CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.2.3. Propiedades del concreto
a. Resistencia a la compresión: Según Sánchez (1996), “la gran mayoría de estructuras de concreto son diseñadas bajo la suposición de resiste únicamente esfuerzos de compresión, por consiguiente, para propósitos de diseño estructural, la resistencia a la compresión es el criterio de calidad, y de allí que los esfuerzos de trabajo estén prescritos por los códigos en términos de porcentajes de la resistencia a la compresión.” (p. 81)
b. Resistencia a la tracción: Por naturaleza el concreto es muy débil a esfuerzos de tracción, esta propiedad con frecuencia no es tomada en cuenta cuando se diseña estructuras normales. La tracción está relacionada con el agrietamiento
del concreto, causada por la contracción inducida por el fraguado o por los cambios de T°, que generan esfuerzos internos de tracción.
c. Resistencia a la flexión: Los componentes sometidos a torcedura presentan una zona sometida a compresión y distinta región donde prevalecen las fuerzas de tracción. Este factor es sustancial en distribuciones de concreto simple.
d. Resistencia a cortante: La resistencia a fuerzas cortantes es mínima, pero ordinariamente se consideran por los códigos del diseño de estructuras. Este tipo de esfuerzos es primordial en el bosquejo de vigas y zapatas, en el cual muestra valores mayores a la resistencia del concreto.
e. Determinantes de la resistencia: los definitivos de la resistencia de un concreto en escenarios normales seran:
La marca, tipo, antigüedad, superficie específica y composición química del cemento.
La aptitud del agua.
La resistencia por adherencia pasta-agregado.
La porosidad de la pasta.
La relación gel-espacio.
El fraguado
El curado
La edad del concreto
Las condiciones del proceso de puesta en obra
f. Resistencia de los Agregados: Para la resistencia sea conveniente del concreto, los agregados deben tener los requerimientos de calidad y las siguientes especialidades:
i. Textura y forma. Los elementos de agregado con textura rugosa o de diseños angulares generan concretos más resistentes que las redondeadas o lisas, esto porque hay existencia superior de cohesión entre los granos gruesos y el mortero.
ii. Granulometría. La masa de agregados con granulometría uniforme, admiten obtener mezclas de alta capacidad, más densas y por ende se logra resistencias superiores.
iii. Resistencia. Aunado al factor rigidez propia de los granos de agregado modifican la resistencia del concreto.
g. Influencia del tamaño máximo. Para los concretos normales, hay un rango amplio en los tamaños máximos que pueden usar para una misma resistencia, esencialmente con igual contenido de cemento. Únicamente se requiere de mayor cantidad de cemento si se utilizan agregados de tamaños pequeños. La adherencia entre la pasta de concreto y los agregados se debe a que, durante el proceso de fraguado y endurecimiento, se genera una superficie de cohesión producida por la trabazón entre los agregados y la pasta. La interacción entre los dos elementos, además de variar con el tiempo, algunas veces lo hace también con la composición mineral de los materiales, es cuya
acción se presentan fenómenos tanto físicos como químicos. La zona de contacto, llamada interface “agregado-matriz”, es la fase más importante del concreto que establece el enlace crítico y normalmente se constituye en el elemento más débil de la masa endurecida.
h. Relación Agua-Cemento. Volumen del agua en masa, sin considerar el agua adsorbida por los agregados, sobre la cantidad de cemento en. A menor agua en relación al cemento, mayor su resistencia a la compresión, menor fluidez o trabajabilidad y mayor durabilidad y a mayor agua en relación al cemento es menor su resistencia a la compresión, mayor fluidez o trabajabilidad y menor durabilidad, en donde se observa que, para una relación a/c menor, mayor es la resistencia, pero también depende de la forma de compactación.
Al ser menor la cantidad de agua con relación al cemento posee menor cantidad de poros y vasos capilares que se forman durante su evaporación, de la misma forma al tener menor porcentaje de porosidad mayor es la resistencia a compresión.
i. Impermeabilidad
La permeabilidad se refiere al movimiento de un líquido en presencia de un gradiente de presión como es el que tiene lugar en las estructuras de contención de agua. La permeabilidad se mide sobre medios saturados. En el caso del concreto este debe estar saturado para poder medir la permeabilidad que se expresa en términos de m3 / (m2 s), es decir en m/s.
j. Trabajabilidad
Es una propiedad del concreto que casi siempre es motivo de preocupación.
Siendo determinada por la resistencia final de una probeta de compresión.
Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse con frecuencia reduciendo la cantidad de agua en la mezcla.
k. Propiedades principales del concreto fresco
Consistencia: Propiedad que define la humedad de la mezcla por el grado de fluidez de la misma; entendiéndose con ello que cuanto más húmeda es la mezcla, mayor será la facilidad con la que el concreto fluirá durante su colocación. (Riva 2000)
Es la habilidad del mortero y concreto fresco para fluir, es decir la capacidad de adquirir la forma de los encofrados que los contienen. (Instituto del concreto 1997)
El método de determinación empleado es el ensayo del Cono de Abrams o Slump (NTP 339.035 y ASTM C 143) que define la consistencia de la mezcla por el asentamiento (es decir, cuanto más húmeda es la mezcla, mayor es el asentamiento), medido en pulgadas o centímetros, de una masa de concreto que previamente ha sido colocada y compactada en un molde metálico de dimensiones definidas y sección tronco cónica. El asentamiento resulta ser la medida de la diferencia de altura entre el molde metálico estándar y la masa de concreto después que ha sido retirado el molde que la recubría. (Gamero 2008)
“La consistencia se modificada fundamentalmente por variaciones del contenido de agua de la mezcla. En los concretos bien proporcionados, el contenido necesario para producir un asentamiento determinado depende de varios factores, se requiere más agua con agregados de forma angular y textura rugosa, reduciéndose su contenido al incrementarse el tamaño máximo del agregado.” (Estrada y Páez 2014)
Tabla 2. Consistencia y trabajabilidad según el asentamiento
Figura 2. Prueba de slump en la planta de concreto
Cuando las especificaciones del asentamiento no se presentan como exigencia máxima; la NTP 339.114 – Concreto premezclado, brinda ciertas tolerancias, los que a continuación serán indicados.
Tabla 3. Tolerancia de asentamiento nominal
Trabajabilidad: “Es la propiedad del concreto que determina la capacidad que tiene para ser manipulado, transportado, colocado y consolidado
adecuadamente, con un mínimo esfuerzos y un máximo de homogeneidad, también para ser acabado sin presentar segregación. Puede ser clasificada según el sentamiento de la mezcla en baja, media y alta.” (Gamero 2008) 2.2.4. Sostenimiento con concreto lanzado (shotcrete).
Se da el nombre de Concreto Lanzado o Shotcrete, al compuesto “pre- confeccionada”, de: cemento, áridos, fibra, agua y de manera opcional aditivo súper plastificante, vía seca o vía húmeda. Trasladado a la zona a fortificar y por medio de una manguera es impulsado con aire presurisado a alta velocidad hacia la superficie rocosa; se le completa un aditivo acelerante de fragua para producir aceleración en el endurecimiento del concreto.
2.2.4.1. ¿Qué significa shotcrete?
El shotcrete (mortero, o “gunita”) empezó a utilizarse hace en las primeras décadas del siglo XX. Aun en la actualidad se emplea el nombre
“gunita”, en ciertas clasificaciones (equivale al mortero proyectado), pero los límites de dimensiones de grano difieren entre los países desde los 4 hasta los 8mm, Para obviar esta desigualdad entre mortero proyectado y shotcrete, en la investigación emplearemos el término “shotcrete” para describir a la mezcla proyectada de cemento y agregados. En la actualidad se conocen dos métodos de utilización del shotcrete: el de vía seca y húmeda. Las aplicaciones iniciales del shotcrete se iniciaron mediante la vía seca; en este proceso se elabora una mezcla de arena y cemento en una máquina, la mezcla es transportada por mangueras utilizando aire comprimido; el agua requerida para la hidratación es adicionada en la boquilla de la manguera. El uso del método de vía húmeda tomo relevancia después de la Segunda Guerra Mundial. A modo similar del concreto ordinario, es preparado la composición con el agua a su capacidad
idonea para hidratarla, siendo bombeadas por dispositivos especiales por medio de mangueras. El predominio del material se realiza por medio de la adición de aire presurizado a la boquilla.
Por más que algunos investigadores aseveran que el shotcrete es un concreto especial, lo real es que es simplemente otro método para colocar el concreto. Semejante a como ocurre con la metodología tradicional, el shotcrete requiere condiciones específicas del concreto en la proyección, y paralelamente demanda satisfacer todas las instancias tecnológicas habituales del concreto: relación agua-cementante, volumen de cemento, consistencia adecuada y pos tratamiento. Es cotidiano encontrar trabajos de shotcrete de deficiente calidad causado por la omisión de que el shotcrete no es otra cosa que aplicar el concreto de distinta manera, y que es primordial cumplir a cabalidad los requerimientos tecnológicos del concreto.
Los equipos para la proyección de uno y otros métodos tanto por vía húmeda o por vía seca, se han ido mejorando de manera superlativa.
2.2.4.2. Utilidad del shotcrete
Una de las superioridades que presenta el shotcrete está dentro de la construcción y sus procesos; como por ejemplo en problemas de túneles (estabilidad) y construcciones subterráneas. Por otro lado, gracias a los avances tecnológicos, han permitido que el shotcrete sea una herramienta indispensable en una diversidad de áreas. Además, el shotcrete es un método clave para construcciones con rocas en diversas obras como por ejemplo:
Edificación de túneles
Ordenamientos mineros
Hidroeléctrica
Estabilización de taludes
Más del 90% del shotcrete empleado, es utilizado para la base del macizo rocoso. En la actualidad, el shotcrete es empleado en menor frecuencia que el concreto tradicional; aun así, brinda una diversidad de aplicaciones, posibles, entre ellas:
Recubrimientos de canales
Construcción, reconstrucción y reparaciones
Mamparas marinas
Concreto refractario
Protección (incendios y corrosión)
Agricultura (pozas de bosta)
Mampuesto y estabilidad de muros de baldosa
El shotcrete es considerado el método del futuro en la construcción, gracias a sus innumerables atributos como la flexibilidad, celeridad y economía.
2.2.4.3. Principios del shotcrete
La técnica de uso del shotcrete se adquiere a través de la práctica, la investigación y el desarrollo de equipos y métodos de control, para conducir una producción procedente y de calidad. A nivel internacional, se ha logrado avances significativos desde los primeros usos del shotcrete para fijar rocas;
pero, es necesario seguir desarrollando tecnologías para proyectos de construcción y reparación fundados en el conocimiento teórico y práctico del método.
2.2.4.4. Proceso del sistema de concreto lanzado
2.2.4.5. Métodos
Existen dos (02) métodos de shotcrete: el primero denominado “seco”
(se aumenta agua para hidratación en la boquilla de influencia), y el segundo
“húmedo” (las mezclas transportadas ya contienen agua suficiente para la hidratación).
Los dos métodos presentan ventajas y desventajas, y la elección del idóneo son condicionados por los requisitos netos del proyecto, así como de la experiencia técnica del personal a cargo. Hace algunos años, el procedimiento más empleado era el de vía seca, sin embargo, al día de hoy, el método más frecuente es el de vía húmeda sobre todo shotcrete para soporte de rocas, debido a que ofrece una mejor ergonomía, mayor calidad, uniformidad y manufactura.
Los últimos avances tecnológicos del shotcrete tienen relacion con el método de vía húmeda. Entre algunos de ellos, figuran nuevas generaciones de
adicciones (Delvocrete, MEYCO TCC, curador interno de concreto, microsílice y fibras metálicas).
a. Método de vía húmeda
Proceso en el cual se hace una mezcla de cemento y adheridos dosificados (por peso), adicionándose agua y aditivos diferentes. La mezcla es bombeada por conductos hacia una embocadura, ahí es inyectado aire comprimido y un acelerante antes de ser proyectada de manera continua.
b. Aplicación
Con el método de vía húmeda se emplea un concreto pre mezclado o un mortero pre envasado. Es posible controlar la relación agua/cementante en cualquier momento del proceso. La consistencia puede ser graduada a través de aditivos.
Antes de iniciar se debe examinar la superficie rocosa, y determinar las clases de soportes precisos.
Limpieza de la superficie con aire comprimido y agua, es muy importante empezar la limpieza en la parte superior del túnel y seguir en trayectoria descendente en ambos lados.
Cuando el concreto llega al frente de trabajo se debe medir la variación de la mesa de instalación y la T°. Si hay interrupciones (+15 minutos), se debe inspeccionar la variación de la mesa de asentamiento justo antes de volver a empezar la operación de proyección. Igualmente, anotar la localidad y el nombre del operario de la boquilla en el formulario de tipo especial.
Se exhorta que la desviación de la mesa de asentamiento fluctúe entre 50 y 60 cm. Por el contrario, o si el concreto tiene más de 2 horas de elaboración, informar al supervisor responsable.
El terraplén debe iniciar colmando aberturas y rendijas en la superficie.
Conservar una distancia entre la boquilla y la superficie de influjo de 1 a 2 metros. Si la distancia de proyección se reduce se debe mover la boquilla con mayor celeridad.
La boquilla tiene que señalar a la superficie en ángulo recto para optimar la compactación y la alineación de la fibra. Por el contrario, resultará un concreto defectuoso con baja densidad.
Vigilar la relación entre la presión de aire, el acelerante y el flujo de concreto. Con altas dosis de acelerante, se resta el movimiento sobre la superficie de shotcrete esto por el fraguado efímero. Los adheridos gruesos no penetrarán en la superficie y rebotarán y el flujo de concreto tendrá más polvo que lo normal. Una sobredosis de acelerante puede dar un aspecto “húmedo” al shotcrete de la pared, pero el fraguado será muy alígero y la superficie relucirá vitrificada. También, puede provocar efectos de “disparo” en la boquilla. La cantidad de acelerante debe mantenerse entre 10 y 40 kg/m3. En la pared es posible emplear menor acelerante que en la superficie de la clave.
La capa inicial tiene que ser delgada (máx. 10 cm) para impedir el desprendimiento del concreto fresco. Las sucesivas pueden oscilar entre 5 a 15 cm (depende del tipo de acelerante) y la composición final de la pared.
c. Rebote
Representa un costo agregado elevado, por ello debe conservar al mínimo.
En ensayos de campo, se ha logrado establecer que las mezclas de shotcrete con hidratación registrada presentan un mínimo rebote. Seguramente, debido a la falta de una hidratación previa del cemento, y consecutivamente se están proyectando composiciones con cemento “fresco”.
c.l. Volumen de rebote
El rebote está hecho por elementos que no se fijan a la superficie en tratamiento, el % de rebote puede depender de:
Proporción agua/cemento
Destreza del operante
Proporción de la mezcla
Granulometría de la mezcla
Eficiencia de la hidratación
Árido grueso = Mayor rebote
Presión de agua
Diseño de la boquilla
Rapidez de Proyección
Capacidad de la presión de aire (6 kg/cm2)
Densidad de la aplicación
Determinaciones del trabajo
Dosis del acelerante
d. Método Austriaco de tunelería “NATM”
Es un método que completa el comportamiento del macizo rocoso y la investigación de las deformaciones en una cárcava subterránea. Incluye el método por vía húmeda y busca incorporar aditivos de acelerantes de fraguado en la boquilla, este efecto permite aplicar el shotcrete como primer soporte.
Una función importante en la técnica “NATM” para controlar el rebote de fibras. En general, y debido a posibles irrupciones de agua se demanda una mayor proporción de aditivos para acelerar el fraguado del shotcrete, para lograr que los elementos del concreto queden en contacto total con el macizo rocoso.
e. Aplicación de lanzado de shotcrete
El método del shotcrete se administra por nociones propias, que se refieren al manejo de la boquilla y a la distribución del material sobre el substrato.
Es imperativo que el operante cuente con el discernimiento y la experticia idóneos para conseguir un trabajo de calidad.
El objetivo del método es lograr una capa maciza, densa y adherida firmemente; mejorando el empleo de la mezcla (pérdida por rebote mínima).
A continuación, algunos procedimientos de maniobra en el lanzado por vía húmeda.
La calidad conlleva principalmente de la maestría del operante.
El flujo del concreto tiene que ser continuo.
El flujo de agua se debe distribuir de manera continua para lograr una mayor eficiencia entre el agua y el cemento.
El depósito dosificador debe tener niveles para el control del consumo por m3 de lanzado.
La exploración de una obra minera se deberá iniciar al nivel del piso y se continuará en ascenso.
A un lanzamiento por capas se descarta el rebote y lavándose la superficie
“shotcreteada”.
El flujo del aire se debe administrar de manera continua (libre de oscilaciones).
f. Técnicas para la proyección y lanzado de shotcrete 1) Técnica de 10s 360°
Monitoreo del caudal y el flujo de la presión del aire.
Control de la distancia y la posición de la tobera hacia la superficie (según presión de aire entre 0.80 a 1.20 m)
Mantenimiento de la distancia en giro circular del conducto.
Control del diámetro de la revolución del orbitor.
Medición del volumen de cada bombeo de impacto en la superficie.
Control de las dos medidas en volumen del diámetro del orbitor (oscila entre ½, ¼ de pulgada; depende de la capacidad de bombeo del equipo.)
Avance de la proyección tomando en cuenta la distancia del diámetro del orbitor (entre 20 a 30 cm/c. bombeada).
Evaluación permanente de la dosis de la mezcla y el abastecimiento.
2) Técnica del “VPACA”
Se aplica siempre en cuando se tenga la inspección del equipo y toma en cuenta la calidad de la mezcla.
Verificación del área y/o la superficie para la proyección del shotcrete.
Posicionamiento de la tobera perpendicular a la superficie.
Abastecimiento de la mezcla con caudal permanente hacia la tobera.
Control de la distancia de la tobera a la superficie, en consideración de la presión de aire.
Proyección del shotcrete tomando consideración del espesor demandado.
g. Control de calidad
Se ha cuestionado; equivocadamente, el método de shotcrete por vía húmeda pues no genera resultados de calidad alta. Sin embargo, en la empresa
“ROBOCON SAC” se viene ejecutando un “Control de Calidad” el cual radica en ensayos de laboratorio, para evidenciar que estén satisfactorios para los clientes.
2.3. Ubicación y geología de la unidad minera Chungar- Glencore Group SAC