Download tecnología del shotcrete en consorcio minero horizonte

TECNOLOGÍA DEL SHOTCRETE EN CONSORCIO MINERO HORIZONTE
Luis Alberto Maldonado Zorrilla
Consorcio Minero Horizonte S.A.
lmaldonado@cmh.com.pe
RESUMEN
SUMMARY
El Shotcrete es actualmente un elemento de
sostenimiento de primer orden para la minería
subterránea, en estos últimos años se ha
demostrado que es una herramienta de fácil
aplicación, que actúa en la superficie de excavación
y remplaza a los elementos pasivos de sostenimiento
a un menor costo; el uso continuo a permitido utilizar
tecnologías más avanzadas para el transporte y
aplicación de este elemento.
The shotcrete is currently a sustaining member of the
first order for underground mining in recent years has
shown that it is a user-friendly application, which acts
on the surface of excavation and replaces the
passive elements of support at lower cost;
continuous, allowed to use more advanced
technologies for transportation and application of this
element.
El shotcrete posee ventajas enormes dependiendo
de la calidad y del proceso de aplicación para el
soporte de rocas de muy mala calidad a críticas;
ahora, sumado las investigaciones realizadas en
cuanto a los insumos, equipos y conocimientos de
aplicación, ha hecho de éste elemento una
alternativa viable y necesaria para los trabajos de
operación
minera;
el
avance
tecnológico
experimentado y realizado con en el shotcrete por
vía húmeda y vía seca, ha beneficiado el campo del
sostenimiento del laboreo subterráneo.
Actualmente el Shotcrete reforzado con fibras de
acero y aditivos adecuados se utiliza en CMH del
Perú, con excelentes resultados, y el uso es variado
principalmente como sostenimiento de excavaciones
mineras,
túneles,
hasta
rehabilitación
de
infraestructuras subterráneas temporales.
Se está investigando y desarrollando en CMH con
pruebas de campo y laboratorio sobre el
comportamiento del Shotcrete para el sostenimiento
de rocas muy complejas y extremas con resultados
positivos, que ha permitido el minado selectivo y el
incremento de producción.
The shotcrete has huge advantages depending on
the quality and the application process to support
very poor quality rock criticism, and now, added
research in terms of inputs, equipment and
application knowledge has made this element a
viable and necessary for the work of mining
operation,
the
technological
advancement
experienced in the shotcrete made with wet and dry,
has benefited the field of maintenance of
underground tillage.
Currently the shotcrete reinforced with steel fibers
and suitable additives used in CMH of Peru, with
excellent results, and use is varied primarily as
support of mine workings, tunnels, underground
infrastructure rehabilitation to time.
We are researching and developing in CMH with field
and laboratory tests on the behavior of shotcrete for
the support of extreme quality rocks with positive
results, which allowed the selective mining and
increased production.
INTRODUCCIÓN
El objetivo del presente es dar a conocer a las
Empresas Mineras el comportamiento del shotcrete
para el sostenimiento de labores subterráneas;
cuando se aplica como refuerzo, subrayando la
importancia del criterio del comportamiento descrito
en las normas internacionales y proponer una
solución técnica pertinente para alcanzar una mejor
calidad y seguridad en cada labor de trabajo.
Esta presentación está destinada fundamentalmente
para aquellas Empresas Mineras y Contratistas que
participan en forma activa en la explotación de
yacimientos mineros; de forma más específica del
campo de las excavaciones subterráneas para una
construcción basado en la filosofía del método no
tradicional NATM.
Es indispensable contar con un laboratorio completo
de concreto, para la realización de ensayos del
shotcrete y optimizar los patrones de insumos, como
cemento, áridos, fibras y aditivos, que van de acorde
con nuestras necesidades; se ha logrado conseguir
resistencias tempranas que nos permiten agilizar los
ciclos de minado, la ganancia de resistencia inicial y
su adherencia del concreto en las rocas nos facilita la
instalación de un soporte rápido, eficiente y seguro
en las labores; además, del aumento de durabilidad
del concreto, mejorando la plasticidad de la mezcla.
TECNOLOGÍA DEL SHOTCRETE
Para conseguir un buen Shotcrete se comienza con
un buen diseño de concreto. Sin embargo, un buen
concreto no es suficiente para un buen sostenimiento
de rocas; debido a que se presentan muchos
factores que influyen en la buena calidad del
shotcrete aplicado; como, la técnica de proyección,
dosificación de aditivos, distancias de lanzado,
tiempos, plasticidad y factor humano; además, la
disponibilidad de los equipos utilizados para aplicar
el Shotcrete tienen gran influencia para el
rendimiento y eficiencia del Shotcrete.
En CMH, la tecnología del shotcrete se desarrolla
con dos métodos de aplicación diferentes:
1. Método por vía seca:
En el cual los insumos (arena, cemento y fibra)
se dosifican en peso y mezclan en seco, en la
Planta de Concreto II (Superficie), se transporta
por rieles en bolsas Big Bag hasta puntos de
acopio en interior mina y de esta hasta los
frentes con Scoop o Dumper para ser
proyectados con equipo lanzador, el cual utiliza
para ello aire comprimido; el agua necesario con
el acelerante líquido son premezclados en
tanques, de donde son inyectados por aire
comprimido hacia la boquilla para la hidratación
de la mezcla; la ventaja de este método que es
aplicable en secciones de excavación pequeñas
y el bajo costo de los equipos.
Abastecimiento de Mezcla para Shotcrete vía seca
2. Método por vía húmeda:
En este método todos los ingredientes (arena,
cemento, fibra, agua y super-plastificante), son
mezclados en Plantas de Concreto I – II, donde
abastecen a camiones hormigoneros y luego
transportados hasta la zona en donde se
requiere el sostenimiento, se vierte la mezcla en
una bomba de concreto (Tks o Robots
lanzadores, donde la mezcla o mortero se
bombea a través de tuberías y/o mangueras,
adicionando el acelerante en la boquilla antes de
ser lanzado. Para la proyección de la mezcla se
efectúa mediante la presión de aire comprimido
en la boquilla. La aplicación de vía húmeda tiene
las ventajas de un control de calidad superior (a
través del control de la relación agua/cemento),
menor costo de colocación, mayor rendimiento y
un ambiente de trabajo relativamente libre de
polvo.
El diseño dell shotcrete está contemplado para
buenas resistencias a edades tempranas, las cuales
fueron estandarizadas entre los siguientes rangos
mínimos: a las 3 horas 45kg/cm2, a las 24 horas 120
12
kg/cm2, a los tres días 210 kg/cm2, a los 7 días 300
kg/cm2 y a los 28 días más de 380 kg/cm2.
Abastecimiento de mezcla para Shotcrete vía húmeda.
Shotcrete en Consorcio Minero Horizonte
Se
e cuenta con personal capacitado y laboratorio de
concreto completo, para la investigación,
investigación realización
ensayos y el control de calidad del shotcrete
aplicado; además, para pruebas con nuevos
insumos, como fibras y aditivos.
aditivos Esto nos facilita la
variación del diseño de acorde a las necesidades de
la roca,, se ha logrado conseguir resistencias
resistencia
tempranas que nos permiten agilizar los ciclos de
operación minera; además, la ganancia de
resistencia inicial, su adherencia del concreto
concre en las
rocas, facilitan la instalación de un soporte
sopor rápido,
eficiente y seguro de las labores; como también
mejoran la plasticidad de la mezcla y el aumento en
la durabilidad del concreto.
La absorción de energía es importante para definir la
trabajabilidad a la flexo-traxión
flexo
del shotcrete la que
se define mediante el uso de fibras metálicas de
calidad; en CMH se estandarizó los parámetros
mínimos de tenacidad: 800 Joules para 20kg de
fibra, 1000 Joules para 30kg de fibra y 1200 Joules
para 40kg de fibra, valores que se están siendo
superados ampliamente, esto nos permite bajar la
dosificación de fibra de acuerdo a nuestro
requerimiento.
Absorción de energía por equipo de lanzado.
Aplicaciones y Usos del Concreto Lanzado
El shotcrete ha permitido sostener labores de hasta
17m de ancho por 6.50m
0m de altura en rocas muy
malas a extremadamente mala
malas, con 2” a 3” de
espesor.
Resistencias promedio del Shotcrete por tipo de equipo
Básicamente la aplicación y uso se simplifica a lo
siguiente:
1. Sostenimiento
stenimiento de labores subterráneas,
como: Rampas, Galerías, By Pass, Accesos,
Estocadas, Cámaras, Sub Niveles, Tajos.
2. Labores para servicios Mineros como:
Túneles, Piques, Complejos de Bombeo,
Sub Estaciones Eléctricas, Comedores,
Cámaras
de
Perforación
Diamantina,
Cámaras para RB, Cámaras de ventilación y
otros.
3. Reparaciones de Shotcrete deteriorado en
las distintas labores.
4. Reforzamiento y sostenimiento de taludes en
superficie.
PROPIEDADES DEL SHOTCRETE
Las propiedades de importancia del shotcrete que
consideramos para nuestro control son:
1. Aspecto: La superficie natural del shotcrete
debe ser rugosa. Esta rugosidad depende sobre
todo del tamaño de los áridos utilizado y de la
técnica de proyección, o sea del operador.
mina y los resultados requeridos están entre 800
a 1200 Joules, dependiendo de la cantidad de
fibra y nuestro requerimiento.
REQUERIMIENTOS DEL SHOTCRETE
1. Requerimientos mecánicos:
•
2. Coloración: Las variaciones de matices son de
un gris oscuro a un gris verdoso, depende del
cemento y de la distribución del agua en la
superficie, sobre todo cuando se utilizan mayor
cantidad de acelerante y quema la mezcla, en
este caso la coloración es gris clara o cuando se
ejecuta el tratamiento en varias fases.
•
3. Adherencia: La adherencia es una propiedad
importante, está en función a condiciones en que
la roca sea sólida, limpia y exenta de partes
sueltas. Su resistencia al desprendimiento viene
dada por la variación de la naturaleza de la
superficie de aplicación, la presencia de arcillas
minimiza la adherencia. La unión del shotcrete
con la roca debe ser lo más inmediata para evitar
el proceso de relajación y descompresión.
Debe poseer resistencia a edad temprana
45kg/cm2 a las 3:00 horas y 120kg/cm2 a las
24 horas, esto para contrarrestar las
tensiones o relajaciones particularmente en
el último tramo excavado.
Obtener
resistencias
suficientes
para
equilibrar los esfuerzos de corte o cizalla y
flexo-tracción, para de esa manera soportar
eficazmente a las solicitaciones del “empuje
de roca”.
4. Porosidad: La granulometría del shotcrete
normalmente contiene un alto contenido de
arena fina y cemento que un concreto
convencional, por lo que la porosidad es menor.
5. Densidad aparente: Las densidades que se
3
3.
obtienen están entre 2,300 kg/m a 2,450 kg/m
6. Resistencia a compresión: Esta resistencia se
rige a los principios de la tecnología del concreto.
Como dato en CMH las resistencias tempranas
son las más importantes nuestra base es la
resistencia a la compresión de 120kg/cm2 a las
2
24 horas y por encima de 380 Kg/cm a los 28
días.
Sin
embargo,
una
característica
fundamental del concreto lanzado o proyectado
es la evolución de resistencias con el tiempo a
causa de su contenido elevado de cemento.
7. Resistencia a la tenacidad: esta prueba se
realiza con los paneles cuadrados acopiados en
Medición de resistencia del shotcrete a edad temprana.
2. Requerimientos físicos
•
•
Protección contra la alteración meteórica, la
erosión o deterioro de los rellenos de
discontinuidad o superficie rocosa del macizo
rocoso atravesado.
Formar superficies rugosas, en planos lisos,
de las discontinuidades.
3. Requerimientos químicos
•
Protección de la roca a la acción de aguas
agresivas, humos, gases.
•
Impedir que la roca circundante a la
excavación sufra desestabilización por
efectos de las aguas ácidas.
El agua debe ser limpia y estar libre de cantidades
perjudiciales de aceite, ácidos, álcalis, sales, material
orgánico y otras sustancias que puedan ser nocivas
al concreto y al acero.
COMPONENTES DEL SHOTCRETE
Insumos para el Shotcrete
Los insumos esenciales para el shotcrete son: el
cemento, áridos o agregados y agua. Para mejorar
sus propiedades y aplicaciones se le añade otros
componentes, que elevan su calidad en cuanto a
resistencia y absorción de energía. Por consiguiente
es importante con el shotcrete no cambiar
demasiados parámetros al mismo tiempo durante la
etapa de pruebas. Solamente el diseño que cumpla
con las características técnicas y económicas
viables:
1. Cemento
Los análisis químicos realizados al agua para la
preparación de mezcla están dentro parámetros
requeridos.
3. Agregados o áridos
Llamados también áridos o arena y constituyen
alrededor del 75% en volumen de una mezcla típica
para el shotcrete. Para esto hay seleccionarlo en una
Planta de selección de áridos naturales de cantera
Pías a orillas del río Parcoy.
Los agregados para el shotcrete son muy buenos de
matriz de rocas ígneas, alto contenido de de granos
de cuarzo y cumple con los requisitos de las
especificaciones Standard ASTM C-33 y ACI 506-R.
En CMH, se utiliza cemento Portland 1, las mismas
que cumplen requisitos de la norma ASTM C150 o
C595 y los estándares solicitados; estos son
transportados en bolsas Big Bag de 1.5 toneladas
desde Trujillo.
El contenido límite de humedad en los áridos para la
mezcla de shotcrete que se utiliza en CMH, está
comprendido entre 3.5 a 6%.
Abastecimiento de Cemento en Big bag.
Agregados o áridos para concreto lanzado.
2. Agua de mezclado
4. Aditivos
Debe cumplir con los requisitos de “Agua para el
amasado de concreto” de acuerdo a la Norma
Nacional vigente o se seguirá la recomendación del
ACI.
Para mejorar el cumplimiento del shotcrete se
emplea aditivos super-plastificantes y acelerantes de
fragua, que nos asegura una buena aplicación de
este y se obtiene mayores resistencias tempranas.
4.1 Aditivo super-plastificante: este elemento de
última generación nos permite b
beneficios en el
concreto como la plasticidad y tiempos de retardo de
hasta cuatro horas, además:
• Minimiza la cantidad de agua a de mezcla y
de este modo mejorar la resistencia final.
• Amplio rango de plasticidad
dad.
• Le da a la mezcla la debida consistencia y
para mayor trabajabilidad.
• Mayor
retención
que
prolonga
el
asentamiento hasta 4:00 horas.
horas
• Permite que la mezcla sea cohesiva y sin
segregación y mínima exudación
exudación.
• Mayor beneficio por resistencia d
del shotcrete
endurecido
• Mayores resistencias iniciales y finales a
compresión.
• Mayor módulo de elasticidad.
elasticidad
• Mayor resistencia de adhesión al acero.
acero
• Baja permeabilidad y alta durabilidad
durabilidad.
• Menor retracción y deformación
deformación.
• Integridad estructural del elemento terminado
altamente confiable.
mejoró ampliamente las características de tenacidad
del shotcrete.
En base a ensayos y pruebas de laboratorio, se
determinó la utilización de dos tipos de fibras:
• Fibra
bra para vía seca: Suelta 45/35.
• Fibra para vía húmeda: Encolada 65/35.
Fibras metálicas después de la fisuración del shotcrete.
− Características requeridas:
requeridas
− El Acero deben ser hechas de alambre
trefilado en frio, con una resistencia a la
tensión del alambre de acero mayor a 1000
MPa, con una alta resistencia a la tensión, y
debe tener un bajo contenido de Carbono.
− La longitud de la fibra seleccionada debe ser
dos veces el tamaño máximo del árido más
grueso, en nuestro caso es de 35mm.
− Diámetro 0.55mm
mm para la fibra suelta y
Resistencias de shotcrete mejoradas por aditivos.
4.2 Aditivos acelerante de fragua
fragua:
• Se optó por un aditivo alcalino que acelera el
endurecimiento o desarrollo de la resistencia
inicial del shotcrete y en la vía húmeda
modifican instantáneamente el asentamiento
para su colocación en el soporte. Además,
su uso incrementa el espesor de las capas.
capas
5. Fibras de Acero
Fue necesaria e indispensable la
a adición de fibras de
acero a la mezcla para shotcrete con las cuales se
0.50mm para la fibra encolada.
encolada
− La relación Longitud / Diámetro debe ser igual
ó mayor de 45 para la suelta y 65 para la
encolada.
− Debe cumplir con los requisitos de la norma
ASTM A 820 – Tipo I, ya que este Tipo de
fibra es la única diseñada para reemplazar la
malla electro-soldada.
soldada.
− Además, las
as fibras deben cumplir con la
Norma Europea EN 14889-1,
14889
donde se indica
la dosificación mínima (kg/m3) necesaria para
cada tipo de fibra.
− Debe presentar Certificación Europea (CE)
Sistema 1, donde te indique un nivel mínimo
de desempeño por cada tipo de fibra.
•
− Debe poseer anclajes mecánicos en forma de
ganchos en los extremos.
Al iniciarse la fisuración del shotcrete, las fibras
metálicas ancladas a ambos lados de la fisura
actúan de tirantes, resistiendo a la propagación y
aumento de ésta. Así continúan hasta que se
rompe a tracción o se deslizan al perder la
adherencia.
SHOTCRETE
Diseño de Mezcla
Fue una tarea lenta y gradual el encontrar la
dosificación más adecuada para el shotcrete en
proporciones del agregado, cemento, agua fibra y
aditivo; que en estado fresco cumpla con los
requisitos de trabajabilidad, asentamiento y
apariencia; mientras que el en estado endurecido
cumpla con la resistencia a la compresión
especificada, durabilidad, resistencia a la flexión y a
un costo razonable.
•
de los insumos, el tipo de proceso usado y la
mano de obra.
Para evitar el fenómeno de contracción de
fragua y el agrietamiento, decidimos por el
uso de fibras metálicas.
Establecimos estándares de aplicaciones
especiales donde exigimos el cumplimiento
de
parámetros
distintos:
durabilidad,
permeabilidad, tenacidad, tiempos, etc.
SHOTCRETE REFORZADO CON FIBRAS DE
ACERO:
El desempeño reforzado con fibras de acero está
determinado principalmente por las siguientes
características:
El desempeño de la fibra según su matriz
donde se debe considerar su geometría,
relación longitud/ diámetro, método de
anclaje, resistencia a la tensión y otros.
El desempeño de la fibra dentro de la matriz
del shotcrete.
Cantidad de fibras en la mezcla.
Cuadro del Diseño de Shotcrete
Mezcla
Material
vía Seca
Cemento Portland 1
Agregado (Grad.No. 2)
Agua (Litros)
Fibra Acero vía seca
Fibra Acero vía húmeda
Super-plastificante (Lts)
Acelerante fragua (Gal)
Costo m3 US$
Mezcla
Vía
Húmeda
Peso,
kg/m3
390
380
1690
1610
190
185
30-40-50
----20-30-40
--------2.15
3.5
3.5
187
Proporciones del Shotcrete reforzado con fibra de acero para vía
húmeda y vía seca utilizado en CMH.
•
Para el diseño del Shotcrete nos basamos
en la resistencia a la compresión (inicial y
final), que varía generalmente por la calidad
Dosificación de fibras de acero 45/35.
Para poder definir las especificaciones del shotcrete
reforzados con fibras de acero se ha seguido los
siguientes pasos planteados por Benoit de Rivaz:
Dosificación mínima in situ basada en un traslape
mínimo (s):
De acuerdo a la Norma Europea EN 14487-1, la
distancia media entre las fibras de acero debe ser
menor a 0,45 por la longitud de la fibra (lf) con el fin
de asegurar el traslape mínimo entre las fibras.
Para este caso consideramos la relación de esbeltez
que es división entre longitud de fibra (lf) sobre el
diámetro de fibra (df) siendo para la vía seca de 45 y
para la vía húmeda de 65, esto nos determina una
Dosificación mínima (kg/m3) cuando s es menor de
0.45 lf debe ser 35kg/m3 para la vía seca y 16kg/m3
para la vía húmeda, con la salvedad que la fibra sea
de calidad reconocida y con certificación.
Longitud mínima total de las fibras in situ:
Además del requisito del traslape mínimo de acuerdo
a la teoría de Mc Kee, De Rivaz también se
recomienda una longitud mínima total de la fibra de
acero.
De hecho a fin de asegurar de asegurar un efecto de
red mínimo para proporcionar un proceso específico
de varias trayectorias que genere la redistribución de
las cargas mediante puentes de acero en las fisuras,
los autores recomiendan una longitud mínima de
fibra de acero de 10,000ml por m3 de shotcrete.
Para el caso de CMH, nuestra recomendación está
basada al tipo de roca, que fluctúa entre 9,200ml/m3
hasta 15,300ml/m3 con fibras sueltas 45/35 para vía
seca; mientras que para vía húmeda fluctúa entre
11,760ml/m3 hasta 23,520ml/m3 con fibras
encoladas (65/35); por ende con mejores resultados
a la absorción de energía en vía húmeda.
•
Pruebas de absorción de energía en panel cuadrado.
•
•
Criterios de desempeño:
Para este caso en CMH se utiliza el valor de
absorción de energía medido en una placa cuadrada
y aún más consideramos que esto es
complementada con los pernos de roca que
utilizamos, que es muy útil para el sostenimiento con
shotcrete.
Absorción de Energía:
• Esta prueba de punzonamiento y flexión
sobre una losa simula con mucha efectividad
el comportamiento de un revestimiento de
una labor subterránea bajo la presión del
macizo rocoso alrededor del anclaje de un
perno.
• Las pruebas sobre la losa están publicadas
también en las recomendaciones de la
EFNARC y están incluidas en la Norma
Europea EN 14487 para el shotcrete.
El panel que se utiliza normalmente son de
dimensiones de 600x600x100mm, está
diseñado para determinar la energía
absorbida en la curva de carga/deflexión.
•
•
•
Para obtención del panel, el lanzado se
llevará a cabo rigurosamente en las mismas
condiciones del lanzado de las labores
mineras, con los mismos equipos, la misma
mezcla y a las mismas distancias.
Para el ensayo el panel se sostiene por los
cuatro lados y se aplica una carga puntual al
centro a través de una superficie de contacto
de 100x100mm. Se registra la curva
carga/deflexión y la prueba continúa hasta
alcanzar una deflexión de 25mm en el centro
de la losa.
La curva de carga/deflexión indica que
durante la prueba se han desarrollado
numerosas fisuras. Las curvas de acero
amarran las fisuras generando una
distribución perfecta de la carga.
Una vez que se alcanza la carga máxima y
se produce el efecto de redistribución de la
carga máxima, las fibras comienzan a
deformarse y el proceso de estiramiento o
rotura se da. La forma de la fibra y la
resistencia del acero determinan si las fibras
se rompen o preferentemente tengan un
efecto de alargamiento.
De la curva de carga/deflexión, se dibuja una
segunda curva resultado de la absorción de
energía (Joules) en función a la deformación
o deflexión de la losa. Este método intenta
simular
el comportamiento real del
revestimiento. Proporciona una idea de la
capacidad de carga y la absorción de
energía de un revestimiento del shotcrete.
Basados en estas prácticas de paneles cuadrados se
realizaron muchas pruebas en el cual determinamos
tres clases de shotcrete estructural para CMH:
E800, E1000 y E1200:
800 Joules para rocas malas a muy malas.
1000 Joules para rocas extremadamente malas y
1200 Joules para rocas excepcionalmente malas.
Estos valores están por encima de las clases que
propone la EN que es de E500, E700 y E1000, el
éxito de esto es la calidad de fibra.
PLANEAMIENTO PARA USO DE SHOTCRETE
Considerando los recursos que demanda el empleo
de shotcrete para sostenimiento de labores mineras,
en CMH se ha establecido Mapas de Procesos de
actividades para que las condiciones de gestión y
trabajo sean eficientes y seguras.
P2.C1.1.2. Almacenamiento de áridos para
stock en Tunaspampa: en calidad de reserva
para épocas de emergencia por fenómenos
naturales como huaycos, deslizamientos,
erosiones del río y otros.
P2.C1.2. Transporte de áridos:
P2.C1.2.1. Transporte de planta de
agregados de Pías a planta de shotcrete Nº
2 de superficie.
P2.C1.2.2. Transporte de planta de
agregados a almacén de stock en
Tunaspampa.
P2.C1.2.3. Transporte de Tunaspampa a
planta de shotcrete de superficie.
P2.C1.3. Transporte de insumos desde el almacén
central:
P2.C1.3.1. Transporte de insumos desde
almacén central a la planta de shotcrete Nº 2
de superficie.
P2.C1.3.2. Transporte de insumos desde
almacén central a la planta de shotcrete Nº
1, planta dosificadora y cámaras de interior
mina.
MAPA DE PROCESOS PARA SOSTENIMIENTO
CON SHOTCRETE:
P2.C1.1. Producción y almacenamiento de áridos:
P2.C1.1.1. Producción de áridos en cantera
Pías y almacenamiento: para esta actividad
se emplea una Planta de selección
granulométrica, cargador frontal y zarandas.
Planta de Concreto Nº 2
P2.C1.4. Producción de mezcla para shotcrete en
planta Nº 2 (superficie).
P2.C1.4.1. Producción y despacho de
mezcla para shotcrete VS y VH.
P2.C1.4.2. Almacenamiento de insumos.
P2.C1.4.3. Despacho de cemento y arena
para planta de shotcrete Nº 1 de interior
mina.
P2.C1.5 Transporte en locomotora a plantas en
interior mina.
P2.C1.5.1. Transporte de insumos en
locomotora desde planta de shotcrete Nº 2
superficie a planta de shotcrete Nº 1 interior
mina.
P2.C1.5.2. Transporte de mezcla seca para
VH en locomotora desde planta de shotcrete
Nº 2 superficie a planta Nº 1 y cámara de
dosificación en Interior Mina.
Transporte de mezcla para shotcrete en Big Bag
P2.C1.6. Dosificación en planta de shotcrete Nº 1 de
interior mina.
P2.C1.6.1. Almacenamiento de insumos.
P2.C1.6.2. Dosificación y despacho de
shotcrete para lanzado por vía húmeda.
P2.C1.8.1. Dosificación y despacho de
shotcrete para lanzado por vía húmeda.
P2.C1.9. Transporte de mezcla, hacia los frentes de
lanzado
P2.C1.9.1. Transporte con locomotora hacia
CX103
P2.C1.9.2. Transporte con Scoop / Tractor /
Dumper hacia el frente.
P2.C1.10. lanzado de shotcrete por Vía Seca
P2.C1.10.1. Lanzado de shotcrete por vía
seca con shotcreteras.
P2.C1.11. Transporte de shotcrete Vía Húmeda
hacia frentes de lanzado.
P2.C1.11.1. Transporte con Hurones.
P2.C1.12. Lanzado de shotcrete por Vía Húmeda.
P2.C1.12.1. Lanzado de shotcrete con vía
húmeda con robot.
P2.C1.12.1. Lanzado de shotcrete con vía
húmeda con TK.
P2.C1.13. QA/QC del Sostenimiento con Shotcrete
P2.C1.13.1. Ensayos físicos y químicos de
insumos de sostenimiento, arena, cemento,
fibras y aditivos.
P2.C1.13.2. Ensayos de Diseño.
P2.C1.13.3. Ensayos en estado Fresco.
P2.C1.13.4. Ensayos en estado endurecido.
P2.C1.13.5. Ensayos de Resistencia de
probetas y testigos cilíndricos.
P2.C1.13.6. Ensayos de Absorción de
Energía de paneles cuadrados.
P2.C1.13.7. Medición del Slump en las
Plantas de concreto y en los frentes previo al
lanzado.
EQUIPOS PARA APLICACIÓN DE SHOTCRETE
1. Equipo para Vía Seca
Transporte de Mezcla para shotcrete vía húmeda.
P2.C1.7. Dosificación en cámara interior mina.
P2.C1.7.1. Dosificación y despacho de
shotcrete para lanzado por vía húmeda.
P2.C1.8. Dosificación en planta H-2 en interior mina.
Los equipos para vía seca son ampliamente
conocidos En el concreto lanzado vía seca se hace
el transporte mediante procesos de flujo diluido. El
concreto lanzado se transporta usando aire
comprimido.
El uso de máquinas tipo rotos es el método más
frecuente de transporte para el concreto proyectado
o lanzado con flujo diluido. El material pasa a través
de una tolva alimentadora dentro de las cámaras
cilíndricas de una estructura similar al cilindro de un
revólver. El material en seco se sopla en porciones
mediante aire comprimido y se transporta a alta
velocidad a través de una manguera especial.
El acelerante de fraguado es incorporado junto con el
agua ya mezclado y homogenizado mediante
mangueras hasta la boquilla.
según las normas del EFNARC y ASTM, códigos
ACI 506R-90, ACI 506.4R-94 y ACI 506.2-95.
Se tiene estandarizado
siguientes ensayos:
la
realización
de
los
2. Equipo para Vía Húmeda
1. Ensayos físicos y químicos de los áridos, además
de los análisis petrológico - mineralógico.
En CMH se dispone de equipos robotizados para el
proceso de colocación del shotcrete, estos equipos
poseen una bomba de doble pistón. La bomba opera
hidráulicamente con motor diesel. Los émbolos de
suministro están vinculados hidráulicamente a través
de cilindros comunicantes. Estos operan mediante
halado-empuje. El émbolo en reserva genera un
vacío que se equilibra con el material que fluye
dentro del cilindro al mismo tiempo, el émbolo de
avance, empuja la mezcla dentro de las mangueras.
Al final de la bomba que retrocede, el interruptor
pivotea y los émbolos cambian su dirección de
movimiento.
Análisis Físico del Agregado o áridos:
• Análisis granulométrico: (ASTM C136).
• Peso Específico: (ASTM C127):
− Peso específico de masa.
− Peso específico saturado con superficie
seca.
• Absorción.
• Contenido de Humedad: (ASTM D4643).
• Porcentaje pasante de malla # 200: (ASTM
C117).
• Peso Unitario: (ASTM C29/C29M):
− Peso unitario suelto.
• Peso unitario compactado.
El alma de una bomba consiste en un cilindro
comunicante, un cilindro de alimentación con émbolo
de repartición, tanque de agua entre los dos, tolva de
concreto con agitador, tubería de intercambio,
palanca y cilindro de reversión para la tubería de
intercambio.
2. Ensayos a la mezcla de concreto lanzado en
estado fresco
Para el transporte se requiere de camiones
hormigoneros, cuya capacidad nominal fluctúan en
función a las dimensiones de la mina, principalmente
de 4.0m3 a 3.5m3, siendo su capacidad real el 65%
de la capacidad de diseño.
2.1 Asentamiento, (ASTM C143)
Este ensayo de consistencia del concreto,
denominado ensayo del asiento o “slump test”, se
encuentra ampliamente difundido y su empleo es
aceptado para caracterizar el comportamiento del
concreto fresco, se realiza en Planta de Concreto
como en los frentes antes del lanzado del shotcrete.
CONTROL DE CALIDAD DEL SHOTCRETE
La calidad del Shotcrete depende del Control de
Calidad que se les da a los insumos y la certificación
de los adicionales que son el complemento
importante de la mezcla, se debe tener especial
cuidado con los agregados y el cemento. En CMH
contamos con un laboratorio de control de calidad
equipado para obtener resultados confiables y que
determinen la calidad de la mezcla de concreto para
shotcrete tanto en estado plástico y endurecido. Para
tal fin se realizan los ensayos básicos y necesarios
Medición de Slump en Planta de Concreto
Determinación del asentamiento o slump en el
concreto fresco en pulgadas.
2.2 Contenido de Aire y peso Unitario, (ASTM C138)
GARANTÍA
CALIDAD
DE
CALIDAD
Y
CONTROL
DE
Un componente importante de la garantía de calidad
implica la precalificación del lanzador de concreto y
ensayos in situ previos. Este proceso implica la
demostración de la habilidad en construir paneles o
prismas de prueba, por lo que el experto lanzador de
concreto debe muestrear paneles de prueba en la
orientación (vertical, horizontal o de arriba).
Testigos diamantinos después se extraen de los
paneles de prueba y se califican según el sistema
que califica la base de la norma ACI 506.2.
Pruebas en laboratorio antes de ser preparada la
mezcla es también beneficiosa ya que establece el
funcionamiento de las mezclas previstas del
shotcrete y se puede resolver cualquier dificultad con
el equipo, diseños de mezcla y procedimientos
usados.
El control de calidad in situ debe ser realizado a
través del tiempo que dure la mina y consiste de
varios aspectos, como sigue:
• Revisión de mezclas y proceso de lanzado
en obra para verificar conformidad con los
requisitos especificados;
• Características plásticas de prueba del
shotcrete (slump, contenido del aire,
temperatura y rendimiento) para el shotcrete
vía húmeda;
• Pruebas in situ para determinar resistencias
a edades tempranas en horas; y
• La toma de paneles estándar de prueba con
una
periodicidad
o
frecuencia
predeterminada
para
determinar
características físicas de el shotcrete, fuerza
compresiva, fuerza flexural, y ductilidad (para
concreto reforzado con fibras), absorción y
volumen de vacíos.
CONCLUSIONES
En Consorcio Minero Horizonte, el Shotcrete es el
principal elemento de sostenimiento de la mina, se
emplea en casi todas las labores mineras para el
soporte de rocas de mala a muy mala calidad.
La resistencia a la compresión mínima obtenida y
estandarizadas a las 3:00 horas promedio es de
45Kg/cm2; a las 24 horas 120kg/cm2, a los 3 días
210Kg/cm2, a los 7 días 300kg/cm2 y para los 28
días sobre pasa la resistencia de 380Kg/cm2.
Como parte importante de nuestros controles se ha
estandarizado los ensayos de tenacidad, sobre el
cual obtuvimos y determinamos tres clases de
shotcrete estructural: E800, E1000 y E1200; 800
Joules para rocas malas a muy malas; 1000 Joules
para rocas extremadamente malas y 1200 Joules
para rocas excepcionalmente malas; obteniéndose
resultados por encima de estos valores.
Los resultados de buenas resistencias a temprana
edad, se debe a los aditivos que empleamos con el
shotcrete estas bondades principalmente se debe al
Super-plastificante.
La selección de una fibra metálica de calidad para el
diseño de shotcrete, la longitud de fibras por m3 y los
criterios de desempeño, nos ha facilitado obtener
buenos resultados de absorción de energía del
shotcrete y se pudo reemplazar completamente a la
malla electro-soldada.
El mapa de proceso para el sostenimiento con
shotcrete es una herramienta ideal para el control de
insumos, abastecimiento logístico y costeo de este
elemento de soporte.
REFERENCIAS
1. Morgan, D. R., “Performance vs. Prescription
Based
Shotcrete
Specifications,”
Shotcrete
Magazine, V. 1, No. 1, Winter 1999, pp. 10-13.
2. Morgan, D. R., Steel Fibre Reinforced Shotcrete
for Underground Support: Civil Applications,
Australian Shotcrete Conference, Oct. 8-9, 1998, 19
pp.
3. Aftes: GT6R1A3, 1999; Recommendation for Fiber
Reinforced sprayed concrete technology and
practice.
4. ACI Committee 506, “Guide to Shotcrete (ACI
506R- 90 (95),” American Concrete Institute,
Farmington Hills, Mich., 1990, 41 pp.
5. EFNARC; Recommendation for sprayed concrete.
6. Internal Tunneling Association Working Group on
Shotcrete Use. Swedish Rock Engineering Research;
Shotcrete for Rock Support: a summery report on the
state of the art in 15 countries, Bo Malmberg, 2006.
7. Beaupré, D., and Mindess, S., “Compaction of Wet
Shotcrete and Its Effect on Rheological Properties,”
Proceedings, International Symposium on Sprayed
Concrete, Fagernes, Norway, Oct. 1993, pp. 167181.