Shotcrete iqr

Diseño y Construcciones mineras Indalecio Quispe Rodríguez
4.4.2 CONCRETO LANZADO O SHOTCRETE.
El término genérico “Shotcrete” fue introducido por la American Railway
Engineering Association alrededor de 1930 para describir el proceso de
“Gunite” (1910). En 1951 el American Concrete Institute adopta el término
“Shotcrete”. Desde entonces el shotcrete se utiliza como un elemento de
soporte y de recubrimiento en muchas obras civiles. Con el transcurso del
tiempo su uso se amplió a la minería subterránea y en nuestro país se viene
aplicando desde hace más de 2 décadas.
El shotcrete, es un mortero o concreto proyectado (mezcla de cemento,
agregados, agua, aditivos y elementos de refuerzo), que es conducido a
presión (con aire comprimido) a través de una manguera y proyectado a alta
velocidad sobre una superficie de aplicación. Según el tamaño del agregado
desde 8mm hasta 10mm Ø se habla de mortero proyectado (gunitado) cuyo
uso esta restringido al revestimiento protectivo en el trabajo de túneles y
preferentemente en trabajos de impermeabilización; mientras para el concreto
proyectado el tamaño varía entre 10mm a 25 mm. Una ventaja fundamental
del shotcrete es que permite efectuar un soporte rápido de grandes áreas.
Los principios y propiedades de la mezcla para shotcrete son parecidas a la
mezcla de concreto normal y es producido mediante una tecnología aceptable y
a costos efectivos de mezcla; esto implica que en estos trabajos, los siguientes
aspectos técnicos deben ser considerados:
 Una buena selección de los materiales componentes del shotcrete.
 Condiciones de aplicación (incluyendo los accesos y la disponibilidad de
servicios)
 Modo de aplicación (procesos de vía seca o húmeda).
 Logística adecuada, porque se requiere una serie de equipos de apoyo
principalmente en el manipuleo y durante el proceso operativo.
 Requerimientos de salud y seguridad
La particularidad de su colocación con una buena compactación, permite
obtener estructuras delgadas de alta resistencia y una mayor adherencia con la

roca, que difícilmente pueden construirse con técnicas convencionales. Esta
unión tan íntima de la roca con el shotcrete, impide el proceso de aflojamiento y
descompresión, transformándose en una excavación estable (o sea los
esfuerzos de tracción se reducen y los esfuerzos de compresión se distribuyen
en la roca circundante). Estas propiedades favorables del shotcrete se
consiguen por la alta velocidad de lanzamiento de la mezcla que es del orden
de 70 m/s, por la relación de agua/cemento muy baja, preparación adecuada
de la superficie, buenas prácticas de mezclado, buena aplicación del shotcrete
y una buena supervisión.
Los campos de aplicación del shotcrete son variados tanto en obras civiles
como mineras.
Aplicaciones en obras mineras:
 Revestimiento temporal y/o definitivo de excavaciones subterráneas en
avance, galerías, túneles, cavernas y piques.
 Impermeabilizar obras con filtración local.
 Obras de consolidación de rocas.
 Construcción de losas cáscara.
 Reparación y refuerzo de estructuras
 Aplicaciones con pernos y/o mallas.
Aplicaciones en obras civiles:
 Impermeabilización de obras hidráulicas, túneles y cavernas.
 Refuerzo de construcciones de concreto y de mampostería.
 Protección anticorrosiva de construcción de acero.
 Revestimiento de tuberías.
 Reforzar y reparar obras de concreto o de mamposterías defectuosas, etc.
La tendencia del concreto proyectado es emplear como elemento estructural de
soporte de elevada resistencia con agregados de tamaño entre 10 y 20 mm.
El equipo principal de shotcrete se compone de:
1. Una máquina de impulsión (máquina shotcretera)

2. Equipos de apoyo (mezclador, compresor, bomba de agua) y
3. Accesorios (mangueras, boquillas o pistola, etc.).
Las características medias de shotcrete típico son:
 Tamaño mínimo del agregado 8 mm
 Volumen de agregados del concreto 1000 lts
 Contenido de cemento 450 Kg. /m3
 Factor agua/cemento 0.40 - 0.50
 Peso específico en seco 2,100 a 2200
Kg./m3
 Módulo de elasticidad E = 28,000
MPa.
 Módulo de poisson ν = 0.25
 Resistencia a la compresión al cabo de 28 días 35 MPa.
 Resistencia a la compresión al cabo de 1 año 60 MPa
 Resistencia a la tracción transversal a los 28 días 1.6 - 2.1
MPa
 Resistencia de adhesión en roca que acaba de excavar 0.1 a 2 MPa.
 Coef. de permeabilidad según Darcy 6 a 20 x 10-
10m/s
4.4.2.1. SELECCIÓN DE MATERIALES.
Un buen shotcrete comienza con una buena mezcla de concreto, por lo que es
necesario un control de calidad en la selección de materiales y en todo el
proceso de construcción.
a) Cemento.- En el mercado nacional existen 5 tipos de cemento Pórtland, tal
como se mencionó en el capítulo III; sin embargo para las mezclas de
Shotcrete es preferible el cemento tipo III de alta resistencia inicial por tener
mayor rapidez de fraguado. Este cemento contiene como mínimo 8% de C3A
(aluminato tricálcico) y de 50% a 58% de C3S (silicato tricálcico). El cemento
tipo I, es el que se encuentra fácilmente en el mercado y es el que más
responde a los requisitos de concreto lanzado, pero su uso requiere aditivos

acelerantes especiales que pueda facilitar el fraguado final en pocos minutos y
la obtención de resistencias mecánicas altas en unas cuantas horas. Otros
tipos de cemento pueden ser utilizados siempre que las condiciones así lo
exijan.
La regla general señala que por cada 1000 litros de agregados se utilizan entre
250 y 450 Kg. de cemento ó entre 320 y 460 Kg/m3.
a) Agua.- Debe cumplir las especificaciones que se exige para la preparación
del concreto ordinario. En la mezcla seca la cantidad de agua está determinada
por la técnica de aplicación del operario quien controla y regula la cantidad de
agua de acuerdo al diseño y se adiciona al final de la tubería de transporte, a
través de una cañería independiente. La presión mínima de agua en la boquilla
debe ser 3 bares (3 kg/cm2), significa que en el punto de conexión la presión
debe ser 5 a 6 bares.
La relación agua/cemento fluctúa entre 0.30 a 0.50 para mezclas secas y entre
0.40 a 0.60 para mezclas húmedas. Sin embargo, la experiencia indica que si
la relación a/c supera a 0.45 se escurre el concreto en las paredes verticales, si
la relación es inferior a 0.35 se produce tal cantidad de polvo que el operario
aumenta rápidamente el agua. El operario experimentado es capaz de
mantener la relación a/c entre 0.38 a 0.40 y tiene más o menos 20% de
rebote.
En general, el concreto proyectado sólo requiere el agua necesaria para
garantizar su fijación en la superficie de trabajo, y generalmente es inferior a la
requerida por los concretos comunes
c) Agregados.- Los agregados utilizados en el shotcrete responden a las
mismas exigencias del concreto ordinario, esto es, que tienen que ser grava
natural o piedra triturada resistentes, limpios y de granulometría adecuada
según las especificaciones para el shotcrete y apropiada a las condiciones
particulares del proyecto. (Los agregados redondeados son los más
adecuados).

El tamaño máximo del agregado grueso puede variar de ¾”(19 mm.) a ½”(12.5
mm.), no obstante en la práctica normalmente es de 9.50mm (3/8”) hasta
16mm que es aceptable técnica y económicamente para diferentes exigencias,
(o sea pasante la malla de 1/2" y retenidos en la malla N°4). Para tamaños
mayores a lo indicado se incrementa drásticamente el rebote llegando a
constituir entre 50% a 60%. En casos excepcionales como el relleno de
cavidades o el uso de aceleradores permite usar con tamaño máximo de
agregado grueso hasta 1” (25 mm)
En la proyección por vía seca la humedad propia de los agregados es muy
importante y deben tener una humedad baja y pareja comprendida entre 3% y
6%. Cuando es inferior al 3% provoca una cantidad excesiva de polvo y cuando
es superior a 6%, puede provocar la adherencia en las paredes internas de los
equipos de impulsión.
En el siguiente cuadro se presenta la granulometría recomendada por el ACI
para el agregado combinado. Por la malla 200 no debe pasar más del 2% de
finos.
GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO COMBINADO
(% DE PESO PASANTE)
TAMIZ ASTM
(mm)
GRADACIÓN N° 1
(FINO)
GRADACIÓN N° 2
(MEDIO)
GRADACIÓN N°3
(GRUESO)
¾" (19) 100
½" (12) 100 80 – 95
3/8" (10) 100 90 – 100 70 – 90
N° 4 (4.75) 95 – 100 70 – 85 50 – 70
N° 8 (2.40) 80 – 100 50 – 70 35 – 55
N° 16 (1.20) 50 – 85 35 – 55 20 – 40
N° 30 (0.60) 25 – 60 20 – 35 10 – 30
N° 50 (0.30) 10 – 30 8 – 20 5 – 17
N° 100 (0.15) 2 – 10 2 – 10 2 – 10

La gradación N° 1 puede ser utilizada para shotcrete de agregado fino.
La gradación N°3 exige una buena graduación granulométrica entre
agregados grueso y finos para evitar la segregación.
d) Aditivos.- Son productos químicos en forma de polvo o líquido (mezclas de
aluminatos alcalinos) que se añaden al shotcrete en el proceso de vía seca y
húmeda. Frecuentemente la adición de acelerantes especiales son los más
utilizados para facilitar el fraguado final del shotcrete en pocos minutos y la
obtención de resistencias mecánicas altas en unas cuantas horas.
Estos productos que aceleran el fraguado, al mismo tiempo afectan otras
propiedades, que se consideran como desventajas, y son los siguientes:
 Importante pérdida de resistencia con relación a la mezcla original.
 Un alto valor de PH constituye fuentes potenciales de riesgo para la salud.
 Las altas resistencias se logran casi únicamente con la adición de micro
sílice.
Por eso la adición de los aditivos varía según la marca entre 2% a 5% del peso
del cemento, y debe usarse preferible los aditivos comerciales que existen en el
mercado.
Los acelerantes líquidos son más ventajosos por las siguientes razones:
 Se añaden en la tobera, en el extremo inmediato a la proyección de la
mezcla.
 No se produce el polvo suplementario, que contienen elementos cáusticos
que pueden afectar la piel del operador.
 No existe el riesgo de fraguado prematuro.
 La amalgamación es más regular a la mezcla, porque se aplica en forma
de solución.
 La dosificación es más precisa y regular, haciendo que la mezcla consiga
mayor homogeneidad en el acabado.

Actualmente los equipos de shotcrete disponen de dosificadores automáticos
de aditivos sea en polvo o líquido y medición de microsílice (SiO2).
e) La Microsílica. Es un material de alto contenido de SiO2 muy fina y de forma
esférica, con alta reactividad puzolánica. Debe emplearse en proporciones de
5% a 10% del peso del cemento.
El uso de la microsílica en shotcrete tiene los siguientes beneficios:
 Mejora la durabilidad (resistencia a las heladas y al ataque de sulfatos)
 Mejora la trabazón de la masa de shotcrete.
 Se logra la más alta resistencia.
 Reduce el porcentaje de rebote.
 Mejora el flujo en la manguera de conducción en shotcrete por vía
húmeda.
 Reduce el desgaste de la bomba en shotcrete por vía húmeda.
f) Fibras de refuerzo. Desde hace mucho tiempo se ha intentado mejorar las
características del concreto para que se produzca un shotcrete dúctil y
resistente, lo cual podría logarse mediante la adición de fibras de toda clase:
sintéticas, textiles, de vidrio y de acero. De todos los ensayos realizados, los
más convenientes son las fibras de vidrio y de acero. El uso de las fibras
posibilita eliminar las mallas. Sin embargo, cuando el espesor del shotcrete
supera los 5 a 7cm (3") y a la vez va cumplir un papel estructural, se utilizará
como refuerzo las mallas de acero; en espesores menores ejerce un papel de
revestimiento.
La dosificación habitual suele ser del 3% a 6% de acero referidas al peso seco
de los componentes del concreto. En los ensayos se ha comprobado que la
proporción de fibras en el rebote es pequeña, alcanzando sólo el 1% del peso
total del material de rebote.
Del análisis de ensayo del cuadro siguiente, se deduce que la adición de fibras
de acero, mejora sensiblemente sus propiedades resistentes, dándole además
una deformabilidad mayor como consecuencia del notable incremento de la

resistencia a tracción; sin embargo no pueden reemplazar a las armaduras que
sea necesario colocar para garantizar la estabilidad de las excavaciones.
* Incremento de resistencias logradas por la adición de fibras de acero al
shotcrete.
4.4.2.2. ANÁLISIS DE LOS PROCESOS DE TRANSPORTE Y COLOCACIÓN.
Un buen shotcrete no depende solamente de una buena preparación de la
mezcla, sino también depende del método y la calidad de colocación para
obtener un concreto o mortero compacto, resistente y bien adherido, con el
mínimo de pérdidas de material en una operación continua y uniforme. Existen
2 modalidades de proyección:
 Proyección por vía seca.
 Proyección por vía húmeda.
1.- COLOCACIÓN DE CONCRETO LANZADO POR VÍA SECA.
Por este proceso se alimentan a una máquina shotcretera y se premezcla los
materiales secos, y la mezcla se transporta a través de la manguera mediante
el aire comprimido hasta la boquilla o tobera de proyección donde se añade el
agua y los aditivos, simultáneamente la mezcla es lanzada a alta velocidad
sobre la superficie de trabajo. Para proyección de morteros y concretos por vía
seca, los fabricantes (ALIVA, ALLENTOWN, MEYCO, etc.) disponen de
equipos con capacidad de colocación desde 0.2 a 10 m3/hr para distancias de
transporte hasta 600m en desplazamiento horizontal y hasta 100m en vertical,
con velocidad de proyección que varían entre 60 a 70 m/s. El slump
recomendado es de 38 a 75 mm. Se adapta muy bien a las necesidades de
cada obra.
Tipo de ensayo
Incremento medio de resistencia con
el 3% en peso de fibras cortas. *
Resistencia a compresión simple 28%
Resistencia a flexión 47%
Resistencia a tracción 73%

En el método por vía seca se puede agregar un acelerante bien en la boquilla
(como un líquido) o al material seco como polvo antes del bombeo.
La proyección por vía seca tiene un costo por m3 considerablemente inferior a
la de vía húmeda, pero genera una mayor cantidad de polvo y mayor
proporción de rebote.
2.- COLOCACIÓN DE CONCRETO LANZADO POR VÍA HÚMEDA.
Por este método todos los componentes son premezclados en la máquina
shotcretera y depositados en una bomba, desde donde se bombea a través de
la manguera como flujo diluido hasta la boquilla donde pueden agregar los
aditivos acelerantes y la proyección se aplica mediante el aire comprimido en la
boquilla. Igualmente para este método los fabricantes han desarrollado
máquinas (modelo DENSA 275 de ALIVA) con una capacidad de hasta 20
m3/hora, que cubre distancias de transporte hasta 40m en desplazamiento
horizontal y hasta 40m en vertical. La velocidad de proyección es del orden de
30m/s.
La proyección por vía húmeda tiene las ventajas de un control de calidad
superior (a/c eficiente, menor pérdida de cemento, menor rebote, mayores
volúmenes de producción, uso de aditivos plastificantes, etc), menor costo de
Figura 4.35: Comportamiento del shotcrete en diaclasas y cuñas

colocación y un ambiente de trabajo relativamente libre de polvo. En mezclas
húmedas el slump es mayor de 50 mm.
Por vía húmeda se tiene mayor costo de equipos, la operación y mantenimiento
son más complejos y alcanza una compactación inferior al de vía seca. Sin
embargo se viene desarrollando máquinas y técnicas especiales para superar
estas limitaciones.
Máquinas universales. Son equipos que operan indistintamente con mezclas
por vía seca y húmeda como ALIVA DUPLO 285 y 262. Operan con el principio
de rotor con flujo diluido y tienen un rango de salida entre 6 y 21 m3/hora.
Cubren distancias de transporte en horizontal desde 3 m (vía húmeda) hasta
300m (en vía seca), mientras que en desplazamiento vertical cubren desde 30
m (en vía húmeda) hasta 100m (en vía seca). También se cuenta a la fecha
con equipos automáticos de control remoto que consta de un brazo articulado
que funciona hidráulicamente y permite al pitonero operar a distancia.
Igualmente para producir la mezcla se emplean equipos desde un pequeño
mezclador de obra hasta plantas de premezclados computarizados. En este
último caso se debe tener en cuenta los plazos de transporte y los tiempos de
reposo de la mezcla, así como las coordinaciones que debe existir desde la
planta y los consumos requeridos por el equipo de impulsión, a fin de mantener
un proceso de colocación continuo.
Foto 4.1: Empleo de equipo robótico para shotcrete.

3. RECOMENDACIONES DEL PROCESO DE TRABAJO CON SHOTCRETE.
a) Preparación de la superficie. La preparación del terreno consiste en el
desatado de rocas, iluminación ventilación, verificación de los servicios,
colocación de calibradores y la limpieza. La limpieza se realiza con la
misma pistola proyectora con aire comprimido y el agua a presión, porque
el shotcrete se debe aplicar sólo sobre una superficie limpia, para evitar la
reducción de su capacidad adhesiva. Asimismo no debe fluir agua en la
superficie de trabajo, si existe abundante flujo de agua previamente se
debe impermeabilizar instalando redes de drenaje que trasladen agua
fuera de la superficie de aplicación. Si el área se seca, la superficie debe
estar bien humedecida, caso contrario sustrae demasiada agua al
shotcrete.
b) Distancia de la boquilla. La distancia óptima entre la boquilla y la
superficie a proyectar es de 1m y puede variar hasta 1.50m, debido al
tamaño de los agregados de la mezcla seca y la presión del aire en la
boquilla en relación a la longitud de la tubería (Ver fig. 4.36). La aplicación
del shotcrete, en caso de ser manual, debe ser en una serie de aros
circulares o elípticas traslapados (ver fig. 4.37), a fin de lograr una
compactación y espesores iguales. Cuando la superficie de aplicación
presenta irregulares no es posible aplicar en capas uniformes.
Figura 4.36: Aplicación a distancia óptima y en aros
circulares o elípticas traslapados.

c) Ángulo de proyección. El mantenimiento del ángulo de proyección es
tan importante como mantener la distancia de la boquilla y la relación de
agua-cemento. Como regla general la proyección debe sostenerse
perpendicular a la superficie receptora, solamente con esta forma de
proyección se consigue la adhesión y compactación necesaria y un bajo
rebote. En ningún caso se aceptará proyecciones con inclinaciones
mayores de 45° (Ver fig. 4.38). En proyección por vía húmeda la
proporción de rebote varía entre 10 a 20% por peso, mientras por vía
seca varía entre 15% a 40% para paredes verticales y de 20% a 50%
para techos.
Figura 4.38: Angulo de proyección del shotcrete.
Figura 4.37: Aplicación uniforme del
shotcrete con movimientos circulares.

d) La posición y secuencia de lanzado. La aplicación del shotcrete debe
iniciarse desde la parte inferior de la labor subterránea hacia arriba (Ver
fig. 4.39 y 4.40). Esto se hace para no crear capas de “shotcrete falso”
debido al rebote.
Figura 4.39: Secuencia de aplicación del shotcrete.
Figura 4.40: Posiciones correctas de lanzado.

e) El shotcrete se debe aplicar por capas. En superficies verticales y sobre
cabeza, el espesor de la capa es normalmente de 5cm por cada
operación. En cambio en superficies inclinadas y del piso, el espesor
total a constituir en un sola aplicación es de 15 a 20cm. Antes de aplicar
la siguiente capa se debe dar tiempo necesario entre 6 a 12 horas de
endurecimiento a la capa anterior; este tiempo puede reducirse a pocos
minutos con aditivos aceleradores de fragua.
f) Es importante seguir los estándares
en la mina para que el shotcrete
tenga el mismo espesor y trabaje
adecuadamente.
g) El shotcrete tiene que ser curado
para desarrollar la resistencia y
durabilidad pertinente, manteniendo
húmedo con agua durante 07 días. El
curado natural puede ser considerado
cuando la humedad relativa del lugar
sea mayor de 85%.
h) Mano de obra. Se debe contar con
supervisores competentes y
Figura 4.41: Recubrimiento de los elementos de refuerzo.
Figura 4.42: Ensayo de
compresión simple uniaxial.

operadores hábiles. La cuadrilla básica para el shotcrete puede estar
constituido por un capataz, un pitonero, asistente de pitonero, un
operador de la máquina de impulsión, un operador del mezclador y 02
obreros de apoyo.
i) Pruebas en obra. Se usa equipos como Esclerómetro, que son martillos
de prueba para concreto. También se realiza muestreos de mezcla de
concreto para someter en el laboratorio a las pruebas de compresión y
tracción a los 7, 14 y 28 días de edad.
j) La Presión del aire de operación es la presión de conducción del
material desde la máquina hacia la manguera. Una regla práctica es que
la presión de operación no debe ser menor de 175 KPa (26 psi) cuando
se utiliza una manguera de 30 m de longitud o menos. La presión debe
incrementarse en 35 KPa (5 psi) por cada 15m adicionales de longitud
de manguera y 35 KPa (5 psi) por cada 8 m adicionales sobre el equipo.
4.4.2.3 DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO LANZADO.
El concreto lanzado se diseña bajo el principio de la teoría de cáscara y como
un elemento efectivo de soporte, por las que debe cumplir ciertas funciones y
especificaciones técnicas.
Funciones específicas del shotcrete:
1) La interacción de concreto lanzado y la roca producen una fuerza
tangencial creando un arco de sustentación en la periferia de la
excavación y evitar las deformaciones independientes
2) Sellar las discontinuidades o grietas producidas por la voladura,
manteniendo el entrabe de las cuñas o bloques.
3) Evitar la alteración de minerales y rocas por efecto del intemperismo,
cumpliendo su función protectivo.
Especificaciones técnicas y propiedades mecánicas para el shotcrete:
1) Considerar el objetivo de la excavación (vida útil), a fin de no sobre-
dimensionar la excavación y el sostenimiento.
2) Considerar la calidad geomecánica del macizo rocoso, ya tratado en el
primer capítulo.

3) El muestreo y ensayos se debe realizar cada 500 m2 de superficie
shotreteada.
4) Determinar el espesor de la capa de shotcrete.
5) La resistencia a la compresión debe ser ≥ 35Mpa
6) La resistencia a la tracción máxima debe ser ≥ 5Mpa
7) La resistencia a la adhesión entre el shotcrete y la roca debe ser ≥
0.50Mpa
8) La resistencia a la adhesión entre las capas del shotcrete debe ser ≥
1.0Mpa
9) El peso volumétrico debe ser ≥ 2,200 Kg/m3.
De acuerdo a estas consideraciones, las condiciones que se impone a la
cáscara son:
1) Exigencias mecánicas.
 Poseer una resistencia a temprana edad, suficiente para contrarrestar
las tensiones, particularmente en el último tramo excavado.
 Obtener resistencias suficientes para equilibrar los esfuerzos de corte
o cizallamiento y flexo-compresión, y soportar eficazmente a las
solicitaciones del "empuje de roca".
2) Exigencias físicas.
 Protección contra la erosión o deterioro de la superficie del macizo
rocosa atravesado.
 Impedir el ingreso de aire en las fracturas de la roca.
 Impedir que la variación de la temperatura en la roca circundante a la
excavación adquiera un rango alto.
3) Exigencias hidráulicas.
 Drenaje eficaz de las aguas de infiltración en las excavaciones.

 Disminuir la rugosidad en las paredes de la labor, para mantener y
controlar un régimen de pérdida de carga, cuando la excavación tiene
por finalidad conducir agua y aire para la ventilación.
4) Exigencias químicas.
 Protección de la roca a la acción de aguas agresivas, humos y gases.
 Impedir que la roca circundante a la excavación sufra desestabilización
por efectos de la humedad.
Se coloca shotcrete + perno sistemático, cuando el tamaño de las cuñas son
excesivas.
Shotfer es el reticulado de hierro corrugado + shotcrete.
A) ESPESOR DE LA CAPA Y EL ESFUERZO MÁXIMO DE ROTURA DEL
SHOTCRETE.
Según Rabcewicz, la siguiente fórmula se da para los concretos lanzados en
condiciones normales:

Pr
434
.
0

e (1)
Donde:
e = Espesor de shotcrete, en (m)
r = Radio de la galería, en (m.)
 = Esfuerzo cortante permisible del material para el concreto lanzado,  = 0.2
f’c, en (ton/m2.)
P = Es la presión sobre el concreto lanzado, o presión de las excavaciones
subterráneas, en ton/m2.

a
RMR
P
100
100 
 (2)
a = Ancho de la labor, en (m.)
 = Densidad roca, Kg/m3.
RMR = Clasificación geomecánica del macizo rocoso, según Bieniawski
Ejemplo:

La presión de la galería es de 15 ton/m2 y se supone un factor de seguridad F =
3. La galería es de 4.25 m. x 3.50m. se lanzará un shotcrete de f’c =225 Kg/cm2
= 2250 ton/m2. Hallar el espesor del shotcrete.
Solución.
El esfuerzo cortante permisible es 3
/
2250
2
.
0
3
'
2
.
0
x
c
f
s


 = 150 ton/m2.
e = 0.434
m
m
ton
x
ton
2
2
/
150
125
.
2
/
15
= 0.10 m.
También otro parámetro de diseño de concreto lanzado (CoLo), es la
resistencia máxima, que puede aportar el shotcrete, que está es función de la
interacción de la capa de concreto lanzado con la masa rocosa.
Una expresión empírica propuesta por Hock-Brown (1980) para determinar la
resistencia máxima de CoLo:
máx = 0.5(f’c)
 








R
2
2
e
-
R
-
1 (3)
Donde:
máx = Es la resistencia máxima que puede aportar el shotcrete, en …..
f’c = Resistencia a la compresión unixial a los 28 días, en Kg/cm2
R = Radio equivalente de la excavación, preferible en (m.)
e = Espesor de la capa, preferible en (m.).
Este esfuerzo máximo, sólo se puede aplicar con propiedad cuando el
revestimiento es circular; sin embargo nos puede servir de referencia en
nuestros cálculos para otras secciones.
A.1) El esfuerzo actuante (bóveda), sobre el sostenimiento en función de la
calidad de la roca:
act(bov) =  
Q
Jr
3
/
1
0
.
2
10
1 








(4)
A.2) El esfuerzo actuante (hastiales), sobre el sostenimiento en función de la
calidad del macizo rocoso:

act(hast.) =  
Q
Jr
5
.
2
3
/
1
0
.
2
10
1 








(5)
Donde:
act(bov) = act(hast.) = en Mpa.
Jr = Número de rugosidad de las fisuras.
Q = índice de calidad de roca o clasificación geomecánica.
Ejemplo:
Para e = 0.10m, f’c = 225 Kg/cm2, R = 2.125m
máx = 0.5(225Kg/cm2)
 








125
.
2
0.10m
-
2.125m
2
2
-
1 = 10.34 Kg/cm2 = 1.014
Mpa
máx = 1.014 Mpa = 147.07 psi
B) DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO LANZADO, SEGÚN LA PROPORCIÓN
DE MATERIALES.
De a cuerdo a la práctica y experiencia, una mezcla típica de concreto lanzado
contiene las siguientes proporciones:
Para fines de diseño de debe tomar:
Cemento 15% - 20% en peso. (18%)
Agregado fino 40% - 50% (50%)
Agregado grueso 30% - 40% (32%)
La relación agua cemento:
0.3 a 0.50 en mezcla seca
0.4 a 0.6 en mezcla húmeda.

La relación de agua / cemento óptimo debe guardar entre 0.38 a 0.40, para proyección
en vía seca. Acelerante: 15 lt/m3
.
Ejemplo 1:
Diseñar una mezcla para shotcrete cuando la proporción de sus componentes son las
siguientes:
Cemento a usar es de 300Kg/m3
que representa el 18%, agregado fino 50%,
agregado grueso 32%.
Solución.
Agregado fino:
300 kg 18%
X 50%
X = 833.34 Kg.
Agregado grueso:
300 Kg 18%
X 32%
X = 533.34 Kg.
La proporción será:
300
34
.
533
:
300
34
.
833
:
300
300
1 : 2.78 : 1.78
Ejemplo 2:
Diseñar una mezcla para shotcrete cuando la proporción de sus componentes son las
siguientes:

Cemento el 18%, agregado fino 50%, agregado grueso 32%. El agua de diseño es de
148 lts y la a/c apropiado es de 0.38. Acelerante líquido a usar es de 15 lt/m3
.
Solución:
Agua 148-15 = 133 lts
a/c = 0.38
Cemento = a / 0.38 = 133 / 0.38 = 350 Kg.
Agregado fino:
C) DISEÑO DE MEZCLA PARA SHOTCRETE VÍA SECA, SEGÚN ACI – 211-1-77
Las características físicas de los agregados y aditivos son:
SOLUCIÓN:
Materiales Procedencia
Peso
específico
Kg/dm3
Módulo
de
fineza
Peso
unitario
suelto
seco
(Kg/m3)
Peso
unitario
compactado
seco
(Kg/m3)
Absorción
(%)
Humedad
natural
(%)
Tamaño
Máximo
(Pulg)
Cemento Porland T.I 3.11 - - - - - -
Agre. fino Cantera 2.62 3.75 1,558 1,682 1.98 4.54 1/2
Agre.grueso Cantera 2.65 - 1,651 1,725 0.80 0.98 3/4
Acelerante
sigunit L-22
(5%)
Sika Perú
1.50
Fibra acero Dramix ZC
30/0.50
7.86

1) Agua  
B
A
W
11
.
0
148
.
0
3
.
172









A = T. Máx. Agregado grueso (mm) ¾ pulg = 19.05 mm.
B = Slump (mm.) 2 Pulg = 50.80mm.
W = agua (lt)
 
80
.
50
05
.
19
11
.
0
148
.
0
3
.
172









W
W = 171.6 lt.
2) Cemento:









'
05
.
1318 486
.
1
1
F c
C
W
W/C = Agua/cemento
F’c = f’c + 3.15%, en PSI.
f’c = 40 Mpa = 407.888 Kg/cm2
= + 3.15% = 420.74 Kg/cm2
= resistencia característica.
f’c = 420.74 Kg/cm2
= 5984.26 psi







26
.
5984
05
.
1318 486
.
1
1
C
W
W/C = 0.361
C = 171.6/0.361 = 475.35 Kg/m3
= 11.18 bolas/m3
.

3) Agregado grueso: %Ag =  
A
mf
2
.
0
41
.
0
364
.
0
%Ag =  
05
.
19
75
.
3
2
.
0
41
.
0
364
.
0
= 0.3817
Agregado grueso = 0.3817 x 1725 kg/m3
= 658.43 Kg.
4) Aditivos.
Sigunit L-22- 5% sobre el peso de cemento (diluido en el agua de amasado)
Fibra dramix ZC 30/0.55 = 54.54 = 55Kg. (Cuando no existe ninguna indicación se
debe tomar entre 3% a 6% respecto al peso seco del shotcrete, en este caso da
aproximadamente 4.854%).
Sigunit L-22- 5% = 23.77 Kg/m3
.
dramix ZC 30/0.55 = 55 Kg/m3
.
5) Agregado fino.
Se determina por diferencia de volúmenes absolutos:
Cemento :
1000
11
.
3
35
.
475
x
= 0.1528 m3
.
Acelerante frague Sigunit R :
1000
50
.
1
77
.
23
x
= 0.0158 m3
.
Fibra acero dramix 30/0.55 :
1000
86
.
7
55
x
= 0.006997 m3
.
Agua: 171.6 – 23.77 = 147.83:
1000
1
83
.
147
x
= 0.14783 m3
.

Agre.grueso :
1000
65
.
2
43
.
658
x
= 0.2485 m3
.
Aire atrapado (tomar de tabla): 2% = 0.0200 m3
.
Volumen absoluto = 0.591927 m3
.
Volumen absoluto de agregado fino: 1 - 0.591927 = 0.4081 m3
.
Peso agregado fino: 0.4081 m3
x 2.62 x 1000 = 1069.222 Kg
6) Peso húmedo de los agregados:
Agregado fino: 1069.222 Kg x 1.0454 = 1117.76 Kg
Agregado grueso: 658.43 x 1.0098 = 664.88 Kg.
Peso concreto (en obra) = 2,456.04 Kg/m3
.
6) Corrección de humedad:
Agregado fino: .
37
.
27
222
.
1069
100
%
98
.
1
%
54
.
4
lts
x 

Agregado grueso: .
185
.
1
43
.
658
100
%
80
.
0
%
98
.
0
lts
x 

Total agua libre: 28.55lts
7) Agua efectiva.
147.83 – 28.55 = 119.28lts

Dosificación en peso:
La proporción será: 35
.
475
/
55
:
35
.
475
/
77
.
23
:
35
.
475
/
28
.
119
::
35
.
475
64
.
782
,
1
:
35
.
475
35
.
475
1 : 3.750 : 0.251 : 0.05 : 0.1157
Corrección por bolsa de cemento (42.5 Kg = 1 ft3
).
Dosificación en volumen.
La dosificación en peso es igual:
35
.
475
28
.
119
/
35
.
475
88
.
664
:
35
.
475
76
.
1117
:
35
.
475
35
.
475
= 1 : 2.35 : 1.40 /
0.251
Proporción por m3
Por bolsa de
cemento
Cemento 475.35 Kg 42.5 Kg
Agregado fino 1,782.64 Kg 159.375 Kg
Agregado grueso 0.00 0.00
Agua 119.28 Lts 10.67
Acelerante Sigunit 23.77 Lts 2.125
Fibra Dramix ZC 55 Kg 4.92

1.- Calcular la cantidad de materiales para un saco de cemento, tomando en cuenta la
proporción en peso:
Cemento 42.5 x 1 = 42.5 Kg/saco cemento
Ag. Fino 42.5 x 2.35 = 99.875 Kg/saco cemento
Ag. Grueso 42.5 x 1.40 = 59.50 Kg/ saco cemento
Agua 42.5 x 0.251 = 10.6675 Kg / saco cemento
2.- Hallar pesos húmedos de los agregados sueltos secos:
Ag. Fino 1558 kg/m3
x 1.0454 = 1628.73 Kg/m3
.
Ag. Grueso 1651 Kg/m3
x 1.0098 = 1667.18 Kg/m3
3.- Expresar estos pesos en ft3
:
Ag. Fino = 1628.73 Kg/m3
x 1m3
/35.29 ft3
= 46.153 Kg/ft3
.
Ag. Grueso = 1667.18 Kg/m3
x 1m3
/35.29 ft3
= 47.24 Kg/ft3
.
Cemento = 42.5 Kg/ft3
.
Agua 42.5 Kg x 0.251 = 10.667 Kg/ft3
.
4.- Dividir los resultados del paso (1) con los resultados del paso (3), para obtener la
proporción en volumen:
saco
Ls/
667
.
10
/
24
.
47
50
.
59
:
153
.
46
875
.
99
:
5
.
42
5
.
42
1 : 2.164 : 1.26 / 10.667 ls/saco, que es la proporción en volumen
También se puede determinar por otro proceso:

1. Cemento: 3
185
.
11
5
.
42
35
.
475
ft

2.- Peso unitario suelto húmedo convertir a ft3
:
Ag. Fino = 1628.73 Kg/m3
x 1m3
/35.29 ft3
= 46.153 Kg/ft3
.
Ag. Grueso = 1667.18 Kg/m3
x 1m3
/ 35.29 ft3
= 47.24 Kg/ft3
.
3.- Hallar el volumen aparente de los agregados, dividiendo el peso húmedo de los
agregados por el resultado del paso (2):
Ag. Fino: 1117.76 Kg/m3
/ 46.153 Kg/ft3
= 24.22 ft3
.
Ag. Grueso: 664.88 Kg/m3
/ 47.24 Kg/ft3
= 14.10 ft3
Agua efectiva = 119.28 Ls
4.- La proporción en volumen y en obra es:
saco
Ls/
66
.
10
/
26
.
1
:
165
.
2
:
1
185
.
11
28
.
119
/
185
.
11
10
.
14
:
185
.
11
22
.
24
:
185
.
11
185
.
11

COMPACTACIÓN DE CONCRETO LANZADO.
El volumen de concreto lanzado proyectado no corresponde a la diferencia entre el
volumen de mezcla en seco y del material de rebote, pues la mezcla se compacta en
el momento del impacto contra la superficie de aplicación y recibe el nombre de “factor
de compactación”:
V
V
cp
mp
VR
FC


Donde:
FC = Factor de compactación

Vmp = Volumen de mezcla preparada.
Vcp = Volumen de concreto impregnado en la pared.
VR = Volumen de rebote.
La compactación depende de varios parámetros, entre ellos el surtido de agregados y
la velocidad de impacto del chorro. Con los agregados ordinariamente utilizados y con
una presión de entrada de la manguera de impulsión de 6 Kg/cm2
se obtiene un factor
de compactación del orden de 1.35.
Si se considera este valor y el rebote, se obtiene una fórmula empírica muy
importante:
“Para obtener un espesor final “e” de shotcrete, es preciso calcular que el espesor (t)
de la mezcla en seco sea el doble, o sea t = 2e.
e = espesor final shotcrete.
t = espesor de la mezcla en seco.
Esta fórmula se explica de la siguiente manera:
Para cada 1000 litros de mezcla en seco se pierde el 25% en rebote, es decir
250 litros quedando 750, por lo tanto el volumen se reduce 1.35 veces por la
compactación, o sea a 555 litros.
Realizando el balance final, las cantidades finales de los materiales
confortantes de concreto lanzado en pared, se tabula de la siguiente manera:
75% en pared y
25% en rebote.
El rebote está conformado por: 10% de cemento, 20% agua + acelerante y
25% de agregados.
Ing. Indalecio Quispe Rodríguez

Figura 2.1: Perforaciones diamantinas realizadas
desde superficie
Figura 2.3: Ubicación de labores de acceso y
perforaciones diamantinas realizadas en interior mina
Figura 2.5: Disposición recíproca de los pozos principal
(1) y auxiliar (2). a: Central; b y c: Diagonal; d:
Combinación de ambos.

Figura 2.6: Disposición de labores de acceso. 1: Pozo mina; 2:
Crucero; 3: Galería; 4: Límite de la zona de colapso; 5: Pique
auxiliar; 6: pilar de seguridad.
Figura 2.7: Esquema de explotación de una mina subterránea cuando el yacimiento
se extiende: (a) en profundidad y (b) horizontalmente

Figura 2.8: Disposición de piques inclinados. 1: Pozo mina; 2:
Crucero; 3: Galería; 4: Límite de la zona de colapso.
Figura 2.9: Disposición de piques para (a): Vetas inclinadas; (b):
cuerpos de mineral horizontal y vertical.
Figura 2.11: Pique de sección
circular de 8 compartimentos
Figura 2.12: Pique de sección rectangular de
6 compartimentos
Figura 2.13: Pique de sección elíptica de 5
compartimentos

Figura 2.15: Disparo por bancos
Figura 2.16: Esquema de avance en serie

Figura 2.17: Esquema de avance en paralelo
Figura 2.18: Equipos mecanizados de limpieza en la excavación de piques

Figura 2.19: Equipos Alimak para ensanchamiento de piques.
Figura 2.20: Disposición de una mina identificando los chute, chimenea, echadero y un pique.

Figura 2.23: Jaula Jora en chimenea vertical e inclinada
Figura 2.24: Plataforma Trepadora Alimak STH-5

Figura 2.25: Alimak U-500: (a) Con carril guía en caja techo; (b): En Pique vertical; (c): Con
carril guía sobre caja piso
(a) (b) (c)
Figura 2.26: Diferentes instalaciones de Jaula Alimax en
pique y chimeneas
Figura 2.27: Cámara e instalación de carril guía

Figura 2.28: Ciclo de operación de Alimak
Figura 2.29: Secuencia operacional del sistema PEM
Figura 2.30: .- Operación de Shaft Drilling

Figura 2.33: Dimensiones de una tolva estándar de madera.
Figura 2.34: Detalle de ala, chalecos, cabezal y caballete
Figura 2.35: (a) Compuertas metálica de garra; (b): Compuerta de cadena

El término agregado comprende: las arenas, gravas naturales y piedra chancada.
Clasificación de materiales de acuerdo al diámetro del tamiz.
Granulometría. Es la distribución del tamaño de las partículas en el conjunto de los
agregados.
Fina
Gruesa
A media
ARENA
Coloidal
0.005
N°
4
GRAVA
3”
3/8”
1’’
M
A
T
E
R
I
A
L
T
A
M
I
Z
PARTÍCULA
mm
N°
10
N°
40
N°
100
N°
200
9.51
4.76
0.42
0.075
<0.001
LIMO ARCILLA
Gráfico 3.1: Límites granulométricos de la arena

Figura 3.1: La humedad en los agregados
Figura 3.2: Dimensiones de cono de Abrams y proceso de ensayo
Figura 3.3: La briqueta o molde y el testigo de
concreto

Figura 3.4: La resistencia del concreto disminuye cuando
aumenta la relación a/c para concreto con o sin aire
incorporado (Tomada de “Concrete Manual”, U.S. Bureau of
Reclamation)
Figura 3.5: La resistencia del concreto aumenta con el contenido de
cemento y disminuye con adición de aire (Tomada de “Concrete Manual”,
U.S. Bureau of Reclamation)

Figura 3.6: Variación de resistencia a la compresión del concreto según las
condiciones de curado húmedo (Tomada de “Concrete Manual”, U.S. Bureau of
Reclamation)
Figura 3.7: Concreto con capacidad
estructural adecuado
Figura 3.8: Concreto con capacidad
estructural inadecuado

Antes de la explotación, el
terreno es estable, se
encuentra en un estado de
equilibrio
Con la excavación de las
labores subterráneas y
durante la explotación, las
presiones in situ del macizo
rocoso se reorientan y
concentran.
P
Pr
re
es
se
en
nc
ci
ia
a d
de
e F
Fu
ue
er
rz
za
as
s e
en
n l
la
a R
Ro
oc
ca
a
L
Le
ey
ye
en
nd
da
a:
:

V
V :
: Fuerzas
Verticales

H
H :
: Fuerzas
Horizontales
G
G :
: Fuerza de
Gravedad
FR: Fuerza resistente
FR
Figura 3.9: Concretos monolíticos en galerías (a), (b), (c);
arcos rígidos y concreto en galerías permanentes.

Figura 4.5: Curvas de interacción roca -sostenimiento

Fig. 4.6: Sostenimiento pasivo Fig.4.7: Sostenimiento activo
Figura 4.8. Efecto viga
Figura. 4.9 El efecto columna

Figura 4.10: Efecto arco de los
bulbos de resistencia de los pernos.
Fig. 4.11: El efecto cuña

Figura 4.12: Perno de anclaje mecánico
mostrando todos sus componentes

Figura 4.13: (a) Perno de expansión por ranura y cuña; (b) Perno de
expansión de cono y envolvente
(b)
(a)
Figura 4.14: Pernos de expansión instalados

Figura 4.16: Perno de varilla corrugada con lechada
de cemento
Figura 4.17: Instalación de un perno con
inyección de cemento
Figura 4.18: Cartuchos de resina

Figura 4.19: Instalación de pernos con cartuchos
de resina o cemento
Figura 4.20: Instalación de doble cable con
inyección de cemento

Fig. 4.22: Métodos de instalación de los cables

Figura 4.24: Diámetro y mecanismo de anclaje del SPLIT SET

Figura 4.27: Mecanismo de anclaje del SWELLEX

Figura 4.29: Formas incorrectas y correctas de
Instalación de pernos

Figura 4.30: Probadores con cilindro hidráulico
T = y x h x S
T = Peso del bloque muerto
y = Peso unitario de la roca ( 2.7 ton/m3 )
h = Potencia de la zona inestable ( 1.5 m )
S = Espaciamiento entre pernos ( 1.2m x 1.2m )
BLOQUE A SOPORTAR POR UN PERNO
CEMENTADO
s
h
s
Z ON A D E A N C LA JE

Figura 4.31: Variación de la magnitud de esfuerzos

Figura 4.32: Soporte de cuña en la pared
Figura 4.33: Soporte de cuña del techo
Figura 4.34: Reforzamiento de rocas estratificadas
Figura 4.43: Malla electrosoldada

Figura 4.44: Correcta Instalación de las mallas.

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