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8/9/2019 manual shotcrete

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Gua Chilena del Hormign Proyectado - Shotcrete

Crditos

SHOTCRETE - GUA CHILENA DEL HORMIGN PROYECTADO

Preparado porSergio Garca Guzmn

Publicado porInstituto del Cemento y del Hormign de Chile

Revisin TcnicaGrupo de Colaboradores

Imgenes PortadaGentileza: AtlasCopco y EPC Barchip

Gestin y Produccin

Sebastin Garca Morales

ImgenesChristian Manzano y Luis Rojas

Registro de Propiedad Intelectual244981

Colaboradores del ICH:Rodrigo Caballero RiveraHarmut Claussen SteuerIsmael Anabaln Retes

Alexandre R. A. GomesBernardo Vicencio EscobarCarlos Muoz VargasEleodoro Higuera JaraDaniel Parra LobosGian Franco Compagnoni

Colaboradores Vicepresidencia de Proyectos de CODELCO:Heily Glaves CisternasPedro Araya OpazoCristian Araya Cisternas

Aportes Extranjeros a esta Gua:Stefan Bernard, AustraliaMarc Jolin, CanadMatthias Reinhold, InglaterraVolker Wetzig, Suiza

E-mail: [email protected]

www.shotcrete.cl Socios Fundadores ICH


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Prlogo

Esta Gua contiene recomendaciones tcnicas de carcterprctico para aplicaciones de hormign proyectado enobras civiles y minera. Corresponde a una adaptacin de lagua Shotcrete in Australia Recommended Practice. 2ed. yha sido complementada con antecedentes de fuentes europeascomo EFNARC y la Gua Austriaca del Shotcrete, adems deincorporar un importante cmulo de conocimientos y experienciasde la prctica nacional en construccin con hormign proyectado.

La preparacin de esta gua no hubiese sido posible sin lavaliosa participacin de numerosos colaboradores tcnicos,quienes nos han aportado su experiencia tanto en los cursosque el ICH ha dictado a ms de 300 profesionales en los ltimosdos aos y son tambin en la preparacin y revisin del borradororiginal. Este trabajo ha sido coordinado por el IngenieroSergio Garca, quien ha liderado el desarrollo, que comoInstitucin hemos realizado en temas ligados a la especificacin,

capacitacin y certificacin en hormign proyectado.

Tambin debemos destacar los aportes y recomendacionesde los expertos internacionales en Shotcrete quienes noshan visitado desde la realizacin de Expo-Hormign de2013 en adelante, Stefan Bernard, Marc Jolin, VolkerWetzig y Matthias Reinhold.

Una mencin especial merece el trabajo que hemos podidorealizar en conjunto con el rea de calidad de la Vicepresidenciade Proyectos de Codelco y con sus profesionales, quienesnos han abierto la puerta de sus proyectos para realizar untrabajo de mejora de calidad y seguridad en las obras de

hormign proyectado y cuyas conclusiones se han vertidoen esta gua.

Esperamos que este esfuerzo sea til para todos los profesionalesy empresas que estn abordando proyectos que incluyen eluso de hormign proyectado. Esta primera edicin de la guaesperamos que sea seguida de nuevas versiones mejoradasy expandidas, con el aporte de todos sus usuarios y con lasnuevas experiencias que vayamos acumulando en el usodel hormign proyectado en nuestro pas.

Augusto Holmberg F.Instituto del Cemento y del Hormign de Chile

Santiago Septiembre 2014

ATLASCOPCO

BASF

BEKA

BEKAERT

EPC

GRACE

LEIS

LIEMUN

MSA

SIKA

ROBOCON


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NDICE

CAPTULO 1: GENERALIDADES................................................................................................................ Alcances...................................................................................................................................................................... Definiciones................................................................................................................................................................ Tipos de hormign proyectado................................................................. ..................................... ........................... Usos del hormign proyectado................................................................. ...................................... .......................... Historia.......................................................................................................................................................................

CAPTULO 2: CONSIDERACIONES DE DISEO........................................................................................ Consideraciones de diseo para estructuras de hormign proyectado............................................................... Consideraciones de diseo para el refuerzo............................................................... ...................................... ........ Consideraciones de diseo para aplicaciones en obras civiles subterrneas............................................... ........ Consideraciones de diseo para la minera....................................... ..................................... .................................

CAPTULO 3: PROPIEDADES DEL HORMIGN PROYECTADO - SHOTCRETE........................................ Docilidad..................................................................................................................................................................... Resistencia a la compresin................................................... ...................................... ..................................... ........ Resistencia temprana............................................... ..................................... ...................................... ...................... Resistencia a la flexin.............................................. ..................................... ...................................... .....................

Tenacidad................................................................................................................................................................... Densidad..................................................................................................................................................................... Mdulo de elasticidad...................................... ..................................... ...................................... .............................. Contraccin por secado................................................... ...................................... ..................................... ............... Fluencia lenta (Creep)....................................................... ...................................... ..................................... .............. Coeficiente de expansin trmica..................................... ...................................... ..................................... ............ Durabilidad................................................................................................................................................................ Unin al sustrato.............................................................. ...................................... ..................................... ...............

CAPTULO 4: MATERIALES CONSTITUYENTES....................................................................................... Cemento..................................................................................................................................................................... Materiales finos complementarios........................................................... ..................................... ...........................

ridos.......................................................................................................................................................................... Agua de mezclado............................................................. ..................................... ...................................... .............. Aditivos qumicos................................................ ..................................... ...................................... ........................... Fibras de refuerzo.......................................................... ..................................... ...................................... ................. Mallas o baras de acero.............................................................. ..................................... ...................................... ....

CAPTULO 5: DISEO DE LA MEZCLA..................................................................................................... Generalidades............................................................................................................................................................ Hormign proyectado por va hmeda.......................................... ..................................... .................................... Hormign proyectado por va seca................................... ...................................... ..................................... ............ Diseo de mezcla para piscinas..................................... ..................................... ...................................... ................ Mezclas especiales.................................... ...................................... ..................................... ......................................

Curvas granulomtricas del rido combinado............................................................ ..................................... ........ Solucin de problemas en el diseo de mezclas................................................. ...................................... ..............

CAPTULO 6: MAQUINARIA Y EQUIPOS PARA SHOTCRETE................................................................... Generalidades............................................................................................................................................................ Equipo para mezcla seca.............................. ..................................... ...................................... .................................. Equipo para mezcla hmeda....................................... ...................................... ..................................... .................... Equipos auxiliares.......................................... ...................................... ..................................... .................................

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1.1 Alcances

Esta gua ofrece una descripcin de la tecnologa y las mejoresprcticas para el proceso del Hormign Proyectado (Shotcrete),materiales, especificaciones, equipamiento y ensayos. Asmismo, sugiere aquellos temas que deben ser examinadoscon detenimiento en relacin al diseo estructural y de mezcla,sin pretender ser una gua detallada en estos tpicos.

Si bien esta gua ofrece una visin general de los procesosque participan en la proyeccin del hormign y en losrequisitos que se requieren para alcanzar un desempeodeterminado, no reemplaza la necesidad y opinin de unespecialista en los campos particulares que se discutirn enesta gua.

En relacin a las tcnicas de proyeccin, existe en este documentoun mayor nfasis en las tcnicas va robotizada con mezclashmedas por sobre la aplicacin por va manual (origen delShotcrete). No se ha tenido la intencin de pasar por alto elhormign proyectado por va seca, mtodo que posee su

propio conjunto de ventajas en algunas situaciones particulares.Sin embargo, debido a las desventajas de este mtodo en laconstruccin subterrnea, la aplicacin de mezcla hmedarobotizada se efecta cada vez con ms frecuencia para elsoporte de rocas y siendo este tipo de aplicaciones las quecon mayor frecuencia e intensidad se realizan en nuestropas es natural que tenga un tratamiento ms detallado enesta gua. De todas maneras, la eleccin del proceso msadecuado a utilizar depender en definitiva de la aplicacinparticular de que se trate.

En la preparacin de esta gua nos hemos basado principalmenteen la Recommended Practice Shotcreting in Australia,

complementada con lo que hemos considerado son las mejoresprcticas del hormign proyectado de la industria europea,australiana, norteamericana y tambin con la experiencia nacionalen el tema, especialmente en aspectos que son propios denuestra realidad. Las diversas citas bibliogrficas dan cuentade esta diversidad de fuentes.

1.2 Definiciones

El trmino Hormign Proyectado se ha adoptado en Chilepara la descripcin del Shotcrete de acuerdo con la definicindel American Concrete Institute (ACI), organizacin que lodefine como un hormign colocado por proyeccin neumticade alta velocidad desde una boquilla (ACI Concrete Terminology).

Esta gua no pretende entregar una definicin de todos los

trminos usados en construccin con hormign, sino soloaquellos esenciales de uso comn en la literatura y frecuentesen el vocabulario nacional referidos al hormign proyectado.Los trminos puestos entre parntesis corresponden altrmino original en ingls.

Adherencia (adhesin / bond)- caracterstica queposee el hormign proyectado de pegarse al sustratodespus de ser proyectado neumticamente a travs deuna boquilla.

Aditivo (admixture)- cualquier material activo agregadoal hormign en pequeas cantidades para modificar algunade sus propiedades por accin fsica, qumica o fsica-qumica.

Adiciones materiales minerales finamente molidosutilizados en el hormign con el fin de mejorar ciertaspropiedades o para conferirle propiedades especiales.

Acelerante (accelerator)- aditivo que normalmente seaade en la boquilla del hormign proyectado con el finde aumentar la velocidad de hidratacin del cemento,reducir la fluidez y provocar una rpida rigidizacin dela mezcla.

Boquilla o Pitn (nozzle / gun) pieza final por dondeel shotcrete es proyectado sobre el sustrato.

Bolsa de arena (sand lens / pocket)- zona interior delhormign proyectado que contiene agregado fino sinmezclar (arena), con poca o ninguna cantidad de cemento,resultado en un mezclado pobre.

Capa (layer / build-up)- aumento de espesor con sucesivaspasadas o capas de hormign proyectado.

CAPTULO

1

Generalidades

Captulo 1: Generalidades


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Capa de repaso (smoothing layer) - corresponde auna capa fina de hormign proyectado, aplicada gene-ralmente con la intencin de proporcionar una superficieuniforme. Se aplica sobre una capa inicial de hormignproyectado. Tambin se conoce como capa de acabado.

Cemento- material aglutinante hidrulico definido enNCh148.

Cohesin (cohesion) capacidad de los componentesdel hormign o mortero para mantenerse totalmentemezclados de manera homognea cuando son transpor-tados, manipulados, descargados, bombeados o proyec-tados a travs de la boquilla.

Especificacin por desempeo (performance basedspecification) especificacin tcnica en que se explicitanlas caractersticas de funcionamiento del hormignproyectado, por ejemplo resistencia mecnica a compresin,resistencia a una edad particular, resistencia a flexin,densidad, tenacidad, etc., sin prescribir la forma en questa debe alcanzarse.

Especificacin prescriptiva (prescriptive specification) especificacin tcnica en la cual se explicita la cantidadde alguno o todos los ingredientes del hormign proyectadoy tambin el proceso por el cual se produce y se aplica(por ejemplo: contenido de cemento por metro cbico).

Exudacin (bleeding)- movimiento del agua desde elinterior de la masa de hormign hacia la superficie comoresultado de la separacin de la fase lquida de los ingredientesslidos en la mezcla.

Escurrimiento/desprendimiento (sagging / sloughing)- movimiento descendente del hormign proyectadodesde su punto de aplicacin inicial.

Fibras (fibers) elementos cortos y de forma alargaday de alta capacidad a la traccin utilizados como refuerzo.Las fibras comercialmente disponibles son las de acero,polmeros de diversa composicin y de vidrio resistentea los lcalis. Las fibras son normalmente incorporadas en elhormign proyectado para aumentar la tenacidad.

FRS Shotcrete Reforzado con Fibra (por sus siglas en ingls)

Gunita (gunite) nombre original perteneciente a lacompaa Cement Gun Company usado en 1907 enEE.UU. para referirse al primer mortero que se proyectneumticamente. Este mortero contena agregado fino yun alto porcentaje de cemento. El trmino Gunita no seutiliza generalmente en Chile.

Hormign proyectado por va seca (dry-mix shotcrete)- hormign proyectado en que los componentes setransportan en estado seco mediante aire comprimido ydonde el agua de hidratacin es introducida en la boquillajunto con el acelerante. El material se mezcla al interior

de sta y durante su proyeccin sobre el sustrato. Laproyeccin se realiza mediante aire comprimido a altavelocidad.

Hormign proyectado por va hmeda (wet-mixshotcrete)- hormign proyectado en que los componentesse transportan en un estado hmedo por la lnea dehormign hasta la boquilla, en la cual se introduce elaire comprimido junto al acelerante, material que se

mezcla al interior de sta y durante su proyeccin sobreel sustrato. La proyeccin se realiza mediante aire comprimidoa alta velocidad.

Hidratacin (hydration) - reaccin qumica entre elcemento y el agua en el hormign.

Hidrolavado (hydro-scaling) - lavado con agua aalta presin que ayuda a mejorar la adherencia del hormignproyectado con el sustrato. Se recomienda que estaactividad sea realizada por el operador del equipo deproyeccin.

Mortero (mortar) mezcla cementicia cuyo tamaonominal del rido es de 5 mm o inferior.

Macro fibras (macro-fibers)- fibras de gran longitudy dimetro relativo (usualmente largo superior a 25mm, dimetro superior a 0.5 mm) utilizadas normalmentepara desarrollar resistencia estructural luego del agrietamientode la matriz de hormign.

Micro fibras (micro-fibers)- f i b r a s d e d i m e t r orelativamente pequeo (usualmente menor a 0.30 mm)utilizadas para control de fisuracin por retraccin plstica,

disminucin de rebote y como proteccin contra eldesconchamiento del hormign a altas temperaturas.

Pitonero (nozzleman/sprayer) - persona encargadadel control de la boquilla y por tanto de la proyeccin delhormign. El trmino sprayer se utiliza frecuentementeen la literatura anglosajona asociado al operador deequipo, para diferenciarlo de nozzleman, referido a lapersona que proyecta shotcrete manualmente. En estedocumento se utiliza el trmino pitonero para referirsea la persona que proyecta manualmente y operador deequipo robotizado a aquel que proyecta mediante unequipo tele-comandado.

Pasada (pass)- rea conformada por el movimientode la boquilla durante la operacin de proyeccin dehormign. Una capa de hormign proyectado es usualmenteconstruida haciendo varias pasadas.

Pulso de bombeo / pistonada (slugging)- flujointermitente de hormign proyectado a travs de la tuberade transporte producto de una operacin de bombeoen una bomba de desplazamiento positivo.



Planchn de hormign (fallout) Parte del hormignproyectado que cae (se desprende) de la superficie de trabajotiempo despus de la proyeccin. No debe confundirsecon rebote, referente a las partculas que saltan desdeel sustrato o del hormign ya proyectado durante el procesode proyeccin.

Capa rpida (flash coat) capa fina de hormignproyectado aplicada como sello o unin.

Rebote (rebound)- parte del hormign proyectado quees rechazada del elemento proyectado y cae lejos de stasuperficie durante el proceso de proyeccin, depositndoseen el suelo o en superficies cercanas.

Razn a/c razn entre la cantidad de agua libre en lamezcla y la cantidad de cemento (en peso).

Sobre proyeccin (overspray) exceso de shotcretecolocado no intencionalmente en zonas que rodean elsustrato a proyectar.

Sobre espesor (over-thickness)- exceso de hormignproyectado depositado sobre el sustrato o superficie detrabajo.

Shotcrete24(sprayed concrete)- hormign colocadopor proyeccin neumtica de alta velocidad desde unaboquilla. Hormign proyectado.

Saturado superficialmente seco (SSD) condicindel agregado en que tiene sus poros saturados internamentey secos externamente.

Sustrato (substrate) - superficie sobre la que se colocaelhormign proyectado, por ejemplo suelo o roca. Incluyeestructuras como marcos o armaduras cuando existen.

Tenacidad (toughness) comportamiento postagrietamiento del hormign. Se mide a travs de la energaacumulada bajo la curva carga deflexin, resistenciaresidual u otro parmetro derivado a partir la curva carga- deflexin, en una muestra sometida a ensayo de flexino traccin.

1.3 Tipos de hormign proyectado

Usualmente se clasifica en dos tipos segn el proceso deproyeccin:

1.3.1 Shotcrete por va hmeda

Tcnica en que el cemento, ridos, agua y otros componentesse procesan por lotes y se mezclan juntos en una planta oequipo mvil de mezclado, para luego transportarlos ydescargarlos a una bomba, dnde la mezcla se transporta atravs de un sistema de tuberas y mangueras a una boquilladesde la cual se proyecta neumticamente sobre el sustrato.El aire comprimido se introduce en el flujo en la boquilla conel fin de proyectar el material hacia el sustrato. En este hormignproyectado se incorpora el aditivo acelerante antes de ingresara la boquilla. Ver Figura 1.1

1.3.2 Shotcrete por va seca

Tcnica en la que el cemento y agregados se procesan por lotesy se mezclan mecnicamente sin hidratar el cemento. El materiales transportado neumticamente a travs de mangueras o tuberasa la boquilla, donde se introduce el agua de hidratacin antesde proyectar. Este hormign proyectado tambin puede incluiraditivos o fibras o combinacin de ambos. Ver Figura 1.2


Figura 1.1 Shotcrete por va hmeda

Figura 1.2 Shotcrete por va seca


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1.4 Usos del hormign proyectado

1.4.1 Generalidades

El hormign proyectado juega hoy en da un papel esencialen la industria de la construccin civil y minera. Es un material

Tras la aplicacin y despus de un perodo inicial de fraguadoy de rigidizacin, el hormign proyectado proporciona unsoporte pasivo temprano al terreno. A medida que el shotcreteendurece y gana resistencia, deformaciones subsecuentesgeneran una significativa mayor resistencia ya que el hormignproyectado se vuelve tambin ms rgido.

El hormign proyectado, correctamente diseado y aplicado,permanece en su lugar sin hundimiento inclusive en paredesverticales o aplicaciones sobre cabeza. Es muy adecuado enreas de acceso limitado, usando equipos pequeos, mvilesy portables. El hormign proyectado puede ser aplicado atravs de equipos operados remotamente o por pitoneros.

Los equipos remotos (telecomandados) son usados generalmenteen aplicaciones subterrneas, lo que permite una operacinsegura manteniendo alejado al operador del sector sinfortificar. Estas ventajas han dado lugar a que el hormignproyectado sea usado en un sin nmero de aplicaciones, algunasde las cuales se describen a continuacin, agrupadas enreas generales de aplicacin.

En Chile, la mayor parte del hormign proyectado se aplicapor el mtodo de mezcla hmeda con equipo robotizado(se estima sobre el 70% del volumen total de shotcrete). Auncuando en ciertas aplicaciones especficas se recomiendautilizar el proceso de mezclado en seco.

Figura 1.3 Shotcrete sobre roca.

Tabla1.1 Comparacin de procesos de hormign proyectado por va hmeda y va seca.

La colocacin y compactacin se efectan en una solaetapa.

Los moldajes generalmente no son necesarios.

Permite un rpido proceso de colocacin y puesta en servicio.

En obras de sostenimiento o tunelera permite acortarlos ciclos de trabajo.

extremadamente verstil, que puede ser fcil y rpidamenteaplicado transformndose en un medio rentable para laconstruccin.

El hormign proyectado es una forma eficiente de colocacinde hormign y posee excelente adherencia a mltiples sustratos,incluyendo roca, hormign, albailera y acero. Se adapta auna amplia gama de aplicaciones en soporte de suelo,revestimientos y edificacin (Figura 1.3).

Las principales ventajas del hormign proyectado sobre elhormign moldeado son:



1.4.2 Tunelera

En tunelera, el hormign proyectado puede ser usadocomo revestimiento final o como soporte temporal. Enrevestimientos finales el hormign proyectado puede encontrarseen muchos proyectos usado en combinacin con pernosde anclaje, cables, hormign con fibras y marcos de acero(donde se requiera un soporte adicional). Los espesores delhormign proyectado varan desde 50 mm hasta 500 mm,pudiendo ser aplicados en mltiples capas.

El hormign proyectado aplicado como soporte temporales diseado para proporcionar un soporte estructural temprano.A continuacin puede ir seguido de una segunda capa queentrega el soporte permanente. El revestimiento permanentepuede ser: hormign proyectado, dovelas prefabricadas dehormign u hormign moldeado in situ.

La tecnologa del hormign proyectado ha desarrollado ymejorado los sistemas de impermeabilizacin y se ha convertidoen un importante mtodo de soporte para la construccinsubterrnea. Se puede aplicar tambin delgados revestimientosde hormign proyectado sin refuerzo para alisar la superficiede la roca y, por lo tanto, reducir la resistencia al flujo de aire.

Figura 1.4 Shotcrete en Tnel.

1.4.3 Cavernas

En algunos pases se ha hecho comn la construccin decavernas subterrneas para almacenar productos a granel(productos o materias primas) y materiales como petrleo,

gas, aguas residuales y desechos nucleares, las que han sidoconstruidas usando un revestimiento permanente dehormign proyectado (Figura 1.5a y 1.5b).

Figura 1.5a y 1.5b Cavernas revestidas con hormign proyectado.

Figura 1.5a

1.4.4 Soporte de suelo en minera

Las primeras aplicaciones mecanizadas de hormign proyectadoen minera fueron efectuadas sobre mallas y pernos instalados enreas de suelos de mala calidad, donde la malla era inadecuada yrequera la colaboracin de pernos. Sin embargo, desde la dcadade los noventa, el hormign proyectado reforzado con fibra (FRS)est reemplazando progresivamente a la malla de acero como

principal mtodo de soporte de suelo en la minera subterrneadebido a las siguientes razones:

El nivel del soporte de suelo logrado con FRS y el postapernado excede en muchos casos significativamenteel nivel de soporte logrado con pernos y mallas.

Se produce un incremento en la seguridad al no tenerla exposicin de personas en zonas no fortificadas.

Aumenta la velocidad en el desarrollo de la mina alusar hormign proyectado.

Se reduce significativamente la necesidad de rehabilitacindel sistema de soporte del suelo.

Ha aumentado la disponibilidad de equipos mecanizadospara la proyeccin de hormign.

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Uno de los principales desarrollos que mejor la eficienciaen el uso de hormign proyectado como soporte de suelofue el paso a la proyeccin en ciclos. Esto significa que elhormign proyectado es aplicado durante el ciclo de desarrollo,despus de la tronadura y antes de la instalacin de lospernos de anclaje. De esta manera, el uso de malla no serequiere y los pernos son instalados a travs de las capas

del hormign proyectado. Este mtodo result en que lasplanchuelas fueran instaladas en los pernos sobre las capasde hormign proyectado, proporcionando una ptima conexinentre el hormign proyectado y el sustrato.

La instalacin del hormign proyectado durante el desarrollodel ciclo de fortificacin exige que el hormign proyectadologre resistencias a edades tempranas, lo antes posible despusde su aplicacin, para dar seguridad al personal que est re-ingresando para continuar el desarrollo. La resistencia inicialnecesaria tiene que ser establecida por un ingeniero espe-cialista en cada sitio, pero generalmente se encuentra cerca


Figura 1.5b


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1.4.5 Edificacin

El hormign proyectado tiene una larga historia de aplicacinen la construccin de edificios fuera de Chile. Ejemplo son losmuros estructurales en subterrneos. El hormign proyectadotambin ha sido usado como una alternativa para construiry moldear paneles tilt-up y en silos, existiendo vasta experienciade estas aplicaciones en USA y Australia.

1.4.6 Excavaciones para subterrneos yestacionamientos

El hormign proyectado juega un papel muy importanteen el soporte de excavaciones o cuando se requieren cortesverticales. Junto con los pernos de anclaje y/o pilotes excavadosse logra avanzar con los muros a medida que avanza el procesode excavacin, dejando un muro permanente que puedeser usado estructuralmente

1.4.7 Relleno de hundimientos o superficiessobre-excavadas

El hormign proyectado puede ser usado eficientementepara el relleno de reas sobre-excavadas o hundimientos. Adiferencia de los mtodos tradicionales con un moldajelateral, usando hormign proyectado no se expone al personala condiciones peligrosas y adems presenta ventajas logsticasde acceso y construccin.

1.4.8 Estructuras civiles complejas

El hormign proyectado es muy eficiente en estructurasque poseen geometras complejas, incluyendo reduccinde seccin o secciones curvas.

de 1.0 MPa. En la seccin 11.4 se describe los mtodos deensayo, los que requieren un profesional tcnicamentecalificado y certificado para realizar las mediciones einterpretacin correcta de los resultados de los ensayos.

Otro desarrollo que ha mejorado el desempeo del hormignproyectado en el soporte al suelo y roca es el hydro-scaling.El hydro-scaling es un lavado con agua a alta presin (entre3000 a 6000 psi) que ha permitido una mejora en la adherencia

del hormign proyectado con el sustrato de hasta un 300%en algunas aplicaciones. En la mayora de los casos no existenecesidad del jumbo de perforacin para realizar la limpiezade los sectores con mala calidad de suelo. Ms detalles sobreel hydro-scaling se encuentran en la seccin 9 de esta gua.

Se puede mejorar el desempeo de las capas de hormignproyectado con un aumento de los espesores de las capasaplicadas y/o con un incremento de la dosis de fibra. Por lotanto, un mismo sistema de aplicacin puede hacer frente auna serie de diferentes requisitos de diseo.

En zonas ssmicamente activas en algunas minas se estinstalando malla sobre la capa final de hormign proyectadopara proporcionar un soporte adicional ya que la malla sinrevestir tiene una elevada ductilidad respecto al revestimiento.Hoy en da, en las faenas subterrneas de la gran minera yobras civiles en Chile, se utiliza una combinacin de hormignproyectado, fibras, mallas y pernos de anclaje. (Figuras 1.6 y 1.7)

Figura 1.6 Shotcrete sobre perno y malla.

Figura 1.7 Shotcrete sobre marco y malla.

Figura 1.8 Secciones complejas en Obra Civil.



Figura 1.10 Estabilizacin de talud.

Figura 1.9 Hormign proyectado en un canal hidrulico.

Figura 1.11 Skateparks con hormign proyectado.

1.4.9 Canales, embalses y aliviaderos

Los embalses y canales pueden ser construidos excavandohasta la forma requerida y luego proyectando hormigndirectamente sobre el suelo o roca expuesta. El hormignproyectado tiene la capacidad de ser colocado, compactadoy afinado en un solo paso, si es necesario en casos que se requieraun acceso rpido, variedad de formas o revestimientos muygruesos, ver Figura 1.9

1.4.11 Piscinas y skatepark

Estas estructuras recreacionales son buenos ejemplos de ladiversidad de formas que pueden construirse con hormignproyectado. Estas estructuras son construidas excavandoacorde a la forma requerida y reforzando segn sea necesariocon proyeccin de hormign (Figura 1.11). Las construccionescon este mtodo son econmicas, durables y resistentes.

1.4.12 Refractarios

Se pueden revestir o reparar hornos de todo tipo con mezclasespeciales de hormign proyectado que contiene materialescomo cementos con alto contenido de aluminato y ladrillosrefractarios triturados, los que poseen excelentes propiedadesrefractarias. Una de las principales ventajas del hormign

proyectado refractario es que puede ser colocado rpidamenteen altos volmenes en reas poco accesibles, por ejemplouna chimenea elevada o zonas remotas de un horno.

1.4.13 Reparacin, restauracin y reforzamiento

El hormign proyectado es usado ampliamente en larehabilitacin de estructuras daadas. Tpicas aplicacionesson la reparacin de hormign deteriorado por la corrosino el fuego. Reparacin y restauracin tienen lugar despusque las zonas afectadas han sido debidamente identificadasy preparadas. Estructuras tpicas que se reparan usando hormignproyectado son puentes, represas, torres, puertos, edificios

y estructuras de acero. Las estructuras de hormign puedenser reforzadas con hormign proyectado, por ejemplo, dondela construccin original haya dejado nidos. El hormign proyectadopuede ser tambin usado cuando un elemento estructuralnecesita aumentar su tamao con el propsito de incrementarla capacidad de carga. Dentro de los elementos estructuralesque pueden ser reforzados por este medio estn vigas, columnas,losas, muros de albailera, tanques y tuberas.

1.4.14 Proteccin contra el fuego

El uso del hormign proyectado como material para la proteccincontra el fuego es comn, y puede ser una excelente solucinespecialmente en plantas qumicas y refineras. Este procesopuede incluir el revestimiento de estructuras de acero o unincremento en los espesores del hormign de recubrimiento.Por otra parte, el hormign proyectado puede ser diseadoincorporando micro-fibras sintticas para minimizar eldesconchamiento bajo condiciones de calor extremo(spalling). Las altas temperaturas derriten estas microfibraspermitiendo que el vapor de agua viaje a travs de los vacosque quedan y se disipe en la superficie, por ende, reduciendola presin interna y el desconchamiento posterior.

1.4.10 Estabilizacin de taludes

El hormign proyectado es ampliamente usado para laestabilizacin y proteccin en suelos y roca. Debido asu alta resistencia al corte y buena adherencia a la roca,el hormign proyectado fortalece el sustrato, llenandovacos y grietas y por lo tanto, evitando que la rocasuelta se desprenda (Figura 1.10).



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1.4.16 Estructuras contra explosiones

El hormign proyectado ha sido usado por la industria militarpara construir hangares e instalaciones a prueba de bombas.Otras organizaciones han usado materiales especiales en elhormign proyectado para construir estructuras resistentesa explosiones, particularmente en zonas crticas de seguridadde edificios en reas peligrosas como refineras de petrleo y gas.

1.4.15 Acabados decorativos

El hormign proyectado es muy adecuado para generar formaslibres con un acabado que puede ser realizado en el mismositio. Se pueden construir superficies suaves, cantos afiladosy otros detalles pero en general requieren de un trabajomanual delicado (Figura 1.12). Un ejemplo de esto son lasterminaciones con una apariencia natural, especialmenteimitando roca.

Figura 1.12 Acabados decorativos con shotcrete.

El primer hito en la historia del hormign proyectado ocurrien 1907 con la mquina inventada por Carl Ethan Akeley enEstados Unidos. Esta mquina permita que materiales secosfueran aplicados neumticamente agregando agua en la salida.

La Unin Europea us para el mismo material la terminologade Sprayed Concrete (Hormign Proyectado). En los aoscuarenta se introdujo el uso de agregado grueso de 10mmdentro de las mezclas de hormign proyectado. El hormignproyectado va hmeda comenz a usarse desde 1955. Afinales de los aos sesenta se introdujeron los equipos operadosen forma remota. Las primeras fibras metlicas fueron usadasen el ao 1971 en Norte Amrica y en 1977 los Noruegoscomenzaron a utilizar la fibra metlica y los equipos remotosen gran escala.

Figura 1.13 Carl Ethan Akeley inventor de la mquina para shotcrete.

Figura 1.15b Equipo de shotcrete de 1920.

Figura 1.14a Equipo de shotcrete de 1907 utilizada para aplicar revestimientos en elmuseo de Chicago, USA.

1.5 Historia

En 1910, se desarroll y comenz a utilizar una pistola decemento con doble cmara, basada en el diseo de Akeley. Elconcepto de Gunita consista esencialmente en un morterousado en Estados Unidos en los aos veinte como proteccincontra el fuego en piques mineros. A comienzo de los aostreinta, naci el trmino general de Shotcrete (HormignProyectado), difundido por el American Railway EngineeringAssociation (Asociacin Americana de Ingenieros de Ferrocarriles),para describir el proceso de gunitado. En 1966, el ACI (Instituto

Americano del Hormign) adopt el trmino Shotcretepara todas las aplicaciones neumticas de mortero y hormignincluyendo la va hmeda y seca1.



El primer equipo de hormign proyectado que se tenganocin de arribo a Chile fue en la Divisin El Teniente deCODELCO, cercano a la localidad de Rancagua, VI Regin. Elprimer equipo introducido fue de proyeccin para va secaa mediados de los aos 70, posteriormente esta tcnica deproyeccin fue llevada en los 80 a la Divisin El Salvador.(ver Figura 1.17)

Figura 1.16 Faena de proyeccin de Shotcrete cercano a 1930

Figura 1.17 Antiguo equipo de shotcrete, antiguas instalaciones de la Divisin El Tenientede CODELCO en Coya.

En la actualidad el desarrollo de esta tecnologa ha permitidola introduccin en las obras civiles de nuevos equipos, procesosy materiales, siendo el desarrollo de las lneas del Metro deSantiago las que han permitido este cambio tecnolgico enChile a gran escala.

Como resumen se puede sealar el avance de la construccindel Metro de Santiago y el desarrollo del hormign proyectado:

Lnea 1 (1970 - 80) y lnea 2 (1980 - 90): excavaciones acielo abierto (talud y entibacin). Ocupacin de grandesterrenos en vas principales.

Extensiones lnea 2 y lnea 5 (1990 -2005): construccinde tnel con Mtodo Austriaco (NATM) principalmenteshotcrete va seca y manual.

Extensiones Lnea 4 y futuras lnea 3 y lnea 6: shotcreteva hmeda con la introduccin de equipos robotizadosde alto rendimiento.

Las siguientes imgenes reflejan el avance tecnolgico enla construccin del Metro de Santiago, debido a las nuevastcnicas de construccin de tneles y el uso del shotcretecomo principal material constructivo estructural y de revestimiento.

Figura 1.18 Tramo lnea 1 Metro de Santiago, cubierta sector Holanda, Providencia (1970-80).

Figura 1.19 Tramo Lnea 1 Metro de Santiago, seccin Evaristo Lillo, Metro EstacinEscuela Militar, Las Condes, (1970-80).

Figura 1.20 Tramo Lnea 2 Metro de Santiago, estacin Cerro Blanco, Recoleta, 2003.

Figura 1.21 Pique de acceso a construccin de tneles y galeras Metro de Santiago, 2003.



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El enfoque general para el diseo de estructuras de hormignproyectado se asemeja al utilizado para estructuras de hormignconvencional y toma en consideracin aspectos de estabilidad,resistencia, desempeo en condiciones de servicio, durabilidad,resistencia al fuego, impermeabilidad y otros requisitos dediseo.

2.1 Consideraciones de diseo para estructurasde hormign proyectado

2.1.1 Diseo por condiciones de estabilidad

El diseo de estructuras de hormign proyectado porcondiciones de estabilidad debe considerar todos losposibles movimientos de la estructura como un cuerporgido, incluyendo volcamiento, levantamiento, pandeoy desl izamiento. El volcamiento es relevante paraestructuras de hormign proyectado auto soportantes(por ej. silos en altura). El levantamiento o flotacin esrelevante para estructuras enterradas que estn sujetasa una presin hidrosttica por el exterior (por ej. piscinas

vacas). El deslizamiento es importante principalmentepara estructuras de hormign proyectado sometidasa una componente de carga horizontal. Algunas estructuraspueden estar sometidas a una combinacin de las situacionesanteriores como es el caso de los muros de contencinque estn expuestos a volcamiento y deslizamiento.

2.1.2 Diseo por condiciones de resistencia

El uso previsto del hormign proyectado determinar losrequisitos de desempeo que este material debe alcanzar.Este puede variar desde un rol netamente estructural hastaaplicaciones no resistentes como sera el caso de una capa

de sellado superficial o un acabado arquitectnico (esttico).Esta clusula cubre el diseo por condiciones de resistenciade hormign proyectado con responsabilidad estructural.

Debemos estar conscientes que las interacciones del hormignproyectado con las cargas y los materiales que soporta puedenser muy complejas y en muchos casos no es posible en laprctica modelarlas o analizarlas en forma satisfactoria. Poresta razn, se han desarrollado diversos mtodos analticossimplificados o enfoques empricos para disear el hormignproyectado bajo consideraciones de resistencia. Sin embargo,el objetivo comn del diseo es lograr una adecuada resistencia

(a)

Evitar rotacin debloques.

(d)

Confinamiento ensituaciones de alto

esfuerzo.

CORONA

PISO

(b)

Resistencia de corteen el contacto con

la roca.

(e)

Control de desplaza-miento de bloques

por corte.

(c)

Cementacin defisuras y fallas (porla penetracin del

shotcrete).

(f)

Control de desplaza-miento de bloques porresistencia a la traccin

(efecto puente).

Figura 2.1Presentacin mecanismos de soporte del macizo. Stacey (2001), AlexandreGomes 2013.

CAPTULO

2Consideraciones de Diseo

Captulo 2: Consideraciones de Diseo

frente a las cargas que supere las solicitaciones impuestascon un margen de seguridad establecida.

Los dos enfoques para el diseo por condiciones de resistenciason: el analtico y el emprico. El enfoque analtico incluyeuna racionalizacin de las acciones que potencialmenteactuarn sobre el hormign y de la resistencia del sistemaestructural a dichas cargas. Es posible usar tanto un enfoquedeterminista como uno probabilstico para la estimacin de

las solicitaciones y de la resistencia. El enfoque empricoimplica el uso de un cuerpo documentado de experienciasanteriores que sea relevante para la aplicacin especfica ylas condiciones imperantes del proyecto y derivar a partir deeste conocimiento un sistema estructural satisfactorio.


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En aplicaciones donde existe una fuerte interaccin entre elhormign proyectado y el terreno, debido al complejocomportamiento estructural y la potencialmente elevadavariabilidad de los parmetros de diseo, es una buenaprctica monitorear el desempeo de un sistema estructuralde hormign proyectado hasta confirmar que se ha obtenidoun comportamiento satisfactorio.

Cuando se requiere adherencia al sustrato como parte de un sistema

estructural, la prdida potencial de adherencia se puede reducircon una adecuada preparacin del sustrato y mediante la limitacinde la retraccin y de la fluencia lenta propia del hormign. En generalno se recomienda depender de la adherencia entre el hormign yel sustrato para asegurar la capacidad estructural a largo plazo. Sepuede generar una conexin a largo plazo entre el revestimientode hormign y el sustrato en forma independiente a travs del usode sistemas de anclaje.

No podemos dejar de enfatizar que cuando el hormign proyectadotenga un rol estructural es esencial la participacin de un ingenierocompetente y calificado, con experiencia en este tipo de proyectos,para desarrollar el diseo estructural.

Para el diseo estructural en aplicaciones de obras civiles, se puedeutilizar en los clculos los principios generales de diseo porresistencia o estado lmite ltimo, por ejemplo de ACI 318, en eldiseo de estructuras compuestas principalmente de hormignproyectado simple u hormign proyectado reforzado con barraso mallas convencionales. Cuando se utilizan las fibras comorefuerzo, se recomienda un anlisis que incorpore las resistenciasresiduales post agrietamiento para los niveles esperados dedeflexin.

Si se deben considerar deformaciones importantes en el

diseo para tomar en cuenta eventos extremos, se recomiendaque la tenacidad del FRS se considere para anchos de fisuragrandes (mayores a 2 mm). Los datos de comportamientopara el FRS se obtienen a partir de ensayos como las que sedescriben en el captulo 11, correspondiente a los ensayosen paneles y vigas para la estimacin de la absorcin deenerga y la resistencia residual.

2.1.3 Diseo por condiciones de servicio

El funcionamiento en condiciones de servicio describe lacapacidad de una estructura para seguir siendo adecuada

para una finalidad prevista durante toda su vida de diseo.En conjunto con las consideraciones de resistencia a lascargas, el diseo de estructuras de hormign proyectadopuede requerir satisfacer ciertas condiciones de servicio,tales como lmites en las deflexiones y en el ancho degrietas. Otros criterios de servicio comnmente aplicadosa estructuras de hormign proyectado incluyen:estanqueidad, deformacin por fluencia, apariencia,acabado superficial y resistencia a la abrasin.

Los lmites para las deflexiones y los anchos de grieta en eldiseo por condiciones de servicio (diseo por tensiones

admisibles) son generalmente mucho ms pequeosque los considerados para los mtodos de diseopor resistencia. Los anchos de fisura aceptables, porejemplo, se toman generalmente por debajo de 0.3mm en ambientes no agresivos.

2.1.4 Diseo por resistencia al fuego

Algunas aplicaciones de hormign proyectado pueden incluir

requisitos establecidos en el Cdigo de Construccin decada pas, o por el mandante, para lograr una determinadaresistencia al fuego durante un perodo mnimo de tiempo.Este requisito generalmente toma la forma de una limitacina la prdida de resistencia, a la prdida de capacidad defuncionamiento u operacin o a la transmisin de calor y/o humo.

2.1.5 Diseo por condiciones de durabilidad

La durabilidad describe la capacidad de una estructura pararesistir a las condiciones de exposicin medioambientalesque puedan ocurrir durante su vida proyectada sin la necesidad

de un mantenimiento excesivo. Estas condiciones de exposicinmedioambientales pueden incluir: ataque qumico a la matrizde hormign y la corrosin de la armadura.

Los requisitos de durabilidad para la matriz de hormign sesatisfacen mediante el control del diseo de la mezcla atravs de medidas tales como limitar la mxima relacin a/c,la mnima cantidad de cemento o la mxima permeabilidadaceptable. Los requisitos de durabilidad para el acero de refuerzoson normalmente satisfechos mediante la limitacin delancho de las fisuras en servicio a 0.3 mm y la garanta deque la matriz de hormign cumpla con los requisitos y lascaractersticas especificadas para la categora de exposicin

adecuada. Los anchos mximos aceptables de fisura para elhormign proyectado reforzado con fibra sinttica puedenser mucho ms grandes que el usado para el refuerzo de acero.

2.1.6 Diseo por otros requerimientos

Algunas aplicaciones pueden requerir la consideracin deotros criterios no incluidos en las categoras anteriores, talescomo requisitos operacionales y medioambientales. Ejemplosde esto son la construccin en lugares remotos, restriccionesen el horario de trabajo o condiciones climticas extremas.

2.1.7 Consideraciones adicionales para la matrizde hormign proyectado

Otros criterios de diseo menos usados pueden ser importantesen una aplicacin determinada, entre ellos: densidad, mdulode elasticidad, resistencia a la abrasin y al fuego.

Se debe prestar atencin al hecho de que todas las propiedadesde la matriz del hormign proyectado son interdependientesy ciertos requisitos de desempeo pueden ser incompatibles.Por ejemplo, una baja densidad con alta resistencia, o unalto contenido de cemento con una baja retraccin.



2.2 Consideraciones de diseo para el refuerzo

2.2.1 Generalidades

Hay tres enfoques para considerar el refuerzo usado enel hormign proyectado estructural:

2.2.2 Hormign proyectado sin refuerzo

En aplicaciones que implican solicitaciones exclusivamentede compresin, o sin cargas solicitantes significativas, puedeser apropiado evitar el uso de refuerzo. Tales sistemasestructurales exhibirn muy baja resistencia a la traccin ymuy baja ductilidad, por lo tanto, se debe evitar el desarrollode solicitaciones por traccin en la estructura.

2.2.3 Refuerzo convencional

El refuerzo convencional comprende elementos continuos talescomo barras de acero, mallas de barras, mallas de alambreelectrosoldado, cables de postensado y otros materiales talescomo barras o mallas de compuestos plsticos reforzados confibra. Si se logra un efectivo encapsulamiento de las barras, mallasu otros elementos, logrando que el hormign proyectado embebaa la armadura con un hormign de calidad adecuada, los elementosde hormign proyectado convencionalmente reforzados puedenser diseados de acuerdo con las normas de diseo en hormignarmado conocidas, como ACI 318 o NCh 430.

Para garantizar y lograr el efectivo encapsulado, se requierede un detallamiento y una fijacin del refuerzo, marcos reticulados,

mallas, etc, que sea apropiado considerando las condicionesde aplicacin del hormign (hormign aplicado con presiny a alta velocidad contra el refuerzo) y adems una correctatcnica de aplicacin del hormign. Se recomienda disponersiempre en el proyecto de operadores y/o pitoneros certificadosbajo los estndares recomendados por ACI 506 para shotcretemanual y EFNARC para operadores con equipos robotizados.

Se recomienda que la separacin mnima de las barras seade 100 mm y que los empalmes estn escalonados para quela armadura pueda ser envuelta y encapsulada de formaefectiva durante la proyeccin.

El ACI 506R recomienda que las barras traslapadas estn separadaspor una distancia de al menos tres dimetros de la barra demayor dimetro. En Australia la convencin es que la distanciamnima entre los pares de barras traslapadas es tres veces eltamao mximo del rido. La incorporacin de ms de unacapa de refuerzo por aplicacin de hormign proyectadofresco puede hacer que sea difcil de lograr el encapsulamientoefectivo sin una debida preparacin, aplicacin y diseo delhormign proyectado, Figura 2.2., Figura 2.3 y Figura 2.4.

Sin refuerzo.Refuerzo convencional con malla, barras o marcos.Refuerzo con fibra.

Figura 2.2 Shotcrete a travs de varias secciones de armaduras en muro.

Figura 2.3 Shotcrete a travs de secciones de marcos reticulados estructurales.

Figura 2.4 Testigos que demuestran el mal encapsulado de las barras, parte del procesode examinacin del ACI506.

Los pernos de anclaje a menudo introducen una carga puntualelevada sobre un revestimiento de hormign proyectado, la quenecesita ser anclada al revestimiento utilizando el refuerzo comoparte del conjunto. Estas fuerzas pueden ser distribuidas en elrevestimiento ms eficazmente si se coloca una placa de dimensionesadecuadas al perno de anclaje o se usa una serie de barras de refuerzoinclinadas (a veces llamadas spider en el extranjero) en el extremodel perno. Este spider siempre debe quedar encapsulada dentrodel revestimiento de hormign proyectado reforzado con fibras.



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Figura 2.5 Modelo bsico de soporte con pernos.

Las vigas o marcos utilizados en la construccin subterrneaa menudo incluyen barras de refuerzo de dimetro superiora 16 mm. Sin embargo, estas vigas estn especialmente diseadaspara permitir un completo encapsulado con el hormignproyectado, por lo que solo depender del operador completaren forma efectiva esta operacin.

2.2.4 Fibra de refuerzo

La fibra de refuerzo comprende elementos discretos cortos,distribuidos uniformemente a travs de la masa del hormignproyectado (Figura 2.6). Las fibras individuales se fabricantpicamente de acero o de polmeros, aunque en aplicacionesespecializadas se han utilizado fibras de vidrio resistente a

los lcalis o celulosa. Las fibras pueden ser introducidas alhormign proyectado por razones distintas al refuerzoestructural, tales como el control del rebote y de la fisuracinpor retraccin plstica y para mejorar la resistencia al fuego.

Cabe mencionar que uno de los argumentos de los diseadoresque se han resistido al uso de la fibra pasa por la dispersinuniforme de las fibras en la masa de hormign. Sin embargo,estudios recientes han mostrado que un buen diseo demezcla y un adecuado carguo de este producto permiteuna homognea dispersin en la masa.

Figura 2.6 Distribucin de la fibra en la matriz de hormign (imagen gentileza GRACE,B. Vicencio)

Figura 2.7 Esquema de ventajas en espesor y volumen de una aplicacin de shotcrete confibra v/s shotcrete con malla.

La placa debe ser externa a la capa estructural de hormignproyectado para que sea eficaz y puede ser cubierta posteriormentecon hormign proyectado no estructural.

El rol estructural de la fibra de refuerzo en el hormign proyectadoes proporcionar tenacidad (capacidad de carga despus delagrietamiento) y no una mayor resistencia a la traccin o a laflexin del hormign no fisurado. La tenacidad describe la

capacidad del hormign proyectado reforzado con fibras paramantener y potencialmente redistribuir las cargas despus dela fisuracin. En un diseo determinista, el sistema estructuralcon hormign proyectado se disea de manera idealizadapara no agrietarse. Sin embargo, debido a la complejidad yla incertidumbre inherente a algunos sistemas estructurales,especialmente cuando est implicado el soporte del suelo,sigue existiendo la posibilidad de una subestimacin de lassolicitaciones, por lo que la capacidad de carga despus de lafisuracin es crucial para mantener la seguridad y capacidadde servicio global del sistema.

La tenacidad se cuantifica en trminos de la capacidad de cargao de la absorcin de energa post agrietamiento, la que se evalaa travs de vigas o paneles. Las mediciones de la capacidad decarga posterior a la fisuracin, en una viga o panel de pruebase utiliza para cuantificar la capacidad del hormign con fibraagrietado para soportar las solicitaciones de carga.

Existen varias herramientas de diseo geotcnico que sirvencomo orientacin sobre el valor de tenacidad que se debeespecificar para aplicaciones en minera u obras civilessubterrneas, tal como se indica en las prximas secciones.

2.3 Consideraciones de diseo para

aplicaciones en obras civiles subterrneas

2.3.1 Cargas aplicadas

Un factor determinante para el diseo de hormign proyectadoes la definicin de las cargas que actuarn. Estas se determinantpicamente usando el mtodo desarrollado por Terzaghi2parael anlisis de cua o con el uso de programas computacionalesespecializados basado en un anlisis de elementos finitos. Ensuelo fracturado, la determinacin de las cargas se modela amenudo utilizando formas y masas idealizadas de suelo inestableque actan como una carga distribuida en el revestimiento.

Otro aspecto relevante en las aplicaciones en obras civiles,es la combinacin entre la dosis de fibra y el espesor delshotcrete como aplicacin para alcanzar la absorcin deenerga requerida, tema que se aborda en profundidad enel captulo de ensayos.



2.3.2 Diseo por condiciones de estabilidad

El diseo por condiciones de estabilidad estructural de tnelesciviles no suele ser un factor determinante. Sin embargo, silos elementos en un conjunto, o partes de los mismos, estnsujetos a inestabilidad debido a volcamiento, levantamientoy deslizamiento, deben ser diseados considerando estosfactores. La estabilidad de una perforacin excavada es, sinembargo, la principal preocup acin y se aborda en las

clusulas siguientes.

2.3.3 Diseo por condiciones de resistencia

La estructura y sus componentes deben ser diseados paratener una resistencia adecuada. Las solicitaciones se determinanutilizando los cdigos de diseo para hormign convencionalarmado y/u otros cdigos de prctica o guas disponiblespara el diseo de hormign no armado y reforzado con fibras,por ejemplo DBV German Concrete Society37o Barrett & McCreath3.

Existen diversos documentos que proporcionan una orientacin

sobre el diseo de revestimientos de hormign proyectadopara diferentes condiciones de terreno. Estos documentosincluyen guas de AFTES4e ICE5para revestimientos gruesosde hormign proyectado en terrenos blandos y la gua ACISP576para revestimientos refractarios. RILEM TC1627proporcionacierta ayuda respecto a las propiedades estructurales deFRS, pero los ensayos involucrados rara vez se utilizan. Msinformacin sobre el diseo de revestimiento de hormignproyectado puede encontrarse en John & Mattle8, Hoek etal9, BTS10y Windsor11.

Las mediciones de resistencia deben realizarse segn sedescribe en el captulo de ensayos, el que incluye: resistencia

a la compresin, a la flexin, absorcin de energa y resistenciaresidual.

No se debe depender de la adherencia ente el shotcrete y elsustrato para garantizar el soporte estructural a largo plazo.Se debe especificar los requisitos mnimos para la adherenciacuando el diseo a corto plazo considera el aporte de la adherencia.Para esto se deben realizar pruebas de adherencia como semenciona en el captulo de ensayos.

2.3.4 Diseo considerando parmetros geotcnicos

Un consultor geotcnico o ingeniero especializado debe evaluarla influencia que puedan tener las tensiones medidas o previstas,la estructura, discontinuidades y posibles desplazamientos odeformaciones en el tiempo. El perfil de la excavacin y su tamaopueden afectar la especificacin de hormign proyectado, ensu resistencia y espesor. Ejemplos de herramientas de diseoque utilizan datos geotcnicos son:

Sistema Q (Grimstad& Barton12).Sistema RMR (Bieniawski13).Nuevo Sistema Austraco para la Construccin deTneles (NATM).



Las estructuras subterrneas y las partes que la componendeben ser diseadas con una adecuada capacidad de serviciocontrolando o limitando las deflexiones, el agrietamiento y lasvibraciones.

El diseo por condiciones de servicio tambin debe considerarel control de los asentamientos subterrneos y de superficiedentro de los lmites aceptables segn lo especificado en losrequisitos de proyecto. Otras condiciones que tambin puedenser aplicadas al hormign proyectado son el acabado de la superficieo requisitos decorativos y de impermeabilizacin.


La estructura debe ser diseada para la durabilidad definida por

los requisitos del proyecto. La durabilidad puede comprendermuchas interacciones complejas de los elementos de laestructura y el entorno en que se encuentra, las que deben sertratadas en conjunto con un experto con experiencia en el tema.

Los problemas tpicos que influyen en el diseo por condicionesde durabilidad son la vida til especificada (por ejemplo 20,50 100 aos) y la exposicin a la atmsfera y el medioambiente (por ejemplo, la qumica de las aguas subterrneas,las condiciones de hielo/deshielo, suelo contaminado,corrientes parsitas, etc.) Se recomienda consultar textosespecializados y a consultores familiarizados con los problemasde durabilidad y corrosin del refuerzo para desarrollar diseos

apropiados cuando se espere que la estructura de hormignproyectado se encuentre en condiciones de exposicin agresivas(como en defensas costeras).

La nueva norma NCh170 incorporar disposiciones especficasrespecto a la calificacin de los ambientes agresivos y laespecificacin de las propiedades requeridas del hormign,especialmente las resistencias mnimas, mnimo contenidode cemento y la permeabilidad del hormign.

2.3.7 Diseo por resistencia al fuego

La estructura y sus componentes deben, si es necesario, estardiseados para ser resistentes al fuego. En algunos casosser necesario realizar pruebas de fuego para verificar quese alcance el nivel de resistencia al fuego esperado, las quese realizan en sitio o en instalaciones especialmente preparadascomo el tnel de pruebas de VS Hagerbach en Suiza.

Mtodo de la curva caracterstica del suelo (Brady andBrown14).Modelacin numrica.


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Sistema Q (Grimstad& Barton12).Sistema RMR (Bieniawski13).Nuevo sistema Austraco para la Construccin deTneles (NATM).Mtodo de la curva caractersticas del suelo (Bradyand Brown14).

Resistencia de la roca intacta.Propiedades de friccin de discontinuidades.Geometra de los bloques intactos de roca definidospor las discontinuidades.

Los sistemas de clasificacin RMR y Q se basan en unaclasificacin de tres propiedades principales de un macizo

rocoso:

RQD: Denominacin de calidad de la roca.Jn: ndice de diaclasado (nmero de familias de

discontinuidades).Jr: ndice de rugosidad de las discontinuidades.Ja: ndice de alteracin de las discontinuidades.Jw: Factor de reduccin por presencia de agua.SRF: Factor de reduccin por tensiones.

El sistema Q de clasificacin del macizo rocoso fue desarrolladopara el soporte de tnel en roca dura por Barton et al15y sebasa en una evaluacin numrica de la calidad del macizorocoso con seis parmetros:

La principal ventaja del sistema de clasificacin Q es que esrelativamente sensible a variaciones menores en propiedadesde las rocas. Las descripciones utilizadas para evaluar la condicinde las discontinuidades son relativamente rigurosas y dejanmenos margen para la subjetividad, en comparacin conotros sistemas de clasificacin de macizos rocosos. Una desventaja

del sistema Q es que es relativamente difcil de aplicar paralos usuarios sin experiencia (Milne et al16).

El uso del sistema Q para el diseo de soportes tambin haevolucionado con el tiempo. En particular, Grimstad&Barton12ha introducido un grfico de diseo que toma en consideracinel uso de hormign proyectado reforzado con fibras. Esto semuestra en la Figura 2.11.

El diseo del soporte con hormign proyectado en mineratiende a diferir del enfoque de diseo de tneles, debido aque la orientacin de la excavacin, las condiciones deprofundidad y tensiones pueden variar a lo largo de unamina subterrnea y durante la vida de operacin. Debido aesta variacin, se recomienda que un consultor geotcnicoo ingeniero con experiencia en el tema evale la influenciade cualquier tensin medida o estimada, de la estructura, lascaractersticas de las discontinuidades y desplazamientos odeformaciones anticipadas en el hormign proyectado. Elperfil del tnel y su tamao tambin pueden afectar la especificacindel hormign proyectado, en su resistencia o espesor. Losrequisitos para el hormign proyectado o para otros mtodosde control de superficies deben ser determinados por uningeniero geotcnico, ingeniero del rea de mecnica derocas o con una experiencia similar.

Preparacin del sustrato. El desempeo del hormignproyectado puede ser afectado significativamente por lacalidad de la preparacin del sustrato. Consideraciones generalesson la limpieza de la superficie, el flujo de agua, el materialde relleno de discontinuidades, etc. Vase el captulo 9 sobrepreparacin del sustrato.

Interaccin con otros elementos de soporte del suelo.

En el diseo del hormign proyectado se debe considerar laposible interaccin con otros elementos de apoyo tales comopernos de anclajes, malla, barras, corchetes, arcos y placas.Estos requisitos debieran ser examinados y especificadospor un consultor geotcnico o ingeniero con experiencia enesta rea.

2.3.8 Diseo por otros requerimientos

Los requisitos especiales de un proyecto pueden afectar alas caractersticas del hormign requerido, por lo que esteaspecto debe ser considerado en el diseo. Los problemastpicos que pueden surgir en un ambiente subterrneo civil,incluyen pero no se limitan a, las restricciones relativas alos horarios de construccin y disposiciones respecto alapoyo y empotramiento de fijaciones mecnicas y elctricas.

2.4 Consideraciones de diseo para laminera

2.4.1 Diseo por condiciones de resistencia yestabilidad

Parmetros geotcnicos.La industria minera ha utilizadotradicionalmente mtodos empricos apoyados por algunaforma de clasificacin del macizo rocoso para el diseo delsistema de soporte. Los sistemas de clasificacin del macizorocoso se han utilizado para agrupar reas de caractersticas

geomecnicas similares, con el fin de proporcionar unagua para abordar el comportamiento respecto a estabilidady para seleccionar el tipo de apoyo apropiado. Ejemplos desistemas comnmente usados son:



Figura 2.10 Categoras de soporte basada en el ndice Q (tomado de Grimstad Barton15).

CATEGORAS DE REFUERZO

(1) Sin sostenimiento.(2) Pernos colocados en forma espordica.(3) Pernos colocados en forma sistemtica.(4) Perno colocados en forma sistemtica + shotcrete noreforzado (40 - 100 mm).


Flujos de agua subterrnea.Los flujos de agua subterrneaexcesivos pueden afectar la unin del hormign proyectadocon el sustrato y el comportamiento ltimo debido a la presinexcesiva del agua que se acumula detrs del hormign. En elcaptulo 5 sobre diseo de mezclas, se entregan recomendacionesacerca de las tcnicas sugeridas para mitigar los riesgos asociadoscon el agua subterrnea.

Requerimientos de terminacin de las superficies.Puedeser necesario un acabado liso por razones estticas, para reducirla rugosidad de la superficie y la abrasin o para mejorar laventilacin y mejorar el flujo de algn fluido. Los acabadoslisos tambin se pueden especificar por motivos de seguridad

en talleres, estacionamientos, salas o reas donde los sereshumanos o mquinas puedan entrar en contacto con lasuperficie. Los ejemplos incluyen tneles que requierenrevestimientos a prueba de agua o que incorporan membranasen lminas.


Vida til de la excavacin. El diseo del hormign proyectadodebe tener en cuenta la longitud de la vida de serviciorequerida para el tnel, cmara, eje, pase de minerales uotra excavacin.

Abrasin. En aplicaciones en las que el hormign proyectadose somete a desgaste por flujos de roca, se puede requerir

mejorar la resistencia a la abrasin y las propiedades resistentesal impacto mediante el uso de hormign proyectado o demayor tenacidad o a travs de la adicin de materiales especialestales como el corindn (corundum).

Temperatura y humedad. Subterrneos, minas y tnelespueden tener ambientes muy secos con altos flujos de aire yelevadas temperaturas los que pueden causar agrietamientopor retraccin plstica y/o de secado. Este factor debe serevaluado en el diseo y debe prestarse especial atencin alcurado. Vase el captulo 9 sobre aplicacin.

Fragilidad.La tenacidad del FRS cambia con la edad y en

determinadas circunstancias, en particular para una matrizde cemento muy fuerte y para grandes deflexiones. Bernard26.Por ejemplo, la tenacidad obtenida a los 28 das no necesariamentepuede ser mantenida a edades posteriores. Por lo tanto, esnecesario tener en cuenta el grado de deformacin que podrasufrir un revestimiento de FRS a edades ms tardas a la horade seleccionar el tipo y la tasa de dosificacin de fibra quese usa como refuerzo. La solicitacin ms severa sobre unrevestimiento de FRS no necesariamente se encuentra aedades tempranas.


(5) Perno + shotcrete reforzado con fibra (50 - 90 mm).(6) Perno + shotcrete reforzado con fibra (90 - 120 mm).(7) Perno + shotcrete reforzado con fibra (120 - 150 mm).(8) Perno + shotcrete reforzado con fibra (> 150 mm) + marcos.(9) Revestimiento de hormign armado colado en sitio.


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2.4.4 Otros factores de diseo

Resistencia al fuego.Generalmente no se considera en lasespecificaciones del hormign proyectado para aplicacionesmineras. Es un tema pendiente a falta de una reglamentacinms acabada.

Tnel perfil y tamao. El Perfil del tnel y sus dimensionespueden afectar a los mtodos y equipos de aplicacin.

Tiempo de reingreso. Si el tiempo de reingreso es crticopara la velocidad de desarrollo el hormign proyectadopuede ser aplicado en ciclos. El ciclo del hormign proyectadose define como la aplicacin inmediata de hormign proyectadouna vez que la frente ya ha sido perforada, quemada, excavaday retirada la marina y recibe una primera capa de shotcretecomo revestimiento previo al inicio del nuevo ciclo de perforacin(se puede ampliar el ciclo si adems se incluyen pernos, mallas,etc.). En el captulo 4 y el captulo 5 se pueden encontrardetalles sobre los aditivos y el diseo de la mezcla que influyenen la resistencia temprana y por lo tanto el tiempo dereingreso. En la definicin de este tiempo, la principal prioridades la seguridad de los trabajadores.

Disponibilidad de materias primas.La escasez permanentede materias primas (ridos) es un agravante cada ao msrelevante en la produccin de shotcrete y por ende elevalos costos de un proyecto, en un futuro cercano se deberconsiderar el uso de materiales de desecho disponible, talescomo arenas de relaves o material estril, siempre que sepueda alcanzar los requisitos de diseo se cumpla con lasrestricciones de la normativa vigente aplicables. La disponibilidady variedad de cementos, materiales finos complementarios,aditivos, ridos y arenas pueden afectar al diseo de la mezcla

y su desempeo. Vase el captulo 4 sobre los componentesy en el captulo 5 sobre diseo de la mezcla. El adecuadoalmacenamiento y la disponibilidad de las materias primasdeben ser considerados, por ejemplo, disponiendo de elementospara el almacenamiento de agregados, cuidando el contenidode humedad y la proteccin contra el clima, etc.

Despacho. El plazo de despacho desde la planta de mezcladode hormign o de produccin con materiales predosifcadosy la forma de entrega, por ejemplo, vehculo con mezcladoro vehculo con agitador de hormign, pueden afectar la calidady el desempeo final del hormign proyectado. Puede serposible mitigar este problema con un diseo de mezcla y

aditivos apropiados (ver el captulo 4). La interaccin conotras actividades debe ser considerada y el uso de las plantasdosificadoras subterrneas puede proporcionar una alternativaadecuada para las plantas de superficie.

Ensayos. Al especificar cier tos ensayos en el hormignproyectado, el usuario debe tener en cuenta el tipo y lafrecuencia de las pruebas en relacin con la importancia dela faena y la disponibilidad de instalaciones de ensayo debidoa limitaciones especficas como la lejana. Esto puede llevara quien disea a adoptar un enfoque ms conservador, loque afectar a las especificaciones de ensayo (ver el captulo10). Se deben considerar sistemas de monitoreo permanentepara las aberturas o excavaciones que se mantendrn por

un plazo extendido y se espera estn sometidas a grandesdesplazamientos.



Las propiedades del hormign proyectado se pueden especificary medir utilizando los siguientes parmetros.

3.1 Docilidad

La docilidad se mide utilizando el ensayo de asentamientode cono y corresponde al descenso del hormign en estadoplstico el que se ha colocado en un cono de metal normalizado

y despus de que el cono de metal ha sido llenado, compactadoy levantado verticalmente de acuerdo a las normas correspondientesASTM C143 o NCh1019. La docilidad es una magnitud queen la prctica normal del hormign se utiliza como un indicadoraproximado de la trabajabilidad. Para hormign proyectadoeste parmetro no debe utilizarse como un indicador de lacapacidad de bombeo o la capacidad de proyeccin de unamezcla. El asentamiento de una mezcla es principalmenteun indicador de la regularidad y uniformidad en las proporcionesde la mezcla entre lotes o despachos. La magnitud absolutadel asentamiento requerido para una mezcla de hormignproyectado dado no es un indicador confiable de la calidadgeneral o la idoneidad de esa mezcla para ser proyectada

(en el captulo 11 se describe el mtodo de ensayo).

La magnitud del asentamiento requerido para una aplicacinde hormign proyectado en particular depender de lascaractersticas del proyecto. En general, las mezclas de asentamientoms bajas (60 100 mm) son ms adecuadas para aplicacionesen las que no se utilizan aditivos aceleradores de fraguadoy las mezclas con asentamientos mayores (180 - 220 mm)son ms adecuadas para aplicaciones en las que si se utilizaun acelerador de fraguado. Si se utilizan aceleradores de fraguado,el asentamiento debe ser optimizado de acuerdo a las necesidadesoperacionales. Por ejemplo, la docilidad o fluidez puede serseleccionada para minimizar la presin en la bomba y las

pulsaciones en la lnea, optimizar la dispersin del aceleranteal interior del flujo de hormign, garantizar la dispersinde las fibras o asegurar que el hormign se adhiera al sustratoy no deslice o caiga. La adicin de fibras puede reducir elasentamiento. Por lo tanto, la prdida de docilidad quenormalmente se producir como resultado de la adicin defibras no indica necesariamente una reduccin en la capacidadglobal de la mezcla en relacin con las caractersticas colocacindel hormign proyectado. El asentamiento de una mezclase ver afectada por la temperatura ambiente, el tiempotranscurrido desde el mezclado, la granulometra de los ridos(especialmente el porcentaje de finos y limo presente en los

materiales) y los aditivos incluidos en la mezcla. La docilidadse puede ajustar para adaptarse a los requisitos operacionalesmediante la adicin de reductores de agua o superplastificantessin reducir la resistencia a los 28 das del hormign proyectado.

3.2 Resistencia a la compresin

La principal propiedad especificada para el hormign proyectado

simple es la resistencia a la compresin. La resistencia a lacompresin es la resistencia de un material a una fuerza deaplastamiento aplicada axialmente. La resistencia a la compresinno confinada de hormign endurecido es uno de los muchosindicadores de la calidad del hormign.

Esta resistencia debe utilizarse como un indicador de laresistencia a la compresin de una mezcla una vez endureciday se puede utilizar como una medida indirecta de otraspropiedades mecnicas de la mezcla. La resistencia a compresinest solo indirectamente relacionada con otras propiedades,tales como el nivel de compactacin, tenacidad, permeabilidady la durabilidad, y por lo tanto no debe ser tomada como

una gua exclusiva de la calidad del hormign.

Es importante distinguir entre la resistencia a la compresindel hormign proyectado tal como se suministra antes dela colocacin en comparacin con su comportamiento unavez colocado. La resistencia de una mezcla puede verseafectada por muchas variables durante el proceso de colocacin,tales como la temperatura, la adicin de acelerante de fraguado,una proyeccin y compactacin deficiente o un curadoinadecuado. La resistencia de diseo de hormign proyectadodebe estar basada en el comportamiento en obra de lamezcla ya proyectada, y los testigos de hormign extradosin situ son la medida ms apropiada de esta propiedad. Sin

embargo, los testigos tomados desde una estructura requierenpreparacin y posterior reparacin de la misma, por lo quelos testigos perforados desde un panel de prueba de produccinson un sustituto adecuado.

La resistencia a la compresin del hormign proyectadonunca debe ser determinada por la proyeccin de hormignen moldes cilndricos, ya que causa una excesiva recoleccinde rebote dentro de los moldes. La resistencia a la compresindel hormign previo a la colocacin se mide mejor con eluso de cilindros que son llenados con hormign muestreadodirectamente desde el punto de descarga.

CAPTULO

3Propiedades del Hormign Proyectado - Shotcrete

Captulo 3: Propiedades del Hormign Proyectado - Shotcrete


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La magnitud de la diferencia de resistencia entre el hormignmoldeado y el hormign proyectado es un tema que debeser considerado en el diseo y que normalmente deberadeterminarse mediante ensayos de pre-construccin. Variacionesexcesivas en la relacin entre la resistencia a la compresindel hormign ya proyectado en comparacin con las probetasmoldeadas (una cada superior al 20 %) puede ser un indicadorde impactos adversos en la calidad, por ejemplo: por unatcnica de proyeccin deficiente o condiciones de curado

deficiente. Se tolera generalmente una variacin del 20%entre un cilindro tomado de la mezcla de hormign suministradoy un testigo tomado de un panel de ensayo de hormignproyectado usando la misma mezcla. Esto toma en cuentala diferencia entre los mtodos de ensayo de cilindros y losde testigos. Tambin permite incluir el efecto del aceleranteen la mezcla. Por ejemplo, si la especificacin requiere unaresistencia de 32MPa para la estructura in situ, entonces esrecomendable especificar una resistencia en cilndro de 40MPa para el hormign suministrado. Del mismo modo, unaresistencia especificada del hormign in situ de 40MPa requerirauna resistencia en probeta cilndrica de 48 MPa para el hormignsuministrado. La diferencia en la resistencia a la compresinentre el hormign entregado en obra y el hormign proyectadoser menor cuando no se use un acelerante. La resistencia ala compresin del hormign proyectado debe ser determinadapor extraccin de testigos a diferentes edades tomados desdeun panel sobre el cual se ha proyec tado el hormign(consulte el captulo sobre ensayos y mtodos de prueba).

No se deben hacer suposiciones acerca de la relacin entrela resistencia de los cilindros de hormign obtenidos de ladescarga y los testigos del hormign ya proyectado. Si serequiere de estas relaciones, se deberan desarrollarespecficamente para una faena determinada realizando

mediciones de ambas resistencias hasta obtener una correlacin.La resistencia de los testigos extrados in situ representan laresistencia del hormign colocado, sin aplicar ningunacorreccin, salvo por el factor de esbeltez del testigo.

La resistencia a la compresin de hormign proyectadoendurecido es altamente dependiente de la relacin agua/cemento. La relacin agua/cemento para hormign proyectadopor va hmeda normalmente oscila entre 0.4 para la aplicacincivil y subterrnea hasta un 0.65 para piscinas. Valores en elorden de 0.35 se pueden conseguir fcilmente mediante eluso de reductores de agua de alto rango. La relacin decontenido de agua/cemento est dentro del rango de 0.3 a

0.5 para hormign proyectado en seco, pero puede variarampliamente debido a la incertidumbre en el control delagua por parte del pitonero. Para hormign proyectado demezcla hmeda, la resistencia a la compresin (sin acelerador)puede oscilar entre 20 y 70 MPa a los 28 das. Los proyectosde infraestructura normalmente especifican una resistenciamnima sobre 30MPa a los 28 das (ver en la tabla siguientelas resistencias tpicas en diversas aplicaciones, recomendadaspor la American Shotcrete Association de Australia).

Tabla 3.1 Resistencias recomendadas por aplicaciones (medidas en cilindros a los 28d)

3.3 Resistencia temprana

El shotcrete para soporte de rocas o suelos especialmenteen tneles debe alcanzar una resistencia mnima a una edadtemprana, a menudo dentro de las primeras horas despusde la proyeccin. La resistencia a edad temprana es la resistenciadel hormign proyectado requerida en un momento anteriora los 28 das especificados para hormigones convencionales.Los testigos y cilindros son a menudo inadecuados parala tarea de determinar la resistencia a una edad temprana.Por esta razn existen varios mtodos indirectos que se hanideado con el fin de probar esta resistencia a edad temprana.Un ejemplo es el penetrmetro que se utiliza empujandouna sonda o aguja en una superficie de ensayo recin proyectada

que se encuentra cerca, pero no directamente en, el sectorque no cuenta con soporte. Se debe tener el cuidado decalibrar las lecturas del penetrmetro con valores reales deresistencia a la compresin (los mtodos disponibles parapruebas indirectas para la estimacin de la resistencia a lacompresin a edad temprana se describen en el captulo 11).

3.4 Resistencia a la flexin

El shotcrete est solicitado en flexin en la mayora de susaplicaciones, por ejemplo estabilizaciones de talud, recubrimientode tneles o piscinas. La resistencia a la flexin es la resistencia

de un elemento sometido a momentos flectores. Si elcomportamiento a flexin es importante es ms apropiadomedir directamente la resistencia a la flexin del hormignproyectado en lugar de estimar este valor basado en relacionesentre la resistencia a la flexin y la resistencia a la compresin.

La resistencia a la flexin de la matriz de hormign tambinse conoce como el Mdulo de Rotura y corresponde a latraccin terica mxima que se alcanza en la fibra extremaen traccin de una viga de ensayo bajo carga puntual. Estatensin se determina considerando una distribucin elsticade la tensin a travs de la seccin transversal de la viga.

La magnitud de la resistencia a la flexin del hormign proyectadoes por lo general alrededor de 7 a 15% de la resistencia a lacompresin para la mezcla tanto en hmedo como en secoy puede aumentar con la edad. La resistencia a la flexin semide tpicamente usando una viga cargada en los tercios yse basa en la carga alcanzada para la formacin de la primerafisura (vase el Captulo 11). La capacidad de carga, ms allde la primera fisura, se asocia con la contribucin el refuerzoy puede medirse utilizando ensayos de tenacidad. Si se requierede tenacidad debido a requisitos de soporte de carga postfisuracin, puede que no sea necesario pedir la resistenciaa la flexin.



3.5 Tenacidad

La tenacidad es una medida de la resistencia despus de lafisuracin del hormign proyectado reforzado con fibra. Esuna propiedad relevante cuando se espera que la estructuraest sometida a deformaciones o desplazamiento importantesdespus del agrietamiento. La tenacidad puede evaluarse entrminos de la capacidad de carga residual o capacidad deabsorcin de energa, normalmente entre el inicio de la carga y

una deflexin especificada en un ensayo de viga o panel y sedetermina como el rea bajo la curva carga/deflexin para unaprobeta. Es una propiedad que se ve afectada principalmentepor el contenido y tipo de fibra, pero tambin puede serfuertemente influenciada por la resistencia y la calidad de lamatriz de hormign proyectado. Las unidades de medida sonJoules (Nm o KNmm).

En Australia y Amrica del Norte la prueba del panel redondo,como se describe en la norma ASTM C155017, se ha convertidoen el mtodo de prueba ms comn para medir la tenacidaddel hormign proyectado reforzado con fibras. En otras partes

del mundo, especialmente en Europa occidental, se utilizanprincipalmente la Norma Europea EN 14488-318para vigas o lanorma EN 14488-5 para paneles (estos ensayos se conocan conanterioridad como los ensayos de vigas y de paneles de EFNARC).Existe evidencia de correlaciones tiles entre los valores detenacidad y absorcin de energa usando los diversos mtodosde ensayo, siempre que el espesor de las probetas sea elmismo (Bernard19).

El sistema de calidad de la roca Q de uso general para ladeterminacin emprica de soporte en roca se actualiz en2002 para incluir valores de tenacidad, segn ensayos en panelEN 14488-5 para hormign proyectado reforzado con fibras

utilizados en los revestimientos (Grimstad y Barton12

).

Los valores de tenacidad necesarios para un proyecto dependende los requisitos de la aplicacin de que se trate, y los valores ymtodo de ensayo adecuado deben ser especificados por uningeniero o experto geomecnico.

En aplicaciones de minera, donde no solo se permitendeformaciones y anchos de fisura importantes, sino que a veceses visto como un indicador de la conveniencia econmica delsistema de soporte, es una prctica comn el especificar elcomportamiento en trminos de resistencia a partir de pruebasde panel. Por el contrario, en aplicaciones de ingeniera civil,

debido a la necesidad de mantener los anchos de fisura en unmnimo para asegurar durabilidad, los valores de las tensionesde diseo se definen para los anchos de fisuracin relativamentebajos de las pruebas de absorcin en vigas. Los valores mnimostpicos especificados en aplicaciones de minera se listan en latabla 3.2 y para aplicaciones civiles de la tabla 3.3, ambas experienciasrecomendadas por la ASA (American Shotcrete Association) yla Asociacin de Shotcrete de Australia.

Tabla 3.2 Tenacidad recomendada en minera

Tabla 3.3 Tenacidad recomendada en obras civiles

3.6 Densidad (masa / unidad de volumen)

La densidad (masa / unidad de volumen) es un indicadorde la calidad del hormign proyectado, su densidad normalsuele estar entre 2.200 y 2.400 kg/m3. Sin embargo, la densidadno es un buen indicador del nivel de compactacin a menosque se disponga de datos histricos para un diseo de lamezcla especfico. Las variaciones se producen como resultadode cambios en el diseo de la mezcla, de la seleccin de losridos, su forma y su densidad y de variaciones en la compactacindel hormign proyectado.

La variacin relativa entre la densidad del hormign ya proyectadoen comparacin con la densidad de probetas moldeadas del

mismo hormign proporciona una indicacin de la calidadde la proyeccin y debiera ser mayor a 98%.

El efecto de una compactacin insuficiente del hormignproyectado puede ser una reduccin significativa en la resistenciaa la compresin y a la flexin (aproximadamente 4% porcada 1% de contenido de vacios). Una compactacin inadecuadase refleja en una baja de la densidad del hormign colocadocomparada con la densidad del hormign medida en probetamoldeada.

3.7 Mdulo de elasticidad

El mdulo de elasticidad (Ec), a menudo llamado Mdulo deYoung, es una medida de la rigidez mecnica del hormignproyectado. El mdulo de elasticidad en general se sita entre25-30 GPa a una edad de 1 ao.

El hormign proyectado con acelerante es generalmentemenos rgido que el hormign proyectado que no tieneacelerante. El mdulo de elasticidad se ve afectado por eltipo de agregado grueso utilizado