El hormigón proyectado, conocido también como "Shotcrete", se define como un hormigón colocado por proyección neumática de alta velocidad desde una boquilla. Esta guía ofrece una descripción de la tecnología y la práctica recomendada para el proceso, los materiales, las especificaciones, el equipamiento y los ensayos del hormigón proyectado. Sugiere también aquellos temas que deben ser examinados con detenimiento en relación con el diseño estructural y de mezcla, sin pretender ser una guía detallada en estos tópicos.
Si bien esta guía ofrece una visión general de los procesos existentes en la proyección de hormigón y de los requisitos que se requieren para alcanzar un desempeño determinado, no reemplaza la necesidad de contar con la opinión de un especialista en los campos particulares que se discuten en esta guía.
En relación con las técnicas de proyección, existe en este documento un mayor énfasis en las técnicas por vía húmeda, tanto manual como robotizada. No ha sido la intención pasar por alto el hormigón proyectado por vía seca, método que tiene su propio conjunto de ventajas en muchas situaciones particulares. Sin embargo, debido a las limitaciones de este método, la aplicación de mezcla húmeda, especialmente robotizada, para el soporte de rocas se efectúa cada vez con más frecuencia.
De todas maneras, la elección del proceso más adecuado a utilizar depende, en definitiva, de la aplicación particular considerada. En la preparación de esta guía nos hemos basado principalmente en “Recommended Practice - Shotcreting in Australia”, complementada con lo que hemos considerado son las mejores prácticas del hormigón proyectado en la industria Europea, Australiana, Norteamericana y también complementada con la experiencia nacional en el tema, especialmente en aspectos que son propios de nuestra realidad. Las diversas citas bibliográficas dan cuenta de esta diversidad de fuentes.
Definiciones esenciales
Esta guía no pretende entregar una definición de todos los términos usados en construcción con hormigón, sino solo aquellas que son esenciales para comprender la terminología asociada al uso del hormigón proyectado.
- Capa de repaso (smoothing layer): fina capa de hormigón proyectado, aplicada generalmente con la intención de proporcionar una superficie uniforme. Se aplica sobre una capa inicial de hormigón proyectado.
- Fibras (fibers): elementos cortos, de forma alargada y de alta capacidad a la tracción utilizados como refuerzo. Las fibras comercialmente disponibles son las de acero, polímeros de diversa composición y de vidrio resistente a los álcalis.
- Gunita (gunite): nombre propuesto por la compañía “Cemet Gun Company” en 1907 en los EE.UU. para el primer mortero que se proyectó neumáticamente. Este mortero contiene agregado fino y un alto porcentaje de cemento.
- Hidrolavado (hydroscaling): lavado con agua a alta presión que ayuda a mejorar la adherencia del hormigón proyectado con el sustrato.
- Pasada (pass): área de movimiento de la boquilla durante la operación de proyección del hormigón.
- Pitonero (nozzleman / sprayer / gunitador): persona encargada del control de la boquilla y, por lo tanto, de la proyección del hormigón.
- Planchón de hormigón (fallout): parte del hormigón proyectado que cae (se desprende) de una superficie de trabajo tiempo después de la proyección.
- Proyección por vía húmeda (wet mix shotcrete): técnica en la que el cemento, áridos y agua para una amasada se mezclan antes de introducirlos en el equipo de proyección.
- Pulsación: corresponde al espaciamiento en el flujo no continuo del hormigón, producto del cambio de pistón por el llenado incompleto del cilindro.
- Sustrato (substrate): superficie sobre la que el hormigón proyectado es colocado. Por ejemplo, suelo o roca.
- Tenacidad (toughness): la tenacidad es una medida del comportamiento post agrietamiento del hormigón. Se mide a través de la energía acumulada bajo la curva carga-deflexión en una muestra sometida a ensayo de flexión o tracción, a través de la resistencia residual u otro parámetro derivado a partir de dicha curva.
Tipos de hormigón proyectado
El hormigón proyectado puede clasificarse de acuerdo con el proceso de proyección en hormigón proyectado por vía seca y hormigón proyectado por vía húmeda.
Shotcrete por vía húmeda
Técnica en la que el cemento, áridos y el agua se procesan por lotes y se mezclan juntos en una planta de hormigón o equipo móvil de mezclado, para luego transportarlos y finalmente vaciarlos en una bomba. Desde este punto, la mezcla se transporta a través de una manguera a una boquilla en donde se proyecta neumáticamente sobre el sustrato. El aire comprimido se introduce en el flujo de material en la boquilla con el fin de proyectar el material hacia el sustrato. A este hormigón proyectado se incorporan aditivos acelerantes antes de ingresar a la boquilla y también se le puede incluir fibras durante el mezclado.
En Chile, la mayor parte del hormigón proyectado se aplica por el método de mezcla húmeda con un equipo robotizado. Sin embargo, en ciertas aplicaciones es más adecuado utilizar el proceso de mezclado en seco.
Shotcrete por vía seca
Técnica en la que el cemento y agregados se procesan por lotes y se mezclan mecánicamente. El material es transportado neumáticamente a través de mangueras o tuberías a una boquilla donde se introduce agua para humedecer la mezcla antes de que sea proyectada. Este hormigón proyectado también puede incluir aditivos o fibras o una combinación de ambos.
| Ítem | Hormigón proyectado vía húmeda | Hormigón proyectado vía seca |
|---|---|---|
| Equipamiento | Bajo costo de mantenimiento. Mayor costo inicial. | Alto costo de mantenimiento. Menor costo inicial. |
| Mezclado | Mezcla exacta en planta por lotes. Puede utilizar hormigón premezclado en planta. Acepta agregados húmedos. | Mezclado en el lugar de trabajo o en planta de pretratado. Entregas por lotes. Pequeñas y grandes cantidades. Rendimiento afectado por humedad del agregado, limitado usualmente a un máximo del 6%. Ideal para iniciar y detener operaciones sin dificultad. Adecuado en lugares de acceso remoto o limitado, o cuando la entrega de hormigón premezclado es logísticamente compleja. |
Usos del hormigón proyectado
Generalidades
El hormigón proyectado juega hoy en día un papel esencial en la industria de la construcción civil y minera. Es un material extremadamente versátil, que puede ser fácil y rápidamente aplicado transformándose en un medio rentable para la construcción. El hormigón proyectado es una forma eficiente de colocación de hormigón y posee excelente adherencia a múltiples sustratos, incluyendo roca, hormigón, albañilería y acero. Tras la aplicación y después de un período inicial de fraguado y de rigidización, el hormigón proyectado proporciona un soporte pasivo temprano al terreno. A medida que el shotcrete endurece y gana resistencia, deformaciones subsecuentes generan una significativa mayor resistencia ya que el hormigón proyectado se vuelve también más rígido.
El hormigón proyectado, correctamente diseñado y aplicado, permanece en su lugar sin hundimiento inclusive en paredes verticales o aplicaciones sobre cabeza. Es muy adecuado en áreas de acceso limitado, usando equipos pequeños, móviles y portables. El hormigón proyectado puede ser aplicado a través de equipos operados remotamente o por pitoneros. Los equipos remotos (telecomandados) son usados generalmente en aplicaciones subterráneas, lo que permite una operación segura manteniendo alejado al operador del sector sin fortificar. Se adapta a una amplia gama de aplicaciones en soporte de suelo, revestimientos y edificación.
Tunelería
En tunelería, el hormigón proyectado puede ser usado como revestimiento final o como soporte temporal. En revestimientos finales, el hormigón proyectado puede encontrarse usado en combinación con pernos de anclaje, cables, hormigón reforzado con fibras y marcos de acero (donde se requiera un soporte adicional). Los espesores varían desde 50 mm hasta 500 mm, pudiendo ser aplicado en múltiples capas.
El hormigón proyectado aplicado como soporte temporal es diseñado para proporcionar un soporte estructural temprano. A continuación puede ir seguido de una segunda capa que entrega el soporte permanente. El revestimiento permanente puede ser: hormigón proyectado, dovelas prefabricadas de hormigón u hormigón moldeado in situ.
La tecnología del hormigón proyectado ha desarrollado y mejorado los sistemas de impermeabilización y se ha convertido en un importante método de soporte para la construcción subterránea. Se puede aplicar también delgados revestimientos de hormigón proyectado sin refuerzo para alisar la superficie de la roca y, por lo tanto, reducir la resistencia al flujo de aire.
Cavernas
En algunos países se ha hecho común la construcción de cavernas subterráneas para almacenar productos a granel y materiales como petróleo, gas, aguas residuales y desechos nucleares, las que han sido construidas usando un revestimiento permanente de hormigón proyectado.
Soporte de suelo en minería
Las primeras aplicaciones mecanizadas de hormigón proyectado en minería fueron efectuadas sobre mallas y pernos instalados en áreas de suelos de mala calidad, donde la malla era inadecuada y requería la colaboración de pernos. Ha aumentado la disponibilidad de equipos mecanizados para la proyección de hormigón.
Uno de los principales desarrollos que mejoró la eficiencia en el uso de hormigón proyectado como soporte de suelo fue el paso a la proyección en ciclos. Esto significa que el hormigón proyectado es aplicado durante el ciclo de desarrollo, después de la tronadura y antes de la instalación de los pernos de anclaje. De esta manera, el uso de malla no se requiere y los pernos son instalados a través de las capas del hormigón proyectado.
La instalación del hormigón proyectado durante el desarrollo del ciclo de fortificación exige que el hormigón proyectado logre resistencias a edades tempranas lo antes posible después de su aplicación, para entregar seguridad al personal que está re-ingresando para continuar el desarrollo. La resistencia inicial necesaria tiene que ser establecida por un ingeniero especialista en cada sitio, pero generalmente se encuentra cerca de 1.0 MPa.
Otro desarrollo que ha mejorado el desempeño del hormigón proyectado en el soporte al suelo y roca es el “hydro-scaling”. El hydro-scaling es un lavado con agua a alta presión (entre 3000 a 6000 psi) que ha permitido una mejora en la adhesión del hormigón proyectado con el sustrato de hasta un 300% en algunas aplicaciones.
En zonas sísmicamente activas, en algunas minas se está instalando malla sobre la capa final de hormigón proyectado para proporcionar un soporte adicional, ya que la malla sin revestir tiene una elevada capacidad de deformación respecto al revestimiento. Hoy en día, en las faenas subterráneas de la gran minería y obras civiles en Chile, se utiliza una combinación de hormigón proyectado, fibras, mallas y pernos de anclaje.
Edificación
El hormigón proyectado tiene una larga historia de aplicación en la construcción de edificios fuera de Chile. Ejemplo son los muros estructurales en subterráneos. El hormigón proyectado también ha sido usado como una alternativa para construir y moldear paneles tilt-up y en silos, existiendo vasta experiencia de estas aplicaciones en USA y Australia.
Excavaciones para subterráneos y estacionamientos
El hormigón proyectado juega un papel muy importante en el soporte de excavaciones o cuando se requiere cortes verticales. Junto con los pernos de anclaje y/o pilotes excavados se logra avanzar con los muros a medida que avanza el proceso de excavación, dejando un muro permanente que puede ser usado estructuralmente.
Relleno de hundimientos o superficies sobre-excavadas
El hormigón proyectado puede ser usado eficientemente para el relleno de áreas sobre-excavadas o hundimientos. A diferencia de los métodos tradicionales con un moldaje lateral, usando hormigón proyectado no se expone al personal a condiciones peligrosas y además presenta ventajas logísticas de acceso y construcción.
Estructuras civiles complejas
El hormigón proyectado es muy eficiente en estructuras que poseen geometrías complejas, incluyendo reducción de sección o secciones curvas.
Canales, embalses y aliviaderos
Los embalses y canales pueden ser construidos excavando hasta la forma requerida y luego proyectando el hormigón directamente sobre el suelo o roca expuesta. El hormigón proyectado tiene la capacidad de ser colocado, compactado y afinado en un solo paso, si es necesario en casos que se requiera un acceso rápido, variedad de formas o revestimientos muy gruesos.
Estabilización de taludes
El hormigón proyectado es ampliamente usado para la estabilización y protección en suelos y roca. Debido a su alta resistencia al corte y buena adherencia a la roca, el hormigón proyectado fortalece el sustrato, llenando vacíos y grietas y por lo tanto, evitando que la roca suelta se desprenda.
Piscinas y skatepark
Estas estructuras recreacionales son buenos ejemplos de la diversidad de formas que pueden construirse con hormigón proyectado. Estas estructuras son construidas excavando acorde a la forma requerida y reforzando según sea necesario con proyección de hormigón. Las construcciones con este método son económicas, durables y resistentes.
Refractarios
Se pueden revestir o reparar hornos refractarios de todo tipo con mezclas especiales de hormigón proyectado que contiene materiales como cementos con alto contenido de aluminato y ladrillos refractarios triturados, los que poseen excelentes propiedades refractarias. Una de las principales ventajas del hormigón proyectado refractario es que puede ser colocado rápidamente en altos volúmenes en áreas poco accesibles.
Reparación, restauración y reforzamiento
El hormigón proyectado es usado ampliamente en la rehabilitación de estructuras dañadas. Típicas aplicaciones son la reparación de hormigón deteriorado por la corrosión o el fuego. La reparación y restauración tienen lugar después que las zonas afectadas han sido debidamente identificadas y preparadas. Estructuras típicas que se reparan usando hormigón proyectado son puentes, represas, torres, puertos, edificios y estructuras de acero.
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