"Control de Calidad y Calificación del Hormigón Proyectado" Claudio Olate Pérez - Idiem

Control de Calidad y Calificación del Hormigón Proyectado Claudio Olate Pérez Jefe Sección Hormigones Ingeniería - IDIEM

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Definición de Shotcrete • Shotcrete = Shot + Concrete Lanzar Hormigón Hormigón Proyectado • Según ACI Shotcrete: hormigón/mortero colocado por proyección neumática de alta velocidad desde una boquilla 3

Tipos de Shotcrete • Shotcrete vía húmeda • Materias primas: cemento, áridos, adiciones, aditivos (no acelerante) y agua se procesan en una planta de hormigón o equipo móvil de mezclado, para luego transportarlos y vaciarlos en una bomba, desde donde la mezcla se transporta a través de una manguera a una boquilla en donde se proyecta neumáticamente sobre el sustrato.

• Aire comprimido se introduce en la boquilla para proyectar el material hacia el sustrato.

• Al hormigón proyectado se incorpora aditivo acelerante antes de ingresar a la boquilla.

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Tipos de Shotcrete • Shotcrete vía seca • Técnica en la que el cemento y los áridos se procesan y mezclan mecánicamente, sin agua • El material es transportado neumáticamente a través de mangueras o tuberías a una boquilla donde se introduce el agua para humedecer la mezcla antes de que sea proyectada.

• Este hormigón proyectado también puede incluir aditivos o fibras.

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Aplicaciones • El Shotcrete es una forma eficiente de colocación de hormigón y posee excelente adherencia a múltiples sustratos, incluyendo roca, hormigón, albañilería y acero.

• Se adapta a una amplia gama de aplicaciones en soporte de suelo, revestimientos y edificación • Ventajas:

• Colocación y compactación en una etapa.

• Normalmente no requiere moldajes • Rápido proceso de colocación y puesta en servicio.

• En obras de sostenimiento o tunelería permite acortar ciclos de trabajo

• • • • • • • • • • •

Túneles Cavernas Soporte de taludes y suelos Excavaciones y rellenos Edificación Estructuras civiles complejas Canales Piscinas Reparaciones y reforzamientos Elementos decorativos Estructuras especiales 6

Control de Calidad • Un adecuado programa de aseguramiento y control de calidad es fundamental para éxito de un proyecto.

El objetivo de un plan de gestión de calidad

Obtener que el hormigón proyectado cumpla con los requisitos establecidos para el proyecto

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Control de Calidad • El plan de gestión de calidad abarca diferentes facetas, desde la producción a la colocación del hormigón proyectado

Diseño de la mezcla

Aprobación de los materiales constituyentes

Pruebas en laboratorio

Pruebas a escala industrial

Selección de personal calificado

Ensayos del shotcrete colocado 8

Control de Calidad • El laboratorio que realice las pruebas y ensayos debe evidenciar competencia y experiencia en pruebas de hormigón proyectado • Los equipos de medición y ensayo utilizados deben estar bajo un estricto control metrológico y deben ser parte de un programa de calibración, mantención y verificación, definido y controlado, el cual debe estar disponible documentalmente durante todo el proyecto.

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Control de Calidad • Los materiales constituyentes tienen que ser verificados por la administración del proyecto (laboratorio de autocontrol de la obra) además de recibir certificados de ensayos de laboratorios externos.

Cemento

Microsílice

Áridos

Agua de amasado

Aditivos reductores de agua

Aditivos reductores de agua de alto rango

Acelerantes

Sílice coloidal / Nanosílice

Fibras

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Control de Calidad - Materiales • Cemento • El cemento debe cumplir con la norma NCh148 • Para hormigón proyectado normalmente en Chile se utiliza cemento portland puzolánico o portland siderúrgico, de grado alta resistencia.

• Microsílice • Material finamente dividido que se puede añadir al hormigón proyectado para mejorar ciertas propiedades en estado fresco y/o endurecido.

• Beneficios • Mayor durabilidad • Reducción de la permeabilidad • Reducción del rebote; mejora de la adherencia • Mejora la capacidad de bombeo • Mejora la cohesión de la mezcla

• Dosis típica generalmente oscila entre 5% a 10% en peso con respecto al cemento

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Control de Calidad - Materiales • Áridos • Deben cumplir con los requisitos físicos y químicos de la norma NCh163 • En cuanto a la granulometría de los áridos normalmente se exige el cumplimiento de una banda granulométrica del árido combinado según criterios dados por ACI, EFNARC o la norma Austriaca

• Características físicas (arena) • • • • •

Material fino menor que 0,075mm Equivalente de arena Absorción de agua Partículas desmenuzables Resistencia desintegración por sulfato • Índice trituración • Carbón y lignito

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Control de Calidad - Materiales • Características químicas (arena) • • • •

Impurezas orgánicas Cloruros Sulfatos solubles Reacción álcali-árido

• Bandas árido combinado

Tamis ASTM 3/8" 4 8 16 30 50 100

Abertura (mm) 9,5 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15

Banda EFNARC Mínimo Máximo 93 100 77 100 59 92 41 76 26 56 14 32 6 16

Banda ACI506R Grading 2 Mínimo Máximo 90 100 70 85 50 70 35 55 20 35 8 20 2 10

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Control de Calidad - Materiales Ejemplo de banda árido combinado Porcentaje que pasa Tamis ASTM

Abertura (mm) Arena gruesa

Arena fina

3/8"

9,5

100

100

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4,75

81

93

8

2,36

56

77

16

1,18

41

71

30

0,6

29

52

50

0,3

18

30

100

0,15

11

18

200

0,08

2,9

4,1

3,09

2,33

Modulo finura

Combinación 60/40 100 86 64 53 38 23 14 3,4 2,76

Banda EFNARC Mínimo

Máximo

93

100

77

100

59

92

41

76

26

56

14

32

6

16

3,10

2,28 14

Control de Calidad - Materiales

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Control de Calidad - Materiales • Agua de amasado • Debe ser obtenida a partir de una fuente de calidad aceptable que cumpla con la norma NCh1498, idealmente agua potable.

• Requisitos químicos • • • • • • •

pH Sólidos en suspensión Sólidos disueltos Materia orgánica Contenido de cloruros (Cl-) Contenido de sulfatos (SO4-2) Contenido de álcalis

• Requisitos de: • Tiempo de fraguado • Resistencia mecánica 16

Control de Calidad - Materiales • Aditivos • Los aditivos químicos deben cumplir con la norma NCh2182 • Algunas características de los aditivos no están consideradas en las normas Chilenas, en ese caso se puede tomar como referencia a normas ASTM o UNE • Los ensayos para verificar el cumplimiento de requisitos de desempeño, se deben realizar con una mezcla de prueba o con la dosificación de la mezcla de diseño del proyecto.

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Control de Calidad - Materiales • Aditivos reductores de agua • Se utilizan para mejorar la trabajabilidad y/o reducir la dosis de cemento.

• Pueden tener otros efectos como un retraso en el inicio de fraguado y puede ser necesario el estudio en hormigones de prueba para ajustar adecuadamente su dosis • Dosis típica: 0,40 a 0,70 % crpc 18

Control de Calidad - Materiales • Aditivos reductores de agua de alto rango o Hiperplastificantes • No están incluidos en la norma NCh2182, por lo tanto se deben realizar ensayos de aptitud, compatibilidad y desempeño, en función de las EETT del proyecto.

• Se utilizan para aumentar la resistencia final, por su manejo en bajas relaciones de agua/cemento, o para aumentar considerablemente la trabajabilidad de una mezcla sin perder resistencia.

• Dosis típica: 0,50 a 2,00 % crpc 19

Control de Calidad - Materiales • Aditivos acelerantes • Los aceleradores de fraguado se añaden al hormigón en la tobera o en la manguera de distribución del hormigón proyectado por vía húmeda y se añaden en el recipiente o la boquilla para hormigón proyectado por vía seca.

• Se utilizan principalmente para ayudar a la colocación del hormigón proyectado mediante la aceleración del fraguado normal de la mezcla y también pueden acelerar el desarrollo de resistencia inicial • Dosis típica: 3 a 8 % crpc • Se recomienda que sean del tipo álkali-free y no cáustico. Lo que permite un entorno de trabajo más seguro para los operadores.

• Ventajas de la utilización de aditivo acelerante • importantes reducciones en el desprendimiento y deslizamiento del material proyectado • Aumento de los espesores de capa • Aumento de velocidad de construcción.

• Desventaja

• Pueden reducir la resistencia del hormigón a largo plazo en comparación con una mezcla sin acelerante.

• La reducción de resistencia se produce a medida que aumenta la dosis, por lo tanto es importante controlar el caudal del aditivo y sus dosis máxima • Normalmente las EETT restringen el diferencial de resistencia mecánica a 28 días obtenida en el shotctrete con acelerante en relación con la mezcla nula (sin acelerante)

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Control de Calidad - Materiales • Aditivos Sílice Coloidal/ Nanosilice • Es una forma de sílice amorfa y sintética, de tamaño nanométrico, que presenta una alta superficie específica.

• Conformada por partículas esféricas, no porosas, no aglomeradas y generalmente dispersas en agua.

• Su uso debe ser valido mediante hormigones de prueba • Debido al efecto de relleno de la matriz cementicia por la incorporación de partículas nanométricas, disminuye la permeabilidad del hormigón aumentando la durabilidad

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Control de Calidad - Materiales • Fibras • La norma ASTM C 1116 clasifica las fibras para hormigón y shotcrete de acuerdo al tipo de material: • Tipo I: Fibras de acero (inoxidable, de aleación, o al carbón).

• Tipo II: Fibras de vidrio • Tipo III: Fibras sintéticas (polipropileno u otros materiales que aseguren durabilidad)

• Tienen dimensiones típicas de hasta 65 mm de largo y de 1 mm de diámetro

• Las fibras pueden mejorar la resistencia al impacto, controlar la retracción y proporcionar capacidad de carga después de la fisuración. Para ello se utiliza macro fibras ya sea de acero o sintéticas.

• Permiten una distribución más uniforme del refuerzo a lo largo del hormigón proyectado • Reduce el rebote y mejora la compactación.

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Control de Calidad – Ensayos pre construcción • Antes de comenzar la construcción, idealmente 6 meses, se deben realizar ensayos en paneles de prueba con las mezclas propuestas.

• Para realizar estas pruebas se debe contar con: • Operador con experiencia • Equipo de hormigón proyectado en buen estado de funcionamiento, con sus equipos de bombeo y caudalímetro de aditivo acelerante calibrados.

• Paneles de ensayo normalizados según el uso y aplicación de que se trate.

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Control de Calidad – Ensayos pre construcción Resistencia compresión

Resistencia temprana

Pruebas típicas

Absorción energía

Permeabilidad 24

Control de Calidad – Frecuencia ensayos • La frecuencia de las pruebas y ensayos del hormigón proyectado dependerá de: • Tipo de proyecto en consideración • Importancia de la estructura • Volumen total de hormigón proyectado

• La frecuencia de las pruebas se puede especificar tomando como base: • Volumen de hormigón proyectado consumido • Superficie de shotcrete colocado • Tiempo transcurrido en relación a la duración del proyecto.

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Control de Calidad – Frecuencia ensayos • La guía EFNARC indica que la frecuencia de los ensayos debe ser establecida por el proyectista, teniendo en cuenta: • • • • •

La función del hormigón proyectado Vida útil de diseño Complejidad de instalación Clasificación de exposición ambiental Consecuencias de una falla.

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Control de Calidad – Frecuencia ensayos • EFNARC define tres niveles de frecuencia de control: • Mínimo I • Normal II • Exhaustivo III

• No hay requisitos especiales para las clases de control I y II • En la clase de control III debe existir una planificación detallada para el proyecto, con un ingeniero de control de calidad dedicado a controlar y asegurar la calidad y la frecuencia de los ensayos, además de analizar resultados y gestionar la mejora continua de los procesos

Tipo de control Resistencia compresión Resistencia a flexión Resistencia residual Absorción de energía Adherencia Contenido de fibra Espesor

Minimo (m3)

Normal (m3)

Exhaustivo (m3)

500 -

250 500 1000 1000 500 250

100 250 500 500 250 100

50 (m2)

25 (m2)

10 (m2)

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Sistemas de Calidad • Se debe preparar un plan de calidad del hormigón proyectado, el que se puede utilizar como un plan independiente o se puede integrar al sistema de calidad general del proyecto • Proyectar hormigón de manera exitosa requiere un plan de gestión de calidad detallado y completo, que proporcione trazabilidad a todos los aspectos del proceso y que permita tomar medidas eficaces si se detecta algún problema • El aseguramiento de la calidad insta a los contratistas al autodiagnóstico de los problemas y a la mejora continua de los procesos • Se debe mantener registros precisos del suministro y colocación del hormigón proyectado.

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Métodos de Ensayo • Existen numerosos ensayos para determinar las propiedades del hormigón proyectado, tanto en estado húmedo como en estado endurecido • En Chile algunos ensayos para hormigón proyectado no están normalizados y se han ido adaptando de la experiencia extranjera • Es importante que el laboratorio encargado de realizar los ensayos esté acreditado y que sus técnicos estén capacitados y sus competencias estén certificadas 29

Métodos de Ensayo • Asentamiento de cono NCh1019

• Mesa de sacudidas UNE-EN 12350-5

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Métodos de Ensayo • Temperatura del hormigón ASTM C1064

• Densidad del hormigón fresco NCh1564

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Métodos de Ensayo • Contenido de aire NCh 2184

• Contenido de fibras UNE-EN 14488-7

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Métodos de Ensayo • Resistencia temprana: Penetrómetro de aguja

• Resistencia temprana: Hincado del clavo - pistola Hilti

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Métodos de Ensayo • Resistencia hormigón endurecido • La resistencia a la compresión se determina a través de testigos extraídos desde el hormigón según NCh1171 • La extracción y ensayo de testigos permite medir la resistencia del hormigón a partir de 10 MPa aproximadamente

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Métodos de Ensayo • Tenacidad absorción de energía EN 14488-5

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Métodos de Ensayo • Resistencia residual ASTM C 1609

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Métodos de Ensayo • Penetración de agua NCh2262

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Problemas típicos Docilidad de la mezcla Cono bajo Cono excedido Falta mantención de cono

• Falta control humedad de áridos • Variabilidad en dosis de aditivos (carguío) • Período de tiempo espera excesivo • Falta control humedad de áridos • Variabilidad en dosis de aditivos (carguío) • Adición de agua: por ajuste de cono o contaminación mixer • Tiempo de espera excesivo • Alta temperatura ambiente y/o del shotcrete • Dosis aditivo reductor insuficiente o incompatibilidad con cemento

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Problemas típicos Dificultad bombeabilidad Incremento presión de bombeo Interrupción del flujo / Atascamiento

• Asentamiento de cono insuficiente • Mezcla con falta de contenido de finos (baja dosis de cemento o variabilidad granulometría de los áridos) • Distancia de bombeo muy extensa

• Segregación de la mezcla • Fuerte variación en granulometría de áridos (falta finos) • Falta mantenimiento y limpieza tuberías de los equipos • Contaminación con sobre tamaño de los áridos

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Problemas típicos Distribución fibras

Falta homogeneidad • Método carguío inadecuado de la fibra • Deficiencias en equipo mezclador y/o formación de (planta mezcladora o mixer) pelotones de • Tiempo de amasado insuficiente fibra 40

Problemas típicos Segregación mezcla

Exceso de agua

Mala distribución granulométrica de los áridos – Falta de finos

• Asentamiento de cono excedido por: adiciones o falta de control humedad áridos • Calibración de Planta de fabricación del hormigón

• Cambios granulométricos áridos • Contaminación de áridos en Planta premezclado • Dosis de cemento insuficiente

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Problemas típicos Incumplimiento resistencia mecánica

Resistencia inicial Resistencia de 28 días

• Baja dosis de aditivo acelerante • Cemento no adecuado o incompatibilidad con aditivos • Baja dosis de cemento • Condiciones ambientales • Maltrato de probetas/paneles en obra

• Baja dosis de cemento • Alta dosis de aditivo acelerante • Adiciones de agua en la mezcla • Alteración en características de los áridos • Maltrato de probetas/paneles en obra

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Problemas típicos Anomalías durante la colocación Exceso de rebote Irregularidad en capas de proyección

• Falta de cohesión mezcla • Técnica de proyección inadecuada (distancia – ángulo) • Espesor de capa y velocidad de proyección

• Técnica de proyección inadecuada • Calificación del operador • Calidad y estado del equipo de proyección

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Consideraciones finales

Premezcladora

Empresa Constructora

Especificador

Instalador Shotcrete

Faena de Shotcrete Mandante

Laboratorio Control Calidad

ITO

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Muchas gracias

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