• febrero 5, 2023

Concreto Proyectado en la Construcción Civil

El concreto proyectado o lanzado estructural se está convirtiendo en un método preferido de concretado en construcciones de fundaciones, tanques, parqueos y muchas otras estructuras porque puede ser hasta 50% más rápido que los métodos convencionales de vaciado in situ. 

¿Primero que es el concreto proyectado? El instituto americano del concreto (ACI) lo define como “concreto colocado por una alta velocidad neumática a través de una boquilla” la velocidad de proyección del material esta entre 100 a 130 km/h. El proceso básico fue inventado en 1907, en el siglo de experiencia se a refinado y mejorado los materiales de lanzamiento, equipos y técnicas de colocado para ayudarnos a utilizar el concreto lanzado.

En la actualidad la tecnología está bastante desarrollada pudiendo encontrar se equipos con aplicación manual, así como también de aplicación robotizada que llega a tener una eficiencia 5 veces mayor al manual. Las aplicaciones robotizadas presentan la ventaja de poder ser utilizados en lugares de riesgo donde no expone al operador.

Concreto proyectado seco y húmedo

Las técnicas disponibles para la proyección de concreto son de vía seca y vía húmeda, ambos procesos divergen principalmente en el momento del ingreso del agua a la mezcla a proyectar. En el concreto proyectado vía seca la mezcla es soplada a la boquilla a través de una manquera donde el agua es adicionada por el operador. Dado que la introducción del agua ocurre en la boquilla, con el material cementicio seco, la efectividad del mezclado depende demasiado de la habilidad del operario que manipula la boquilla para producir una mezcla efectiva en la superficie de aplicación. La cantidad de agua añadida en la boquilla es fundamental, ya que la cantidad insuficiente aumentara tanto el rebote del material como el polvo, y el exceso de agua hará que la mezcla se desprenda. Solo se utilizan agregados pequeños en el proceso de proyección en seco ya que los agregados grandes tienden a rebotar en la superficie de aplicación. Los contenidos de cemento son generalmente altos ya que se requiere una cohesión alta para reducir el rebote y producir una cierta acumulación.

En el proceso húmedo, la mezcla de concreto, incluida toda el agua de mezcla, se alimenta a la tolva de la máquina y luego la mezcla se bombea a la boquilla donde se agrega aire comprimido para proyectar la mezcla sobre la superficie de aplicación. Debido a la reducida probabilidad de rebote, agregados de gran dimensión son utilizados en la mezcla. Dado que el lanzador no tiene control sobre la dosificación de la mezcla del producto final, la calidad de la mezcla húmeda de hormigón proyectado depende mucho menos de las habilidades del lanzador. La vía húmeda viene convirtiéndose en el proceso preferido de producción de concreto proyectado ya que presenta menos rebote y menos polvo.

Sin embargo, la elección del proceso, seco o húmedo depende de las condiciones prevalecientes en el sitio y la cultura de ingeniería de la región.

Diseño de Mezclas, Aditivos y Características del Concreto Proyectado.

La matriz En el concreto proyectado es diferente comparado al concreto vaciado in situ y tiene sus propias características distintivas. Diseños de mezclas típicas son presentadas en la tabla 1. 

Tabla 1.- Mezclas Típicas para vía seca y vía húmeda, concreto lanzado fibro reforzado

ComponentesVía Seca (kg/m3)Vía Húmeda (kg/m3)
Cemento Humo de sílice Mezcla de agregados Fibras de acero Aceleradores Superplastificantes Reductores de agua Agente incorporadores de aire Agua  Total420.00 50.00 1,670.00 60.00 13.00 – – – 170.00 2,383.00420.00 40.00 1,600.00 60.00 13 6L 2L Cuando Requerido 180.00 2,321.00

La colocación mediante compactación neumática y la falta de formas en el concreto proyectado exige que el material sea más cohesivo, se adhiera bien a la superficie y resista el desprendimiento. Por tanto, los agregados preferibles en el concreto proyectado son generalmente los de canto rodado. Los agregados con cantos vivos tienden a causar problemas durante el bombeo e incrementar la posibilidad de rebote. El alto rebote del agregado grueso y la dificultad de colocado hacen que el total de agregados (fino y grueso) sean en menor cantidad que el concreto vaciado in situ. Mientras el concreto vaciado in situ puede contar de 50% a 60% de agregado grueso en masa, las mezclas de proyectadas pueden solo contener hasta 30% de agregado grueso, las cuales son reducidas durante la proyección debido al rebote.

Materiales cementicios suplementares como ceniza volante, humo de sílice y metacaolin calcinado son más de uso común en concreto proyectado que en concretos vaciados in situ con el propósito de mejorar la bombiabilidad, mejor adhesión y cohesión, mayores espesores de aplicación, reducción en la cantidad de acelerador necesaria y reducción en el rebote. Las Mezclas de proyección cuentan con un alto contenido de cemento (400 a 450 kg/m3), durante la aplicación este contenido de cemento se incrementa debido a la perdida de agregado grueso por rebote, en la vía seca es común encontrar producto final con contenido de cemento del orden 600 a 700 kg/m3.

Una vez endurecido, el concreto proyectado tiene diferente distribución espacial de varios componentes. El agua en el concreto proyectado por via seca, dado que es introducido en la boquilla, es menos uniformemente distribuido dentro de la masa durante la aplicación que comparado al concreto vaciado in situ. En la vía húmeda, aunque el agua es uniformemente distribuida, la compactación neumática genera vacíos que son diferentes en rango de tamaños y distribución espacial comparados a los concretos vaciados convencionalmente. Además, la ausencia de canales de exudación produce una estructura interna y propiedades de transporte diferente a los concretos vaciados convencionalmente. EL concreto proyectado, debido a su diseño de mezcla y proceso de colocación distintivo, desarrolla una serie de propiedades diferentes al concreto vaciado convencionalmente.

En concretos fibro-reforzados vaciados convencionalmente es conocido que la orientación de las fibras es tridimensional y de forma aleatoria, en el concreto proyectado debido al colocado neumático, las fibras son distribuidas de forma aleatoria bidimensional. Esto introduce anisotropía y tiene una clara influencia en la eficiencia de refuerzo de las fibras.

El concreto proyectado presenta diferente reología, mecanicismo de desarrollo de resistencia, relación de resistencia tracción/compresión y características de fluencia. Un indicador común utilizado para evaluar la calidad del vaciado convencional del concreto fibro-reforzado es la relación agua /cemento del cual se espera que tenga una relación consistente con la resistencia. La aplicación de esta relación, entre otras cosas, requiere que la condición básica de consolidación completa sea atendida, una condición raramente atendida en concreto proyectado. Otra dificultad reside que en la via seca la relación agua/cemento in situ es imposible de determinar. En el caso del concreto proyectado la medición directa de la porosidad in situ  es necesario para evaluar la resistencia y la calidad, ASTM C642.

Para proyección vía húmeda, mientras la relación agua/cemento es la misma a la mezcla inicial, la resistencia puede llegar a ser hasta 30% inferior a la resistencia de los concretos vaciados convencionalmente. Este parámetro sigue lo estudiado por Neville que establece que relaciones Agregado/cemento altos desarrollan altas resistencias, las proyecciones en vía húmeda aparentan seguir esta tendencia.

Otra propiedad de interés es la deformabilidad de la propia matriz definida por el módulo de elasticidad. El concreto proyectado de mezcla seca, con una mayor pérdida de agregado por rebote, demuestra un módulo de elasticidad consistentemente más bajo que la mezcla por vía húmeda y el de vaciado convencional.

Una de las principales preocupaciones con la proyección por vía húmeda es el elevado rebote de 20% a 40% del material y hasta 75% de las fibras pueden ser perdidas por el rebote. El uso de aditivos minerales se a incrementado dramáticamente con el propósito de controlar el rebote, los entre los más usuales encontramos el humo de sílice, metacaolín calcinado en concentraciones remplazando 10% del cemento.

El uso de adiciones cristalizantes como el Krystol Internal Membrane (KIM) con certificación ICC-ES, que actúan en las partículas no hidratadas de cementos, viene siendo una opción de creciente uso en estructuras que requieren propiedades de estanqueidad al agua, reduce las fisuras por retracción, protege la armadura de la corrosión, mejora la durabilidad. Generalmente utilizados en cantidad entre 6kg a 8 kg/m3. El KIM puede impermeabilizar estructuras que se encuentran sometidas a presión de 140 m de columna de agua y sellar fisuras de hasta 0.50mm de apertura durante toda la vida útil de la estructura.

  Los mejoradores de resistencia a la abrasión y erosión son opciones utilizadas en concentraciones de 20 a 40 kg/m3. El Hard-Cem de KRYTON, atiende la función de desempeño aplicables en superficies no horizontales como es el caso de vertederos de presas e hidroeléctricas entre otros. Trabajando de forma integral en todo el espesor del concreto proyectado es capaz de incrementar hasta 6 veces la resistencia de abrasión.

Los acelerantes utilizados en las mezclas de proyección traen la ventaja de reducir el desprendimiento y el deslizamiento de la mezcla además del aumento del espesor de capa proyectado, especialmente sobre cabeza y acelerar la velocidad de construcción. Los aceleradores de concreto proyectado deben ser del tipo álcali-free y no caustico. Este tipo de aceleradores tiene un pH aproximadamente de 3 y proporciona un ambiente más seguro para los trabajadore comparado a los aceleradores más antiguos que presentan pH entre 11 y 13.

Debido a la naturaleza de las aplicaciones, los requisitos de deformabilidad, tenacidad y absorción de energía del material suelen ser mayores en el concreto proyectado que en el concreto vaciado convencionalmente. En aplicaciones de reparación se requiere una gran tenacidad y resistencia al agrietamiento para una mayor durabilidad siendo la proyección una opción eficiente.

Aplicaciones y Ventajas

Las principales ventajas del concreto proyectado sobre el concreto moldeado convencionalmente se destacan:

  • La colocación y compactación se realiza en una sola etapa;
  • Generalmente, los encofrados no son necesarios;
  • Permite un rápido proceso de construcción y puesta en servicio.
  • Fácil aplicación inclusive en geometrías complejas
  • Practico en reparación, restauración y reforzamiento

El concreto proyectado puede ser colocado con relativa rapidez. Esta aplicación rápida hace el concreto proyectado una opción interesante en construcciones subterráneas, piscina sobre suelo, estructuras de retención de agua, recubrimientos protectores y trabajos de reparación, entre las aplicaciones más comunes se pueden destacar:

  • Revestimiento de túneles
  • Revestimiento de túneles
  • Construcción de elementos estancos a la penetración del agua como tanques, piscinas, muros de contención entre otros;
  • Construcción de cascaras de diferentes geometrías como ser cupulas esféricas, cilíndricas
  • Estabilización de taludes;
  • Actualización sísmica
  • Aplicaciones de protección refractaria

Una de las aplicaciones del concreto proyectado que está ganando significativo interés últimamente es el uso es el concreto proyectado fibro-reforzado altamente deformable para el refuerzo de estructuras sismo resistentes. Este material es conocido colectivamente por el nombre compuesto cementicio dúctil eco-amigable esprayable ( Sprayable Eco-friendly ductile cementitious composite EDCCs). Este es una nueva clase de compuesto que contiene reducido contenido de cemento y alto contenido de ceniza volante u otro material cementicio suplementario.

En Bolivia, la utilización del concreto proyectado es poco explorado, probablemente a la escasa disponibilidad de materiales especializados, de equipos y personal calificado, evidenciando el poco uso y exploración de la tecnología del concreto proyectado. Los grandes proyectos de infraestructura en el país como ser hidroeléctricas, carreteras, la valoración de la rapidez y calidad en las construcciones genera una búsqueda en nuevas tecnologías y materiales para la construcción en este contexto es indudable que el concreto proyectado será una opción cada vez más valorada en nuestro medio siguiendo la tendencia mundial.

PhD Yatsen Maldonado

Gerente Técnico

Ovenbird Ingeniería Avanzada

Preguntas y comentarios:

ymaldonado@ovenbird.com.bo