Mundial /Regin Europa:

MBT InternationalUnderground Construction GroupDivisin de MBT (Suiza) S.A.Vulkanstrasse 1108048 Zurich (Suiza)Telf.: 41-1-438-2210Fax: 41-1-438-2246

Regin Amrica:

Master Builders, Inc.Shotcrete &Underground Systems23700 Chagrin BoulevardCleveland, OH 44122-5554EE. UU.Telf.: 1-216-839-7500Fax: 1-216-839-8827

Equipos:

MEYCO EquipmentDivisin de MBT (Suiza) S.A.Hegmattenstrasse 248404 Winterthur (Suiza)Telf.: 41-52-244-0700 Fax: 41-52-244-0707

Mxico:

MBT MxicoBlvd. M. Avila Camacho 80, 3er piso53390 Naucalpn, Edo. de MxicoTelf.: 52-55-21-22-2200Fax: 52-55-21-22-2201

Argentina:

MBT Argentina S.A.Espaa 1651Colectora Oeste Ruta Panamericana Km 47,5Buenos Aires (1625)Telf: 54-34-88-43-3000Fax: 54-34-88-43-2828

Brasil:

MBT Brasil Avenida Firestone 58109290-550 Santo AndrSo PauloTelf.: 55-11-4478-3118Fax: 55-11-4479-0338

Chile:

MBT Chile Nucleo Empresarial ENEARio Palena 9665 Pudahuel, Santiago de ChileTelf.: 56-2-444-9760Fax: 56-2-444-9761

Colombia:

MBT ColombiaCalle 76 No.1327BogotTelf.: 57-1-217-3332Fax: 57-1-321-7513

Ecuador:

MBT ConcretesaSosaya 133 y Ave. AmericasCasilla 2515.QuitoTelf.: 593-256-6011Fax: 593-256-9272

Peru:

MBT UNICON PERUPlcido Jimnez 958LimaTelf.: 511-385-1905Fax: 511-385-2065

Venezuela:

MBT VenezuelaC.C. Libertador PH-3C. Negrin y Av. Los Jabillos.CaracasTelf.: 582-212-762-5471/75Fax: 582-212-761-7001

Espaa:

Bettor MBT, S.A.Duero, 23Polgono Industrial Las Acacias28840 Mejorada del Campo (Madrid)Telf.: 34-91-668-0900Fax: 34-91-668-1732

Bettor MBT, S.A.Basters 131508184 Palau de Plegamans (Barcelona)Telf.: 34-93-862-0000Fax: 34-93-862-0020

SHOTCRETEPARA SOPORTE DE ROCASTom MelbyeDirector MBT InternationalUnderground Construction Group

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Agradecimiento

Los autores desean manifestar su sincero agradecimiento a varios colegas delDepartamento de Construcciones Subterrneas de MBT por su colaboracin yapoyo en la preparacin de este documento, especialmente a Christian Krebs yThomas Kurth (MEYCO Equipment).

SHOTCRETEPARASOPORTE DE ROCASTom MelbyeDirector MBT International Underground Construction Group

Coautores:Ross DimmockGerente tcnico MBT International Underground Construction Group

Knut F. GarsholIngeniero geolgico M.Sc.MBT International Underground Construction Group

ndice1. Introduccin 91.1 Qu significa shotcrete? 91.2 Dnde se utiliza el shotcrete? 111.3 Principios del shotcrete 111.4 Diferencia entre los dos mtodos 13

2. Mtodo por va seca 152.1 Composicin de una mezcla seca 152.1.1 Contenido de cemento 152.1.2 Relacin agua/cementante 152.1.3 Contenido de humedad natural 162.1.4 Aditivos 162.1.5 Adiciones 182.1.6 Fibras 182.2 Comparacin entre las mezclas preparadas en obra y el

material predosificado 192.3 Problemas del proceso de proyeccin de mezclas secas 202.4 Conclusiones 22

3. Mtodo por va hmeda 233.1 Razones del cambio al mtodo por va hmeda 243.1.1 Economa 243.1.2 Ambiente de trabajo 243.1.3 Calidad 253.1.4 Aplicacin 253.2 Ventajas 263.3 Desventajas 263.4 Resumen del mtodo por va hmeda 273.5 Diseo de la mezcla para proyeccin por va hmeda 273.5.1 Microslice 283.5.1.1 Ventajas especiales del shotcrete con microslice 283.5.2 Agregados 293.5.3 Aditivos: Plastificantes y superplastificantes 313.5.4 Acelerantes de fraguado tradicionales 343.5.4.1 Comportamiento qumico de los acelerantes de aluminato

durante el proceso de hidratacin 353.5.4.2 Silicatos sdicos modificados/water glass 393.5.4.3 Campos de aplicacin 403.5.4.4 Dosificaciones tpicas 403.5.5 Acelerantes de shotcrete libres de lcalis 413.5.5.1 Formacin de polvo 42

Copyright MBT International Underground Construction Group,Division of MBT (Switzerland) Ltd., 1994

Este documento es propiedad exclusiva de MBT International UndergroundConstruction Group, Division of MBT (Switzerland) Ltd., con domicilio social en8048 Zurich (Suiza), Vulkanstrasse 110.

Prohbida la reproduccin total o parcial de este documento mediante cualquiersistema, sin la autorizacin por escrito de MBT International UndergroundConstruction Group, Division of MBT (Switzerland) Ltd. El incumplimiento de estaprohbicin puede conducir a acciones legales.

Basado en la novena edicin de la versin original ingls Sprayed Concrete forRock Support, 2001. Segunda edicin, enero de 2002, 2000 copias.

5.3.2 Fibras sintticas 1115.3.3 Fibras de carbono 1135.3.4 Fibras metlicas 1135.4 Ventajas tcnicas de las fibras metlicas 1135.5 Ventajas econmicas de las fibras metlicas 1165.6. Diseo de la mezcla para el shotcrete reforzado con fibra

metlica 116

6. Durabilidad del shotcrete 1186.1 Diseos construibles 1196.2 Especificaciones y guas 1206.3 Aptidud del equipo de construccin 1206.4 Diseo de la mezcla de shotcrete 1216.5 Nuevos aditivos acelerantes libres de lcali 1226.6 Estabilidad qumica de los nuevos acelerantes 1236.7 Durabilidad del refuerzo de fibra metlica 1246.8 Requisitos de aplicacin 1246.9 Conclusin 1246.10 Ejemplo de C-45 1256.11 Efectos de utilizar diferentes diseos de mezclas 126

7. Equipos 1277.1 Aplicacin manual 1277.1.1 Equipos/sistemas para la proyeccin por va seca 1277.1.1.1 Principios de funcionamiento (MEYCO Piccola,

MEYCO GM) 1277.1.1.2 Avances 1297.1.1.3 Sistemas integrados para aplicacin manual 1297.1.2 Equipos/sistemas para la proyeccin por va hmeda 1307.1.2.1 Avances 1307.1.2.2 Sistemas integrados para aplicacin manual 1337.2 Proyeccin mecanizada 1347.2.1 Brazos de proyeccin 1347.2.1.1 Brazos de proyeccin asistidos por computadora 1387.2.2 Sistemas mviles de proyeccin 1407.2.3 Ventajas de la proyeccin mecanizada 1427.3 Sistemas de dosificacin 1437.4 Sistemas de boquilla 1437.5 Sistemas para mediciones del desarrollo de resistencia 1457.5.1 Aguja de penetracin 1457.5.2 Prueba de adherencia (pull-out) 145

8. Diseo de soporte de rocas 1478.1 Mecanismos activos del shotcrete sobre roca 151

3.5.5.2 Terminologa confusa: no custico? libre de lcalis? 443.5.5.3 Acelerantes lquidos no custicos libres de lcalis 453.5.5.4 Acelerantes sin lcalis en polvo 493.5.5.5 MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170:

Uso segn el tipo de cemento 503.5.5.6 Comparacin de las resistencias iniciales con acelerantes

tradicionales de aluminato 523.5.5.7 Dosificacin y equipos 543.5.5.8 Compatibilidad con otros acelerantes 573.5.5.9 Requisitos especiales para utilizar los productos MEYCO

SA160/SA161/SA162/SA170 para proyeccin por va hmeda 573.5.5.10 Resultados tpicos de pruebas de campo 58

4. Avances en la tecnologa de aditivos para el shotcrete 81

4.1 Sinopsis 814.2 Delvocrete 814.2.1 Introduccin 824.2.2 Shotcrete fabricado por va hmeda 844.2.3 Dosificacin y transporte del shotcrete fabricado por va

hmeda 854.2.4 Control de la hidratacin del cemento 874.2.5 Propiedades 904.2.6 Tiempos de fraguado 904.2.7 Resistencias 914.2.8 Rebote 924.2.9 Economa 934.2.10 Resumen 964.2.11 Casos de estudio 964.3 Curado interno del concreto 1014.3.1 Antecedentes 1024.3.2 Curado interno del concreto con MEYCO TCC735 1034.3.3 Tecnologa comprobada 1044.3.4 Ventajas del curado interno del concreto con

MEYCO TCC735 1054.3.5 Una solucin ms segura y econmica 1054.3.6 Resultados de las pruebas de proyeccin 1064.4 Conclusin 108

5. Refuerzo de fibras 1095.1 Por qu es necesario reforzar el concreto? 1095.2 Comportamiento de las fibras metlicas en el shotcrete 1105.3 Clases de fibras 1115.3.1 Fibras de vidrio 111

11. Tiempo y economa 19811.1 Ejemplo de clculo 19811.2 Conclusiones 199

12. Aplicaciones futuras del shotcrete 200

Referencias 202

ApndiceEspecificaciones particulares para el shotcrete 205

8.2 Shotcrete sobre roca diaclasada 1528.3 Shotcrete sobre roca blanda o fisurada 1548.4 Fundamentos de mecnica de rocas 1558.5 Mtodo NATM 1588.6 Propiedades importantes del shotcrete para soporte de roca 1608.7 Refuerzos 1628.8 Mtodos de soporte de tnel 163

9. Revestimientos permanentes de shotcrete para tneles 165

9.1 Desarrollo de los revestimientos permanentes con shotcrete para tneles 165

9.2 Relacin coste/eficacia de los revestimientos de tneles de una pasada 166

9.3 Opciones de SPTL 1669.4 Geometra del tnel 1689.5 Refuerzos del revestimiento 1689.5.1 Varillas de refuerzo y mallas electrosoldadas 1689.5.2 Refuerzos de fibras metlicas 1699.6 Fortificaciones 1719.7 Juntas de construccin relacionadas con la secuencia de

excavacin 1729.8 Mtodo SPTL de dos capas: juntas de construccin de la

segunda capa 1739.9 Mtodo SPTL de dos capas: primera y segunda capa 1749.10 Acabado superficial 1769.10.1 Nivelacin y alisado con llana 1769.10.2 Sistemas de revestimientos 1779.11 Durabilidad del shotcrete 1789.12 Recomendaciones para la construccin 1789.12.1 Requisitos de aplicacin 1789.12.2 Pautas de seleccin en sistemas modernos de aplicacin 1819.13 Sistemas de manejo de riesgo 1819.14 Aumento de la estanqueidad con membranas proyectables 1839.14.1 Tneles de SPTL sujetos a filtraciones potenciales de agua 1849.14.2 Tneles SPTL con acceso activo de agua 1859.14.3 Rehabilitacin de tneles 185

10. Gua de aplicacin del shotcrete 18710.1 Preparacin del substrato 18710.2 Tcnicas de proyeccin generales 18910.3 Menos rebote, ms calidad 19110.4 Proceso por va hmeda y brazos de proyeccin robotizada 19510.5 Destreza del operario 196

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Captulo 1

IntroduccinLa creatividad del hombre surge de su deseo natural de conocer yde su capacidad de aprender. Los exploradores y los descubridoresposeen estos rasgos en dosis extremas: movidos por una curiosidada toda prueba, se atreven a ir ms all de los bordes de lo conocido,a explorar la naturaleza de las cosas, a buscar los vnculos queconectan ideas, hechos, concepciones, a ver las cosas desde unaluz diferente, a cambiar las percepciones de la humanidad.

Un hecho bien conocido de la industria de la construccin y en par-ticular de la industria de la construccin subterrnea es que no hayun proyecto que sea igual a otro. Cada uno est acompaado poruna verdadera maraa de parmetros y circunstancias que generanun grado de complejidad superior al de otras industrias, obligando acontratistas y a abastecedores a trabajar con una mente sumamen-te flexible.

El shotcrete posee ventajas enormes en su calidad de proceso deconstruccin y de soporte de rocas; ello, sumado al avance logradoen materiales, equipos y conocimientos de aplicacin, ha hecho deesta tcnica una herramienta muy importante y necesaria para lostrabajos de construccin subterrnea. En particular, la tecnologamoderna de shotcrete por va hmeda ha ampliado el campo detrabajo de la construccin subterrnea. Proyectos que en el pasadoeran imposibles de llevar a cabo, son ahora viables. Independiente-mente del tipo de terreno, hoy en da es posible aplicar esta tecnologaen cualquier condicin.

1.1 Qu significa shotcrete?

El shotcrete (mortero, o gunita) comenz a utilizarse hace casi 90aos.

Los primeros trabajos con shotcrete fueron realizados en los EstadosUnidos por la compaa Cement-Gun (Allentown, Pensilvania) en1907. Un empleado de la empresa, Carl Ethan Akeley, necesitaba unamquina que le permitiera proyectar material sobre mallas para con-struir modelos de dinosaurios, e invent el primer dispositivo creadopara proyectar materiales secos para construcciones nuevas.

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1.2 Dnde se utiliza el shotcrete?

La gran cantidad de ventajas que tiene el shotcrete como procesode construccin, y los avances logrados en equipos, materiales yconocimientos, lo han convertido en una herramienta importantepara una variedad de trabajos.

Se aplica shotcrete para resolver problemas de estabilidad en tne-les y en otras construcciones subterrneas. Adems, hoy en da estatcnica es un factor clave para el soporte de rocas en aplicacionestales como: Construccin de tneles Operaciones mineras Hidroelctrica Estabilizacin de taludes

Ms del 90 % de todo el shotcrete es utilizado para soporte derocas.

Actualmente el uso del shotcrete es menos frecuente que el del con-creto tradicional; sin embargo, este material ofrece la posibilidad deuna gran variedad de aplicaciones, entre ellas: Recubrimientos de canales Reconstruccin y reparaciones Pantallas marinas Concreto refractario Proteccin contra incendio y anticorrosiva Construcciones nuevas Agricultura (pozos de estircol) Mampostera y estabilizacin de muros de ladrillo

El shotcrete es el mtodo de construccin del futuro debido a suscaractersticas de flexibilidad, rapidez y economa. El nico lmitepara su uso es la imaginacin del hombre!

1.3 Principios del shotcrete

Usuarios importantes de shotcrete han adquirido el conocimiento dela tcnica a travs de experiencia prctica, investigacin y desarrol-lo.

Igualmente, el desarrollo de equipos y mtodos de control ha con-ducido a una produccin racional y a una calidad ms uniforme del

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Cement-Gun patent el nombre Gunite para su mortero proyecta-do, un mortero que contena agregados finos y un alto porcentaje decemento.

Hoy en da todava se utiliza el nombre gunita. En ciertas clasifica-ciones equivale al mortero proyectado, pero los lmites de tamao degrano varan (segn el pas, la definicin del lmite para el agregadomximo es de 4, 5, o incluso hasta 8 mm). Para evitar esta confusinentre mortero proyectado y shotcrete, en este libro utilizaremos laexpresin shotcrete (o gunita) para referirnos a la mezcla proyecta-da de cemento y agregados.

Actualmente existen dos mtodos de aplicacin para el shotcrete: elproceso de va seca y el de va hmeda. Las primeras aplicacionesdel shotcrete se hicieron mediante la va seca; en este mtodo secoloca la mezcla de cemento y arena en una mquina, y la misma setransporta por mangueras mediante la utilizacin de aire comprimido;el agua necesaria para la hidratacin es aplicada en la boquilla.

El uso del mtodo por va hmeda comenz despus de la SegundaGuerra Mundial. A semejanza del concreto ordinario, se preparan lasmezclas con toda el agua necesaria para hidratarlas, y se bombeanen equipos especiales a travs de las mangueras. La proyeccin delmaterial se efecta mediante la aplicacin de aire comprimido a laboquilla.

Si bien algunas personas afirman que el shotcrete es un concretoespecial, lo cierto es que no es sino otra manera ms de colocar elconcreto. Al igual como ocurre con los mtodos tradicionales decolocacin, el shotcrete requiere ciertas caractersticas particularesdel concreto durante la colocacin, y al mismo tiempo requiere satis-facer todas las demandas tecnolgicas normales del concreto rela-cin agua/cementante, cantidad de cemento, consistencia correcta ypostratamiento. En el mundo entero abundan trabajos de shotcretede mala calidad debido a que la gente se olvida de que el shotcreteno es sino otra manera de colocarlo, y de que es fundamental cumplircon todos los requisitos tecnolgicos del concreto.

Los equipos para la ejecucin de ambos mtodos (va hmeda y vaseca) han mejorado de manera significativa. En un captulo aparte sedescribirn los ltimos avances de la tecnologa.

13

1.4 Diferencia entre los dos mtodos

Hay dos mtodos de shotcrete: seco (al que se le aade el agua dehidratacin en la boquilla de proyeccin), y hmedo (aquel en el quelas mezclas transportadas contienen ya el agua necesaria para lahidratacin).

Ambos mtodos tienen sus ventajas y desventajas, y la seleccin deuno u otro depender de los requisitos del proyecto y de la experien-cia del personal encargado de ejecutarlo. Ambos sern empleadosen la industria de la construccin del futuro.

Figura 2: La mquina MEYCO Suprema ofrece una proyeccin sinpulsaciones y un sistema de control computarizado (con controla-dor lgico programable).

Hasta hace pocos aos, el mtodo ms utilizado era el de proyec-cin por va seca, pero hoy en da la tendencia ha cambiado, espe-cialmente en shotcrete para soporte de rocas. El mtodo dominantedel futuro ser el de proyeccin por va hmeda debido a que ofreceun mejor ambiente de trabajo, mayor calidad, uniformidad y produc-cin.

Los desarrollos en la tecnologa del shotcrete estn relacionadoscon el proceso de va hmeda. Entre algunos ejemplos de desarrol-los recientes figuran la adicin de nuevas generaciones de adiciones(Delvocrete, MEYCO TCC, curador interno de concreto, microsli-ce y fibras metlicas).

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producto. Desde un punto de vista internacional, podemos decir sinequivocacin que hemos logrado grandes avances desde los tiem-pos en los que se utilizaba shotcrete para estabilizar rocas; sinembargo, tambin hay que reconocer que estamos atrasados cuan-do lo utilizamos para proyectos de construccin y reparacin. Larazn de este retraso no tiene una explicacin sencilla. El conoci-miento existe, pero no se emplea totalmente.

Figura 1: Proyeccin a control remoto

Las regulaciones actuales imponen demandas tecnolgicas en laspersonas que hacen el trabajo de proyeccin, y los requisitos actua-les han conducido a una mejor capacitacin del personal. Asimismo,en los ltimos aos ha aumentado el nmero de contratistas espe-ciales; todo ello ha redundado en aplicaciones de mejor calidad. Sinembargo, la falta de conocimientos supone riesgos de trabajos defi-cientes; ste es el caso particular de proyectos menores para loscuales los contratistas carecen de experiencia en shotcrete. Talesproblemas pueden eliminarse estableciendo requisitos ms estric-tos en competencia, experiencia previa, personal capacitado yconocimiento sobre concreto, y exigiendo las autorizaciones perti-nentes.

El contratista debe exigir un documento de autorizacin para shot-crete que tenga una validez general, tal como el que existe paracolocacin y armadura (similar al de la Asociacin de Shotcrete delReino Unido).

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Captulo 2

Mtodo por va seca

2.1 Composicin de una mezcla seca

2.1.1 Contenido de cemento

En la fabricacin de la mezcla seca se utiliza usualmente una pro-porcin de cementante que vara entre 250 y 450 kilogramos por1000 litros de agregado, o entre 320 y 460 kilogramos por metrocbico de concreto. Para estimar el contenido real de cemento delshotcrete aplicado, es necesario considerar el rebote. El principalefecto del rebote es la prdida del agregado de mayor tamao, queconduce a un aumento del contenido de cemento si se lo comparacon la mezcla inicial. En una mezcla regular de 350 kg de cementopor m3, un rebote del 20 % se traduce aproximadamente en 400 kgde cemento por m3 de shotcrete.

2.1.2 Relacin agua/cementante

La relacin agua/cementante tiene una influencia fundamental en lacalidad del shotcrete. El agua total utilizada en la mezcla seca secompone del agua de mezcla aadida en la boquilla y la humedad yapresente en el agregado. A diferencia de la proyeccin por va hme-da, en la proyeccin por va seca no hay un valor definido para larelacin agua/cementante debido a que el operario de la boquilla esquien controla y regula la cantidad del agua de mezcla; generalmen-te, esto es una gran desventaja. No obstante, en la prctica el factoragua/cementante es bastante constante debido a que el alcance dela variacin es limitado: si se agrega muy poca agua, se crea inme-diatamente un exceso de polvo; si se agrega demasiada agua, elshotcrete no se adherir a la superficie.

Si se utiliza una tcnica correcta, el factor agua/cementante varaslo ligeramente y permanece por debajo de 0,5. En el mejor de loscasos (agregados que requieran una baja cantidad de agua, sufi-ciente contenido de cemento), es incluso posible fabricar shotcretecon una relacin inferior a 0,4.

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Figura 3: La mquina MEYCO Piccola sobresale por su robustez,simpleza de operacin y adaptabilidad a las condiciones especficasde la obra.

Actualmente, un 70 % del shotcrete se aplica mediante va hmeda,mientras que el 30 % restante se aplica por va seca. En algunasregiones del mundo predomina el mtodo por va hmeda (casi 100% en Escandinavia e Italia). Hoy en da se aplican en el mundo ente-ro ms de 8 millones de m3 al ao.

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mano, lo cual imposibilita garantizar dosificaciones exactas y usual-mente conduce a una sobredosis masiva distribuida de maneradesigual. Varios estudios han demostrado que la resistencia final delmaterial sufre una reduccin del 35 % o ms si se lo compara con elconcreto base (es decir, sin acelerante). Por tanto, la dosificacinmanual debe hacerse nicamente en casos excepcionales, o paraaplicaciones de shotcrete cuyos requisitos de calidad no sean est-rictos.

Los dispositivos alimentadores utilizados en combinacin con apa-ratos de dosificacin en polvo ayudan a obtener una mayor preci-sin. Para ptimos resultados se utilizan tornillos sinfn de alimenta-cin, equipados con un dosificador de eje (p. ej., el instrumentoMEYCO Rig 016). No se recomienda utilizar alimentadores de cor-rea transportadora.

Los materiales empacados y modificados de forma apropiadapodran ser una solucin conveniente al problema de dosificacin.Sin embargo, con frecuencia y especialmente en proyectos grandes,resultan excesivamente costosos.

La mejor forma de garantizar una dosificacin precisa del acelerantedurante la aplicacin es utilizar productos lquidos (tales como elacelerante libre de lcalis MEYCO SA160), los cuales son medidosen el agua de mezcla y agregados al material seco en la boquilla. Sinembargo, para obtener una dosificacin constante es esencial uti-izar un sistema de dosificacin apropiado, incluso con aceleranteslquidos. Cuando se requiere mezclar previamente el agua y los ace-lerantes, las mquinas son apropiadas slo hasta cierto punto. Dadoque la relacin agua/acelerante es fija, se altera la dosificacinsegn el peso del cemento cada vez que el operario de la boquillaajusta la incorporacin de agua. Sin embargo, es necesario ajustar lacantidad de agua, por ejemplo, para responder a variaciones en lahumedad natural del agregado o en el comportamiento del flujo deagua en la superficie.

Las bombas de pistones garantizan obtener una proporcin con-stante cemento/acelerante. Estas bombas miden una cantidad con-stante del aditivo, proporcional a la capacidad de la mquina deproyeccin, independientemente del ajuste del caudal de agua (p.ej., MEYCO Mixa).

En comparacin con los acelerantes de polvo, los lquidos tienenms ventajas porque eliminan el problema de componentes custi-

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2.1.3 Contenido de humedad natural

Otro aspecto importante de la mezcla seca es el contenido de hume-dad natural. Cuando la mezcla est demasiado seca, la proyeccinproduce una cantidad excesiva de polvo; por otra parte, si el con-tenido de humedad es demasiado alto, el rendimiento de shotcretedisminuye drsticamente, y las maquinarias y las mangueras trans-portadoras se taponan. El contenido de humedad natural ptimodebe oscilar entre el 3 y el 6 por ciento.

Adems de las mezclas hechas en el sitio, en los ltimos aos se hatendido a utilizar materiales secos que llegan al sitio de trabajoempacados en sacos o silos, los cuales, por supuesto, no contienenhumedad natural. Para reducir la formacin de polvo, es aconsejablehidratar el material seco antes de introducirlo en la maquinaria deproyeccin, y para ello existen dispositivos alimentadores de diseoespecial o boquillas de prehumidificacin.

2.1.4 Aditivos

Existen varios aditivos cuya funcin es controlar las propiedades delshotcrete. Entre los ms importantes figuran los acelerantes de fra-guado; estos aditivos reducen el tiempo de fraguado. El shotcreteexhibe un fraguado ms rpido y una resistencia inicial mayor, locual permite aplicar capas subsecuentes de shotcrete con mayorrapidez y en espesores mayores.

En proyectos de gran escala, los acelerantes contribuyen a aumen-tar la productividad y son un prerrequisito importante para muchasaplicaciones; como ejemplo, en trabajos de construccin subterr-nea, la resistencia inicial del shotcrete es un factor esencial.

Tal como es bien conocido en la tecnologa de construccin, aceler-ar la hidratacin del cemento lleva a una reduccin de la resistenciaa los 28 das. Por tanto, para obtener resultados de alta calidad en elshotcrete, es crtico aadir la menor cantidad posible del acelerantey hacerlo de manera uniforme. En cada caso debe determinarse laproporcin de acelerante segn la cantidad de cemento utilizado.

Hay acelerantes lquidos y acelerantes en polvo; estos ltimos (p. ej.,el acelerante libre de lcalis MEYCO SA545) son aadidosdurante la alimentacin del material al equipo de proyeccin.Desdichadamente, en muchas partes an se agrega el polvo a

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mayor rebote (>50 %) experimentado por el material en el caso demezclas secas; tal cosa hace que la relacin costo/rendimiento seacrtica. Sin embargo, gracias a la experiencia adquirida durante losltimos aos y a las posibilidades presentes de reducir el rebote, seespera que el uso de fibras metlicas aumente con las mezclassecas.

2.2 Comparacin entre las mezclas preparadasen obra y el material predosificado

Tal como ya se ha mencionado, el proceso seco permite utilizar mez-clas con agregados con humedad natural o agregados secados alhorno. Los primeros son ms econmicos y producen menos polvo;no obstante, su contenido de humedad natural es suficiente comopara comenzar una hidratacin prematura. Por tal razn, las mezclasde agregados con humedad natural tienen una vida de almacena-miento limitada y deben utilizarse en un tiempo no mayor de 2 horas.Un almacenamiento prolongado provoca mayor rebote y disminu-cin de las resistencias finales.

La fabricacin de la mezcla seca en el sitio de trabajo supone lainstalacin de las plantas de dosificacin y alimentacin. Clara-mente, instalaciones como stas slo se justifican en proyectosimportantes o a gran escala. En caso de proyectos de shotcrete demenor escala o a corto plazo, la mezcla seca puede obtenerse yapreparada en planta; esto puede generar problemas debido a ladistancia de transporte y a la incertidumbre de una entrega segura.Es importante planificar cuidadosamente la entrega y colocacin afin de evitar retrasos e interrupciones del trabajo debido a sumini-stros inadecuados.

Los materiales ensacados o en silos permiten la mxima flexibilidadposible: debido a que pueden almacenarse durante largos perodosde tiempo, la planificacin se simplifica. Adems, se caracterizanpor una calidad constante. Entre sus desventajas podemos citar sumayor tendencia a formar polvo (lo cual puede ser controlado porprehumidificacin), y su precio considerablemente mayor.

El desarrollo de sistemas de control de hidratacin tales comoDelvocrete ha posibilitado prolongar la vida de almacenamiento demezclas de agregados con humedad natural. Al agregar el estabi-lizador Delvocrete durante la fabricacin, la mezcla permanece fre-sca e inalterada. El activador lquido Delvocrete es aadido en el

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cos en el polvo de rociado. La dosificacin en la boquilla previene elfraguado instantneo. Dada la mezcla uniforme con el material deproyeccin, es posible medir los acelerantes lquidos de una manerams econmica, lo cual tambin puede llevar a mayores resistenciasfinales. La experiencia ha demostrado que, en comparacin con elconcreto bsico, la prdida de resistencia final del material acelera-do puede ser inferior al 25 %.

Aparte de los acelerantes, los otros aditivos utilizados en el procesode proyeccin seco son los aglomerantes de polvo, los cuales redu-cen la formacin de polvo. Sin embargo, se utilizan poco.

2.1.5 Adiciones

A diferencia de los aditivos qumicos, el efecto de las adiciones esprincipalmente fsico. Entre las ms conocidas figuran los rellenosminerales conocidos como microslice (o humos de slice), cuyaimportancia ha crecido dentro de la industria. Estas sustancias finas(superficie de 20 35 m2/g) con una proporcin de SiO2 que varaentre el 65 y el 97 %, segn la calidad del producto, conducen a unaimportante mejora en la calidad del shotcrete, que se manifiesta enmayor resistencia a la compresin y mayor densidad. Debido a lamejor adherencia, es posible colocar capas ms gruesas incluso sintener que utilizar acelerantes.

La microslice tiene otro efecto interesante en el mtodo por vaseca. Al aadirse de manera apropiada, su uso puede tambin con-ducir a una reduccin del rebote hasta del 50 %. Elkem ha desarrol-lado una tecnologa especial para aadir a la boquilla una pasta de50 % (dosificada en el agua). Si bien el sistema de pasta es muy efi-caz, es tambin bastante complicado porque requiere una bombadosificadora especial (p. ej., MEYCO Mixa) y un producto adicionalen cantidades elevadas. La pasta debe almacenarse siguiendo lasindicaciones, y usualmente se requiere un agitador.

2.1.6 Fibras

La incorporacin de fibras sintticas o metlicas al shotcrete lleva auna mayor energa de rotura o menor retraccin del material.

El uso de fibras metlicas es poco frecuente en las mezclas secas encomparacin con su uso en mezclas hmedas, y la razn es el

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apropiada del material seco en la boquilla. Dependiendo del siste-ma, la presin hidrulica aumenta hasta aproximadamente 80 bar.Sin embargo, tales aparatos son costosos y tienden a fallar. Nuestraexperiencia indica que los sistemas con 10 a 15 bar son adecuados.

Adems de la formacin de polvo en la boquilla, es necesario tam-bin prestar atencin al efecto que tiene el polvo del sistema de ali-mentacin sobre la mquina. En este particular, las mquinas tradi-cionales de doble cmara o la versin moderna de la Schrenberg(SBS) son ventajosas. Sin embargo, las mquinas de rotor puedenser condicionadas a prueba de polvo hasta cierto punto o inclusototalmente si se les acopla un recolector de polvo o si se hace unalubricacin continua de los empaques de caucho (lubricacin inter-mitente).

Otra manera de obturar totalmente una mquina de rotor es incorpo-rando un sistema de abrazadera hidrulica (p. ej., tal como en elcaso del sistema MEYCO Unica). El motor se sella con un mangui-to, y la presin de fijacin es ajustada automticamente a la presinde alimentacin. Este sistema garantiza una presin de fijacin cor-recta (incluso en el caso de obstrucciones o de distancias de ali-mentacin extremas), garantizando as que la mquina permanezcasellada. Asimismo, este nuevo sistema de fijacin reduce significati-vamente no slo los costos resultantes del desgaste sino tambin lacantidad de aire comprimido requerido (reduccin aproximada del25 %).

Otro problema importante del proceso de proyeccin en seco es elrebote relativamente alto. Segn la superficie de aplicacin en cue-stin (vertical o en clave), se pierde entre un 15 y un 35 % del con-creto. La prdida promedio es del 20 al 25 %, comparada con 5 a 10% con el proceso de proyeccin por va hmeda.

Para reducir el rebote de una manera significativa, se pueden utilizarlas nuevas clases de adiciones y aditivos mencionados anteriormen-te. El uso de microslice o de sistemas de control de la hidratacintales como Delvocrete puede ayudar, y la prdida promedio puedereducirse hasta un 15 %, lo cual es comparable con los resultadosobtenidos con el proceso de proyeccin por va hmeda.

Frecuentemente se cita una desventaja adicional: el bajo rendimien-to del equipo. No obstante, las mquinas modernas permiten aplicarms de 10 m3/h; esto es algo que indudablemente no es posible log-rar con aplicacin manual, sino con el uso de un brazo robotizado.

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momento de la aplicacin (se agrega como un acelerante lquido), ysimultneamente vuelve a activar la hidratacin del cemento y actacomo un acelerante. Por tal motivo, cuando se utiliza Delvocrete noes necesario cambiar la tcnica ni el equipo.

El sistema Delvocrete para el control de la hidratacin permitealmacenar las mezclas hasta por tres das, lo cual ofrece ms flexibi-lidad y menos costos que los materiales ensacados.

2.3 Problemas del proceso de proyeccin demezclas secas

Todo proceso tiene sus desventajas; las del mtodo por va seca sonsus costos operativos relativamente superiores debido al desgaste ydaos en las mquinas de rotor, especialmente en los empaques decaucho y los discos de friccin.

Figura 4: Principio de rotor de una mquina de proyeccin en secotpica (MEYCO GM, MEYCO Piccola)

Para mantener estos costos dentro de lmites razonables, esnecesario configurar bien las mquinas, hacer cambios oportunosde piezas y utilizar procedimientos adecuados de pulverizacin.

Otra desventaja es la formacin de polvo, pero el mismo puedereducirse procurando un contenido favorable de humedad natural (oprehumidificacin adecuada) y utilizando aglomerantes de polvo.Tambin se pueden utilizar bombas de cebado de presin de agua,las cuales intensifican la presin de agua durante la mezcla en laboquilla. Si se usan en combinacin con el uso de anillos de aguamejorados, es posible garantizar una humidificacin constante y

1 = Tolva de alimentacin2 = Rotor3 = Salidap = Aire comprimido

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Captulo 3

Mtodo por va hmeda

Tal como se mencion anteriormente, este mtodo es el nico uti-lizado en Escandinavia, Italia y en un gran nmero de importantesproyectos subterrneos en todo el mundo. El uso del shotcrete paraaplicaciones de soporte de rocas ha aumentado en forma exponen-cial en los ltimos 15 a 20 aos, lo cual ha impulsado un intenso des-arrollo del mismo.

Entre 1971 y 1980 se produjo un desarrollo impresionante del mto-do por va hmeda en Escandinavia, con consiguiente transforma-cin total de su mercado de shotcrete: se pas de 100 % de va secaa 100 % de va hmeda, y la aplicacin pas de manual a robtica.Este cambio radical ocurri slo en Noruega. Desde aproximada-mente 1976 1978 se han venido agregando cada vez ms el humode slice y la fibra metlica al shotcrete fabricado por va hmeda.

Sin duda alguna los noruegos llevan la delantera en la tecnologa delshotcrete fabricado por va hmeda, tanto en teora como en prc-tica. La mala fama de la tcnica de proyeccin por va hmeda sedebe a los deficientes equipos utilizados y al poco conocimiento delmtodo, factores que han acarreado la produccin de un concretode muy baja calidad. Para que la mezcla pudiera pasar por el equipo,se utilizaban contenidos muy altos de agua, con una relacin deagua/cementante hasta de 1,0. Gracias a la tecnologa de la indu-stria del concreto actual, hoy en da es totalmente factible producirshotcrete por va hmeda que tenga una resistencia a la compresina los 28 das superior a 60 MPa.

Actualmente la tecnologa se utiliza tambin en la construccin denuevas edificaciones (en vez del mtodo de colocacin original) y enla reparacin de plataformas petroleras en el Mar del Norte. Esto esuna prueba fehaciente de la alta calidad del mtodo, dados los est-rictos requisitos que deben cumplir los mtodos y los materiales uti-lizados en la construccin submarina.

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Sin embargo, dado el aumento en los costos de desgaste, una pro-duccin superior a 8 m3/h resulta crtica desde el punto de vistaeconmico.

2.4 Conclusiones

Gracias a los muchos aos de experiencia en el proceso de proyec-cin en seco, existe hoy en da un gran conocimiento sobre la tcni-ca. Es sumamente importante asegurarse de seleccionar materiales,equipos y tcnicas de aplicacin que puedan combinarse de lamejor manera posible para alcanzar resultados satisfactorios tantoen calidad como economa.

El proceso en seco es el ms antiguo de los dos procesos de proy-eccin. Los continuos desarrollos en las maquinarias y en la tecnolo-ga de materiales han permitido ampliar su campo de aplicacin. Enun futuro se espera que siga desempeando un papel importante,dadas las ventajas y las oportunidades disponibles hoy para solven-tar las desventajas tradicionales. Las aplicaciones principales sernproyectos de volmenes relativamente pequeos o que requieran granflexibilidad (p. ej., reparaciones), o con largas distancias de transporte.

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El mtodo por va hmeda mejor significativamente las condicionesdel ambiente de trabajo, trayendo consigo mayor seguridad para lostrabajadores de tneles.

Una de las situaciones que impuls el desarrollo del mtodo por vahmeda fue el lanzamiento de concreto bajo condiciones peligrosas.Los riesgos a la seguridad eran frecuentemente inaceptables sin unrobot y sin utilizar fibras metlicas para refuerzo.

3.1.3 Calidad

Todava se piensa equivocadamente que el mtodo por va hmedano ofrece resultados de alta calidad. Lo cierto es que si se utilizanaditivos reductores de agua (baja relacin agua/cementante) ymicroslice, se pueden obtener resistencias a la compresin dehasta 100 MPa aplicando shotcrete por va hmeda.

A diferencia del mtodo por va seca, el de va hmeda ofrece unacalidad homognea.

3.1.4 Aplicacin

Con el mtodo hmedo se utiliza un concreto ya mezclado en plantade concreto o un mortero preenvasado. El concreto se prepara de lamisma forma que el concreto normal. En cualquier momento del pro-ceso es posible inspeccionar y controlar la relacin agua/cementan-te (y por tanto, la calidad). La consistencia puede ser ajustada pormedio de aditivos.

Con el mtodo de va hmeda es ms fcil producir una calidad con-stante a lo largo del proceso de proyeccin. La mezcla ya lista sedescarga en una bomba y se transporta a presin a travs de lamanguera. Al principio se utilizaban principalmente bombas helicoi-dales; hoy en da predominan las bombas de pistn.

En la boquilla del extremo de la manguera, se agrega aire al concre-to a razn de 7 15 m3/min y una presin de 7 bars segn el tipo deaplicacin (manual o robot). El aire tiene la funcin de aumentar lavelocidad del concreto a fin de lograr una buena compactacin yadherencia a la superficie. Un error comn que se comete con elmtodo de va hmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire.Generalmente se agregan entre 4 y 8 m3/min, lo cual lleva a menores

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3.1 Razones del cambio al mtodo por va hmeda

No se sabe por qu el cambio sucedido en Escandinavia no ha ocur-rido en ningn otro pas. Quizs la explicacin se encuentre ana-lizando las condiciones noruegas.

3.1.1 Economa

La capacidad de proyeccin ha aumentado considerablementedesde los tiempos de maquinarias/robots de mezclado en seco,hasta los robots de va hmeda modernos. En un turno de 8 horas, lacapacidad promedio de proyeccin del mtodo por va hmeda esusualmente de 4 a 5 veces mayor que la del mtodo por va seca.

Si bien los costos de inversin en los nuevos robots de va hmedaaumentaron significativamente, al mismo tiempo hubo una cadaigualmente significativa del costo de colocacin del shotcrete, ytambin disminuy uno de los principales factores de costo, a saber:el tiempo de preparacin por cada ciclo. Gracias a los sistemasrobticos integrados, la aplicacin del shotcrete puede comenzar alos pocos minutos de la llegada de los equipos al frente. La introduc-cin de los perforadores hidrulicos aument la capacidad de per-foracin en un 100 %. El aumento de la inversin se tradujo enmenores tiempos por ciclo de perforacin y explosin; por tanto, elcosto del tiempo aument. El tiempo gastado en la operacin deproyeccin tena que disminuir lo mximo posible, y por tanto fuefundamental aumentar la capacidad de aplicacin de shotcrete.Asimismo, la reduccin del rebote en aproximadamente un 25 %tuvo importantes repercusiones econmicas.

3.1.2 Ambiente de trabajo

Los operarios del proceso por va seca estaban acostumbrados atrabajar en medio de una gran cantidad de polvo. Se emita polvo noslo desde la boquilla, sino tambin desde la mquina de proyec-cin. Como norma general, los resultados de las mediciones depolvo en el ambiente de trabajo eran ms de tres veces la cantidadpermisible.

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3.4 Resumen del mtodo por va hmeda

Con la proyeccin robotizada de superficies suficientemente gran-des por va hmeda, es posible lograr (con un operario) una produc-cin promedio de 60 100 m3 con rebote inferior al 10 %, en un turnode trabajo de 8 horas.

Al comparar los mtodos seco y hmedo, puede concluirse que elprimero debe ser utilizado para aplicaciones de volmenespequeos (p. ej., reparaciones) y en condiciones muy especiales(distancias largas, interrupciones repetidas, etc.), mientras que elmtodo por va hmeda debe utilizarse en todo trabajo de soportede rocas.

3.5 Diseo de la mezcla para proyeccin por vahmeda

Elementos necesarios para producir un buen shotcrete con el mto-do por va hmeda: Cemento Microslice Agregados Aditivos Acelerantes lquidos de fraguado, libres de lcalis Fibras Postratamiento Equipo de proyeccin apropiado Correcta ejecucin de la tcnica

A continuacin se mencionan aspectos individuales que puedeninfluir en la calidad del material obtenido. Tal como se mencionanteriormente, el shotcrete tiene los mismos requisitos que el con-creto normal utilizado en construccin, a saber: Baja relacin agua/cementante Menos agua Menos cemento Buena capacidad de colocacin

Las diferencias entre las propiedades del concreto fresco y delendurecido son particularmente pronunciadas en el caso del shot-crete. Este hecho disminuye la calidad del shotcrete fabricado porva hmeda; sin embargo, la diferencia puede controlarse con el usode aditivos reductores de agua, microslice y fibras.

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resistencias a la compresin as como tambin adherencia deficien-te y rebote. Para la proyeccin robotizada se requieren hasta 15m3/min de aire.

Adems de aire, se aaden acelerantes de fraguado en la boquilla.Todava hay quien cree que no es posible obtener concreto resisten-te a la congelacin, y que los acelerantes de fraguado empeoran laadherencia del shotcrete. Los resultados de varios estudios, auna-dos a la experiencia prctica, demuestran que los acelerantes logranuna mejor resistencia a la congelacin debido a que producen unconcreto ms compacto y duradero; asimismo, mejoran la adheren-cia porque evitan el escurrimiento del concreto sobre el terreno, yste se adhiere inmediatamente a la superficie.

3.2 Ventajas

A continuacin se expone un resumen de las ventajas del mtodo deva hmeda en comparacin con el de va seca: Rebote mucho menor. Con el uso de equipos apropiados y de

personal capacitado, se obtienen prdidas normales que oscilanentre 5 y 10 %, incluso para el caso de proyeccin de concretoreforzado con fibras.

Mejor ambiente de trabajo debido a la reduccin del polvo. Capas ms gruesas gracias al uso eficiente de los materiales de

mezcla. Dosificacin controlada del agua (relacin agua/cementante

constante y definida). Mejor adherencia. Mayor resistencia a la compresin, y uniformidad de resultados. Produccin muy superior, y por tanto ms economa. Uso de fibras metlicas y nuevos aditivos.

3.3 Desventajas

Distancia de transporte limitada (mx. 300 m). Mayores demandas en la calidad del agregado. Slo se permiten interrupciones limitadas. Costos de limpieza.

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Mayor resistencia a la permeabilidad Menos rebote Mayor resistencia a los sulfatos

En el shotcrete reforzado con fibra, la adicin de microslice ofreceadems: Mayor facilidad de mezcla y distribucin de las fibras Menos rebote de las fibras Mejoramiento del enlace entre la matriz de cemento y las fibras

Tal como se ha sealado, es importante siempre agregar microsliceal shotcrete.

Debido a la fineza de la microslice, al agregarla al concreto se preci-san dosis elevadas de un plastificante o superplastificante paradispersarla. La dosificacin de aditivos aumenta en aproximada-mente un 20 % cuando se aade microslice.

3.5.2 Agregados

En lo que se refiere a todos los hormigones especiales, la calidad delagregado es un asunto primordial tanto para el concreto frescocomo para el endurecido. Es importante que la distribucin deltamao de grano y otras caractersticas sean lo ms uniforme posi-bles. Particularmente importantes son la cantidad y las caractersti-cas de los finos (es decir, el tamao de grano y el anlisis de tamaode grano). No hablaremos aqu de seleccin del agregado dado queusualmente debe utilizarse el material disponible y adaptar la formu-lacin al mismo; no obstante, para la proyeccin de mezclas hme-das deben observarse los siguientes criterios: Dimetro mximo: 8 10 mm, debido a limitaciones del equipo

de bombeo y tambin para evitar grandes prdidas por rebote.Desde un punto de vista tecnolgico se prefiere un valor superiorde dimetro mximo.

La curva granulomtrica del agregado es tambin muy importan-te, especialmente en su seccin inferior. El contenido de materialfino en el tamiz n. 0,125 mm debe oscilar entre un lmite inferiorde 4 5 % y uno superior de 8 9 %.

Los materiales finos demasiado pequeos producen segrega-cin, mala lubricacin y riesgo de atascamiento. Sin embargo, encaso de usar concreto con fibra, el sobrante de material fino esimportante tanto para el bombeo como para la compactacin.

28

3.5.1 Microslice

Se considera que el humo de slice (o microslice) es una puzolanamuy reactiva con alta capacidad para fijar iones extraos, particular-mente lcalis.

La microslice tiene un efecto de relleno; se cree que distribuye losproductos de hidratacin de manera ms homognea en el espaciodisponible, produciendo as un concreto con menor permeabilidad,mayor resistencia a sulfatos y ms durabilidad ante ciclos de conge-lacin y deshielo.

Al analizar las propiedades del concreto con microslice, es impor-tante tener en cuenta que la microslice puede utilizarse de dosmaneras: como reemplazo del cemento, para reducir el contenido de

cemento (usualmente por razones de economa) como adicin para mejorar las propiedades del concreto, tanto

fresco como endurecido.

En el shotcrete se debe utilizar microslice como adicin en vez decomo substituto del cemento, a fin de mejorar las propiedades delconcreto y de la proyeccin.

3.5.1.1 Ventajas especiales del shotcrete con microslice

Es posible producir shotcrete de calidad normal (es decir, 20 a 30MPa de resistencia en cubos) sin necesidad de utilizar microslice.Sin embargo, la produccin prctica y econmica de materiales conresistencias mayores depende hasta cierto grado del uso demicroslice. Desde el punto de vista tcnico, se recomienda utilizar 5 10 % de microslice (del peso de cemento).

El uso correcto de microslice puede proporcionar las siguiente pro-piedades al shotcrete: Mejor capacidad de bombeo: lubrica y previene la exudacin y la

segregacin Menor desgaste del equipo y de las mangueras de bombeo Mayor cohesin del concreto fresco, y por tanto menos consumo

del acelerante (con mejores resistencias finales a la compresin) Mayor adherencia a varios substratos y entre capas de concreto Resistencias mecnicas superiores Resistencia superior a la reaccin lcali-agregado

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Tabla 1: TAMIZ Mn. % Mx. %

0,125 4 120,25 11 260,50 22 501,0 37 722,0 55 904,0 73 1008,0 90 100

16,0 100 100

Durante el tamizado, almacenamiento y manejo de los agregados,deben eliminarse partculas de tamao superior a 8 mm, ya que pue-den bloquear la boquilla y dificultar la limpieza.

Es importante efectuar una buena clasificacin de los agregados, yninguna fraccin debe constituir ms del 30 % del total. El contenidode material triturado y de forma irregular no debe exceder el 10 %. Amenudo, la mejora de la curva granulomtrica de una arena naturalmediante el uso de material triturado supone aumentos en lademanda de agua y disminucin de la facilidad de bombeo y de lacompactacin. Por tanto, antes de utilizar materiales trituradoscomo agregados, deben hacerse pruebas comparativas para deter-minar si la adicin de dichos materiales mejora los resultados.

3.5.3 Aditivos: Plastificantes y superplastificantes

Los aditivos tienen como finalidad lograr propiedades especficas enel concreto fresco y en el endurecido mediante el mtodo de proyec-cin por va hmeda. El uso de aditivos no es una prctica nueva: losantiguos romanos utilizaban diferentes clases tales como sangre decabra o grasa de cerdo para sus trabajos de mampostera, paramejorar las caractersticas de moldeo de los materiales. El hecho deque sus construcciones siguen an de pie, indica que esta gentetena razn!

Si bien es cierto que los aditivos de concreto son ms antiguos queel cemento Portland, su desarrollo, investigacin y utilizacin hanrealmente ocurrido es en los ltimos 30 aos, todo ello debido a lasexigencias en cuanto a aumentar la produccin y a obtener materia-les de mayor calidad. Los reductores de agua tienen la funcin demejorar la trabajabilidad del concreto y su capacidad de cohesin enel estado plstico; pueden provocar un aumento significativo del

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Un contenido elevado de material fino produce un concretocohesivo.

Dado que los mrgenes de la cesta del tamiz son relativamentepequeos, frecuentemente conviene combinar dos o ms fraccio-nes, p. ej., 0 2, 2 4 y 4 8 mm, ajustando la proporcin entre ellos,con objeto de elaborar una curva de granulometra que est dentrode los lmites de la curva ideal. La insuficiencia del material finopuede compensarse utilizando ms cemento o microslice; paracompensar el exceso de dicho material, se aumenta la dosificacinde aditivos reductores de agua.

La curva de distribucin del tamao de grano para el agregado debecaer en la regin sombreada de la fig. 5.

Figura 5: Curvas de distribucin recomendadas para los agregadosde shotcrete

En lo posible, la cantidad de partculas de 8 mm no debe exceder el10 %; en caso contrario, las partculas rebotarn durante la proyec-cin sobre superficies duras (al comenzar la aplicacin), o pene-trarn el concreto ya colocado produciendo cavidades difciles derellenar.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.125 0.25 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0 16.0 32.0 64.0

0.149 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9.51 19.0 38.1 76.1

Tamiz ISO

Por

cent

aje

rete

nido

Tamiz ASTM, tamao en mm

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En los ltimos aos ha entrado al mercado una nueva generacin desuperplastificantes de alto rendimiento. GleniumTM es un hiperplasti-ficante basado en un ter policarboxlico modificado que proporcio-na una excepcional reduccin del agua y una mayor retencin de latrabajabilidad sin retardar el desarrollo de la resistencia inicial.

Figura 6: Los resultados de un ensayo de concreto de 28 das convarios plastificantes de alto rango muestran que GleniumTM producela menor porosidad capilar en comparacin con los superplastifi-cantes tradicionales.

Los ensayos fueron llevados a cabo con concreto de la misma trabajabilidad (asentamiento o mesa de asentamiento):

sin aditivo

con LS

conBNS

oMS

conGLENIUM

reduccin de agua

150 l 138 l 123 l 99 l

reduccin de la relacin agua/cementante

0.50 0.46 0.41 0.33

reduccin de porosidad capilarEkap (vol.-%), 28 das

7.5 6.5 5.6 3.5

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asentamiento con la misma relacin agua/cementante, o bien dicharelacin puede reducirse para alcanzar el mismo asentamiento quese obtendra para una mezcla carente del reductor de agua. La dis-minucin de la relacin agua/cementante est asociada con unaumento en la resistencia; el aumento del asentamiento, con unamejor facilidad de bombeo.

El mtodo por va hmeda tiene la ventaja de que la mezcla del con-creto y el aadido del agua se llevan a cabo bajo condiciones con-troladas y reproducibles, tales como las de una planta de concreto.Asimismo, la relacin agua/cementante uno de los factores funda-mentales de la tecnologa del concreto , se mantiene bajo control.Sin embargo, uno tiende a olvidar que los equipos requieren un con-creto fresco con gran facilidad de bombeo. Ms an, el mtodorequiere una mayor cantidad de aditivos acelerantes de fraguado, locual puede conducir a la prdida de la resistencia final del concreto.

Hoy en da se utilizan con frecuencia combinaciones de lignosul-fonato, naftaleno y melamina a fin de obtener el mejor concreto posi-ble. Los naftalenos/melaminas (superplastificantes) son qumica-mente diferentes a los lignosulfonatos (plastificantes/reductores deagua); a los superplastificantes usualmente se les conoce comoreductores de agua de alto rango porque pueden utilizarse en altasdosis sin los problemas de retardo de fraguado ni de inclusin exce-siva de aire que a menudo se observan con la adicin de dosis altasde reductores de agua convencionales. La melamina forma una pel-cula lubricante en las superficies de la partcula, el naftaleno cargaelctricamente las partculas de cemento de forma tal que se repelenentre s, y el lignosulfonato disminuye la tensin superficial del agua.Cuando las partculas de cemento estn bien dispersas, no slofluyen mejor sino que cubren mejor los agregados. El resultado es unconcreto ms resistente y trabajable.

Los superplastificantes/plastificantes tienen un efecto excelente enla dispersin de finos, y por tanto son aditivos ideales y necesari-os para el shotcrete. El mayor asentamiento logrado por los super-plastificantes convencionales depende de las condiciones de tiem-po y temperatura. Sin embargo, la facilidad de bombeo puedemantenerse slo por tiempo limitado (20 90 minutos) despus de lamezcla, y una dosis excesiva de aditivos puede conducir a segrega-cin y a una prdida total de la cohesin. Normalmente la dosifica-cin oscila entre 4 y 10 kg/m3 segn los requisitos de calidad, rela-cin agua/cementante, consistencia requerida, as como tambin eltipo de agregado y de cemento.

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est an en el aire, de manera que se adhiera a la superficie cuandoaumente el espesor de la capa.

Los acelerantes de fraguado posibilitan la proyeccin eficaz ensuperficies verticales y en clave. El efecto de fraguado permite apli-car el shotcrete como soporte inicial una funcin importante en latcnica de excavacin de tneles NATM (New Austrian TunnellingMethod). Generalmente, debido a las posibilidades de irrupcin deagua (p. ej., desde la roca posterior), se exige una mayor proporcinde aditivos para acelerar el fraguado del shotcrete.

Los acelerantes son aadidos en forma lquida mediante una bombadosificadora especial (bomba de pistn o de gusano). La dosifica-cin del acelerante depende de la capacidad del operario, la super-ficie y la relacin agua/cementante. Una relacin agua/cementanteelevada aumentar la necesidad de acelerantes a fin de reducir laconsistencia.

Ahora bien, toda moneda tiene dos caras: un efecto secundario delos acelerantes tradicionales (basados en aluminato o water glass)es que disminuyen la resistencia final a los 28 das al compararsecon la del concreto sin acelerantes. Por tal motivo, es importantesiempre mantener el consumo de acelerantes a un mnimo (menorconsumo en las paredes que en la clave).

La diferencia bsica entre los acelerantes de aluminato y los de sili-catos sdicos modificados/water glass, es que los de aluminato par-ticipan en el proceso de hidratacin y contribuyen a aumentar lasresistencias iniciales en las primeras 0,5 2 horas (1 2 MPa).

3.5.4.1 Comportamiento qumico de los acelerantes de aluminatodurante el proceso de hidratacin

El clnquer Portland pulverizado reacciona espontneamente conagua para formar una masa endurecida que adquiere una alta resi-stencia a la compresin al cabo de unos cuantos minutos. Dada larapidez de esta reaccin, estos clinquers son utilizados nicamenteen casos especiales, tales como materiales de adherencia para elconcreto. Para facilitar la operacin, es necesario agregar de 2 a 5 %de sulfato de calcio (CaSO4).

El sulfato de calcio reacciona con C3A (aluminato triclcico), una delas cuatro fases importantes del clnquer durante la formacin de

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GleniumTM es una molcula compleja y flexible compuesta de gru-pos funcionales de cadenas de diferentes longitudes. La mezcla deagua con cemento inicia una reaccin qumica (hidratacin); el agua se absorbe en la superficie de las partculas de cemento, y stas sedisuelven rpidamente. Las molculas de GleniumTM son atradas a la superficie de las partculas de cemento durante la mezcla yaumentan la carga negativa en la superficie, provocando as la re-pulsin electrosttica. Esto trae como resultado un gran mejora-miento de la dispersin de las partculas de cemento y consiguientemejora de la trabajabilidad, a pesar del menor contenido de agua.Las molculas de GleniumTM tienen cadenas laterales muy largasque tambin desarrollan impedimento estrico, mejorando adicio-nalmente la capacidad de las partculas de cemento de manteneruna distancia de separacin entre s y aumentando an ms el efec-to de dispersin.

GleniumTM acta en un mecanismo de dos pasos que prolonga eltiempo de trabajabilidad del concreto fresco. Como parte de susmecanismos de reaccin qumica, se incorpora una segunda mol-cula que reacciona despus de la primera. El aumento de alcalinidaddel concreto durante la mezcla y el vaciado activa la segunda mol-cula. Esta accin de retardo larga el tiempo de trabajabilidad sin losusuales efectos secundarios de retardo en los tiempos de fraguadofinales y en las resistencias tempranas.

El uso de GleniumTM tiene varias ventajas: Altsima reduccin del agua (>40 %) Baja porosidad capilar Gran extensin de la trabajabilidad, con la menor relacin posible

de agua/cementante Alta cohesividad, facilidad de bombeo Rpido desarrollo de la resistencia

El policarboxilato GleniumTM tiene ya amplio uso en combinacincon los acelerantes libres de lcalis. Este material representa el futu-ro de los aditivos del shotcrete.

3.5.4 Acelerantes de fraguado tradicionales

El mtodo por va hmeda requiere aadir aditivos acelerantes defraguado en la boquilla, los cuales principalmente reducen el asenta-miento (consistencia) en el momento de la proyeccin, pasando deuna consistencia lquida a una pastosa mientras que el concreto

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Los acelerantes de aluminato comienzan a desarrollar resistenciadespus de 5 10 min, y despus de 20 30 min la resistencia haalcanzado un valor suficientemente alto (>0,4 MPa) como para quela capa de shotcrete pueda soportar su propio peso. Por tanto, estosacelerantes permiten proyectar el concreto con capas ms gruesasque los silicatos de sodio modificado o water glass. Los espesorestpicos oscilan entre 20 50 cm (en clave).

Normalmente se hace la proyeccin de una primera capa de 6 10cm en toda el rea a recubrir. Una vez finalizada esta operacin, sehabr desarrollado suficiente resistencia como para hacer la proyec-cin de una nueva capa de 10 cm. El proceso se repite hasta llegar alespesor deseado.

Los acelerantes de aluminato son igualmente apropiados para situa-ciones caracterizadas por problemas de agua. En estos casos, elprocedimiento normal de proyeccin es formar una capa muy del-gada de shotcrete con una sobredosis de acelerante de aluminato (8 10 % del peso de cementante) y esperar 30 min hasta que dichacapa haya adquirido la resistencia suficiente como para soportar lapresin de agua. Seguidamente se contina la proyeccin hasta lle-gar al espesor deseado.

Las desventajas de los acelerantes de fraguado basados en alumi-natos son las siguientes: Mayor disminucin de la resistencia final que la obtenida con los

silicatos sdicos modificados (>30 50 %) No funcionan igual con todo tipo de cemento, y por tanto es

necesario determinar su reactividad con el cemento a utilizarseantes de comenzar la proyeccin.

Tienen valores de pH elevados (>13), por lo que pueden causardaos en la piel, los ojos, etc.

Es importante tomar medidas de precaucin durante el manejo yuso de este tipo de acelerantes. El personal encargado del manejo yde la proyeccin del material debe siempre usar guantes, careta ylentes de proteccin; debe evitarse el contacto directo del materialcon la piel.

36

etringita. La etringita rodea cada partcula de cemento como unacapa densa que retarda (pero no impide) el acceso adicional de aguaa la superficie de cemento. Debido a esta reaccin retardada de lapasta de cemento, el concreto mantiene su trabajabilidad durantecierto tiempo. Una vez que todos los sulfatos se consumen y seunen a la etringita, los aluminatos sobrantes reaccionan nuevamen-te con etringita y eliminan los sulfatos, al mismo tiempo que formanun monosulfato, el cual es ms permeable a agua; esto permitenuevamente una reaccin adicional ms rpida del cemento.

Al aadir acelerantes de fraguado basados en aluminato, se produceun aumento repentino del contenido de aluminatos requerido para for-mar monosulfatos. Esto permite una hidratacin normal espontneadel cemento, y conduce a altas resistencias iniciales a la compresin.

Las caractersticas normales de fraguado para los acelerantes dealuminato son: inicio del fraguado: < 60 segundos* final del fraguado: < 3,5 minutos*(* Ensayo con el equipo de aguja Vicat [manual].)

Figura 7: Comportamiento del fraguado de un acelerante lquidocon base de aluminato de alta eficiencia

Los acelerantes de aluminato son utilizados preferiblemente en apli-caciones de rocas blandas con alta deformacin, y en aquellasdonde se requieren soportes de alta resistencia inicial y espesoresgrandes (>15 cm) en tiempos cortos despus de la excavacin.

Min

utos

Comienzo del fraguado Final del fraguado

39

Criterio principal para los acelerantes de aluminato:Caractersticas del cemento a utilizarC3A 510 %, preferiblemente 79 %Blaine >3500, preferiblemente >4000 m2/kg

Tambin depende de la mezcla de cenizas volantes, escoria y yeso.

3.5.4.2 Silicatos sdicos modificados/water glass

Los silicatos sdicos modificados/water glass se caracterizan por unefecto momentneo (

41

Nota: Recientemente se hizo una prueba en Noruega, en la cual sedetermin la resistencia de un shotcrete por va hmeda hace 18aos; la resistencia obtenida fue la misma que tena el material a los28 das. Estos resultados contradicen las declaraciones de algunos:la calidad del concreto con acelerantes de silicato sdico modifica-do no representa ningn problema hasta resistencias de 60 MPa.

3.5.5 Acelerantes de shotcrete libres de lcalis

Hoy en da, en el mercado de acelerantes de shotcrete se hace nfa-sis en la seguridad para las personas y para el medio ambiente. Porejemplo, Francia, Suiza, Hong-Kong, Singapur y Austria prohbenutilizar acelerantes de aluminato custicos debido a los riesgos parala salud del personal. De acuerdo con la informacin suministrada enla reunin ITA Working Group on Sprayed Concrete (Washington,1996), los problemas de salud ocasionados por la proyeccin por vaseca constituyeron una razn importante del aumento del mercadodel mtodo por va hmeda en Brasil.

Adems, han aumentado los requisitos de fiabilidad y durabilidad delas estructuras de concreto. Ciertos problemas tales como prdidade resistencia o efectos de filtrado que se piensa son causados poracelerantes alcalinos fuertes, han forzado a la industria a buscarsoluciones y crear productos que exhiban un mejor rendimiento.

Tradicionalmente, los operarios de shotcrete han estado acostum-brados al exceso de polvo y a los problemas de salud: quemadurasde la piel, riesgo de prdida de la vista e incluso lesiones personalescausadas por cada de rocas (especialmente en el caso de la proy-eccin manual de mezclas secas, con acelerantes de aluminato cu-sticos y mallas sobre substratos no soportados). Hoy da, por logeneral (y dependiendo de la regin del planeta) ya no se aceptantales condiciones nocivas.

Durante la ltima dcada, la industria de la construccin ha estado ala bsqueda de acelerantes de shotcrete que sean ms seguros ymejoren el rendimiento. Actualmente existen en el mercado produc-tos libres de lcalis y no custicos de buen rendimiento, que hacenposible aplicaciones de shotcrete de alta calidad, eficientes yeconmicas. Ya no se justifica el uso de productos peligrosos talescomo los tradicionales aluminatos custicos y silicatos sdicosindustriales custicos. Nosotros favorecemos una prohibicin totalde estos tipos de productos. Si bien MBT est an comerciando con

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3.5.4.3 Campos de aplicacin

Aplicaciones de soporte permanente Aplicaciones de soporte temporal, en donde no se requieran resi-

stencias iniciales (condiciones de roca dura) Trabajos de reparacin Lugares con un espesor mximo limitado (10 15 cm) de aplica-

ciones en clave.

3.5.4.4 Dosificaciones tpicas

Silicatos sdicos modificados: 3 6 % por peso.

Normalmente se recomienda no utilizar water glass (e incluso seprohben) debido a que se requieren altas dosificaciones (>10 12 %,normalmente 20 %), las cuales disminuyen la resistencia, producenresultados de mala calidad y dan un falso sentido de seguridad.

La norma EFNARC (Especificacin Europea del Shotcrete, 1996)limita la dosificacin mxima a 8 % del peso del material cementiciopara el uso de acelerantes lquidos.

Ciertos expertos europeos creen errneamente que los acelerantesde silicato sdico modificado llevan a mayor prdida de calidad quelos de aluminato, y basan esa creencia errnea en los resultados deun pequeo nmero de pruebas de laboratorio realizadas con altasdosificaciones de water glass (15 20 %) y un concreto con una rela-cin agua/cementante de 0,7 0,8. Estas condiciones son totalmentediferentes a las utilizadas en la prctica, y por tanto es incorrectosacar conclusiones a partir de dichos resultados.

Igualmente, el efecto de los silicatos sdicos modificados en lareduccin de la resistencia final depende de las condiciones decurado. Con una dosificacin de 15 % del peso de cemento, sepodra producir una prdida de resistencia del 50 %; si las muestrasse curan en agua, la prdida se reduce al 30 %.

Los resultados de pruebas de curado a largo plazo demuestran resi-stencias finales iguales a las del concreto sin acelerantes. En lamayora de las aplicaciones que tienen una dosificacin razonablede silicatos (3 6 %) y un buen control de calidad, se aceptan prdi-das de resistencia menores que 20 %. En la prctica, las prdidasoscilan entre 10 y 15 %.

43

2. Proceso por va seca, con agregados naturalmente humidificadosy cemento rpido Heidelberg Cronolith S, utilizando un equipomixer Heidelberg con una mquina de proyeccin SBS Tipo B1.

3. Mtodo por va hmeda con cemento Kardstadt CEM I 42.5, ace-lerante lquido libre de lcalis MEYCO SA140 y un equipo deproyeccin mvil MEYCO Roadrunner.

Las mediciones se llevaron a cabo con un instrumento ptico depolvo fino, hund TM DATA. A continuacin se exponen las intensida-des relativas de polvo medidas en el entorno inmediato del obreroencargado de la proyeccin:

Sistema de Intensidad de Capacidad de Boquillasproyeccin polvo relativa proyeccin

1) (va seca) 12,6 13,5 m3/h 22) (va seca) 6,6 6,8 m3/h 13) (va hmeda) 3,3 15,4 m3/h 1

Otro ejemplo son las mediciones de polvo realizadas en Escandi-navia entre 1979 y 1998 (vase la fig. 8).

Figura 8: Datos de comparacin de shotcrete fabricado por va secay va hmeda con diferentes clases de acelerantes. Se muestranalgunos ejemplos de mediciones de polvo realizadas enEscandinavia entre 1979 y 1998. La aplicacin de mezclas hmedasen el Tnel del Cabo Norte fue realizada bajo condiciones idnticas(equipos, operarios, ventilacin del tnel, capacidad de proyecciny diseo de mezcla).

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aluminatos custicos, las ventas de los mismos se efectan nica-mente a solicitud del cliente, y la empresa no realiza actividad algu-na para promocionar las ventas de tales productos. Como resultado,el volumen de ventas de los mismos ha disminuido drsticamente, yhoy en da se reemplazan con acelerados lquidos no custicos y lib-res de lcalis.

La responsabilidad de mejorar la aplicacin de shotcrete, as como lascondiciones del medio ambiente y la seguridad para los trabajadoresrecae ahora sobre propietarios, especificadores y contratistas.

Debido a su compleja composicin qumica, los acelerantes libres delcalis son ms costosos que los acelerantes tradicionales. Sin embar-go, el precio de los acelerantes tiene una influencia prcticamentedespreciable en el costo total del shotcrete. Mucho ms importantesson los ahorros de tiempo y de rebote que se obtienen, as como tam-bin el mejoramiento de la calidad y del ambiente de trabajo.

3.5.5.1 Formacin de polvo

La seleccin del mtodo por va hmeda, as como la sustitucin deacelerantes de aluminato custicos por productos lquidos libres delcalis y no custicos representan un gran avance hacia el mejora-miento del ambiente de trabajo. Factores como el polvo y el rebotehan disminuido significativamente, y las quemaduras de la piel sehan convertido en cosa del pasado.

Las mediciones de polvo en el Tnel del Cabo Norte en Noruega(lase el caso de estudio de la seccin 3.5.5.10), en donde se haempleado shotcrete por va hmeda de alto rendimiento conMEYCO SA160, un acelerante lquido no custico y libre de lcalis,muestran un contenido total de polvo inferior a 3,7 mg/m3 de aire enel ambiente inmediato al operario. Este valor es dos veces menorque aquellos obtenidos con los acelerantes lquidos de silicatomodificado, bajo las mismas condiciones (vase la fig. 8).

Es difcil encontrar comparaciones directas de mediciones de polvoen condiciones iguales en el mismo tnel. Un ejemplo es el informedel Ing. Markus Testor, del Tnel Irlahull en Alemania, en el cual semidi la formacin de polvo para tres sistemas de aplicacin:1. Proceso por va seca, con agregados secados al horno mezcla-

dos con cemento rpido Schwenk CEM I 32.5 R/SE utilizando unequipo de proyeccin mvil Rombold.

Polvo total [mg/m3 de aire]

10 20 30 40 50

Proceso por va seca Mtodo por va hmeda

Ulla Frre. Salida ~5 m3/h (ref. T. Myran)

Estocolmo. Salida ~5 m3/h (ref. T. Myran)

Lillestrm. Salida ~8 m3/h (ref. T. Myran)

Cabo Norte (1998). Acelerante de silicato modificado, salida ~15 m3/h

Cabo Norte (1998). Acelerante lquido no custico y libre de lcalis MEYCO SA160 , salida ~15 m3/h

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Tabla 2: Corrosividad: escala de pH

0 7 14cido neutro bsico ( alcalino)

Agresivo/corrosivo a: No agresivo Agresivo/corrosivo a:acero y aluminioconcreto no ojos y pielojos y piel corrosivo rganos respiratoriosrganos respiratorios

Ejemplos de valores de pH:1 4 7 10 12 14

cido sulfrico, cido actico agua soda, lechada de hidrxido cido amonaco cemento sdico

clorhdrico (soda custica)

3.5.5.3 Acelerantes lquidos no custicos libres de lcalis

El uso cada vez mayor de acelerantes de shotcrete sin lcalis vienesiempre acompaado de una o ms de las ventajas siguientes:1) Reduccin del riesgo de la reaccin lcali-agregado, mediante la

eliminacin del contenido de lcalis provenientes de los ace-lerantes de aluminato custicos comunes.

2) Mejoramiento de las condiciones de seguridad de los trabajado-res gracias al uso de acelerantes menos dainos: se evitan lesio-nes como quemaduras de la piel, prdida de la vista y problemasrespiratorios.

3) Proteccin ambiental debida a la reduccin de componentespeligrosos descargados en el agua subterrnea, provenientes delshotcrete y su rebote.

4) Menos prdida de la resistencia final del shotcrete (normalmentecon los acelerantes convencionales entre 15 y 50 %).

La importancia de los puntos anteriores vara segn el mercado. Lospuntos 2 y 3 son los ms importantes en aplicaciones en que el shot-crete se utiliza principalmente como recubrimiento final (en diseosconsiderados temporales y no permanentes). En los casos en que seutilice para estructuras permanentes, los puntos 1 y 4 adquieren unaimportancia equivalente. Todas estas variaciones causan ciertasconfusiones en los usuarios.

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3.5.5.2 Terminologa confusa: no custico? libre de lcalis?

En el contexto de acelerantes de shotcrete, frecuentemente surgeuna confusin con los trminos no custico con libre de lcalis.Esto se debe a que en el lenguaje profesional, el trmino alcalinotiene un significado dual:1) Lquido bsico (con un valor de pH entre 7 y 14). Como ejemplo,

el xido de calcio disuelto en agua produce una alta concentra-cin de iones OH- y un valor de pH aproximado de 13. Esta solu-cin es fuertemente bsica (alcalina), pero no contiene cationesde lcalis.

2) Solucin que contiene cationes de lcalis tales como Na+, K+, Li+.Un ejemplo de tal solucin es la sal comn disuelta en agua(solucin de cloruro de sodio), la cual contiene cationes de lca-lis; sin embargo, su valor de pH es aproximadamente 7, y portanto es neutra.

La alcalinidad y el contenido de lcalis son dos propiedades inde-pendientes! Para los acelerantes del shotcrete, el trmino libre delcalis debera significar exclusivamente que el acelerante no conti-ene cationes de lcalis (o que su contenido est por debajo del 1 %)(ver arriba, 2).

El lmite anterior se impone para reducir el riesgo de la reaccin decationes de lcalis con ciertos minerales sensibles (slice disoluble,SiO2) que en ocasiones se encuentran en los agregados de concre-to. Si ocurriera tal reaccin, los granos del agregado se fracturarndebido a la expansin resultante, lo cual podra afectar negativa-mente la matriz del shotcrete.

La mayora de los acelerantes son sumamente bsicos (pH 12 14),y pueden denominarse custicos, bsicos, agresivos, o en ciertoscasos corrosivos; sin embargo, es aconsejable evitar utilizar el trmi-no alcalino. Asimismo hay ejemplos de acelerantes que son cidosfuertes (pH 0 2), que son denominados cidos, agresivos o corrosi-vos. En cualquier caso es esencial mantener un ambiente seguro yprcticas de trabajo seguras.

Tanto las bases fuertes como los cidos fuertes pueden representarun peligro para el personal debido a sus efectos dainos sobre losojos, la piel y los rganos respiratorios. Los trminos generales uti-lizados en esta relacin son casi neutro (pH 5 9) y agresivo (pH 0 4y 10 14).

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despreciable en la resistencia final, se requiri un acelerante sinlcalis. En este caso (Jubilee Line, Contrato 104), la finalidad princi-pal de utilizar un acelerante sin lcalis era aumentar durabilidad.Asimismo, la construccin de la primera seccin del Tnel HeatherExpress fue llevada a cabo con recubrimiento de shotcrete perma-nente sin lcalis. Especialmente en Escandinavia pero tambin enotras reas, cada vez ms se est llevando a cabo la aplicacin derecubrimientos de shotcrete permanentes en una fase de construc-cin separada, bien detrs del rea de la fachada.

Estos ejemplos pueden resumirse como la situacin tpica II: Eneste caso, se hace una aplicacin sistemtica en reas relativamen-te grandes, bien por detrs del frente del tnel, parcialmente sobremallas electrosoldadas y cerchas, pero cada vez ms utilizandofibras metlicas. El espesor de las capas finales puede ser grande,pero puede hacerse en varias pasadas y por tanto no se requiere unaalta resistencia final.

En Escandinavia (tneles poco profundos), la solucin estndar desoporte es el recubrimiento de shotcrete de un paso o de singleshell, una metodologa que est siendo aplicada cada vez ms enotras partes del mundo. Bsicamente se trata de aplicar el shotcreteen el frente siguiendo requisitos de calidad, lo que le permite serconsiderada como parte del recubrimiento de shotcrete final y per-manente. El trmino single shell se refiere a una estructura sencillaque podra producirse en un nmero de pasos (en el frente y detrs,vase el captulo 9). Ejemplos de esta aplicacin en Noruega son lostneles de carretera, tneles ferroviarios, tneles de carreteras bajoel nivel del mar y tneles de canales, tneles hidroelctricos, la pistaolmpica Gjvik de hockey sobre hielo, etc.

En el caso de revestimientos de shotcrete permanentes de una solacapa, se aplican ambas de las situaciones descritas anteriormente.La diferencia bsica es que los requisitos de calidad son los mismosen toda la construccin. Es posible que los diferentes requisitosprcticos exijan acelerantes diferentes en el frente y en etapasposteriores, segn el tipo de cemento y otros requisitos locales. Portanto, se ha comprobado que no es posible cubrir todas las situacio-nes con un solo producto.

Propiedades

MBT ha dado un paso tecnolgico importante al lanzar una gama deacelerantes lquidos sin lcalis y no custicos tanto para el shotcrete

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Requisitos en distintos pases. Ejemplos.

En algunos pases, casi todo el shotcrete utilizado para la excava-cin de tneles est considerado como temporal, y se descarta parael diseo del recubrimiento permanente. En este caso se hace casoomiso de los posibles problemas de durabilidad creados por unareaccin lcali-agregado en el shotcrete. Sin embargo, cada vezms las legislaciones correspondientes exigen acelerantes sinlcalis para mejorar la seguridad de las condiciones de trabajo. Enotras palabras, se requieren acelerantes no agresivos.

En otros pases impera el mismo uso del shotcrete, pero hasta ahorano hay legislaciones que prohban el uso de acelerantes agresivos.Ahora bien, en vista de la inquietud por proteger el medio ambiente(agua subterrnea), las autoridades estn ahora exigiendo aceleran-tes sin lcalis. No deben utilizarse componentes de lixiviacin dealto pH adicionales al cemento. En este caso, lo que se requiere esun acelerante no agresivo (sumamente irritante).

Hay tambin pases en donde la mayora del shotcrete utilizado en laexcavacin de tneles es temporal desde el punto de vista dediseo. Sin embargo, en los mismos pases normalmente serequieren acelerantes sin lcalis, es decir, no custicos y sin catio-nes de lcalis, para as impedir componentes de percolacin agresi-vos, y frecuentemente para limitar la reduccin de la resistencia final.En lo que respecta a la seguridad del personal, hasta ahora no hayregulaciones contra productos agresivos.

Situacin tpica I: En los casos anteriores, la situacin prctica esdirectamente en el frente del tnel, en donde se hace la proyeccinen su mayora sobre (o a travs de) mallas electrosoldadas y cerchasde acero, trabajando en reas pequeas simultneamente y aplican-do rpidamente espesores de capas mayores de 150 mm. A menu-do se exige una alta resistencia inicial por razones de seguridad.

En los tneles del metro de Londres, el procedimiento normal de usode recubrimientos de shotcrete consiste primero en aplicar un recu-brimiento primario temporal. Hasta ahora no se han establecidoregulaciones que impongan el uso de acelerantes sin lcalis paraesta aplicacin. Sin embargo, debido a los excelente resultadosobtenidos con shotcrete fabricado por va hmeda, ha aumentado elinters por utilizar el shotcrete tambin para propsitos de recubri-miento permanente, tal como lo describen Annett y Varley. Para pro-ducir un concreto duradero de alta calidad, con una reduccin

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exagerar dicho espesor. Particularmente, se ha comprobado quelos productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170 producenespesores extremadamente grandes, en ocasiones hasta de 700mm en una pasada.

(5) La dosificacin se da como porcentaje del peso del cementante(cemento ms cualquier adicin puzolnica). Los valores msbajos indicados se logran con cementos apropiados (alta com-patibilidad), mientras que puede utilizarse una mxima dosifica-cin con cementos inferiores, o si se requiere una alta resistenciainicial. Puede mencionarse que las dosificaciones superiores almximo dado no mejorarn la calidad, y en cambio pueden oca-sionar escurrimiento y reducir la resistencia final. Dentro de lagama de dosificaciones indicadas no hay prdida de resistencia(o si la hay, es mnima). En cierto casos, la resistencia final es sig-nificativamente superior que la del mismo concreto sin aceleran-te.

(6) Los tres productos exhiben un excelente desarrollo de la resi-stencia inicial a partir de 7 horas. Los valores nominales se rela-cionan con los primeros minutos y pueden considerarse comoparalelos al posible espesor de capa aplicado en la clave. Losproductos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170 son muy bue-nos con casi todos los cementos, y excelentes (tan buenoscomo, o mejores que los mejores resultados de los aluminatoscusticos).

(11)Los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170 funcionanbien con la mayora de los cementos, incluso con tipos decementos mezclados que no funcionan bien con todos los otrostipos de acelerantes.

3.5.5.4 Acelerantes sin lcalis en polvo

La metodologa de los productos en polvo involucra numerosaslimitaciones prcticas: Costos de una unidad dosificadora adicional Un operario adicional para vaciar el acelerante en la mquina de

proyeccin en seco/dosificadora Dosificaciones ms altas: aproximadamente 7 10 % por peso Es necesario alimentar ms aire a la unidad dosificadora (4 5

m3/min) Mayor rebote. Los resultados de pruebas muestran un rebote de

10 a 15 %, superior al obtenido con los acelerantes lquidos sinlcalis.

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por va seca como por va hmeda. Los productos en polvo son muydifciles de utilizar en la prctica. Gracias a este avance, MBT se hacolocado al frente de la tecnologa.

A diferencia de la mayora de los acelerantes tradicionales, los pro-ductos sin lcalis y no custicos de MBT llevan a poca o ningunadisminucin de la resistencia final. Es ms fcil satisfacer los requisi-tos exigidos para HPS (shotcrete de alto requerimiento), p. ej., pararecubrimientos de shotcrete permanentes de single shell. Sinembargo, la innovacin ms importante que ofrecen los acelerantessin lcalis de MBT es la seguridad del ambiente de trabajo: se acabel peligro de quemaduras de la piel para los operarios.

MEYCO MEYCO MEYCO MEYCOSA160 SA161 SA162 SA170

Forma fsica (1) lquido lquido lquido lquido

Cationes de lcalis (2)

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Interpretacin de los resultados:Inicio de fraguado

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Diseo de la mezcla de concretoCemento, tipo CEM I 42.5 (OPC) 425 kg Agregados (0 8 mm) 1713 kg Rheobuild 1000 1,5 %Estabilizador Delvocrete 0,2 %Relacin agua/cementante 0,47 0,48Asentamiento 20 cmVariacin de la mesa de asentamiento (DIN) 51 cm

Desarrollo de resistencia inicial

Figura 9: Desarrollo de la resistencia inicial, MEYCO SA160 a +20C

Figura 10: Desarrollo de la resistencia inicial, MEYCO SA160 a

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acelerantes de aluminato)

MEYCO SA162 3 7% Va hmeda Siempre en la boquilla

MEYCO SA162 3 7% Va seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los acelerantes de aluminato)

MEYCO SA170 3 7% Va hmeda Siempre en la boquilla

MEYCO SA170 3 7% Va seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los acelerantes de aluminato)

MEYCO SA540/ 510 % Va seca Manualmente o con SA545 una unidad dosifi

cadora especial de polvo en la mezcla, antes de alimentarla en el equipo de proyeccin

Nota: Todas las piezas de equipo que vayan a estar en contactoinmediato con los productos MEYCO SA160/SA161/SA162 debenestar hechas de acero inoxidable.

Uso de los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170: Limpieza de la bomba dosificadora

Cada vez que se utilicen los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170, es preciso lavar con agua abundante la bomba dedosificacin, la manguera de aspiracin (vlvula) y la manguera delacelerante antes de comenzar la proyeccin.

Asimismo se debe limpiar el equipo diariamente con agua; si no sehace as, el sistema dosificador se obstruir. Es muy importante

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Resistencias a la compresin (+20C)

Tipo y dosificacin Resistencias medidas a:del acelerante 15 30 1 h 4 h 6 h 12 h 24 h

Activador Delvocrete S714% 1,2 1,4 2,0 6,5 6,5 8 10,25% 1,0 1,0 1,2 6,5 6,5 7,5 10,6

Activador Delvocrete S514% 1,0 1,2 1,2 2,0 5,5 8,0 15,35% 1,0 1,2 1,2 2,0 4,0 7,5 14,4

MEYCO SA1606% 0,5 0,7 0,8 0,9 6,0 20,0 20,59% 0,8 1,2 1,2 1,4 8,0 19,0 22,5

Todos los resultados estn en MPa. Se emplearon agujas depenetracin MEYCO/Hilti. Cada resultado representa el promediode 10 lecturas.

3.5.5.7 Dosificacin y equipos

Pautas para la dosificacin

Producto Dosificacin Mtodo de Lugar donde (en peso) proyeccin debe aadirse

MEYCO SA160 4 10% Va hmeda Preferiblemente en la boquilla

MEYCO SA160 3 10% Va seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los acelerantes de aluminato)

MEYCO SA161 3 8% Va hmeda Preferiblemente en la boquilla

MEYCO SA161 3 8% Va seca En la boquilla juntocon el agua (al igual que se hace con los

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3.5.5.8 Compatibilidad con otros acelerantes

Evitar mezclar los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170con otros acelerantes porque esto podra causar un atascamientoinmediato de bombas y mangueras.

Antes de emplear los MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170, ase-grese de que tanto la bomba de dosificacin como la manguera delacelerante, la boquilla y el amortiguador de pulsaciones estn total-mente limpios y libres de cualquier producto utilizado anteriormente.

Siga el mismo procedimiento cuando cambie los productosMEYCO SA160/SA161/SA162/SA170 por otros acelerantes.

Sin embargo, MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170 son compati-bles entre s, y por tanto no se requiere limpiar los equipos ni lasmangueras durante cambios de estos productos entre uno y el otro.No obstante, no se recomienda almacenar mezclas de aceleranteslibres de lcalis.

3.5.5.9 Requisitos especiales para utilizar los productos MEYCO

SA160/SA161/SA162/SA170 para proyeccin por vahmeda

Diseo de mezcla Contenido de cemento mnimo: 400 kg, preferiblemente 450 kg Cuando se utilicen para el mtodo por va hmeda, la relacin

agua/cementante debe oscilar siempre entre 0,4 a 0,5. Debetenerse en cuenta la humedad (agua) contenida en los agre-gados!Mientras menor sea la relacin agua/cementante, mejores sernlos resultados logrados, a saber: fraguado ms rpido resistencias iniciales ms altas menor dosificacin proyeccin de capas ms gruesas (en clave)Los resultados de una relacin agua/cementante >0,5 son lossiguientes: fraguado ms lento resistencias iniciales inferiores dificultad para aplicar capas mayores de 5 7 cm (el concre- to no se adherir al substrato de roca)

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informar de esto a todas las personas involucradas en las pruebas yel uso de los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170.

Sistemas de dosificacin para MEYCO SA160/SA161/SA162

Los productos MEYCO SA160/SA161/SA162 son dispersiones, ypor tanto no todas las bombas dosificadoras funcionan bien con losmismos. Para obtener buenos resultados, es sumamente importanteasegurar una dosificacin constante y adecuada.

Se recomiendan los tipos siguientes:

Muy buen funcionamiento: bombas helicoidales bombas peristlticas (Bredel)

Funcionamiento aceptable: bombas de membrana

No deben utilizarse: bombas de pistn sistemas de vlvulas de asiento depsitos a presin

Al cambiar de acelerante/activador, es necesario limpiar adecuada-mente todo el sistema de dosificacin, especialmente la manguerade aspiracin, a fin de prevenir cualquier reaccin qumica uobstrucciones del sistema.

Nota: No utilice filtros en la manguera de aspiracin, porque sepueden formar obstrucciones. Evite aspirar directamentedel fondo del tambor/recipiente.

Cuando utilice los productos MEYCO SA160/SA161/SA162, emplee siempre equipos de dosificacin hechosde acero inoxidable u otro material anticorrosivo.

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Resistencia a la compresin:Proyeccin por robot Proyeccin manual

12 h 14,5 MPa 7,0 MPa24 h 35,5 MPa 19,0 MPa3 das 43,5 MPa 35,5 MPa28 das 50,0 MPa100 das 58,0 MPa120 das 62,0 MPa

La aplicacin por robot ha permitido lograr resistencias muy superi-ores (mejoras del 100, 87 y 23 % a las 12 horas, 24 horas y 3 dasrespectivamente). En nuestra opinin, esta mejora se debe a lamejor compactacin, resultante de la reduccin de la inconvenienciapara el operario de tener que utilizar ngulos y distancias de aplica-cin correctas.

B) MEYCO SA160

Tnel Hslen, SuizaCemento 42.5 (Siggenthal),fraguado lento 450 kg/m3

Rheobuild T3 (= superplastificante 1,2 %+ estabilizador Delvocrete)(interrupcin de la hidratacin durante 6 horas)Relacin agua/cementante 0,41Variacin de la mesa de asentamiento 56 cmTemperatura del aire +13CEspesor aplicado 150 mmAdicin en la boquilla:MEYCO SA160 5 %

Resistencia a la compresin:12 h (Hilti) 18,5 MPa24 h (Hilti) 23,5 MPa3 das 45,0 MPa7 das 49,0 MPa

28 das 61,0 MPa

Tnel de Acceso Intermedio (NEAT), Sedrun, SuizaCemento, CEM I 42.5 450 kg/m3

Pasta de microslice 50 kg/m3

Agregado (0 8 mm) 1644 kg/m3

Rheobuild T3 1,2 %

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Temperatura: Desarrollo ms lento de la resistencia a bajas temperaturas, encomparacin con otros tipos de acelerantes

Compatibilidad de los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170

Con los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170 es posi-ble utilizar toda clase de aditivos, incluso el estabilizadorDelvocrete.

Almacenamiento de los productos MEYCO SA160/SA161/SA162/SA170

Agite siempre estos productos antes de utilizarlos No guard