Equipos y aditivos: Aliados del shotcrete

 

Gentileza Putzmeister
Gentileza Putzmeister

El uso de este material versátil ha traspasado la industria minera, para alcanzar distintos proyectos de obras civiles o urbanas del país.

Conforme aumenta su uso se han sumado avances tecnológicos para una mejor aplicación, estabilidad de la mezcla, autonomía, adaptabilidad, entre otros.

La automatización en los procesos y la capacitación de los operadores son dos elementos clave.

Fabiola García S.
Periodista Construcción Minera & Energía

Tanto en las obras civiles como en la minera el hormigón proyectado o shotcrete se ha instalado como un verdadero aliado a la hora de ejecutar distintos proyectos. Se le considera un material muy versátil, con excelente adherencia a diferentes sustratos como la roca y el acero. Asimismo, sus usos son variados. Según se informa en la “Guía chilena del hormigón proyectado”, ‒publicación del Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile (ICH)‒ puede utilizarse en túneles, cavernas, soporte de suelo en minería, edificación, excavaciones para subterráneos y estacionamientos, relleno de hundimientos o superficies sobre-excavadas y estructuras civiles complejas. También se aplica en canales, embalses y aliviaderos, estabilización de taludes, piscinas, skateparks, en la reparación, restauración y reforzamiento, protección contra el fuego, acabados decorativos y en estructuras contra explosiones.

Entre sus principales ventajas está que su colocación y compactación se realizan de una sola vez, no requiere de moldajes, permite una rápida ejecución y puesta en servicio además de acortar los ciclos de trabajo en obras de sostenimiento subterráneo. Es así como este material destaca por favorecer la productividad.

Desde sus inicios cercanos a 1910 hasta la actualidad no ha perdido vigencia. Ya sea en equipos, en la aplicación o en los aditivos, el hormigón proyectado se ha ido actualizando en el transcurso de los años. A continuación un vistazo de las tendencias del hormigón proyectado. Aliados del shotcrete.

Calidad en todo sentido
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Carlos Schurch, gerente general de Beka S.A. compartió con Revista Construcción Minera & Energía la visión de su marca representada Putzmeister sobre el futuro del hormigón proyectado. El shotcrete se ha convertido en el método de sostenimiento más popular por ser seguro, versátil, fiable y rápido, precisan. Además, permite ejecutar los ciclos de sostenimiento en menos tiempo, lo que aumenta la producción y ahorrar costos. En el transcurso de los años se han modernizado los equipos, se han perfeccionado las técnicas de proyección y, en el último tiempo, indican, la mayor innovación han sido los aditivos químicos como nuevos superplastificantes, controladores de hidratación y acelerantes.

Putzmeister identifica cuatro tendencias en el uso del shotcrete: (i) automatización de los procesos, (ii) método de proyección por vía húmeda, (iii) mejoras en los equipos y (iv) cualificación de los operadores.

1. En minería la meta es la automatización de todos los procesos, incluyendo el shotcrete aplicando maquinaria y procedimientos estandarizados para lograr un mayor control. La automatización en el proceso supone: mejoras en la seguridad durante su aplicación, reducción de errores humanos, reducción de tiempos en el ciclo de shotcrete con lo que aumenta la productividad y disminución de costos en grandes volúmenes de proyección.

2. Mundialmente, el proceso del hormigón proyectado tiende hacia el método por vía húmeda, gracias a las múltiples ventajas que ofrece frente a la vía seca. No obstante, el método por vía seca no desaparecerá totalmente, teniendo un papel minoritario dónde por razones de logística no se pueda realizar la vía húmeda.

3. La preocupación de fabricantes de equipos de shotcrete y las compañías dedicadas a la aplicación por mejorar su calidad va en aumento. Por eso se trabaja para perfeccionar los equipos de proyección con:

- Mejoras en la bomba de hormigón para disminuir su pulsación y lograr una proyección homogénea y de calidad.
– Mejoras en la gestión y dosificación del acelerante, controlando la pulsación de las bombas de aditivo a través de circuito cerrado.
– Nuevos diseños de tobera y difusores para optimizar el proceso de proyección.
– Sistema de registro de los parámetros de consumo para que el control sobre el gasto sea mayor.
– Aumentar la ergonomía para los operadores.

4. Formar a los operadores correctamente es la clave para conseguir altos estándares de calidad y mejorar la aplicación del shotcrete. Para ello se puede acceder a cursos de certificación como Nozzleman que instruyen a los operadores en la proyección del hormigón por vía húmeda y a la formación con simuladores que permiten a los operadores practicar el manejo del equipo a bajo costo y sin interferir en las operaciones reales de las minas.

Shotcrete en todas partes
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Cuando el traslado del hormigón a una faena minera se transforma en un desafío logístico complejo se presentan alternativas como las plantas volumétricas móviles, que se trasladan al punto remoto de colocación con todas las materias primas para su confección in situ. Es aquí donde la compañía Cementech ofrece equipos que permiten tener un control total de la mezcla, en planificación, productividad, calidad, logística, operación, costos, ahorro y utilidad.
Según lo planteado por Mason Guarino, consejero de la American Shotcrete Association, en el artículo “Mezclas volumétricas de shotcrete húmedo”, hay dos maneras principales de usar una planta volumétrica continua. Una forma es llenar el camión con todos los materiales en una instalación y transportar la unidad al lugar de trabajo, donde se vacía y luego se vuelve a llenar. Mientras que la otra, es instalar la planta volumétrica en un sitio de trabajo junto con un silo de cemento portátil y una excavadora para cargarla continuamente durante el trabajo.

Su ventaja está en el control de la producción: la planta volumétrica puede producir el material tan rápido o tan lento como se desee, de modo que se evitarían preocupaciones sobre la velocidad de proyección y se aseguraría la logística de los camiones. Además, las cargas con sobre temperatura son inexistentes con una planta volumétrica porque el único tiempo de mezcla se produce en el tornillo sinfín. Lo anterior, siempre y cuando el aditivo no requiera tiempo de mixtura.

En tanto, según lo planteado por Rodrigo Reyes, profesor de innovación del Magíster en Construcción de la Pontificia Universidad Católica de Chile, la autonomía de producción, versatilidad de fabricar cualquier tipo de hormigón cambiándolo en tiempo real, la flexibilidad logística, simplicidad de mantención y operación, además de su producción sustentable sin generación de desperdicios, permite ahorros del orden de un 60% respecto de un hormigón tradicional, lo que aumenta más aún cuando la logística se complejiza, como es el caso del rubro minero. “Por lo tanto, ahora que la actualización de la NCh 170-2016 permite su uso, esta tecnología abre grandes oportunidades de mayor productividad y ahorro de costos no solo en la minería, sino también en la industria de la construcción en general”, precisa Reyes.

Perfeccionamiento en la mira
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Desde la empresa de hormigones Ready Mix, Monserrat Naranjo, jefe de asesoría técnica y control de calidad, indica que hace un par de décadas la aplicación de hormigón proyectado se concentraba principalmente en obras de minería, sin embargo, en los últimos años se ha observado un incremento en la construcción de infraestructura en Chile, ya sea en obras civiles o urbanas. “Esta masificación de su uso, ha permitido una evolución en los tipos de mezclas y los sistemas de colocación, donde la mezcla por vía húmeda es la que lidera actualmente las aplicaciones, dado su mejor rendimiento, menor rebote, menor polución y mayor homogeneidad en la calidad del hormigón proyectado”, comenta.

Naranjo señala que para potenciar el hormigón proyectado en obras civiles y no limitarse a los requerimientos del área minera, se sigue trabajando en innovar, buscar las mejores alternativas, regular su aplicación y capacitar, entrenar y certificar las competencias laborales de los trabajadores.

“El uso de equipos robotizados para la aplicación de hormigón proyectado por vía húmeda, probablemente seguirá liderando en las obras de alta exigencia de rendimiento y por ello, el perfeccionamiento de dichos equipos en cuanto a mayores alcances y mejoras en el registro de datos, permitirá optimizar los recursos”, indica.

Los equipos cuentan con bombas y sistema de dosificación de acelerante, lo que asegura la cantidad exacta de este aditivo (que se mezcla con el hormigón proyectado en la boquilla) y es fundamental en el desarrollo de resistencia inicial, reducción de desprendimientos y deslizamiento de material, aumento en espesores de capa y aumento en la velocidad de proyección.

En cuanto a la línea de descarga, debe tenerse siempre presente un diámetro de al menos cuatro veces el tamaño máximo del agregado y cuando se utilizan fibras de acero, un máximo de 70% del diámetro interno respecto de la longitud de la fibra, informa.

Según señala Naranjo, en cuanto a los diseños del hormigón proyectado, el uso de acelerantes de última generación,  hiperplastificantes de alto rango, nanosílice y fibras (acero o sintéticas), se está haciendo más fuerte, ya que, cada vez son mayores las exigencias de resistencias tempranas, adherencia y control de rebote. En este sentido, el uso de fibra de refuerzo en reemplazo de mallas y nanosílice en vez de microsílice, son líneas de investigación que permitirán desarrollos tecnológicos capaces de cumplir de mejor manera los nuevos desafíos que se presenten en esta materia.

“Por último, considerando la urgencia de contar con una regulación nacional, se está trabajando en una normativa que estandarice los criterios de especificación del hormigón proyectado, así como la capacitación, calificación y certificación de los operadores, lo que sin duda, permitirá mejorar el actual desempeño del hormigón proyectado en nuestro país”, precisa Naranjo.

Aditivos que mejoran la mezcla
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Para Carlos Muñoz, gerente de Concrete Sika Chile, actualmente la construcción de túneles ha tenido un desarrollo sostenido, principalmente por la experiencia de la minería subterránea, que por mucho tiempo ha usado la tecnología del hormigón proyectado como sostenimiento prematuro y de largo plazo.
“La innovación tecnológica destacada, en el ámbito del desarrollo de túneles y fortificación, ha sido el paso de la proyección mecánica manual a la automatizada, donde la tecnología ganó en términos de productividad, seguridad y calidad. Por otro lado tenemos el desarrollo de los químicos para la construcción que ha contribuido enormemente al desarrollo, a través de las innovaciones aplicadas al diseño del hormigón proyectado y convencional, proporcionándole propiedades reológicas y mecánicas por sobre las que puede adquirir el hormigón en condiciones normales”, precisa Muñoz.

“Es así como la tecnología de acelerantes libres de álcalis ha adquirido una connotación importante, ya que además de cumplir con los aspectos técnicos necesarios para el desarrollo de las obras subterráneas, también contribuyen a formar parte de un medio amigable para los operarios”, agrega el gerente. En ese sentido, por ejemplo, la línea ViscoCrete complementada con la tecnología basada en sílice coloidal (nano tecnología) brinda estándares de alta seguridad y ventajas medioambientales por sobre las opciones tradicionales.

Sika ViscoCrete 40 HS CL: es un superplastificante de última generación con nanosílice incorporada que actúa en forma de sinergia reduciendo el requerimiento de agua y la exudación del shotcrete, a la vez que se mejora la impermeabilidad y las resistencias mecánicas iniciales y finales. Al utilizarlo al 1% respecto al peso del cemento, la concentración de partículas de nanosílice contenidas  en la mezcla permite igualar el desempeño de mezclas con microsílice en polvo, en términos de impermeabilidad y resistencias. Su principal ventaja es que al ser un aditivo líquido se puede dosificar automáticamente facilitando su manipulación y disminuyendo los riesgos para la salud.

“Hoy se ha hecho indispensable en obras subterráneas (el uso de superplastificantes), ya que permite a los hormigones mayor eficiencia en su reacción, por su mayor poder de hidratación, lo que entrega al final obras más durables, no obstante, también hemos trabajado en el diseño de productos que ayudan a la productividad, haciendo que los diseños de mezclas sean más fáciles de transportar”, comenta Muñoz al referirse al aditivo Stabilizer, cuya principal función es la de mejorar y estabilizar el comportamiento del material transportado y estresado en las tuberías.

Sika Stabilizer 4R CL: es un aditivo modificador de reología del hormigón, que actúa cómo una arena líquida en la mezcla, mejorando su trabajabilidad y permitiendo recuperar hormigones fluidos con exceso de agua. Es ideal para producción de shotcrete en plantas con variación en la humedad de los áridos y/o con áridos mono granulares, así como también ayuda a disminuir el rebote.

Un futuro de automatización
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Milenko Ogaz, líder del Comité de Shotcrete del ICH entregó los detalles de la evolución del hormigón proyectado en la industria. El cambio de la proyección vía seca por la vía húmeda, la automatización, mejoras en los aditivos y la calificación de la mano de obra son cuatro elementos que destacan como avances del shotcrete en los últimos años.
Actualmente el hormigón proyectado vía húmeda, es el sistema más utilizado en Chile, quedando atrás la proyección vía seca por rendimiento y razones medioambientales. El hormigón proyectado vía húmeda corresponde al hormigón que es ingresado a la máquina de proyección, con todos sus materiales mezclados previamente, lo que asegura un mejor control en su dosificación y calidad final. “Lo que pasaba en la vía seca es que finalmente era el operador el que manipulaba la adición de agua a la mezcla, modificando así la dosificación inicial”, explica Ogaz. Es decir, había más variables en manos de los operadores.

En los últimos 15 años la maquinaria utilizada en este proceso ha ido evolucionado, llegando actualmente al uso de robots, que han entregado mayor avance y rendimiento en la construcción, lo que se traduce en mejoras importantes en la productividad y calidad, comenta el experto.

En cuanto a la automatización, si bien en Chile es escasa, en otros países como Noruega o Australia se implementa cuando existe riesgo de derrumbe o explosión de roca. “Lo que se viene es la automatización de estos procesos”, precisa Ogaz. Lo anterior, porque cada  vez se construyen túneles más profundos, donde el hormigón deberá tener mejores características. “En el caso de los futuros mega proyectos de minería, el hormigón será transportado a través de tuberías, por lo que tendrá que contar con una fluidez óptima, que asegure su calidad y homogeneidad, ya que finalmente, este será el actor principal en el proceso de fortificación”, señala.

En tanto, la evolución de los aditivos y la tecnología relacionada con el hormigón proyectado en los últimos diez años ha dado saltos gigantescos. “Podemos tener mezclas frescas por hasta seis e inclusive más horas, que mantienen sus características tal como salieron de planta”, grafica. “Hay aditivos acelerantes enfocados directamente a solucionar problemas de, por ejemplo, agua o temperatura, con lo cual el hormigón ve afectada su resistencia” agrega Ogaz señalando también adiciones como el nanosílice y el aumento que ha tenido el uso de fibras en Chile.

El experto dice que así no solo mejoró la tecnología, sino que también aparecieron nuevos sistemas de control de calidad más exigentes, los cuales corroboran que el material cumpla con lo especificado.

Por último, respecto a la calificación de la mano de obra, Ogaz indica que este oficio se ha ido profesionalizando. De este modo, ICH ha estado impulsando la supervisión de las jefaturas con respecto a los procesos involucrados en la proyección del hormigón, y también la capacitación y calificación de los operadores. Así, cuando es proyección vía manual el operador recibe una calificación de la ACI (American Concrete Institute) y cuando es robotizado, un certificado de la EFNARC (European Federation of National Associations Representing for Concret).

Con todo, se presentan cambios que han mejorado la implementación de esta técnica tanto en la construcción minera como en obras civiles. Tecnología en equipos y aditivos, los aliados del shotcrete.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders