Sección Materiales y Soluciones

SHOTCRETE, DISEÑANDO CONCRETO PROYECTADO

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El shotcrete o concreto proyectado es cada vez más usado en diversos proyectos de los sectores de la minería y la construcción. Su diseño y aplicación debe ser adecuada si se desean resultados óptimos. Además, según las características del proyecto, necesitará la incorporación de aditivos y adiciones de fibras o una combinación de estas, previa evaluación.

Según el Instituto Americano del Concreto (ACI, por sus siglas en inglés), el shotcrete se define como el concreto aplicado neumáticamente y proyectado a una alta velocidad; mientras la Federación Europea de Productores y Aplicadores de Productos Especiales para Estructuras la define como una mezcla de cemento agregado y agua proyectado neumáticamente desde una boquilla hacia un lugar específico en la que se busca producir una masa densa y homogénea.

Pacasmayo Profesional considera que la importancia del shotcrete o concreto proyectado radica en que esta es una solución técnica constructiva que representa un avance de calidad en los proyectos, tanto en minería subterránea como en obras civiles de construcción.

Este artículo fue publicado en la Edición 307 Agosto – Setiembre 2020 con el auspicio de las siguientes empresas

Esta solución consiste, según Pacasmayo Profesional, en la aplicación de lanzado de microconcreto/mortero a presión, con aire comprimido y el flujo de microconcreto/mortero, mezclado en la salida de la boquilla con un acelerante gunit de fragua, si las necesidades del proyecto lo requieren.

Las ventajas de la adecuada aplicación del shotcrete que resalta Pacasmayo profesional son la alta resistencia inicial; el rápido fraguado final, lo cual significa la reducción del tiempo de colocado y puesta en funcionamiento de la obra; no hace necesario el uso de encofrados; requiere solo de dos personas que se encargarán del lanzado del concreto, quienes, a su vez, no trabajan expuestos a derrumbes o desprendimientos, debido a la distancia prudencial que implica realizar esta labor; entre otros.

En cuanto a la técnica del lanzado del concreto, Pacasmayo Profesional sostiene que esta se efectúa de manera perpendicular y en forma rotativa a la superficie a sostener. Asimismo, indica que la distancia que debe haber entre la punta de la boquilla de la pluma y la zona a sostener debe oscilar entre 1 y 2 metros, y que el trabajo siempre debe realizarse en avanzada; es decir, desde la zona sostenida hacia la zona a sostener.

Para Pacasmayo Profesional, el shotcrete es una solución técnica constructiva que representa avance de calidad en los proyectos.

La calidad del concreto proyectado, según John Oré, jefe de Negocios Minería de Sika, depende de la destreza del lanzador. Por ello, señala que SIKA cuenta con dos técnicos certificados por el ACI tanto para el lanzado de concretó vía húmeda y vía seca.

Pacasmayo Profesional también pone énfasis en el tema de la capacitación de los operadores, tanto de quienes se encargarán de la preparación como de la aplicación del shotcrete. Por ello, la empresa recomienda capacitarlos siguiendo las pautas del Manual del Artesano ACI CP-60S (09).

Mientras, en cuanto al diseño de la mezcla del shotcrete, la ingeniera Elisa Bonilla, asesora técnico comercial de Chema, asegura que, para tener buenos resultados, se debe contar con la asesoría técnica y pruebas en campo adecuadas, que monitoreen constantemente el trabajo a lo largo de todo el proyecto. Agrega que Chema cuenta con un staff que ve el tema del diseño, la realización de las pruebas, el monitoreo y hasta la capacitación del personal en obra.

Además, en referencia al equipamiento necesario, Pacasmayo Profesional señala que, en la actualidad, tiene equipos para la aplicación del shotcrete de manera manual en piso, así como un sistema de brazo mecánico, el cual está montado sobre un camión (Alpha 15TDH), llamado brazo robot. Este último permite mitigar, en su mayoría, la aplicación manual del shotcrete, lo cual significa reducir la cantidad de personas necesarias para la aplicación de esta solución.

MÉTODOS DE APLICACIÓN

Para Pacasmayo Profesional es fundamental la capacitación de los operadores siguiendo las pautas del Manual del Artesano ACI CP-60S.

En la actualidad, existen dos métodos de aplicación del shotcrete, los cuales son las proyecciones por vía seca y húmeda. Cada una presenta particularidades, así como ventajas y desventajas, que se deben analizar en función a las características del proyecto.

En el caso de la proyección por vía seca, el agua necesaria para la hidratación del cemento es agregada en la boquilla, mientras en el caso del proceso de vía húmeda, el elemento hídrico es agregado en la planta dosificadora de concreto. Es necesario señalar que el segundo método (proyección vía húmeda) es en la actualidad el más usado en el mundo, debido a que ofrece un mejor ambiente de trabajo, mayor calidad, uniformidad y producción.

Según el especialista de Sika, la calidad del concreto proyectado depende de la destreza del lanzador.

El método de vía seca, muchas veces, genera la formación de polvo, el cual puede contrarrestarse utilizando aglomerantes de polvo, aunque también se debe poner atención al efecto que pueda causar el polvo a la máquina, sobre todo si se trata de máquinas de rotor, ya que estas puedes ser condicionadas a prueba de polvo hasta cierto límite.

Asimismo, suele presentarse un alto porcentaje de rebote, el cual puede reducirse significativamente adicionando los aditivos adecuados.

Por otro lado, el método de proyección por vía húmeda es muy utilizado en proyectos subterráneos y aplicado en soporte de rocas. Requiere de muy altos contenidos de agua para que la mezcla pueda circular adecuadamente por el equipo. Además, actualmente, las innovaciones en cuanto a la industria del concreto hacen posible producir shotcrete mediante este método con una resistencia a la compresión a los 28 días superior a 60 MPa.

COMPLEMENTOS QUÍMICOS

La asesora técnico comercial de Chema indica que para obtener buenos resultados en el diseño de la mezcla del shotcrete se debe contar con asesoría técnica y pruebas en campo.

Si bien la mezcla del concreto proyectado se consolida por la fuerza del impacto, esta muchas veces se complementa con adicionales de alta tecnología que aportan a la resistencia y durabilidad del concreto, como los aditivos.

El jefe de Negocios Minería de Sika sostiene que el empleo de estos componentes químicos dependerá de las especificaciones técnicas del proyecto y la naturaleza de la misma. “No todos los aditivos se usan en todos los proyectos; se tiene que analizar de acuerdo con la particularidad de estos y determinar los aditivos a recomendar”, explica.

Por su parte, la asesora técnico comercial de Chema también indica que el empleo de los aditivos es debido a los enormes beneficios que brindan, “como mejorar la trabajabilidad incrementando la resistencia final del diseño y manteniendo la misma cantidad de cemento del diseño, reducción del rebote, reducción del polvo, incremento de la tenacidad del concreto, etcétera.”

Proyecto de shotcrete atendido por Pacasmayo.

Su empleo implica grandes ventajas, las cuales variarán de acuerdo al tipo de aditivo que se use. El representante de Sika manifiesta que la ventaja de usar aditivos en este tipo de soluciones recae en que le da cualidades a la mezcla para que esta pueda ser transportada por varias horas, lanzada con facilidad, compactada y fraguada rápidamente.

“Este último aspecto, permite colocar capas gruesas sobre cabeza, bajo rebote, rápido endurecimiento y ganancia de resistencias mecánicas a pocos minutos. En estado endurecido incrementa la durabilidad, resistencia y proporciona una mayor tenacidad, ductilidad y capacidad de absorción de energía”, agrega.

Asimismo, la Ing. Bonilla señala que, en cuanto a los acelerantes de fraguado libre de álcalis, se tiene ventajas; como la no contaminación de las aguas superficiales ni daño al acero de refuerzo, el rápido fraguado, la posibilidad de aplicar capas sucesivas en cuestión de segundos, la minimización del rebote del material lanzado y la manipulación segura por parte del operador, evitando accidentes en obra o reduciéndolos significativamente.

El vocero de Sika indica que el empleo de los aditivos depende de las especificaciones técnicas del proyecto.

En cuanto a los hiperplastificantes, destaca que estos permiten una alta reducción de uso de agua, lo cual se traduce en un incremento en la resistencia final del concreto, además de mejorar la trabajabilidad del concreto de forma excepcional, una óptima cohesión y alto comportamiento autocompactante (lo cual unifica la colocación del concreto con los elementos de refuerzo, como fibras, microsílice, etc.), mejora significativamente los problemas causados por retracción del concreto, reduce la permeabilidad e incrementa la impermeabilidad del concreto, mejora la adherencia del concreto al acero, entre otros.

Además, en cuanto a la microsílice, la Ing. Bonilla señala que mejora la resistencia a agentes químicos externos (cloruros, carbonatos y sulfatos), disminuye el porcentaje de vacíos, mejora el desempeño de la mezcla, mejora la adherencia del concreto-acero, reduce hasta en un 50 % el rebote de la mezcla proyectada en comparación con aquellas con no incluyen microsílice, entre otras.

ADITIVOS EMPLEADOS EN EL DISEÑO DEL SHOTCRETE

CHEMA

Según la especialista de Chema, uno de los aditivos que se utilizan en shotcrete son los acelerantes de fraguado.

La asesora técnico comercial de Chema señala que entre los aditivos que se utilizan en concreto proyectado están los acelerantes de fraguado, que en el caso de la empresa recomiendan el Chema Túnel Libre de Álcalis. Este componente, señala la ingeniera Bonilla, “se añade por medio de una bomba que impulsa el aditivo desde su contenedor para unirla a la mezcla a la altura de la boquilla del pitón de la máquina shotcretera, para lanzar el concreto preparado en obra más el acelerante libre de álcalis”.

Además, comenta que la mezcla puede llevar un hiperplastificante. En este caso, recomienda el Chema Mega Plast 2000P, el cual “genera un amplio efecto dispersante sobre el cemento y cumple con la norma ASTM C494 tipo F y ASTM C 1017, estando libre de cloruros”.

Otras adiciones que considera la especialista de Chema son la microsílice y las fibras metálicas. La primera es un aditivo mineral en polvo compuesto por sílice en estado cristalino que reacciona químicamente con el hidróxido de calcio del cemento para formar silicatos hidratados, con lo cual se logra obtener morteros y concretos de alta resistencia mecánica, baja permeabilidad y mayor durabilidad, además que cumple con la especificación ASTM C1240. Mientras las fibras metálicas son una alternativa que se puede considerar si lo que se busca es incrementar la tenacidad del concreto. Estas se incorporan dentro de la mezcla de concreto fresco.

SIKA

Inyecciones con SikaFix®- Sika.

El jefe de Negocios Minería de Sika sostiene que en el shotcrete se pueden usar hasta 7 tipos de insumos entre aditivos, adiciones y fibras; como los aditivos superplastificantes, adecuados para la reducción máxima de la r a/c. En este caso Sika recomienda el Sika® ViscoCrete® SC.

También están los aditivos incorporadores de aire, los cuales permiten aumentar la durabilidad a ciclos de hielo/deshielo, como el Tipo Sika Aer®. O los aditivos inhibidores de hidratación, empleados para el manejo de mezclas frescas hasta por 80 horas, como el Tipo SikaTard®; o los aditivos modificadores de viscosidad, como el Tipo Sika® Stabilizer, cuando los agregados disponibles no cumplen la normativa.

Además de ello, indica que se emplean adiciones minerales, tipo microsilice o Fly Ash, para cohesionar la mezcla y aumentar la durabilidad, Tipo Sika® Fume; los acelerantes ultrarrápido de fraguados, libre de álcalis y alcalinos, para un endurecimiento en segundos/minutos luego de la proyección, Tipo Sika® Sigunit®; y las fibras de refuerzo, ya sea macrofibras o microfibras, de acero o sintéticas, Tipo SikaFiber®.

OTROS COMPLEMENTOS

La vocera de Chema sostiene que el empleo de aditivos en la mezcla del concreto proyectado lo dota de grandes ventajas.

El especialista de Sika señala que antes de lanzar shotcrete por vía húmeda, la maquinaria debe ser lubricada y esto −comenta−, por lo general, se hace con cemento y agua (lechada). Frente a este problema, Sika lanzó al mercado el Sika® Pump-Start-1, la cual al ser mezclada con agua en la batea del equipo permite lubricar toda la línea.

Por su parte, la representante de Chema identifica a los nanoaditvos, como el nanosílice. Sin embargo−prosigue−, son una alternativa muy costosa frente a las soluciones que brinda la microsílice, aunque pueda darse el caso en que se requiera su empleo en proyectos específicos en los que el factor “costo-beneficio y durabilidad, según el tipo de trabajo o función a desempeñar del elemento, sea óptimo y justifique la inversión”.

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