4 Claudio Olate 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
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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
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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
Pruebas en
laboratorio
Selección de
personal
calificado
Aprobación de
los materiales
constituyentes
Pruebas a
escala
industrial
Ensayos del
shotcrete
colocado
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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
Acelerantes
Aditivos reductores
de agua
Sílice coloidal /
Nanosílice
Aditivos reductores
de agua de alto
rango
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)
• Bandas árido combinado
• Impurezas orgánicas
• Cloruros
• Sulfatos solubles
• Reacción álcali-árido
Banda EFNARC Banda ACI506R Grading 2
Tamis ASTM Abertura (mm) Mínimo Máximo Mínimo Máximo
3/8" 9,5 93 100 90 100
4 4,75 77 100 70 85
8 2,36 59 92 50 70
16 1,18 41 76 35 55
30 0,6 26 56 20 35
50 0,3 14 32 8 20
100 0,15 6 16 2 10
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Control de Calidad - Materiales
Ejemplo de banda árido combinado
Porcentaje que pasa
Combinación
Banda EFNARC
Tamis ASTM Abertura (mm) Arena gruesa Arena fina 60/40 Mínimo Máximo
3/8" 9,5 100 100 100 93 100
4 4,75 81 93 86 77 100
8 2,36 56 77 64 59 92
16 1,18 41 71 53 41 76
30 0,6 29 52 38 26 56
50 0,3 18 30 23 14 32
100 0,15 11 18 14 6 16
200 0,08 2,9 4,1 3,4
Modulo finura 3,09 2,33 2,76 3,10 2,28
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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 (SO 4
-2
)
• Contenido de álcalis
• Requisitos de:
• Tiempo de fraguado
• Resistencia mecánica
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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
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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
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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
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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
Minimo
(m 3 )
Normal
(m 3 )
Exhaustivo
(m 3 )
Resistencia compresión 500 250 100
Resistencia a flexión - 500 250
Resistencia residual - 1000 500
Absorción de energía - 1000 500
Adherencia - 500 250
Contenido de fibra - 250 100
Espesor 50 (m 2 ) 25 (m 2 ) 10 (m 2 )
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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
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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
32

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
35

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
• Falta control humedad de áridos
• Variabilidad en dosis de aditivos (carguío)
• Período de tiempo espera excesivo
Cono excedido
• Falta control humedad de áridos
• Variabilidad en dosis de aditivos (carguío)
• Adición de agua: por ajuste de cono o contaminación mixer
Falta mantención
de cono
• 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
y/o formación de
pelotones de
fibra
• Método carguío inadecuado de la fibra
• Deficiencias en equipo mezclador
(planta mezcladora o mixer)
• Tiempo de amasado insuficiente
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Problemas típicos
Segregación mezcla
Exceso de agua
• Asentamiento de cono excedido por: adiciones o
falta de control humedad áridos
• Calibración de Planta de fabricación del hormigón
Mala distribución
granulométrica de los
áridos – Falta de finos
• Cambios granulométricos áridos
• Contaminación de áridos en Planta premezclado
• Dosis de cemento insuficiente
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Problemas típicos
Incumplimiento resistencia mecánica
Resistencia
inicial
•Baja dosis de aditivo acelerante
•Cemento no adecuado o incompatibilidad con aditivos
•Baja dosis de cemento
•Condiciones ambientales
•Maltrato de probetas/paneles en obra
Resistencia
de 28 días
•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
• Falta de cohesión mezcla
• Técnica de proyección inadecuada (distancia – ángulo)
• Espesor de capa y velocidad de proyección
Irregularidad en
capas 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
Instalador
Shotcrete
Especificador
Faena de
Shotcrete
Laboratorio
Control Calidad
Mandante
ITO
44

Muchas gracias
45