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OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

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SHOTCRETE – OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

ISMAEL ANABALÓN SENIOR ADVISOR

NORMET LATIN AMERICA


ESTA PRESENTACIÓN TRATARÁ SOBRE LA OPTIMIZACIÓN DE LOS COSTOS PROYECTADOS EN EXCAVACIÓN SUBTERRANEA:

1.  DEFINICIONES

2.  ESPECIFICACIONES Y CONTROLES DE CALIDAD

3.  MEZCLA APROPRIADA PARA SHOTCRETE VIA HÚMEDA Y

MATERIALES QUE CONTIENE

4.  SELECCIÓN DE EQUIPOS ADECUADOS

5.  CORRECTA OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS

6.  SUPERVISORES Y OPERADORES CALIFICADOS

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SHOTCRETE – OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

Los grandes problemas en minas subterráneas y en túneles civiles (de carretera, ferroviarios, centrales hidroeléctricas, etc.) son las filtración de agua no controlada, roca incompetente y el soporte de roca. Son grandes riesgos: ►  La posible inundación ►  La imposibilidad de trabajar ►  El desprendimiento de rocas, asociado a la filtración y presión de

agua ►  El desprendimiento de rocas, asociado a su calidad o presiones

ESTOS PROBLEMAS INCIDIRAN EN LA VELOCIDAD DE EXPLOTACIÓN O AVANCE Y, POR ENDE, EN EL COSTO FINAL

OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALÓN – NORMET 3

PRINCIPALES PROBLEMAS EN TUNELES Y MINAS

►  Hay dos tipos de inyecciones: pre y post, siendo la más efectiva y barata la pre

inyección

►  Normalmente se utiliza lechadas de agua + cemento y arena fina

►  Los equipos deben ser los adecuados

►  Se manejan volúmenes que encarecen la inyección

►  El sistema no es bien estudiado


CONTROL DEL AGUA CON INYECCION

PRE INYECCIÓN

►  Hay hundimiento en superficie, afectando estructuras y construcciones

►  Pérdida de estabilidad de la masa rocosa alrededor del túnel

►  Asentamiento del subsuelo que impacta las estructuras

subterráneas

►  Posibilidad de contaminar las aguas subterráneas

►  Impacto en el hábitat debido a pérdidas de altura de

las napas subterráneas o su agotamiento

►  Aumento de costos por tratamiento y manejo del agua

►  Excesiva infiltración puede hacer cambiar los criterios de

construcción del túnel

►  Pérdida de equipos de perforación y servicios en el túnel


CUANDO UD. NO PRE INYECTA…

OTRO EJEMPLO DE PROYECTO SIN PRE INYECCIÓN


CUANDO UD. NO PRE INYECTA…

REQUERIMIENTOS PARA LOGRAR EL ÉXITO

Es importante saber seleccionar el tipo de inyección a realizar, ya sea para SUELO o para ROCA, con el fin de que ella penetre y

lograr el objetivo planeado

TIPOS DE INYECCIONES

OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALÓN - NORMET 7

LECHADAS Las lechadas se basan en la inyección de Cemento Portland, con aluminatos, e incluyen humo de silice (silica fume), bentonita y arena fina. Todos ellos deben tener el tamaño adecuado para poder penetrar en las fisuras El cemento, por su tamaño de grano, puede dividirse en: ►  Cemento ordinario (OPC, <128 µm), - 0.128mm ►  Cemento Fino (<64 µm), – 0.064mm ►  Microcemento <20 µm – 0.020mm ►  Cemento Ultrafino (UFC) BENTONITA: El tamaño de las partículas es inferior a un 0,03% , se hincha con el contacto con el agua, es impermeable y su densidad ayuda a estabilizar las paredes de las grietas

CLASIFICACION POR PENETRACION OPC: 100-140 µm –fisuras hasta 0.4mm MFC: 0 - 30 µm –fisuras hasta 0.1mm UFC: 0 - 15 µm –fisuras hasta 0.05mm

PENETRACIÓN EN LAS FISURAS


CEMENTOS FINOS


Fisuras en roca 0.02mm

Cemento de endurecimiento

rápido 50µm Ultrafino

9µm

Microfino

16µm

Colloidal Silica 0.015µm Microfino 12µm

Su tamaño ayuda a la fácil penetracion de las fusuras o grietas

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BENEFICIOS DEL MICROCEMENTO


►  Nueva tecnología de inyección de cemento

►  Muy buena penetración en pequeñas grietas y espacios granulares

►  Puede reemplazar inyección de productos químicos (en algunos casos)

►  Mejor entorno de trabajo - sin productos tóxicos

►  Mayor eficiencia ►  Mas económicos

LECHADAS QUIMICAS


LECHADAS QUÍMICAS: Por el tamaño de su particular y viscosidad, éstas pueden penetrar por fisuras y porosidades de hasta 0.05mm (dependiendo de la viscocidad) ►  Silicatos de sodio ►  Silicatos coloidales ►  Acrilatos ►  Polyuretanos

LECHADAS QUIMICAS

Las lechadas químicas fueron, inicialmente, desarrolladas para proveer resistencia y control de flujos de agua en ambientes donde el tamaño de las fisuras o poros del suelo o roca era demasiado pequeño para usar la típica lechada de cemento ¿Dónde se usan? Ø  Llenar huecos más atrás del soporte del túnel Ø  Consolidación de las partículas del suelo, para mejorar su cohesión,

aumentando su resistencia Ø  Formar barreras para detener el agua infiltrándose, consolidando el

suelo Ø  Tratamiento del terreno adelante del avance del túnel, inyectando las

fisuras y mejorando el suelo Las lechadas químicas se usan, normalmente, para el control de agua en túneles y para aumentar la capacidad de soporte y estabilización de materiales muy finos en fundaciones y excavaciones


LECHADAS QUIMICAS

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DEFINICIÓN:

¿QUÉ ES ”SHOTCRETE”?

Es concreto proyectado in situ, a alta

velocidad y auto compactado

RECUERDE!!! ☺ Shotcrete es concreto

SHOTCRETE


SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET 14

EL OBJETIVO DE LA COLOCACIÓN DE SHOTCRETE ES SOPORTAR LA ROCA, RÁPIDA Y EFECTIVAMENTE, PARA CONTINUAR CON LA SIGUIENTE FASE DEL CICLO DE MINADO CON SEGURIDAD PARA EL PERSONAL Y EQUIPOS, PREVINIENDO COLAPSOS EN EL ÁREA YA EXCAVADA. ES PARTE IMPORTANTE EN LA FORTIFICACIÓN FINAL.

SE USA, TAMBIÉN, PARA SOPORTAR TALUDES

SHOTCRETE

SHOTCRETE

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¿QUÉ ES LO QUE LE DEBE INTERESAR AL ESPECIFICADOR?

Principalmente, lo siguiente: 1.  Que su sostenimiento, el que incluye

shotcrete, sea capaz de resistir las solicitaciones a encontrar durante la excavación

2.  La durabilidad del sostenimiento

¿CÓMO CONSEGUIR Y ASEGURAR ESTO?

SHOTCRETE


SHOTCRETE

Ø  CON UNA MEZCLA DE ALTA CALIDAD

Ø  CON UNA PLANTA PARA CONCRETO ADECUADA, BIEN

MANTENIDA Y CALIBRADA

Ø  CON MEZCLADORES TRANSPORTADORES EN PERFECTO

ESTADO

Ø  CON EQUIPOS ROBOTIZADOS

Ø  CON OPERADORES ENTRENADOS, CALIFICADOS Y

CERTIFICADOS

Y, PRINCIPALMENTE…

CON CONTROLES DE CALIDAD ADECUADOS Y

PERMANENTES 16

SHOTCRETE


§   Cemento 420 kg §   Silica fume (opcional) 30 kg §   Agregados pétreos 1.730 kg §   Agua libre 177 kg §   Hiperplastificante 4,5 kg §   Controlador de hidratación 2,5 kg §   Acelerante 32 kg Ø  PESO POR M3 DEL SHOTCRETE (SIN ACELERANTE): ENTRE 2.250 Y 2.350 KGS. Ø  RELACIÓN AGUA/CEMENTO: 0,42 (> 0,45)

RECUERDE: ¡¡SHOTCRETE ES CONCRETO!!

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MEZCLA TÍPICA PARA SHOTCRETE


Beneficios de una mezcla con alta calidad y alta resistencia inicial

Rápido endurecimiento => AUMENTO DEL AVANCE Bajo consumo de acelerante => MENOR COSTO Posibilidad de aplicar capas gruesas Buen desarrollo de resistencia Menor reduccion de la resistencia final Alta durabilidad Bajo rebote => MENOR COSTO Muy poca pérdida de concreto => MENOR COSTO Aplicación más rápida => MAYOR AVANCE Y MENOR COSTO Mejor ambiente de trabajo Amigable con el medio ambiente

¡¡¡ TODO LO ANTERIOR IMPLICA UN COSTO TOTAL MÁS BAJO!!

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UN DISENO DE MEZCLA APROPRIADO ES LA CLAVE DEL

ÉXITO ECONOMICO


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ARENA Y AGREGADOS

PROCESO DEL SHOTCRETE: MATERIALES


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AGUA §   Hay que usar agua limpia §   Regla básica: El agua que usted pueda beber es la mejor para ser usada en el concreto!

PROCESO DEL SHOTCRETE: MATERIALES


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17,3% 0,0%

6,9%

5,1% 0,6%

0,2% 12,1%

8,6%

0,2%

0,7% 1,5%

1,2% 3,7%

20,2%

1,7%

18,5%

1,5%

CEMENTO

SILICA FUME

ARENA

HIPERPLASTIFICANTE

CONTROLADOR HIDRATACIÓN AGUA

ACELERANTE

FIBRA

COSTO POSESIÓN PLANTA MANTENIMIENTO PLANTA M. DE OBRA PLANTA

EQUIPOS Y MATERIALES AUX. COSTO POSESIÓN EQ. TRANSP. TRANSPORTE SHOTCRETE COSTO POSESIÓN EQ. LANZADO LANZADO SHOTCRETE

SUPERVISIÓN

CEMENTO 47,00 17,3%

SILICA FUME 0,0%

ARENA 18,70 6,9%

HIPERPLASTIFICANTE 14,00 5,1% CONTROLADOR HIDRATACIÓN 1,75 0,6%

AGUA 0,50 0,2%

ACELERANTE 33,00 12,1%

FIBRA 23,50 8,6% 51%

COSTO POSESIÓN PLANTA 0,50 0,2%

MANTENIMIENTO PLANTA 1,80 0,7%

M. DE OBRA PLANTA 4,15 1,5% EQUIPOS Y MATERIALES AUX. 3,30 1,2% COSTO POSESIÓN EQ. TRANSP. 10,00 3,7%

TRANSPORTE SHOTCRETE 55,00 20,2% COSTO POSESIÓN EQ. LANZADO 4,70 1,7%

LANZADO SHOTCRETE 50,30 18,5%

SUPERVISIÓN 4,00 1,5%

VALOR TOTAL M3 (APROX.) US$ 272,20

SHOTCRETE


SHOTCRETE

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ESTIMACIÓN DE AHORROS POR EFICIENCIA EN LA OPERACIÓN

REBOTE Volumen m3/mes

Rebote actual (est.)

Rebote actual, en m3

Precio m3 US$(1)

Rebote con operador entrenado

Rebote futuro, en

m3

Ahorro mensual por menos m3 de

rebote US$

Ahorro anual por menos m3 rebote

US$ 1.000 30% 300 272 10% 100 54.400 652.800

ACELERANTE Volumen, kg/mes

Dosificación actual

acelerante p.p.c. (est.)

Precio kg. (2) Dosificación acelerante con operador entrenado

Volumen kg/mes con

operador entrenado

Ahorro por mes por pérdidas de

acelerante

Ahorro anual por pérdidas de acelerante

40.000 10% 0,38 8% 32.000 3.040 36.480

TRANSPORTE Diferencia volumen

rebote mes

Valor transporte

concreto x m3 (2)

Ahorro mes por

Transporte Concreto

Ahorro Anual por transporte de

concreto

200 7,70 1.540 18.480

TIEMPO Volumen rebote mes

Tiempo de lanzado

utilizado, hrs. Valor hora (2) Ahorro mes en

Tiempo Ahorro Anual en

tiempo de lanzado

200 16 115 1.840 12.880 MES ANUAL TOTAL AHORRO CON OPERADORES ENTRENADOS US $ (3) 60.820 720.640 Notas: 1.-Cálculo estimado, usando mezclas con 420 Kg de cemento por metro cúbico de concreto y acelerantes libre de alcali. 2.-Precios de acelerante de fraguado (x m3 de concreto), transporte de concreto y tiempos son estimativos. 3.-No se considera en este analisis los ahorros por sobre espesor de capa de shotcrete.

SHOTCRETE


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q   PLANTA DE CONCRETO

•   ESPECIFICAR MEZCLA DE SHOTCRETE •   CALIBRACIÓN DE LA PLANTA •   CEMENTO Y ARENA •   ADITIVOS QUÍMICOS •   CONTROL DE CALIDAD •   REPORTES

SHOTCRETE: FABRICACION Y TRANSPORTE


q   TRANSPORTE

•   EQUIPO DE TRANSPORTE •   DISTANCIA Y TIEMPO •   COMPROBACIÓN DE LAS CONDICIONES

DE LA MEZCLA, IN SITU

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SHOTCRETE: LANZADO


•   TIPO DE EQUIPO: TAMAÑO •   MANTENIMIENTO •   REPUESTOS

o   EQUIPO

o   PERSONAL

•   OPERADORES CALIFICADOS •   SUPERVISORES CALIFICADOS

o   CONDICIONES OPERATIVAS

•   AIRE COMPRIMIDO: VOLUMEN Y PRESIÓN •   VENTILACIÓN ADECUADA •   LIMPIEZA DE ASTIALES •   SCALING •   CONTROL DE CALIDAD IN SITU

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ASENTAMIENTO DE CONO DE ABRAMS

FLUJO (ESCURRIMIENTO)

ES RECOMENDABLE REALIZAR ESTOS CONTROLES EN PLANTA DE CONCRETO Y EN LA FRENTE DE TRABAJO

SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD


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Revise el shotcrete visual y manualmente

El shotcrete se siente un

poco pegajoso…

Tomando el concreto con su

mano y apretándolo, se tiene una buena apreciación de su trabajabilidad



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LA CALIDAD FINAL DEPENDERÁ, TAMBIÉN, DEL TIPO DE EQUIPO DE LANZADO

Entrega de Concreto versus Acelerante 2

Alta trabajabilidad Bajas

pulsaciones

Acelerante

concreto

Baja Trabajabilidad

Altas pulsaciones

1concreto

Acelerante

Cono >18 cm o flujo >50 cm

Pulsaciones resultan en capas



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Ang de la boquilla

Reb

ote

%

Mala

Regular

Buena Cal

idad

del

sho

tcre

te

0º 90º

0º Áng boquilla a sustrato

10 % 1 % 10 % Dosis Acelerante

0.2m 1 to 2m +3m Dist Boquilla a sustrato

Corona Invert Corona Área de aplicación in túnel Muros Muros

100

50

10 Excelente

Rebote afecta la calidad



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Paneles para ensayo de acuerdo a norma europea EN 14488-1

Tamaño del panel 1x1 m



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MEDICIÓN DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA (TENACIDAD)



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EN 14488 PARTE 2: RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE SHOTCRETE A TEMPRANA EDAD

Desarrollo de Método Instrumento Rango Resistencia Tiempo (Edad)

Resistencia Inicial Aguja de Penetración

Penetrómetro Hasta 1,2 MPa 0 a 3 Hrs.

Resistencia Temprana

Inserción de Clavo Pistola HILTI DX 450

2,5 a 10 Mpa 3 a 24 Hrs.

Resistencia Final Testigos (Diamantinas)

Testiguera / Prensa Hidráulica

10 a 100 Mpa 0,5 a 28 Días



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MÉTODO A: AGUJA DE PENETRACIÓN O PENETRÓMETRO

§   Un penetrómetro indica la fuerza de resistencia mediante la compresión de un resorte calibrado o celda electrónica. A partir de esto, el fabricante del equipo de prueba puede obtener la resistencia a la compresión estimada mediante una curva de conversión.

§   Se necesita una capa de shotcrete con un espesor mínimo de 50 mm para las pruebas.



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MÉTODO B: INSERCIÓN DE CLAVO

§   Se inserta un clavo en el shotcrete y se determina la profundidad de penetración. Después, se extrae el clavo y se mide la fuerza de extracción: la relación entre la fuerza de extracción y la profundidad de penetración se usa para obtener la resistencia a la compresión estimada mediante una curva de conversión que proporcionará el fabricante del equipo de prueba.



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MÉTODO C: EXTRACCIÓN DE TESTIGOS

§   Los testigos se extraen o bien in situ ó desde paneles de proyección

§   Extracción de testigos desde 12 horas (10 MPa) §   Diámetro recomendado de los testigos es 100 mms §   Resistencia del Testigo => Resistencia en Cilindro

=> Resistencia en Cubo (deben realizarse varios cálculos de conversión)

§   Medición de la resistencia a la compresión



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INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Con los resultados de resistencias a distintas edades (minutos,horas, días), se realiza la caracterización de la curva de resistencia a temprana edad.

Un criterio de evaluación de resistencias a temprana edad está indicado en la norma UNE 14.487-1 y hace referencia al cumplimiento de las denominadas “Curvas J.



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CLASE J1: El shotcrete J1 es adecuado para la colocación en capas delgadas sobre un sustrato seco, sin requisitos de carga, ofreciendo como ventaja la baja formación de polvo y de rebote. Corresponde a la región comprendida entre las curvas A y B. CLASE J2: Para aquellos shotcrete que deben ser aplicados en capas más gruesas, con presencia de infiltraciones o en situaciones que impliquen cargas inmediatas como, por ejemplo, la perforación e inyección de anclajes o vibraciones debido a las voladuras. Se requiere también para aplicación sobre cabeza o en grandes espesores. El shotcrete clase J2 aplica también para el caso de cargas rápidas debido a presiones del terreno. Corresponde a la región comprendida entre las curvas B y C. CLASE J3: Sólo debe ser especificado en circunstancias especiales, como, por ejemplo, ante una fuerte infiltración de agua. Se requiere igualmente en caso de avances rápidos o casos especiales (requerimientos estáticos). Corresponde a la región comprendida sobre la curva C.



OPORTUNIDADES DE MEJORA DE EFICIENCIA DEL

CICLO DE MINADO

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PERFO-RACIÓN

VO

LAD

U-

RA

Y

VE

NTILA

-C

IÓN

LIMPIEZADESMON-

TES

SH

OT-

CR

ETE

OPORTUNIDADES DE MEJORA DE EFICIENCIA DEL CICLO MINADO


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ANTES, ERA DE ESTA MANERA

Aplicación de Shotcrete en Túnel Ulmberg, Zurich, Suiza, en 1927: Transformación de Túnel de Ferrocarril a Túnel de Carretera

SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS


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Y MUCHAS VECES SE VEÍA (¡Ó TODAVÍA SE

VE?) COMO ESTO

Fuente: Manual de Seguridad para Trabajos en Túneles de ITA

SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS


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§   Eficiencia §   Velocidad §   Seguridad

Pero, hoy día NECESITAMOS:

… en otras palabras … EQUIPOS DISEÑADOS Y FABRICADOS

PARA ESOS PROPÓSITOS!



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SCALING

CARGUÍO DE EXPLOSIVOS


¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

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