se aplica por lo general en espesores menores de 10 mm para sellar la roca contra la transferencia de gas y humedad y para evitar el intemperismo El soporte primario lo proporciona el anclaje y/o marcos y/o concreto lanzado reforzado, El recubrimiento delgado proporciona una capa de refuerzo inicial que contribuye al soporte total
Requerimientos mandatorios para todas las aplicaciones Característica
Método de prueba
Resistencia a tensión
ASTM D638
> 2 MPa a 7 días
Resistencia de carga linear
Prueba de block
>5kN/m (equivalente a un block de 2 ton)
Tensile E‐modulus
ASTM D638
< 0.02GPa
Elongación a ruptura
ASTM D638
>10%
Resistencia cortante
ASTM D732
>0.25MPa a 24 horas
Adherencia
Clase B
Clase S
Que se adhiera a la >1MPa roca
Flamabilidad
ASTM E84 (flama aplicada sobre superficie e índice de desarrollo de humo)
Clase 1
Clase 1
Productos de combustión
NES 713
Adecuado para usarse en construcción subterránea
Adecuado para usarse en construcción subterránea
Requerimientos especiales para aplicaciones particulares Características
Método de prueba
Clase B
Clase S
Impermeabilidad al EN 1928 or DIN agua 1048
Sin paso de agua a 28 días a 7 bar de presión
Resistencia a congelación y deshielo
>50 ciclos
SN 73 1326 ó SS 13 72 44
Vapor de agua <1.10‐6 m/s Metano <4.10‐16 m/s Radón <1.10‐9m/s
Permeabilidad al DIN 52615, DIN vapor de agua, 16726 ó SN 021582 metano, radón, etc. Resistencia eléctrica superficial
DIN 22107 Part 6
<109Ω/cm
<109Ω/cm
Prueba sobre substrato de concreto 1. dos prismas de concreto de 8x4x3 cm 2. un prisma de concreto de 4x4x3 cm aparato 1. cimbra de 21cmx3cmx3cm 2. varias placas de aluminio de 4cmx3cmx3mm 3. varias placas de aluminio de 21cmx3cmx3mm 4. navaja 5. espátula triangular 6. vasos de plástico 7. probeta de 100 ml 8. balanzas de laboratorio 9. lentes de seguridad
Configuración de prueba para lineal Bloque de Soporte a) muestra de ensayo fija antes de aplicar la carga b) muestra cargada con falla por adherencia
Configuración de prueba para lineal Bloque de Soporte a) prueba de cortante
• Las principales ventajas de concreto modificado con polímeros en comparación con el concreto lanzado incluyen los siguientes: a) espesor de capa mas delgado – menor manejo de materiales b) mayor dureza, durabilidad, resistencia, y resistencia al impacto c) mayor adhesión al sustrato d) menor formación de polvo e) mayor capacidad para resistir el movimiento del terreno y mayor resistencia al agrietamiento.
Rehabilitación de un Puente • Antes
• Después
Aplicación en mina de carbón
Equipo y materiales
Cuadrilla de aplicación
• Antes
• Después
Como sello de ventilación
Sello de refugios
Reforzamiento de una roca fracturada
equipo
Aplicación robótica
Aplicación robótica
Calculo de la presión de soporte
P
considerando un túnel circular, conocemos la presión que soporta el concreto lanzado
Calculo de la presión de soporte • Utilizamos la siguiente formula: • P = ½ σc [ 1 – (Ri – tc )2 ] Ri2 • Donde: • σc =Resistencia a compresión del concreto = 30 MPa (300 kg/cm2) • tc= Espesor del concreto = 0.10 m ( 10 cm de espesor de la capa del concreto lanzado) • Ri= Radio del túnel = 2 m • P= Carga radial distribuida = ?? • Obtenemos P = 1.4625 MPa
Calculo de la presión de soporte • Sustituyendo en la ecuación anterior con los datos de resistencia del concreto polimérico y despejando en función de Tc (buscando el espesor de capa para el mismo valor P) obtenemos • Resistencia a compresión del concreto polimerico σc = 51.26 Mpa • Espesor del concreto = tc= ¿? • Radio del túnel Ri = 2 m • Carga radial distribuida = 1.4625
Calculo de la presión de soporte • Obtenemos • Tc = 0. 057m es decir solo por la mayor resistencia del concreto polimérico se puede disminuir el espesor de capa a 6 cm. • • Es decir que una capa de 6 cm de concreto polimérico soporta lo mismo que una capa 10 cm de concreto lanzado de f’c=300 kg/cm2 • • Sin considerar las mejores resistencias de flexión y adherencia que nos ofrece el concreto polimérico
