sostenimiento revestimiento tuneles
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Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc.
SOSTENIMIENTO Y REVESTIMIENTO DETUNELES
CURSO METODOS DEEXCAVACION DE TUNELES
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INTRODUCCION• Debemos tener en cuenta que el sostenimiento de
roca es un término usado para describir
procedimientos y materiales aplicados para mejorar laestabilidad y mantener la capacidad portante de laroca circundante a la excavación. El objetivo principalde un elemento de sostenimiento es movilizar y
conservar el esfuerzo o resistencia inherente a lamasa rocosa para que se autosoporte.• El sostenimiento de roca generalmente combina los
efectos de refuerzo con elementos tales como pernos
de roca y soportes con la aplicación de hormigónproyectado, malla metálica y cimbras de acero, loscuales soportan cargas de bloques rocosos aisladospor discontinuidades estructurales o zonas de roca
suelta.
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CICLO DE TRABAJO EN LA EXCAVACION
PERFORACION
(0.00-0.40T)
SOSTENIMIENTO(0.75-0.90T)PERNOS
SOSTENIMIENTO (0.90-1.00T)SHOTCRETE
PERFORACION(0.00-0. 00T)
LIMPIEZA (0.42-0.75T)VOLADURA
(0.40-0.42T)
40% 2 % 33%
15%
10%
40%
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PERFORACION Y VOLADURA
RELACION CON ELSOSTENIMIENTO
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PERFORACION Y VOLADURA
Perforación y voladura forman unconjunto.
El hueco perforado correctamente no sirvede nada, si en la fase de voladura este secarga con explosivos de potencia ycantidad equivocadas.
Lo mismo ocurre cuando la carga del
explosivo es adecuada pero el taladro ensu profundidad, paralelismo y densidad noes el correcto.
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FACTORES PARA EFECTUAR LA VOLADURA
GEOMECANICA
VOLADURA
FACTOR DEENERGIA
METODOS DETRABAJO
PLANEAMIENTO
NOSI SINO
SI SI
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RESISTENCIA DEFORMABILIDAD
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
RESISTENCIA A COMPRESIÓNUNIAXIAL: RCU
RESISTENCIA A COMPRESIÓN
TRIAXIAL: COHESIÓN = CANGULO DE FRICCIÓN = Ø
MÓDULOS ELÁSTICOS:MÓDULO DE YOUNG = E
MÓDULO DE POISSON = V
ENERGIA REQUERIDA DEL EXPLOSIVO
PARÁMETROS GEOMECÁNICOSPROPIEDADES DE INGENIERÍA
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PERFORABILIDAD DE LA ROCA
La perforabilidad de las Rocas estarán en función a
las propiedades físicas que influyen en losmecanismos de penetración y consecuentemente enla aleación del método de perforación.
Estas propiedades son:
– Dureza – Resistencia a la Compresión – Elasticidad – Plasticidad – Abrasividad – Textura – Estructura
– Características de rotura.
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PERFORABILIDAD DE LA ROCA
ESTRUCTURA
Las propiedadesestructurales de losmacizos rocosos, talescomo la esquistocidad,planos de estratificación,
juntas, diaclasas y fallasasí como el rumbo y elbuzamiento de estasafectan a la linealidad delos barrenos, a los
rendimientos deperforación y a laestabilidad de las paredesde los taladros.
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VOLADURA EN ROCAS CONESTRUCTURAS
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PERFORABILIDAD DE LA ROCA
ESTRUCTURAS
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CALIDAD DE LA PERFORACION
INFLUYE EN UN 75 % EN LA
VOLADURA
HECHO UN DISEÑO DEPERFORACION, SE COMETE
ALGUNOS ERRORES COMO:
1. Error de Replanteo.
2. Error de Inclinación yDirección.
3. Error de Desviación.
4. Error de Profundidad.
5. Taladros Estrechos, Perdidos
u Omitidos.
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CALIDAD DE LA PERFORACION
RESULTADOS DE UNA MALA CALIDAD DE PERFORACION
MALA FRAGMENTACIÓN.
INADECUADO RENDIMIENTO DEL EXPLOSIVO.SOBRE EXCAVACIONES.
VOLADURA FALLADA.
FORMACION DE CALLOS O PECHOS
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VOLADURA SOBREDIMENSIONADA
ZONA DETERIORADA POR
VOLADURAS MUY POTENTES
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VOLADURA EN ROCAS CON ESTRUCTURAS
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SOSTENIMIENTOS YREFUERZOS EN EL MACIZO
ROCOSO
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SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO
• Usualmente se denomina soporte de rocas a los
procedimientos y materiales utilizados para mejorar laestabilidad y mantener la capacidad de resistir lascargas que producen las rocas cerca al perímetro de laexcavación subterránea. Se puede clasificar a los
diversos sistemas en dos grandes grupos:LOS DE APOYO ACTIVO; que viene a ser elREFUERZO de la roca donde los elementos colocadospasan a ser parte integral del Macizo Rocoso.
LOS DE APOYO PASIVO; donde los elementoscolocados vienen a ser el SOSTENIMIENTO del MacizoRocoso, son externos al Macizo y deben soportarcualquier movimiento interno de la roca que esta en
contacto con el perímetro excavado.
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ACTIVO
BARRA HELICOIDAL
PERNOS CON RESINA
PERNOS CON ANCLAJE
(REFUERZO)
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ACTIVO SPLIT SET
SWELLEX
(REFUERZO)
CABLES
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PASIVO
MALLA
CINTAS METALICAS
CIMBRAS
(SOPORTE)
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PASIVO
SHOTCRETE
CUADROS DE MADERA
(SOPORTE)
Cuadro recto
Cuadro cónico
Cuadro cojo
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SOSTENIMIENTOPERNOS DE ANCLAJE
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Elementos de Sostenimiento
A - Perno con anclaje expansivo
B - Estabilizador de Fricción
C - Perno Cementado
RESISTENCIA EN TRACCIÓN
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RESISTENCIA EN TRACCIÓN
La acción principal de todos de pernos para roca esel de resistir el movimiento o el disloque del terreno.En general en la roca dura este disloque es elresultado por las fallas y fracturas. Estas fracturas
y estratos se abren con el tiempo debido a lapresión vertical o horizontal, por el efecto de lagravedad en los bloques y con el efecto de lasvariaciones en la temperatura y humedad en la roca
masiva.
PERNOS CON ANCLAJES DE EXPANSIÓN
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Un perno para roca con anclaje de
expansión controla el movimiento o eldesplazamiento de la masa rocosainduciendo la presión de la tensión de labarra entre el anclaje y la platina de
apoyo. Este tipo de soporte produceuna tensión de aproximadamente 3.5 Tny tiene una resistencia en tracción(ROTURA) máxima de 12,5 Tn.
Utilizado generalmente en las estructurasde roca masiva con bloques o estratas.
PERNOS CON ANCLAJES DE EXPANSIÓN
ESTABILIZADORES DE FRICCIÓN “SPLIT SETS
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Estabilizadores de fricción estánconstituidos por un trozo de tubo de
acero más ancho que el diámetro de laperforación y que es partido a lo largopor el centro. La fricción ejercida porlos costados del perno lo mantienenen su lugar creando fuerzas que seextiendan radicalmente. Este procesoprovee la fuerza de fricción (1 –1.5
Tn/pie) que actúa previniendo elmovimiento o separación del terreno.
Utilizado generalmente en rocaseveramente agrietada o fracturada
sujeta a condiciones de baja tensión.
ESTABILIZADORES DE FRICCIÓN “SPLIT SETS
RESISTENCIA DURANTE LA INSTALACIÓN
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Verificar la resistencia del pernodurante la instalación, el tiempo deinstalación por un estabilizador de 2,1metros (7 pies) debe ser 1 hasta 1,5
minutos.La resistencia de un estabilizadorde fricción se puede variar con ;
1. Diámetro del taladro
2. Tipo de roca
3. Fracturas, fallas
RESISTENCIA DURANTE LA INSTALACIÓN
PERNOS CEMENTADOS
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Los pernos fabricados de acero corrugadoinstalados en una lechada de resina ocemento resiste el movimiento del terrenodebido a los puntos de contacto del
enclavamiento mecánico del perno. Launión resina o lechada con la rocadepende de las irregularidadesencontradas dentro de la perforación y de
la estructura de la roca (- + 10 Tn/pie). Se recomienda para todos tipos deestructuras para el sostenimiento de altra
resistencia y a largo plazo.
( LECHADA DE RESINA O CEMENTO)
PERNOS CEMENTADOS
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PERNOS DE BARRA DE CONSTRUCCION
DESCRIPCIÓN: Pernos de Barra de Construcción, barraslaminadas en caliente con resaltes, con roscas cortadas en unextremo para aceptar una tuerca cuadrada. Las roscas
conformen con 3/4” – 10 NC o 1” – 8 NC.
PERNOS CEMENTADOS
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BARRA HELICOIDAL
DESCRIPCIÓN: (BH)- Barras laminadas en caliente con resaltes en forma
de rosca helicoidal de amplio paso. El diseño de hilo permite colocar unatuerca que puede rodar longitudinalmente por los resaltes a lo largo de labarra.
PERNOS CEMENTADOS
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T = y x h x S
T = Peso del bloque muerto
y = Peso unitario de la roca ( 2.7 ton/m 3 )
h = Potencia de la zona inestable ( 1.5 m )
S = Espaciamiento entre pernos ( 1.2m x 1.2m )
s
h
s
ZONA DE ANCLAJE
BLOQUE A SOPORTAR POR UN PERNO CEMENTADO
BLOQUE A SOPORTAR POR UN ELEMENTO
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T= 2.7ton/m3 x 1.5m x 1.2m x 1.2m
T= 5.83ton
Peso de un bloque suspendido
BLOQUE A SOPORTAR POR UN ELEMENTODE SOSTENIMIENTO
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L= profundidad de las capas (X) +Zona anclaje (Z)
LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTORESPECTO A LA ZONA ANCLAJE
LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTO
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L = 1,4 + ( 0.18 x W )
L = longitud del perno (m)
W= ancho de la abertura (m)
Ejemplo: Galería de 3.5 metros (W)L = 1,4 + (0.18 x 3,5) =
Longitud del perno 2.03m (L)
LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTORESPECTO AL ANCHO DE LA ABERTURA
ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS
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1.5 terreno regular2.0 terreno malo
L = longitud del perno,
E = espaciamiento de los pernos
Ejemplo:
Perno de 2.25m (L)
2,25 \ E = 2.0
Espaciamiento de 1.1m (E)
L \ E = 1.5 – 2.0
ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS
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P = Rc x S = x U x LS =
x d2 /4
U =
x d
= 0.25 x Rc x d/L
P = Capacidad de apoyo del perno ( Kg)
Rc = Resistencia a la tracción mínima del perno = 6330 Kg/cm2
S = Área del perno (cm2)
d = Diámetro del perno (cm) = Adherencia entre el perno y el cemento (Kg/cm2)
U = Circunferencia del perno (cm)
L = Longitud del perno (cm)
Donde:
CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN PERNO CEMENTADO
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= 0.25 x Rc x d / L
= 0.25 ( 6330 Kg/cm2)( 2.2cm ) / (180cm)
= 19.34 Kg/cm2 = 1.89 MPa.
S =
x r2 = 3.1415 ( 1.1 cm ) 2 = 3.8 cm2
U = x d = 3.1415 ( 2.2 cm ) = 6.91 cm
P =
x U x L = (19.34 Kg/cm2
)(6.91 cm)(180cm )P = 24060 Kg = 24 ton ( 234.6 KN )
Datos: Perno helicoidal de 7/8” x 1.80m
( d =2.2 cm, r = 1.1 cm, L = 180 cm)
CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN PERNO CEMENTADO
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TIPO DE PERNO RESISTENCIA
Barra De Construcción 3/4” = 18 ton (176 KN)
Barra Helicoidal 7/8” = 24 ton (235 KN)
Barra De Construcción 1” = 32 ton (313 KN)
CAPACIDAD DE SOPORTE DE UNPERNO CEMENTADO
FACTOR DE SEGURIDAD
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Perno de L = 1.8m, = 7/8”
capacidad de apoyo de 24 tonFS = 24 ton /5.83 ton = 4.12
Perno de L = 1.8m, = 3/4”
capacidad con apoyo de 18 tonFS = 17.9 ton /5.83 ton = 3.08
Perno de L = 2.0m, = 1”
capacidad de apoyo de 32 ton
FS = 32 ton /5.83 ton = 5.49
FACTOR DE SEGURIDAD
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Tiempo de fragua y dimensiones :
Rapido 30 segundos 28mm x 305 mm
Lento 2 – 4 minutos 28mm x 305 mm
Fabricado y patentado por CASTEM E.I.R.L. como producto novedoso en susistema de fabricación y empleo de los componentes.
CARTUCHOS DE RESINA
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Con cartuchos de cemento; Diámetro de la perforación = de la barra + 10 a 20mm
Con cartuchos de resina;
Diámetro de la perforación = de la barra + 10 a 15mm
Con lechada de cemento;
Diámetro de la perforación = de la barra + 10 a 26mm
DIAMETRO DE LA PERFORACION
Instalación de los Elementos de Sostenimiento
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La colocación de la platina de un perno pararoca mejorará la fortificación del terreno.
Los angulos de un perno con la superficie de la rocadeben tener 90 grados o un máximo de inclinación de
10 grados (ejemplos B,D) y la planchuela debe colocarse
pegado a la roca (ejemplos no aplicables A,C y E)
Instalación de los Elementos de Sostenimiento
Instalación de los Elementos
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El tipo de la superficie de la roca es significativo enla planificación del espaciamiento de los pernos porla existencia de bloques y de las fracturas (A) o laorientación de los estratos (B) requieren una
flexibilidad en la colocación de los pernos.
Instalación de los Elementos
de Sostenimiento
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ANGULO DE LA INSTALACIÓN
RESISTENCIA :
A - 90 GRADOS = 100%
B - 45 GRADOS = +- 70%
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PROBADOR HIDRAULICO
Un dispositivo de prueba hidráulico extensible esnecesario para asegurar la función de los elementosde sostenimiento, éste permite determinar él limiteelástico y la carga máxima de la barra y laresistencia máxima del anclaje.
Probador con cilindro hidráulico
Bombahidráulico
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DIAMETRO DE LA PERFORACION
A - Reduciendo el diámetro de la perforaciónmediante la utilización de una broca de 32 mm paralos pernos de 19.05 mm y 22 mm va a reducir eltiempo de perforación en un promedio de 20 – 30
% comparado a una broca de 38 mm.
B - La utilización de un diámetro de perforacióninadecuado puede producir importantes
variaciones en la rigidez del pernoparticularmente implica un gasto innecesario demortero (cemento o resina) y la posibilidad deuna mezclado de la resina inadecuada.
SOSTENIMIENTO CON SPLIT SET
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SOSTENIMIENTO CON SPLIT SET
Los estabilizadores de fricción (split set) son constituidos por untubo de acero tipo estructural seccionado en su longitud. La
fricción ejercida por el split set al ser introducido en el taladrocrea fuerzas que se extienden radialmente, previniendo elmovimiento o separación del terreno.
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DESCRIPCIÓN DE LOS SPLIT SET-ACCESORIOS
C: 40mB: 4.5 mmA: 15mm
L: 4’ – 5’ – 6’ – 7’ (E) Diámetro externo : 39-9.5mm(B) Bisel : 70mm
(D) Espesor acero : 2.3mm(C) Ranura : 14mm(A) Ahusado : 30-34mmAnillo: 6mm Ø
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En el taladro el tubo ejerce presión radial contra laroca, su contacto es longitudinal y provee uninmediato soporte al macizo rocoso.
FUNCIONAMIENTO DEL SPLIT SET
EN EN N LL ELE R LD D
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SOSTENIMIENTO CON MALLA ELECTROSOLDADALa malla electrosoldada se usa en combinación con split set,tanto en labores temporales como en stopes. La malla consistede una cuadricula de alambres de acero de 4.2 mm. de
diámetro, soldadas en su punto de intersección cada 3”.
CONTROLES EN MALLA ELECTROSOLDADA
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CONTROLES EN MALLA ELECTROSOLDADAEl control en este caso se realiza diariamente y en forma visual,teniéndose en cuenta lo siguiente:
• La malla debe estar pegada a la roca.
• El traslape debe ser de tres cocos y el perno debe deinstalarse en el coco central.
• La malla se debe de instalara 1.5 m. del piso.
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PERNOS MECANICOS CON ANCLAJE DE EXPANSIÓN CC 35
E Diámetro nominal 5/8" (15.8 mm)T1 Longitud de roscas 9/16" laminadas extremo tuerca 25 - 100 mm ( 1- 4 " )
T2 Longitud de roscas 9/16" laminadas extremo anclaje 140 mm ( 5.5" )
L Longitud del perno en metros 6.4 mm
TUERCAGrado 2, roscas 9/16" NC. x 1 1/8" cuadrada
LONGITUDES DISPONIBLES: 1.0m - 1.5m - 2.0m - 3.0m
Grado - SAE 1045 Roscas Laminadas 9/16"
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PLATINA DE APOYO TIPO CUPULA:Acero A36, agujero 15/16" Espesor: 6.4 mm ( 1/4" )Largo : 127mm-150mm ( 5" - 6" )Ancho : 127mm-150 mm ( 5" - 6" )
PERNOS MECÁNICOS CON ANCLAJES DEEXPANSION
La acción de girar la tuerca hace que la cuña
roscada se mueva a lo largo de la porción extremaroscada del perno, además de forzar las hojaslaterales del anclaje hasta ampliar su diámetro yentrar en contacto con la pared del taladro. Estoda lugar a una resistencia de fricción en elextremo del anclaje y tensión en el perno. Estatensión es relativa a la cantidad de esfuerzo de
torsión (torque) aplicado y del tipo de roca en quese apoyará el anclaje.
Los pernos mecánicos con anclajes se utilizangeneralmente en estructuras de roca masiva conbloques o estratificado. Se usa un adaptador conuna caja de 28mm cuadrada (1 1/8") y un barreno
hexagonal de 7/8" para la instalación del perno.
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36-38 mm.
PARAMETROS A CONSIDERAR EN LA INSTALACIONDE PERNOS MECÁNICOS CON ANCLAJES:
Diámetro deperforación: 36-38mm
TORQUE: 100-200 lb-pie
Tipo de Roca: masivo-estratificado,calidad II-IIIA (RMR>50)
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Con una inclinación de 45 grados unperno puede perder hasta un 50%de su tensión final porcizallamiento.
Ejemplo de un perno mecánico de5/8” con cabeza forjada hecho enacero SAE 1045.
ANGULO DE INSTALACIÓN
ANGULO TENSIÓN
0° 100%
10° 80%
35° 60%
45° 50%
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ADAPTADOR ESTANDAR PARA LA INSTALACION DEPERNOS MECANICOS
Cortar el culatín del barreno a 7.5cm (3 pulg.)del collarín.
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·Revisar el estado del perno,lasroscas y el anclaje
·Asegurarse que los anclajes girenlibremente·Ajustar el anclaje al diámetro del
taladro·Sacar la camisa plástica del anclaje
antes de insertarlo
·Se recomienda un torque y tensiónadecuada para la instalación
AL INSTALAR LOS PERNOS CONANCLAJES, NO OLVIDE...
Alas defricción
Camisaplástica
“El arte de excavar túneles radica en ser
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SOSTENIMIENTO DEEXACAVACIONES SUBTERRANEAS
CON HORMIGON LANZADO
(SHOTCRETE)
El arte de excavar túneles radica en ser
capaz de colocar el sostenimiento
adecuado, a la distancia del frenteadecuada y en el tiempo adecuado”
HISTORIA DEL SHOTCRETE
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PRIMERAMÁQUINA
DEIMPULSIÓN
1907
S O S O C
HISTORIA DEL SHOTCRETE
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HISTORIA DEL SHOTCRETE
1907 Carl Ethan Akeley.
Museo de CienciaNatural de Chicago.1911 “Cement Gun” 1918 Se incorpora y
propaga elprocedimiento enEuropa.
1930 Surge termino
“Shotcrete”“American RailwayEngineeringAssociation”.
HISTORIA DEL SHOTCRETE
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1935 Se hacen las
primeras pruebasde shotcrete aflexion
1945 George Senn.SpribagCompañía(antecesora deALIVA) desarrollaequipo de tornillo
1957 Desarrollo demáquina de rotor.Se implanta via
húmeda.
HISTORIA DEL SHOTCRETE
HISTORIA DEL SHOTCRETE
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• 1945 vía húmeda,después de lasegunda guerramundial
• 1954 Definición oficial
por el Instituto Americano delConcreto (A.C.I.)
HISTORIA DEL SHOTCRETE
TIPOS DE APLICACIÓN
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TIPOS DE APLICACIÓN
• SHOTCRETE VÍA SECA• SHOTCRETE VÍAHÚMEDA
SHOTCRETE = HORMIGON LANZADOMATERIAL QUE SE COLOCA Y COMPACTA
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SHOTCRETE CON ROBOTS (VIDEO)
MATERIAL QUE SE COLOCA Y COMPACTAMEDIANTE IMPULSIÓNNEUMÁTICA, PROYECTÁNDOSE A GRAN
VELOCIDAD SOBRE UNA SUPERFICIEDETERMINADA.
CARACTERISTICAS DEL HORMIGON
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LANZADO
Las principales características que indican al concreto lanzadocomo un elemento efectivo de sostenimiento son:
El concreto lanzado previene la caída de pequeños trozos de
roca de la periferia de la excavación, evitando el futurodeterioro de la roca.
Mantiene el entrabe de las posibles cuñas o bloques sellando
las discontinuidades o grietas producidas por la voladura.
La acción conjunta del concreto lanzado y la roca produce unafuerza tangencial en la interfase, que impide que la roca y el
concreto lanzado se deformen independientemente.
PROPIEDADES DEL HORMIGON LANZADO
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Estructura interna consta de
agregados más finos ymayor cuantía de cemento.
La proyección forma porosaislados que mejoranresistencia a congelamientoy deshielo.
PROPIEDADES DEL HORMIGON LANZADO
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Colocación por capasinterrumpe continuidad defisuras.
Excelente adherencia asoporte (limpio, y saturado
con superficie seca.)
Baja permeabilidad y bajaabsorción.
Mayor contracción por secadoen razón a la alta cuantía decemento.
MATERIALES PARA EL HORMIGON LANZADO
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MATERIALES PARA EL HORMIGON LANZADO
Deben cumplir las mismas normas
que regulan el concreto convencional.
Exige gradaciones finas.
Gradaciones gruesas obstruyen
equipos e incrementan el rebote.
Gradaciones muy Finas no generan
mucha adherencia también cae.
MATERIALES PARA EL HORMIGON
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LANZADO
AGREGADOS :CalidadMisma calidad que los agregados deconcreto normal, en especial :
• Limpios• Resistentes• Duros• Granulometría apropiada
Prestar atención a :Densidad y absorción
Ya que son buenos índices de su calidad !
MATERIALES PARA EL HORMIGON
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FormaDeben preferirse agregadosrodados ó redondeados a
los de trituración óchancados , ya que sereduce el Rebote.
HumedadLa óptima está entre 3%a 6%; para vía seca.
LANZADO
AGREGADOS :
GRANULOMETRIA IDEAL COMBINADA (NORMA
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GRANULOMETRIA IDEAL COMBINADA (NORMAACI - 506
TAMIZMm 9 mm 12.5 mm 19 mm
N°.1 N°.2 N°.3
3/4" 100
1/2" 100 80-95
3/8" 100 90-100 70-90
N°.4 95-100 70-85 50-70
N°.8 80-100 50-70 35-55
N°.16 50-85 35-55 20-40
N°.30 25-60 20-35 10-30
N°.50 10-30 8-20 5-17
N°.100 2-10 2-10 2-10
MATERIALES PARA EL HORMIGON
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LANZADOCemento :
En general se puede usar :-Cemento Pórtland Tipo I y III-Cementos puzolanicos
-Cementos siderúrgicos ó AdicionadosResistencia a ataque químico :Cuando prevalezcan las consideraciones dedurabilidad usar:
-Cemento adicionado con microsílica-Cemento Tipo II y V-Aditivos reductores de agua .-Incorporadores de aire
MATERIALES PARA EL HORMIGON
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Agua :Debe cumplir con los requisitos de “Agua para elamasado de concreto” de acuerdo a la Norma NTP
vigente ó se seguirá la recomendación ACI :
LANZADO
Se considera apta para laelaboración de concretotoda agua sin colorapreciable, ni olordesagradabe, se preferiráen general agua potable.
MATERIALES PARA EL HORMIGON
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Fibras de Refuerzo :Debe cumplir con los requisitos de La norma
ASTM A 820 – Tipo I, ya que este Tipo de Fibra es laúnica diseñada para reemplazar la malla
eléctrosoldada.
Debe poseer anclajes mecánicos en los extremos
La relación Longitud /Diámetro debe ser igual ó
mayor de 45.
El Acero debe tener bajo contenido de Carbono.
LANZADO
MATERIALES PARA EL HORMIGON
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Aditivos Acelerantes de Fraguado:
•Aditivos Alcalinos (PROHIBIDO SU USO)
•Aditivos Libre de Álcalis
LANZADO
RESISTENCIA – RELACION AGUA CEMENTO
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Resistencia en compresión vs Relación Agua/Cemento
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
Relación Agua/cemento en peso
Resisten
ciaencompresiónf´c
enkg/cm2
METODOS DE LANZADO
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VIA HUMEDA
Clasificación :
VIA SECA
METODO DE LANZADO POR VIA SECA
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Lanzado vía seca ZONA DE PRESA
METODO DE LANZADO POR VIA SECA
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• PREPARACION DE MEZCLA SECA
• MEZCLA SE CARGA EN MAQUINA
IMPULSION• EQUIPO INTRODUCE MATERIAL
HACIA MANGUERA
• MATERIAL ES IMPULSADO POR
AIRE COMPRIMIDO HACIA LABOQUILLA
• EN BOQUILLA SE INTRODUCE
AGUA CON ADITIVO A TRAVES DE
ANILLO PERFORADO QUEDISTRIBUYE HOMOGENEAMENTE
• EL MATERIAL ES LANZADO A ALTA
VELOCIDAD.
SHOTCRETE VIA SECA
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Agua
Bomba de dosaje de
Acelerante separada
Dosis de acelerante &relación A/Ccontrolada por eloperador
Aire
Mezcla seca -Agregados, cemento ( fibras)
Acelerante
Rendimiento : Menos de 1 m3 /hrRebote : Agregados - 30 to 50%
Fibras de acero - 30 to 50%
Mezcla seca + aire
(DESDE 1907)
DRY MIX
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Aire+Agregados+Cemento
Agua+acelerante
DRY MIX
METODO DE LANZADO POR VIA SECA
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Se facilitan ciertas condiciones deaplicación. (filtraciones).
Permite bajas relaciones A/C
Maquinaria más económica.
Mayor energía de compactación.
Mayor densidad de mezcla colocada.
VENTAJAS
METODO DE LANZADO POR VIA SECADESVENTAJAS
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DESVENTAJAS Gran polución de polvo
Mezcla controlada por elOperador de maneraempírica (Experiencia)
Dosificación irregular de lamezcla
Gran variación en susresultados
Baja producción (< a 1m3/hr)
Alto rebote (de 25% a40%). Condiciones de aplicación
ambientalmenteinconvenientes
ES POSIBLE OPTIMIZAR EL USO
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ES POSIBLE OPTIMIZAR EL USODEL SHOTCRETE VÍA SECA?
• Controlando la dosificación de la mezcla
• Controlando la dosificación del agua duranteel lanzado relación agua/cemento
• Controlando la dosificación del aditivoacelerante durante el lanzado
• Controlando la distancia de lanzado (1 – 2 m)
• Realizando ensayos frecuentemente paraoptimizar y/o mejorar el diseño
DISEÑO DE MEZCLA
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La mezcla de concreto lanzado debe contener los siguientes
componentes pero medidos por METRO CUBICO: Cemento : 9 – 10 bolsas(42.5Kg.c/u)
Agregado (max. 12.5 mm.) : 1 m³
Relación agua/cemento:- Mezcla seca : 0.3 - 0.5
- Mezcla húmeda : 0.4 - 0.6
Acelerante : 3.5 – 3.7 Galones/m³
EQUIPOS VIA SECARED LOVA
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RED LOVA
HORMIGÓN PROYECTADO POR VIA HUMEDA
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Hormigón Proyectado vía Húmeda
SHOTCRETE VIA HÚMEDA
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Acelerante
Mezcla húmeda -
agregados, cemento, aguaaditivos
MEZCLA HÚMEDA BOMBEADA
Aire Comprimido
AceleranteBomba de dosaje deacelerante integrada
Rendimiento : 4 to 5 m3 /hrRebote: Agregados - 2 to 10%
Fibras de acero – 2% to 10%
Control de dosaje del
acelerante y volumen deaire en la bomba
(DESDE 1970)
METODO DE LANZADO POR VIA HUMEDA
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El concreto se
transporta con
toda el agua de
amasado, eladitivo se
coloca en la
boquilla
METODO DE LANZADO POR VIA HUMEDAVIA HUMEDA (Ventajas)
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VIA HUMEDA (Ventajas)
Mayor control sobre relación A/C.
Permite uso de súper plastificantes.
Mejor distribución del agua en la mezcla.
Menor rebote que en vía seca.
Mayor rendimiento de colocación.
Mayor homogeneidad entre capas
Permite uso de equipos “convencionales” debombeo de concreto normal (Flujo Denso).
METODO DE LANZADO POR VIA HUMEDAVIA HUMEDA (Desventajas)
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VIA HUMEDA (Desventajas)
Equipos más costosos con mantenimiento másexigente.
Mayor logística y coordinación entre planta demezcla y obra
Menor calidad en la compactación que en la víaseca.
No es muy eficaz donde hay filtraciones de
agua. Equipos grandes y limitados para labores
pequeñas.
METODO DE LANZADO POR VIA SECA
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FLUJO DILUIDO
•Equipo especial (rotor)
•No requiere
bombeabilidad.
•Mayores requerimientosde aire.
•Mejor calidad encompactación
•Apto para vía seca.
FLUJO DENSO
•Bomba de concreto
•Mezcla debe ser
bombeable.
•Inferiores volúmenes deaire requeridos.
•Mayor requerimiento deacelerante.
•No apto para vía seca.
FLUJO DILUIDO
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• No exige concreto bombeable
• Se prepara una mezcla normal aptapara ser lanzada (10 cm asentamientose puede hasta con 5 cm)
• Se introduce el material en latolva de la máquina.
• Aire a gran caudal transporta la mezcla a la boquilla.
• El aditivo se introduce en la boquilla o antes de, mediante unaditamento de inyección.
a liva AL 262
FLUJO DENSO
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• Se prepara un mezcla de concretobombeable
• El material se introduce en tolvaalimentadora de equipo deimpulsión (bomba)• Equipo introduce el material haciala manguera
• Material es impulsado por accionamiento mecánico a laboquilla
• En la boquilla se introduce aire a presión junto con el aditivoliquido y se mezcla
• El material es lanzado a alta velocidad hacia la superficie
EQUIPOS VIA HUMEDA
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VIA HUMEDA
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Equipo
a liva AL 500 VIA HUMEDA
VIA HUMEDA
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Equipoa liva paraminería
USO EQUIPOS MECANIZADO VIA HUMEDA
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• Primeras aplicacionesposteriores a lasegunda guerramundial
• Mayor desarrollotecnológico a partir de1971
• Entre 1971 y 1980Noruega migró de100% vía seca a 100% vía húmeda
• Aplicación de manuala robótica
EQUIPOS ROBOTS
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EQUIPOS VIA HUMEDA
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COMPARACION REBOTE TIPICO (Con aditivo)VIA HUMEDA Y VIA SECA
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VIA HUMEDA Y VIA SECA
SUPERFICIE VIA SECA VIA HUMEDA
Soleras 2% a 7% 0% a 5%
Verticales 5% a 10% 2% a 7%
Sobre cabeza 10% a 20% 5% a 15%
COMPARACION ENTRE CONCRETO LANZADO SECO Y HUMEDO
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FACTORES MEZCLA SECA MEZCLA HUMEDA
- Alta res istencia debido al ratio bajo - Ratio agua-cemento, es alto.
entre agua-cemento.
CALIDAD - La mezcla depende de la adición del - Mezcla homogènea.
agua que es regulada por el operador
manualmente.
VELOCIDAD - Alta, buena adhes ión y fácil de aplicar - Adecuado para el trabajo en minería.
DE IMPACTO en bóvedas.
ADITIVOS - En polvo para agregar a la mezcla seca. - Generalmente líquido, se mezcla con el agua.
- Alta producción de polvo, puede ser - Muy poco polvo y mejor visibilidad.
reducida teniendo el agregado con una
POLVO humedad promedio de 5 a 6%.
- Da buenos resultados en zonas con - En zonas con agua no pega la mezcla.
poca agua.
FACTORES MEZCLA SECA MEZCLA HUMEDA
COMPARACION ENTRE CONCRETO LANZADO SECO Y HUMEDO
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FACTORES MEZCLA SECA MEZCLA HUMEDA
- Bajos costos de inversión - Mayor costo de inversión
- Mantenimiento simple y poco frecuente - Rinde mayor producción.
EQUIPO - Difícil de limpiar. - Más fácil de limpiar.- Equipo compacto y adaptable en túneles - Consume 60% menos de aire comprimido
con espacios limitados
- Se hace frecuentemente en el sitio de - La dosificación de la mezcla es más precisa
trabajo o se lleva la mezcla seca dado que el agua forma parte de esta.
preparada.
MEZCLA - No hay buen control de la relación - Mejor control de la relación agua-cemento.
agua-cemento.
- La mezcla puede ser transportada - En largas distancias la mezcla puede fraguar.
grandes distancias.
RENDIMIENTO - En promedio 5m3/hora. - En promedio de 2 a 10 m3/hora, con
manipulador mecánico puede alcanzar
20 m3/hora.
- Puede ser entre 15-40% en paredes - Generalmente e s 10% en promedio, o menos.
REBOTE verticales y entre 20-40% en la bóveda.
El rebote forma vacíos en los hastiales.
- Alta pérdida de agregados y cemento. - Poca pérdida de materiales .
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PROCEDIMIENTOS EJECUTIVOSPARA LA APLICACIÓN DEHORMIGON LANZADO O
SHOTCRETE(SUGERENCIAS DE OPERACIÓN)
ANTES DE SU APLICACIÓN
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Preparar la superficie de aplicación con un buendesatado, de ser posible perfilando la superficie.
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ANTES DE SU APLICACIÓN
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Lavado de la superficie para quitar el polvo, puede ser con agua o airecomprimido.
Colocación de calibradores (1 Unid/2m²) para el control del espesor.
Calibradores
SUGERENCIAS DE OPERACION
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Calidad depende de la destreza del lanzador. El flujo de concreto debe ser continuo.
Podrían presentarse sobredosificaciones o
deficiencias de aditivo o agua cuando sebombea en vacío.
La distancia de la boquilla al sitio debe estar
entre 0,5 mts a 1,5 mts (vía seca) y hasta 2.0mts en vía húmeda.
La colocación se inicia de abajo hacia arriba.
SUGERENCIAS DE OPERACION
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Cuando la estructura es reforzada se
acercará más la boquilla para evitar sombrastras la armadura.
La inclinación de la boquilla debe serperpendicular o levemente inclinada(máximo 10 grados).
Cuando se lanza por capas se retirará elrebote y se dejará superficie rugosa.
SHOTCRETEADO ELEMENTO CON ARMADURA
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POSICIÓN PARA LANZAR
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Correcta Posición para lanzar
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Posición para lanzar
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Angulo o Posición del Lanzadovs Rebote
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vs. Rebote
BAJO REBOTE ALTO REBOTEMAXIMO REBOTE
Movimiento de la boquilla (ambos casos)
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CONTROL DECALIDAD
DEL HORMIGONLANZADO
PROCESO DE APLICACI N Y CONTROLDE CALIDAD
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DOSIFICACIÓN YMEZCLADO
TRASIEGO
LANZADO
CONTROL DECALIDAD
MUESTREO ENSAYO
VERIFICACIÓN
CONTROL DE CALIDADHORMIGON LANZADO
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Tomar panel de prueba a diario o cada 40metros cúbicos. ASTM C1140.
Para determinar la resistencia a la
compresión del Shotcrete se extraerántestigos diamantinos cilíndricos ó cubostallados.
Para determinar los Índices de Tenacidaddel Shotcrete reforzado con fibras deAcero se tallaran vigas.
CONTROL DE CALIDADHORMIGON LANZADO
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Llenado delos Panelespara Ensayos
PASO 1
PASO 2
PASO 3
PASO 4
CONTROL DE CALIDADHOTIGON LANZADO
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CONTROL DE CALIDADHORMIGON LANZADO
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ExtractoraDiamantinapara
obtenerTestigosCilíndricos y
Máquina decorte paraTallados.
CONTROL DE CALIDADHORMIGON LANZADO
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Testigos Diamantinos Cilíndricos
CONTROL DECALIDAD
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HORMIGON LANZADO
Máquina paradeterminar la
Resistencia ala Compresióndel Concreto
CONTROL DE CALIDAD HORMIGON LANZADO
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VIGAS TALLADAS (PARA ENSAYO DE TENACIDAD)
CONTROL DE CALIDADHORMIGON LANZADO
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Ensayo de Flexotracción para
determinar losÍndices deTenacidad
CONTROL DE CALIDADHORMIGON LANZADO
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ENSAYOS LABORATORIO CALIZA
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ENSAYOS
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LABORATORIO
CALIZA
HORMIGON LANZADO CON FIBRA
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La fibra se mezcla como si fuera un agregado adicional.
La proporción de esta fibra la recomienda el proveedor,pero es bueno realizar pruebas hasta obtener la óptima.
Una de las desventajas del concreto lanzado normal, essu baja resistencia a la tensión, y muchas veces se veagrietado por los movimientos de la roca después de
fraguado el concreto, por lo que es conveniente usar fibra.
VENTAJAS DE USAR FIBRA
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Mejoran sus propiedades mecánicas del concreto,haciendo que disminuya su fragilidad,en combinacióncon pernos de anclaje aumenta su capacidad portante.
Aumenta la ductilidad del concreto después de sufisuración.
Aumenta la resistencia a la rotura y la capacidad deabsorción de energía.
Aumenta la resistencia a la tracción.
Aumenta la resistencia a la aparición y propagación degrietas por contracción.
Aumenta la resistencia al impacto y a la cizalladura.
Mejora el comportamiento a la flexo tracción.
Aumenta la durabilidad del concreto.
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FIBRASMETALICAS
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METALICAS
FIBRA SISTENTICA
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MALLA METALICA
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OTROS CAMPOS DEAPLICACION
TUNELES Y CAVERNAS
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Impermeabilización de obras confiltraciones durante su excavación
Regularización de superficies en
excavaciones Como revestimiento definitivo o
provisional.
Ideal en túneles por sus altasresistencias iniciales.
PISCINAS YS O OS
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RESERVORIOS
DE AGUA
PISCINAS (Santa Clara)
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Losas de cáscara
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Fácil elaboración de
cúpulas, bóvedas,depositos
cilindricos,chimeneas.
Estabilización de taludesrocosos
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rocosos
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Revestimientode taludes
TALUDES(Antamina)
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Pantallas
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Reparaciónestructuras
REPARACIÓN DE ESTRUCTURAS
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REPARACIÓN DE ESTRUCTURAS Recuperación de secciones en elementos
id bi i d i
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sometidos a ambientes agresivos o deterioro por
agentes físicos ó químicos (incendios, corrosión, etc.)
Eurotúnel
ESTRUCTURAS ESPECIALES (Iglesia en Playa Asia)
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SOSTENIMIENTO CON CIMBRASMETALICAS
CIMBRAS METALICAS
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Este típico sostenimiento pasivo o soportees utilizado generalmente para elsostenimiento permanente de labores de
avance, en condiciones de masa rocosaintensamente fracturada y/o muy débil quele confieren calidad mala a muy mala,sometida a condiciones de altosesfuerzos.
CIMBRAS METALICAS
Para lograr un control efectivo de la estabilidad
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Para lograr un control efectivo de la estabilidad
en tales condiciones de terreno, las cimbrasson utilizadas debido a su excelente resistenciamecánica y sus propiedades de deformación, locual contrarresta el cierre de la excavación y
evita su ruptura prematura.La ventaja es que este sistema continúaproporcionando soporte después que hayan
ocurrido deformaciones importantes.
CIMBRAS METALICAS
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Las cimbras son construidas con perfilesde acero, según los requerimientos de laforma de la sección de la excavación, es
decir, en forma de baúl, herradura oincluso circulares, siendo recomendableque éstos sean de alma llena.
CIMBRAS METALICASHay dos tipos de cimbras, las denominadas “rígidas” y
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y p g y
las“deslizantes o fluyentes”.
• Las primeras usan comúnmente perfiles como la W,H, e I, conformadas por dos o tres segmentos que son
unidos por platinas y pernos con tuerca.
• Las segundas usan perfiles como las V y U,conformadas usualmente por tres segmentos que sedeslizan entre sí, sujetados y ajustados con unionesde tornillo.
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CIMBRAS RÍGIDAS
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CIMBRA EN FORMA Q
• Los accesorios en este sistema de sostenimiento sonlos tirantes de conexión de las cimbras el encostillado
CIMBRAS EN FORMA Q
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los tirantes de conexión de las cimbras, el encostillado
y los elementos de bloqueo.
• Los tirantes pueden consistir de varillas de fierrocorrugado o liso generalmente de 1” de diámetro u
otro elemento estructural.• El encostillado puede ser realizado con planchas
metálicas acanaladas y en algunos casos en lasminas se utilizan tablones de madera.
• Los elementos de bloqueo pueden ser la madera o losbolsacretos, estos últimos son sacos conteniendoagregados con cemento
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USO DE BOLSACRETOS COMO BLOQUEO
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ACCESORIOSDE
CONEXIÓN
CIMBRAS METALICAS
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• Para el rango de los tamaños de lasexcavaciones de las minas peruanas, lascimbras rígidas comúnmente utilizadas
son las 4W13 (perfiles W de 4” de ancho x4” de profundidad y 13 lb/pie) o
equivalentes, espaciadas de 0.75 a 2 m,las mismas que corresponden a cimbrasligeras para excavaciones de hasta 4 mde abierto.
CIMBRAS METALICAS
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• En los casos que las cimbras indicadas nofueran suficientes para excavaciones de hasta 4m de abierto, por las altas presiones de la roca,pueden utilizarse cimbras medianas como las
del tipo 6W20 o equivalentes o alternativamentecimbras deslizantes. Las cimbras 6W20 tambiénson comúnmente utilizadas para excavacionescon abiertos de hasta 6 m.
CIMBRAS METALICAS
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• Es preferible que el soporte se instale lo antesposible, pues cualquier retraso ya sea entiempo o en distancia al frente se traduce en
aumentos de la presión sobre el techo, siprevalecen las cargas de descompresión oroca suelta.
• Se debe proceder a asegurar el techo, lo cualse podrá realizar mediante la colocación deshotcrete temporal o marchavantes de sernecesario.
Procedim ien tos de Instalación
CIMBRAS METALICAS
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• Todas las cimbras deben estar correctamente
apoyadas y sujetas al piso mediante dados deconcreto, debiéndose mantener suverticalidad.
• El bloqueo de la cimbra contra las paredesrocosas es esencial para que pueda haberuna transferencia uniforme de las cargas
rocosas sobre las cimbras. Si no se realiza unbuen bloqueo las cimbras no serán efectivas.
CIMBRAS METALICASEs muy importante que la instalación sea cimbra por cimbra y no varias cimbras a lavez, es decir, completar la instalación de una cimbra para comenzar con la siguiente.
P t ti d t i i t f i bi d b li l i i t
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• Para que este tipo de sostenimiento funcione bien, deben cumplirse las siguientescondiciones:
Riguroso paralelismo de los elementos.
Adecuada adaptación a las paredes, caso contrario los elementos flexionarán haciael exterior.
Resistencia conveniente del conjunto, que depende de las uniones, instalación ycontrol.
Estrecho o apretado contacto entre la cimbra y el contorno de la roca a la cualsoporta en todo su perímetro, a fin de desarrollar tempranamente su capacidad desostenimiento, antes de que ocurran deformaciones significativas hacia el interior dela excavación.
La supervisión de la mina no aprobará ninguna cimbra que esté mal cimentada, noconserve su verticalidad ni su alineamiento; asimismo, si éstas no se encuentrancorrectamente topeadas a la superficie de la roca.
INSTALACIÓN DE CIMBRAS UTILIZANDOMARCHAVANTES
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MUCHAS GRACIAS
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