La tecnología del hormigón proyectado evoluciona mientras los fabricantes de equipos y las compañías químicas se… esfuerzan por mejorar el rendimiento
Por Simon Walker, Editor en Europa
A pesar que fue inventado como material de construcción a principios del siglo XIX, el hormigón proyectado es esencialmente un medio de soporte del siglo XX. El desarrollo del Nuevo Método Australiano de Construcción de Túneles (NATM) a fines de los 50’s y principios de los 60’s hizo aumentar significativamente su uso en soporte de rocas, con la industria minera entonces tomando la batuta de su contraparte de la construcción.
El concepto NATM se basa en el uso de hormigón proyectado para brindar soporte activo inmediato después de cada ronda de avance, con soporte adicional siendo instalado con una combinación de pernos para roca, pernos para cable y revestimientos de concreto de molde permanente o rociado. Esencialmente, el hormigón proyectado se usa para evitar la deformación inicial del perfil del frente de avance y permitir a la estructura de la masa rocosa permanecer auto-soportándose hasta las últimas etapas en que el soporte puede ser instalado.
Sin embargo, en la mayoría de los casos, las aplicaciones mineras dependen del hormigón proyectado no tanto para brindar soporte a la masa rocosa, sino más bien para proporcionar una capa de seguridad sobre superficies de roca expuestas. Por supuesto, hay excepciones, por ejemplo al usar el hormigón proyectado para procurar la estabilidad de los puntos de extracción en el largo plazo. Otras aplicaciones comunes incluyen una cubierta de hormigón proyectado sobre excavaciones grandes tales como estaciones de chancadoras o pozos; lugares donde la roca no necesariamente está sujeta a altos niveles de desgaste (como en conductos de extracción) pero donde es imperativo que no ocurra un alto nivel de fragmentación con el paso del tiempo.
A pesar que la técnica de rociar una mezcla de cemento-áridos a través de una boquilla a una presión lo suficientemente alta para garantizar la compactación sobre la superficie deseada ya estaba en uso entre 1910 y los años 50’s, la mayor innovación llegó con el desarrollo del rociado de mezcla húmeda. Antes de eso, la aplicación de gunita era ampliamente preferida, siendo la gunita el proceso original de mezcla seca que usaba cemento y arena en lugar de áridos más gruesos. La aplicación de mezcla seca se basa en agregar agua solamente a la boquilla rociadora, con los primeros sistemas que a menudo se obstruían si el material de alimentación inicial era demasiado húmedo.
Con el término ‘gunita’ patentado, los creadores de la nueva técnica de mezcla húmeda tuvieron que encontrar un nombre alternativo para su proceso, surgiendo los nombres de ‘hormigón proyectado’ (shotcrete) ó ‘hormigón rociado’ (sprayed concrete) como los estándares industriales. El término ‘hormigón proyectado’ ahora se refiere típicamente al rociado de cemento-áridos, mientras que la gunita se usa para el mortero rociado, y es menos común en aplicaciones mineras que requieren la mayor durabilidad que el hormigón puede proporcionar.
Combinando Máquinas y Mezclas
Diseñado para dar resistencia y duración, el hormigón proyectado difiere de sus tradicionales equivalentes de hormigón tradicionales en que ellos tienen requisitos de instalación inicial prácticamente instantáneos. Después de todo, el hormigón rociado sobre las paredes o el cielo de un frente de avance tiene que permanecer allí si ha de hacer su trabajo en forma efectiva, y la señal segura de un diseño de mezcla inadecuado es una gran acumulación de material de rebote a los pies de la pared. Los aceleradores de instalación son esenciales, con la dosificación correcta de los químicos apropiados ahora desarrollados hasta la perfección en relación a la mezcla áridos-cemento-agua y los requerimientos de servicio del hormigón proyectado en su lugar. No es de extrañar entonces que todos los principales fabricantes de proyectoras de hormigón y equipos de aplicación de gunita tengan estrechos vínculos con los principales proveedores de mezclas del mundo: los aditamentos y la alquimia van siempre de la mano.
La unión más reciente ha sido entre Normet de Finlandia, que por mucho tiempo ha sido uno de los fabricantes líderes en el mundo de máquinas proyectoras de hormigón móviles, y TAM International, la compañía de químicos para la construcción que, hasta ahora, ha tenido sus principales mercados en el Lejano Oriente. En una jugada anunciada al principio de Abril, Normet ha tomado un 40% de participación en TAM y ahora representará a TAM en áreas del mundo donde actualmente no tiene presencia. En cambio, TAM actuará como agente y distribuidor para Normet en Hong Kong, Taiwan, la región de Naciones del Sureste Asiático, y el Reino Unido. Las dos compañías recientemente trabajaron juntas en proyectos de construcción de túneles en Hong Kong y Taiwán.
El COO de Normet, Tom Melbye, no se basaría en sus predicciones en cuanto a cómo esta adquisición podría ayudar a Normet a aumentar su participación en el mercado mundial para equipos de proyección de hormigón, sino que afirmó que la capacidad de la compañía para proporcionar tanto equipos como mezclas ayudaría a expandir su presencia en todo el mundo.
El enlace Normet-TAM posiciona a la compañía sobre una base equivalente a la de otros proveedores tales como BASF (que tiene la línea de equipos Meyco como también los químicos para construcción anteriormente comercializados bajo el estandarte MBT) y la alianza Putzmeister-Sika-Aliva.
Especificaciones del Hormigón Proyectado
Los diseños de mezcla para el hormigón proyectado dependen de una serie de factores, algunos de los cuales son similares a aquellos de un hormigón comparable, mientras que algunos no los son. Cuando es crítico un soporte inmediato, será clave desarrollar una resistencia temprana, siendo factores importantes la finura y calidad del cemento usado. La finura de la molienda controla el área de superficie específica del cemento, recomendándose un valor Blaine de no menos de 3.200 cm2/g para uso en el hormigón proyectado. Las mezclas secas normalmente usan menos cemento en relación al contenido de áridos que las mezclas húmedas, aunque el diseño dependerá de la resistencia final requerida y de otras propiedades del hormigón proyectado en el lugar.
Las proporciones relativas de arena y áridos también pueden diferir de aquellas usadas en el hormigón convencional. La experiencia ha demostrado que una mezcla de arena-áridos que contenga alrededor de un 40% de partículas menores a 1,18 mm ayuda a tener buenas propiedades de bombeo, aunque a menudo se especifica un tamaño máximo de grava de alrededor de 9,5 mm. Una proporción demasiado alta de material grande puede llevar a un rebote excesivo, ya que la grava impacta sobre una superficie que ya tiene guijarros con material un poco más blando entre medio.
Las especificaciones proporcionadas por la Sprayed Concrete Association del Reino Unido indican: “los hormigones rociados generalmente tienen una menor proporción agua/cemento que el hormigón vertido. Esto es especialmente cierto en el proceso seco, donde una mezcla de baja-caída capaz de soportarse a si misma sin destemplarse es bastante normal. Las mezclas de proceso-húmedo logran un resultado similar usando un plastificante.”
Aparte de los plastificantes, existe una amplia gama de aditivos y mezclas disponibles. Los aditivos que se usan frecuentemente incluyen la escoria de horno alto, la ceniza volante pulverizada (PFA) y el microsilicio, todos los cuales tienen propiedades puzolánicas. Las mezclas de pueden usar para acelerar el ajuste inicial del cemento o para controlar la humidificación, para brindar mejores propiedades tixotrópicas al hormigón proyectado húmedo mientras ocurre su ajuste inicial, y para mejorar la unión entre la roca y el hormigón proyectado. En ambos procesos, mezcla húmeda y mezcla seca, las mezclas normalmente se agregan en la boquilla, brindando de esta manera control en el último punto posible en el proceso de mezclado, bombeo y rocío.
La elección entre usar métodos de proyección de hormigón de mezcla seca o húmeda a menudo es regida tanto por la logística como por los criterios de diseño. Las mezclas secas pueden ser movilizadas a granel y almacenadas bajo tierra hasta que se necesiten. Las mezclas húmedas, que primero son procesadas en lotes y luego transportadas hasta la unidad rociadora, obviamente pueden usarse solamente cuando hay una infraestructura de transporte apropiada, y puede en a su vez necesitar la incorporación de mezclas retardadoras si toma tiempo manejar desde la planta hasta el rociador.
En este contexto, ha habido un evidente cambio en la tecnología preferida durante los últimos 20 años. En un artículo publicado en el 2000, Mike Rispin (en ese entonces de MBT y ahora con Normet Americas) indicó aunque que se sigue prefiriendo mezcla seca para el hormigón proyectado en minas Norteamericanas, estaba emergiendo una clara tendencia—especialmente para usuarios de gran volumen—para mezcla húmeda. En una reciente presentación, él estimó ahora que más del 60% del hormigón proyectado usado en minería subterránea es mezcla húmeda. Esto obviamente tiene implicancias en la infraestructura, aunque si estos se construyen en una etapa de diseño en la mina, los requerimientos de transporte del hormigón húmedo pueden adecuarse mucho más fácilmente si el soporte de hormigón proyectado se introduce como una idea tardía.
Rociadores de Hormigón Proyectado
Antiguamente dentro del grupo MBT y ahora parte de los Químicos para Construcción BASF, las máquinas proyectoras de hormigón para la minería de Meyco incluyen a Cobra, una unidad móvil compacta accionada electro-hidráulicamente para aplicar concreto de mezcla húmeda. El sistema autónomo Cobra se desarrolló específicamente para uso en túneles de perfil pequeño. El brazo rociador tiene la flexibilidad para doblarse hacia atrás par arrastre y se extiende fácilmente dentro de un espacio confinado para rociar, afirma la compañía. El equipo está montado sobre un chasis Paus con tracción en las cuatro ruedas y lleva un compresor integral para uso donde el suministro de aire comprimido principal no esté disponible o sea inadecuado.
La compañía presentó su nueva máquina proyectora de hormigón Poca en MINExpo 2008. Este equipo está disponible en dos formatos—completamente accionado por diesel e independiente de fuentes de poder externas, y accionado eléctricamente para rociar. Otras características incluyen la opción de rocío por control remoto, y un motor hidráulico que va posicionado en altura en el vehículo para un mejor enfriamiento.
Meyco recientemente suministró una de sus unidades más grandes, la Roadrunner, a la mina de hierro Malmerget de LKAB, en el norte de Suecia. Pudiendo usarse en carreteras, la unidad fue equipada con algunas características especiales solicitadas por LKAB, que incluyen una manguera de agua de alta presión de 150 mt. de largo sobre un carrete hidráulico retráctil, permitiendo al operador limpiar la máquina rápidamente.
Putzmeister exhibió su máquina proyectora de hormigón SPM 4207 en la feria Bauma. Diseñada para uso en secciones de acarreo pequeñas-a-medianas, ha sido diseñada a partir de la experiencia ganada con el modelo SMP 407 anterior, afirma la compañía.
Hay dos versiones disponibles, con la variante PC llevando un compresor de tornillo integral que permite usar la máquina independiente de redes fijas de aire comprimido. Para las aplicaciones mineras específicamente, las ventajas del producto incluyen neumáticos mineros resistentes al mayor desgaste, un tambor de cable que porta hasta 100 mt. de cables de energía, un convertidor catalítico y un filtro de partículas diesel, y un sistema integrado de protección contra incendios.
La SPM 4207 está equipada con un brazo rociador Aliva 302 que tiene un alcance de 8,5 mt. Las velocidades de rocío pueden de hasta 20 m3/h de concreto de mezcla húmeda. Las ayudas del operador incluyen un sistema de manejo de aditivos y una pantalla multilingüe en colores para los datos de rendimiento.
Normet también presentó una máquina nueva en Bauma, la Spraymec 8110 VC, aunque ella está diseñada para uso en frentes de avance más grandes que los que normalmente se encontrarían en la minería. En cambio, los equipos rociadores tradicionales Spraymec series 6050 y 1050 de la compañía están diseñados para uso minero en frentes de explotación más pequeños y más grandes, respectivamente. Ambas máquinas están disponibles en configuraciones diesel y electro-hidráulica, con máximas capacidades de rocío de hasta 20 m3/h para la 6050 y 25 m3 para la 1050.
Normet cubre el mercado Latino-americano a través de su filial Chilena, Semmco, que afirma ser el único fabricante Sudamericano de rociadores de hormigón proyectado de mezcla húmeda y mezcladores de bajo perfil. Semmco ahora tiene más de 20 de sus rociadores Alpha 20 en funcionamiento en las minas de la región, ofreciendo la máquina un alcance de hasta 7,5 m. Energizado con diesel con una transmisión hidrostática, esta unidad está equipada con una bomba para concreto integrada, un estanque acelerador de acero inoxidable, y un sistema dosificador acelerador controlado electrónicamente, con movimiento de pluma y rocío por control remoto inalámbrico. Puede ser abastecido por el mezclador Tornado de la compañía, que puede transportar hasta 4 m3 de mezcla húmeda por carga.
Desde Canadá, el fabricante de vehículos de servicios generales, Dux Machinery Corp., incluye un proyector de hormigón dentro de su línea de productos. Equipado con una bomba Aliva 263 que puede tratar material de mezcla húmeda o seca, el S1 puede trabajar en alturas de túnel de 2,5 – 7,8 mt., permitiendo un espacio mínimo de 1 mt. entre la roca y la boquilla. La unidad usa un brazo rociador Aliva 302, con operaciones controladas por medio de control remoto basado en cable.
Hormigón en Movimiento
La proyección de hormigón de mezcla húmeda requiere vehículos separados para rociar y para transportar el hormigón, ya sea directo desde una planta de concreto en la superficie, o desde una tolva al pie de un pozo de perforación. Como con el transporte convencional de concreto para cualquier proyecto de construcción en la superficie, el material debe mantenerse en movimiento para evitar la segregación de los áridos y para mantener la consistencia de la mezcla. Ahora varias compañías comercializan camiones mezcladores de bajo perfil para este propósito.
Desde el año 2000, parte del grupo Astec Industries, Breaker Technology Inc. (BTI) se conoce como Teledyne Specialty Equipment/CM Products, un nombre que tenía una larga relación con la minería. Su serie de cuatro modelos SCT de vehículos de transporte de hormigón proyectado brindan una capacidad de acarreo de entre 3 y 6 m3. Una rotación bidireccional del tambor a velocidades de hasta 14 rpm significa que la mezcla se puede mantener consistente durante el transporte, y luego puede ser descargada a la bomba revirtiendo la dirección de la rotación.
El tambor en sí, tiene un diámetro de 1,4 m (56”), y es transportado sobre uno de los chasis portadores articulados de la serie LP de la compañía. El largo total de la unidad depende de la capacidad de transporte requerida, y puede ir de 3,7 a 5,6 m (147–221”), mientras que el ancho es de 1,56 m (61”).
Normet tiene una gama de cuatro modelos de mezcladoras autónomos, cuyas capacidades de transporte van de 2,5 a 5,6 m3, como también un camión agitador que ofrece una carga de 6 m3 para alto volumen de rocío en frentes de avance más grandes. Las unidades mezcladoras también están disponibles como cartuchos intercambiables para el chasis multipropósito Variomec y Multimec de la compañía. Ambas versiones de las mezcladoras, con y sin inclinación, están disponibles.
La Norteamericana Maxon ofrece sus mezcladoras Maxcrete, que pueden ser montadas sobre una variedad de otros vehículos de servicios de la compañía. Capaces de transportar de 3,4 a 15,3 m3 (4.5–20 yd3), dependiendo del modelo, la Maxcrete tiene una tolva abierta en la parte de arriba para un fácil carguío, una compuerta de descarga grande para una rápida descarga, y un diseño de paleta de barrido total para una completa re-mezcla o re-templadura del hormigón, afirma Maxon, con unidades que pueden ser montadas sobre correderas, rieles, ó sistemas sin riel.
Mezclas
A pesar del predominio reciente de su vínculo con Normet, TAM International es probablemente uno de los proveedores de mezclas menos conocidos. No obstante, la compañía ha desarrollado una gama de productos que están específicamente diseñados para aplicaciones de hormigón proyectado con, por ejemplo, aceleradores líquidos y en polvo que están en el mercado.
El TamShot 10SS de TAM es un acelerador líquido para proyección de hormigón de mezcla húmeda, diseñado para uso donde se estén aplicando capas gruesas de hormigón proyectado de alta resistencia. La compañía afirma que su alcalinidad es menor que la de otros aceleradores tradicionales, aunque cuando se necesita un producto no alcalino, puede ofrecer su acelerador TamShot 80AF. Los aceleradores en polvo incluyen al TamShot 80PAF que, según TAM, puede ayudar a mejorar la productividad al acortar el tiempo entre cada capa subsiguiente de hormigón proyectado.
Asociándose con los equipos de Putzmeister, la compañía química Suiza Sika, ofrece una completa línea de mezclas para hormigón proyectado. Su tecnología superplastificante ViscoCrete está diseñada para controlar facilidad de operación y aumentar la durabilidad del hormigón rociado. Ayudando a reducir la proporción agua-cemento, ViscoCrete también trabaja en productos de unión en la línea de aceleradores Sigunit de Sika para mejorar la creación de resistencia en el hormigón proyectado, afirma la compañía.
Entre tanto, SikaTard regula la humidificación del hormigón rociado, permitiendo retardar el tiempo de ajuste para una mezcla por hasta 72 horas.
Las mezclas de hormigón proyectado de la división Construction Chemicals de BASF incluyen la línea Meyco SA de aceleradores en polvo y líquidos no alcalinos de la compañía, sus variedades Glenium y Rheobuild de superplastificantes, mezclas de control de humidificación Delvocrete y mezclas de mejoramiento de adhesión Meyco TCC.
Mejorando el Rendimiento
La tecnología del hormigón proyectado aún está evolucionando, mientras los productores de equipos y las compañías químicas se esfuerzan por atender al exigente mercado mundial de sus productos. Como se ha visto con recientes alianzas, ambos grupos de proveedores han descubierto que es beneficioso ofrecer paquetes de productos combinados como una forma de optimizar el soporte técnico para los clientes del sector minero.
Otra área de la tecnología ahora está siendo abordada tanto en Norteamérica como en Europa: el entrenamiento de operadores. La calidad del hormigón proyectado, y por lo tanto del soporte que proporciona, tiene directa relación con la idoneidad de la persona que está operando la boquilla, ya sea de mano o montada sobre un brazo rociador. Un operador indiferente o mal entrenado a menudo producirá un hormigón proyectado de calidad deficiente. Apuntando a remediar esto, la organización de comercio Europea, EFNARC, y su contraparte Norteamericana, la American Shotcrete Association, han establecido programas de certificación para el operador experto.
Basándose en sus cimientos de gunita, la tecnología del hormigón proyectado ha recorrido un largo camino durante los pasados 50 años. Alrededor del mundo, un creciente número de minas están confiando en el concepto para a lo menos una proporción de sus requerimientos de soporte.
