shocrete 6

HormigHormign Proyectadon ProyectadoTunelerTunelera Mineraa Minera

BASF BASF ConstructionConstruction Chemicals ChileChemicals Chile

18-Nov-2009 BASF Construction Chemicals www.meyco.basf.com I Taller Sobre Sostenimiento Y Fortificacin en Minera 2

ndice & Contenidondice & Contenido

ANTECEDENTES: NUEVOS PROYECTOS - DEFINICIONES

HORMIGON PROYECTADO EN MINERA

DISEO DE SHOTCRETE

APORTES & MEJORAS A LA MEZCLA & APLICACION

COMENTARIOS FINALES


AntecedentesAntecedentesNuevos Proyectos MinerosNuevos Proyectos MinerosCluster MinerosCluster Mineros

Proyectos SubterrProyectos Subterrneos Etapa de Ingenierneos Etapa de Ingeniera, Desarrollo o Ejecucia, Desarrollo o Ejecucinn

CalamaCalama--AntofagastaAntofagasta

Los AndesLos Andes

RancaguaRancagua

IquiqueIquique


AntecedentesAntecedentesNuevos Proyectos MinerosNuevos Proyectos MinerosZona Norte, Proyectos Mediano PlazoZona Norte, Proyectos Mediano Plazo

Chuquicamata SubterrChuquicamata Subterrneoneo

CalamaCalama

ChuquicamataChuquicamata

Proyecto Proyecto ChuquiChuquiSubterrSubterrneoneo

Fuente: Chuquicamata Underground Mine, Fuentes et al, MassMin 2008


Nuevo Nivel Mina, Mina El TenienteNuevo Nivel Mina, Mina El Teniente

Zona Centro, Proyectos Mediano PlazoZona Centro, Proyectos Mediano Plazo

AntecedentesAntecedentesNuevos Proyectos MinerosNuevos Proyectos Mineros

Fuente: Geomechanical Behavior During Explotation Of Converging Sectors At El Teniente Mine,Lpez, S. et al, MassMin 2008

Mina El TenienteMina El Teniente


Zona Centro, Proyectos Mediano PlazoZona Centro, Proyectos Mediano Plazo

AntecedentesAntecedentesNuevos Proyectos MinerosNuevos Proyectos Mineros

Nueva Andina, Nueva Andina, AndinaAndina

Minera Subterrnea

Andina

Profundizacin Explotacin

Bajo Nivel 17

Minera Cielo AbiertoAndina

Fuente: Divisin Andina Plan de Desarrollo, A. Olavarra, Simin 2009


Objetivos del SoporteObjetivos del Soporte

Reforzar el Macizo RocosoReforzar el Macizo Rocoso- Disminuir el fracturamiento de la roca

Mantener los Bloques Dentro del Macizo RocosoMantener los Bloques Dentro del Macizo Rocoso- Controlando el desplazamiento de los bloques

Sostener el Contorno del MacizoSostener el Contorno del Macizo- Controlando al material proyectado

AntecedentesAntecedentesElementos de FortificaciElementos de Fortificacinn


AntecedentesAntecedentesDefiniciDefinicinnQue es el HormigQue es el Hormign Proyectado (n Proyectado (ShotcreteShotcrete)?)?

Hormign o mortero proyectado neumticamente sobre una superficie a alta velocidad (ACI 116-R). Naturaleza del shotcrete NO difiere del concreto convencional: siguen siendo vlidas (y con mayor fuerza) ley de Abrams (a/c), importancia de ridos, curado, etc.

Shotcrete


HormigHormign Proyectado en Minern Proyectado en MineraaFunciones & AporteFunciones & AporteShotcreteShotcrete en Mineren Mineraa

Soporte permanente de excavacin (principal aplicacin a nivel mundial).

Soporte temporal de excavacin. Refuerzo y/o reemplazo del macizo. Muros de contencin (Backfill). Parte del sello de ventilacin. Revestimiento de piques de descarga y/o

elementos sometidos a desgaste. Revestimiento permanente en ductos

verticales.

Shotcrete en Minera


ShotcreteShotcrete en Mineren Mineraa

Shotcrete Como Elemento de Fortificacin

Evita desprendimiento de rocas (como parte de un sistema integral de fortificacin: pernos, malla, etc.)

Protege sustrato de erosin del aire, agua y humedad.

Confina lateralmente las superficies. Rellena fisuras en la roca (refuerza sustrato). Soporte estructural (efecto arco) slo en grandes

espesores.

Adherencia. Resistencia (temprana y final). Durabilidad. Espesor.

Requisitos en la roca:

HormigHormign Proyectado en Minern Proyectado en MineraaFunciones & AporteFunciones & Aporte



Shotcrete Como Elemento de Soporte

HormigHormign Proyectado en Minern Proyectado en MineraaElemento de SoporteElemento de Soporte

Especificaciones TEspecificaciones Tcnicascnicas

Resistencia a compresin 225kg/cm2



HormigHormign Proyectado en Minern Proyectado en MineraaElemento de SoporteElemento de Soporte

- Proyeccin de piso a piso- En una sola capa- Superficie acuada y sin mallas cargadas- Proyeccin continua, a una distancia entre 1-1,5m de la caja y perpendicular a la superficie- Resistencia a compresin

- 10 cm Total, 5cm bajo la malla

Shotcrete Como Elemento de Soporte



HormigHormign Proyectado en Minern Proyectado en MineraaCalidad & DesempeCalidad & Desempeo en Obrao en Obra

Pobre desempeo y/o aplicacin: shotcrete costoso, ineficiente e inseguro.

Causas de un shotcrete de baja calidad en minera:

Inadecuado diseo de mezcla o sin diseo. Especificaciones tcnicas inadecuadas o inexistentes. Equipos e infraestructura de proyeccin inadecuados. Mano de obra no calificada. Incorrectas tcnicas de aplicacin. Deficiente logstica de suministros. Servicios inadecuados (aire comprimido, agua y energa). Control de calidad ineficiente o inexistente. Incorrectos/incompletos anlisis de costos, conducentes a falsos ahorros (problema generalizado en minera). Fuerte resistencia al cambio.



DiseDiseo del o del ShotcreteShotcreteVVa Ha Hmedameda

Shotcrete Va Hmeda

Accelerator

Integrated acceleratordosing pump

Accelerator

Output: 4 to 20m3/hrRebound: Aggs - 5 to 10%

Steel fibres - 10 to 30%

Wet mix -aggregates, cement, water

stabiliser and superplasticiser (& fibres)

Dense stream conveyance

Control of accelerator dosage and air volume at pump



DiseDiseo del o del ShotcreteShotcreteVVa Ha Hmedameda

Shotcrete Va Hmeda Mayor capacidad +

Bajos costos en desgaste de equipo y energa + Menor rebote (1/2 de via seca) +

nivel de polvo (1/10 de va seca) + Adecuado para refuerzo con fibras de acero +

Relacin agua/cemento controlada +

Manguera y boquilla pesadas para lanzado manual -

Necesita aditivos para concreto y acelerante -

Largo limitado para la manguera de concreto -

Inversin en equipos es mayor -


MaterialesMaterialesQue es el HormigQue es el Hormign Proyectado (n Proyectado (ShotcreteShotcrete)?)?

Materiales Usados:

Bsicamente los mismos del hormign convencional:

Cemento.Adiciones.Agua.ridos.Aditivos.Fibras de refuerzo.

DiseDiseo del o del ShotcreteShotcrete


CementoCementoAspectos RelevantesAspectos Relevantes


Shotcrete va hmeda: Contenido de cemento no slo es determinado por resistencia o durabilidad: debe considerarse bombeabilidad, cohesin, adhesividad, rebote y abrasin.

Recomendacin: 400 kg/m3 < Cementante < 550 kg/m3 (retraccin).

En cada proyecto deben realizarse pruebas con cementos, aditivos, equipos (fabricacin, transporte, bombeo, proyeccin) y personal disponible para det. contenido ptimo de cemento.

Muy importante: verificar compatibilidad cemento-aditivos (ciertos cementos poseen fraguados muy lentos con algunos acelerantes).

Cemento:


CementoCementoEfecto ReboteEfecto Rebote


El Contenido de Cemento Influye en el Rebote:

29

1915

169 7

0

10

20

30

375 410 450cement content (kg/m3)

wall overhead

R

e

b

o

u

n

d

%

29

1915

169 7

0

10

20

30

375 410 450cement content (kg/m3)

wall overhead

R

e

b

o

u

n

d

%


MicrosiliceMicrosiliceAdicionesAdiciones

Material hidrulicamente activo que mejora propiedades del shotcrete: trabajabilidad, bombeabilidad, durabilidad, permeabilidad, adhesividad, rebote, resistencia, formacin de polvo, etc.

Adicin ms comn es la: Microslice Puzolana altamente activa.

Hormigones convencionales: prcticamente en mayora de los casos uso asociado a hormigones de alta resistencia.



Beneficios Beneficios MicrosMicrosliceliceAdicionesAdiciones

Aumenta impermeabilidad (dism. porosidad de matriz cementicia).

Mejora resistencia mecnica. Aumenta durabilidad.

Estado endurecido

Dosis recomendada: > 5 a 10% spc(pruebas de aptitud en condiciones de obra determinan dosis ptima).

Dosis recomendada: > 5 a 10% spc(pruebas de aptitud en condiciones de obra determinan dosis ptima).

Notable aumento de cohesin: menor rebote, mejor bombeabilidad, dism. abrasin en equipos.

Aumenta adhesividad al sustrato: Aumento espesores, dism. acelerante, aumenta adherencia.

Estado fresco



ShotcreteShotcrete en Mineren MineraaMicrosilice BeneficiosMicrosilice Beneficios

El costo de MS es inferior al beneficio que provee (m3 colocado): Rebote disminuye > 50%. Mejora adherencia al sustrato. Mejora bombeabilidad (menos prdidas x bloqueo). Optimiza uso de fibras de refuerzo. Mezcla ms cohesiva demanda menos acelerante. Disminuye desgaste de equipos.

Es complemento y no suplemento del cemento (slo en ciertas ocasiones permite reemplazo parcial del cemento).

Uso prcticamente obligatorio cuando se usan fibras de refuerzo (uniformidad de mezclado y adhesin a la matriz de cemento).



ShotcreteShotcrete en Mineren Mineraaridosridos

Parmetros relevantes:

Tamao mximo (en general


ShotcreteShotcrete en Mineren Mineraaridosridos

TAMATAMAO MO MXIMOXIMO

Mayora de aplicaciones: Tmax 10 mm. Mayor Tmx: Menor demanda del agua, pero aumenta rebote. Menor Tmx: Mayor demanda del agua, pero dism. rebote.

GRANULOMETRGRANULOMETRAA

Fundamental en shotcrete: compactacin se logra a travs de acomodacin de partculas durante proceso de proyeccin (en hormign tradicional se logra a travs de vibracin externa).

Parmetro mucho ms crtico en va hmeda que en va seca, debido a que influye en propiedades como bombeo, segregacin y cohesin.

Importante: granulometra hormign colocado difiere de hormign fabricado (rebote).



ShotcreteShotcrete en Mineren MineraaAguaAgua

Considerar idnticas precauciones que en hormigones tradicionales.

En caso de sospechas de calidad del agua, preparar pruebas comparativas con agua potable.



ShotcreteShotcrete en Mineren MineraaAditivosAditivos

Funcin

Obtener baja relacin a/c (< 0.45). Aumentar cohesin, disminuir segregacin y exudacin. Mejorar bombeabilidad. Mejorar resistencias iniciales y finales. Disminuir tiempos de fraguado. Controlar la hidratacin. Lograr curados efectivos. Incorporar aire.



ShotcreteShotcrete en Mineren MineraaAditivosAditivos

Aunque aditivos puedan haber sido usados en muchas obras (diversas condiciones), esta informacin es slo una buena aproximacin de partida: en cada proyecto se deben realizar pruebas de laboratorio y terreno para determinar aditivos y dosis adecuadas.

Muy importante es verificar comportamiento de aditivos considerando:

Tipo y dosis de cemento Tipo y calidad del rido Dosificacin propuesta Eficiencia equipos de fabricacin Tiempos de ciclo de produccin Equipos de bombeo y proyeccin Condiciones ambientales de operacin Experticia de operadores




Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaAditivos Aditivos -- HiperplastificantesHiperplastificantes

Finalidad: lograr mezclas de alta trabajabilidad manteniendo baja relacin a/c, sin segregacin ni exudacin (cono> 18 cm en mezcla a/c < 0.45).

Mecanismo de accin y efecto: dispersin en la masa de hormign, logrando reducciones de agua de hasta 35% (permiten mantener contenido de cemento dentro de rangos recomendables debido a altas reducciones de agua).

Policarboxilato.BNSy otros

LSN y otrosComponente activo

20 - 35%12 a 20%8 a 12%Reduccin de agua

HiperplastificanteSuperplastificantePlastificanteTipo de aditivo



Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaAditivos Aditivos -- HiperplastificantesHiperplastificantes

Ejemplo: Costo de shotcrete va hmeda usando hiperplastificante.Diseo: a/c < 0.45, rido Tmax 10 mm, cono > 18 cm, acelerante libre de lcalis 8%.(Precios ref.: Cemento GAR 120 US$/Ton; Hiperplastificante 2.5 US$/kg; Acelerante AF 0.40 US$/kg).

Opcin 1: No usar aditivo hiperplastificante. Demanda de agua cono 18 cm: 285 L/m3. Cemento: 285 / 0.45 = 633 kg/m3. Acelerante: 633 x 8.0% = 50.64 kg/m3 Costo: 633 x 120 /1000 + 50.64 x 0.4 = 96.2 US$/m3.

Opcin 2: Usar aditivo hiperplastificante. 200 L/m3 agua libre + 1.0% Hiperplastificante. Cemento = 200 / 0.45 = 444 kg/m3. Cantidad Hiperplastificante: 444 kg/m3 x 1.0% = 4.44 kg/m3 Acelerante: 444 kg/m3 x 8.0% = 35.52 kg/m3 Costo: 444 x 120 / 1000 + 4.44 x 2.5 + 35.52 x 0.4 = 78.6 US$/m3.

Ahorro por m3 colocado: 18.3%.Opcin 1: Mezcla de alto potencial de retraccin plstica.



Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaMezcladores & EficienciaMezcladores & Eficiencia

EficienciaPrecio

Volteo Simple eje horiz.

Planetaria

Turbomezclado

Mixer

Verificar: Mixer? Altura y estado de paletas RPMs

Eficiencia depende de volumen (< 63% Vt)



Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaControladores de HidrataciControladores de Hidratacinn

Problema: Shotcrete va hmeda tiene limitado tiempo de vida (pocos minutos u horas). Distancias de transporte, retrasos y/o detenciones dificultan operacin.

Solucin: Delvocrete: aditivo de ltima generacin desarrollado por BASF CC, que permite

controlar hidratacin del cemento (shotcrete va seca y hmeda), permitiendo ampliar considerablemente tiempo de utilizacin.

Delvocrete produce ahorros importantes al evitar frecuente lavado de equipos (proyeccin y bombeo) y rechazos de hormign por exceder tiempo de utilizacin (costos generalmente no considerados en presupuesto).

Calidad del shotcrete con Delvocrete es igual o superior a hormign convencional.

Pruebas de terreno muestran que Delvocrete puede producir disminuciones en el rebote.



Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaControladores de HidrataciControladores de Hidratacinn



Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaAcelerantesAcelerantes Libre de Libre de lcalislcalis

Acelerante de fraguado lquido no custico y libre de lcalis: Libre de lcalis: cantidad limitada de cationes lcalis (Na+, K+). Requisito

EFNARC: NaO < 1.0% en masa. No custico: pH 2.5 - 3.5. Requisito EFNARC: pH: 2.5 8.

Beneficios: Menos riesgosos (menos agresivos personal). Protegen medio ambiente (descarga a aguas subterrneas y aire,

provenientes del shotcrete y rebote). Menor disminucin de resistencia final respecto a acelerantes

convencionales.

Menor riesgo de reaccin alcali-rido. Compatibilidad con mayor cantidad de cementos. Capas de mayor espesor. Menor produccin de polvo.




DOSIFICACIDOSIFICACINN Dosis habitual: 4% - 10% (debe ser determinada en pruebas de laboratorio y terreno). Dosis de acelerante debe ser la MENOR posible y depender de:

Tipo de cemento (condiciona tipo de aditivo). Requisitos de resistencias tempranas y finales. Relacin a/c y trabajabilidad. Experticia del operador y equipo de proyeccin (manual v/s robotizada). Tipo de sustrato y presencia de agua (condiciona tipo aditivo). Espesor capa de shotcrete. ngulo de aplicacin (bajo cabeza, vertical o sobre cabeza). Temperatura de la mezcla y del aditivo (puede aumentarse).

Modified sodium silicate accelerators

ACIDIC NEUTRAL BASICSafe to human body

pH Scale 0 7 144 10

AFA

Conventionalaccelerators

Modified sodium silicate accelerators

ACIDIC NEUTRAL BASICSafe to human body

pH Scale 0 7 144 10

AFA

Conventionalaccelerators




6 a 10%

3 a 5%

6 a 10%

3 a 5%



Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaAspectos BAspectos Bsicos de la Instalacisicos de la Instalacinn


L = 1 -2 m = 90

L = 1 -2 m = 90


Aportes & Mejoras a la MezclaAportes & Mejoras a la MezclaAspectos BAspectos Bsicos de la Instalacisicos de la Instalacinn


Comentarios FinalesComentarios Finales

Relacin agua-cemento tan baja como sea posible (< 0.45) y contenido de material cementicio > 400 kg/m3.

La calidad del hormign requiere un control exhaustivo del consumo de acelerante.

Los hormigones de shotcrete deben ser curados eficientemente.

Para una evaluacin econmica correcta de la incorporacin de un producto en el shotcrete, primero debemos tener absoluta claridad del beneficio que se busca. Luego debemos determinar (en mltiples pruebas de terreno) la magnitud del efecto obtenido (caso tpico: uso de microslice).

Aspectos a ConsiderarAspectos a Considerar


Comentarios FinalesComentarios FinalesAspectos a ConsiderarAspectos a Considerar


Gracias Por su AtenciGracias Por su Atencinn

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