Capítulo 9
Requisitos de Calidad y Desempeño
9.1 Control de calidad – Q&A
Un adecuado programa de aseguramiento y control de la calidad es esencial para obtener un proyecto u obra de hormigón proyectado acorde a los requisitos de diseño establecidos. El objetivo de un plan de gestión de la calidad, que asegure los procesos definidos y controle la calidad del producto, es obtener como resultado el hormigón proyectado que cumpla con los requisitos establecidos para el proyecto. Abarca diferentes facetas desde la producción a la colocación de hormigón proyectado. Por lo general, comienza con el diseño de la mezcla, la aprobación de los materiales constituyentes, pruebas en laboratorio y a escala industrial y la selección de personal calificado (de preferencia certificado) y, por último, la realización de pruebas y ensayos del shotcrete colocado. En todos los proyectos se debe considerar ensayos, tanto previos a la ejecución de la construcción que son parte de la validación del diseño y luego durante la ejecución como verificación del cumplimiento de los requisitos especificados.
En caso de incumplimiento de los criterios de conformidad del control de producción e inspección de hormigón proyectado, las medidas que deben adoptarse incluyen pruebas a los materiales constituyentes, a la mezcla, al hormigón proyectado, al equipamiento para la producción y al traslado intermedio de la mezcla.
El laboratorio que realice las pruebas y ensayos debe evidenciar competencia y experiencia con las pruebas de hormigón proyectado, idealmente debe ser un laboratorio acreditado en la disciplina. 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 llevarse a cabo y debe estar disponible documentalmente durante todo el proyecto.
Los materiales constituyentes tienen que ser comprobados por la administración del proyecto (laboratorio de autocontrol de la obra) además de recibir certificados de ensayos de laboratorios externos.
Conforme a lo señalado en la “Guía de Hormigón Proyectado Austriaca38” (tablas 11.1 a 11.5), las pruebas previas a la construcción se llevan a cabo en los siguientes pasos:
- Verificación de la idoneidad de los materiales constituyentes, compatibilidad del agua cuando no sea potable, caracterización de los áridos según el tipo de exposición del proyecto, tipo de cemento y composición considerando también la exposición y durabilidad, compatibilidad entre el cemento y los aditivos, etc.
- Verificación de la idoneidad del equipo de mezcla y dosificación (planta de hormigón, en especial cuando es en obra), verificación del equipo de proyección, capacidad nominal versus rendimiento efectivo, sistemas de calibración de bombas chequeados y comprobados, equipos suplementarios y disposición de suministros conforme a requerimientos del proyecto.
- Verificación de la mezcla: en laboratorio, en prueba a escala industrial, verificación de la docilidad y su mantenimiento, rendimiento de la mezcla. Todas estas pruebas se realizan sin acelerante.
- Verificación del hormigón proyectado, mediciones de proyección, rebote y mediciones con acelerante, pruebas de resistencia temprana y madurez, resistencia a los días solicitados y a 28 días, medición de impermeabilidad, etc.
Las pruebas las debe realizar un organismo de inspección acreditado u organismo idóneo que dé tranquilidad a las partes; las pruebas de proyección y resistencia inicial se deben realizar en presencia de un profesional con experiencia perteneciente al organismo acreditado y/o al mandante.
9.2 Ensayos pre-construcción
Al menos unos 2 meses 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 un operador con experiencia y el equipo de hormigón proyectado debe estar en buen estado de funcionamiento y con sus equipos de bombeo calibrados. Los paneles de ensayo deben ser normalizados según el uso y aplicación de que se trate, la definición de este panel es un problema recurrente cuando no se especifica el documento de referencia para el panel y que finalidad cumplirá.
A modo de ejemplo, se debe prestar atención cuando se consideran recomendaciones como “ACI506.2_95”36 ya que este documento incluye en sus paneles barras de refuerzo para medir la calidad del operador y verificar la mezcla. Es común ver especificaciones solicitando evaluar el hormigón pidiendo el panel sin armadura o el llenado con fibras.
Los paneles de ensayo durante la proyección deben estar inclinados en un ángulo de aproximadamente 20˚ contra una superficie vertical. Se recomienda fabricar por lo menos 3 paneles para la extracción de testigos y por lo menos otros 3 paneles para absorción de energía por cada tipo de mezcla o dosis de acelerante a evaluar; esto permitirá la determinación de puntos de referencia de rendimiento durante las pruebas previas a la construcción con una batería suficiente de pruebas preliminares, con una combinación de los tipos de cemento, aditivos y fibras a utilizar.
Las pruebas que por lo general se realizan, son las de resistencia a la compresión, absorción de energía, permeabilidad y resistencia temprana. Los paneles de ensayo se deben cubrir con plástico y/o agentes de curado tan pronto como sea posible después de la proyección para evitar la pérdida de humedad. Cuando se ha demostrado que los materiales, diseños de mezcla, equipos, procedimientos y personal han dado resultados satisfactorios en obras similares, estos antecedentes pueden ser utilizados como respaldo para nuevas aplicaciones Si es necesario, en las muestras solicitadas puede evaluarse la terminación superficial si ello está especificado.
Los siguientes aspectos se deben evaluar como parte de la pre-calificación de una mezcla:
- Resultado promedio de las propiedades en estado endurecido para cada hormigón especificado, sin adicionar acelerante y muestreado en un hormigón no proyectado (muestra nula).
- Resultado promedio, para cada parámetro especificado del hormigón proyectado, con testigos extraídos de paneles de ensayo. Con dosis predeterminadas de aditivo acelerante y con la identificación el operador.
- Promedio de la densidad endurecida y densidad fresca del hormigón recibido en la obra.
- Resultado de las pruebas de resistencia temprana y en estado endurecido a las edades especificadas por norma y por el proyecto.
Los paneles deben ser inspeccionados para asegurar que se alcance el espesor mínimo y al momento de realizar cortes al panel las superficies de corte deben estar libres de defectos tales como “vacíos”, “laminaciones” y “regiones mal consolidadas”, “lentes de arena”, “zonas con rechazo”, etc. Se debe evaluar las medidas necesarias para lograr una densidad homogénea del hormigón proyectado sin segregación, sin desprendimiento, sin “planchones”, rebote excesivo, u otras imperfecciones visibles durante la proyección.
El informe a presentar debe al menos contener lo siguiente:
- Verificaciones de la idoneidad de los materiales constituyentes.
- Prueba de los materiales constituyentes, así como su combinación (prueba de compatibilidad)
- Composición de la mezcla.
- Pruebas completas de la mezcla en estado fresco.
- Identificación del tiempo abierto de la mezcla y el uso de aditivos que modifican sus propiedades como inhibidores de fraguado u otros.
- Equipo de proyección utilizado y los ajustes realizados durante la pruebas.
- Condiciones ambientales durante la aplicación y las condiciones de almacenamiento de las muestras.
- Fecha, hora, temperatura, operador y lugar de las pruebas de proyección.
- Dosificación del acelerante, indicación de si se utilizó aditivo de más de un proveedor y en que dosis.
- Lugar de prueba (paneles u otras superficies de aplicación).
- Toma de muestras, etiquetado y transporte.
- Evolución del desarrollo de la resistencia temprana.
- Las pruebas de hormigón endurecido.
Los informes de ensayo deben contener la información sobre el procedimiento de ensayo y resultados requeridos en las normas pertinentes.
9.2.1. Prueba del diseño y composición de la mezcla
Para el cálculo del diseño de mezcla se recomienda utilizar un máximo contenido de aire de 3.0 % o definir dicho valor de común acuerdo.
El alcance de las pruebas se debe detallar con anticipación. El tiempo de la mezcla (tiempo abierto o trabajable) se debe establecer durante la prueba previa a la construcción. La extensión máxima permitida es la que se alcanza con el máximo contenido de agua y la dosis superplastificante admisible.
9.2.2. Prueba del hormigón proyectado
Las pruebas de laboratorio son una buena guía sobre el comportamiento, pero no pueden sustituir a la prueba previa a la construcción con el material de obra final. La eficacia de los aditivos para hormigón y su compatibilidad cruzada (en caso de usar varios aditivos) debe ser verificada en la prueba previa a la construcción del hormigón proyectado.
Durante la prueba previa a la construcción de hormigón proyectado se debe medir constantemente la docilidad, el desarrollo de la resistencia temprana y la consistencia de la mezcla.
Cuando se utiliza mezcla húmeda, se debe probar dos dosis del acelerante considerado. Las dos dosis representan los umbrales del rango de aplicación. Por tanto, se debe medir la resistencia inicial con ambas dosis.
9.3 Frecuencia de ensayo y pruebas
La frecuencia de las pruebas de hormigón proyectado dependerá del tipo de proyecto en consideración, la importancia de la estructura y el volumen total de hormigón proyectado involucrado. La frecuencia de las pruebas se puede especificar tomando como base el volumen de hormigón proyectado consumido, la superficie de shotcrete colocado o el tiempo transcurrido en relación a la duración del proyecto.
Las frecuencias recomendadas para proyectos subterráneos y túneles civiles se dan en la tabla 9.1 (basada en una propuesta de la Asociación Australiana de Shotcrete). Las condiciones de la roca en minería pueden ser más seguras por lo que se podría considerar una menor frecuencia.
Otro enfoque es aquel que entrega la guía EFNARC en su edición de 2009. Esta guía indica que la frecuencia de los ensayos debe ser establecida por el diseñador, teniendo en presente la función del hormigón proyectado (incluyendo la integridad estructural), su vida de diseño, la dificultad de instalación, la clasificación de exposición ambiental y las consecuencias de una falla.
EFNARC Define tres niveles de frecuencia de control (mínimo I, normal II, exhaustivo III), no hay requisitos especiales para la definición en 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, y para realizar el análisis de los resultados y mantener reuniones frecuentes para informar de dichos valores, además de la introducción sistemática de mejoras al proceso.
9.3.1 Control de arranque
En algunas obras, especialmente en túneles, puede ser conveniente considerar un control de arranque. Este corresponde a los controles que se efectúan desde el inicio de la construcción hasta los primeros 500 m3 de shotcrete proyectado, considerando la ejecución de todos los ensayos establecidos como aceptación de shotcrete (ver capítulo 10). Las pruebas de los ensayos se ejecutan dentro de cada 100 m3 hasta completar 5 resultados continuos satisfactorios. Una vez completado y aprobado el control de arranque, con la evaluación de los resultados se comienza con las frecuencias establecidas en el plan de inspección y ensayos indicado para cada tipo de pruebas. Las pruebas continúan con la frecuencia del plan de inspección y ensayos del capítulo 10, siempre y cuando los resultados sean satisfactorios y no se hagan cambios a los materiales, equipos o ejecución. Si una prueba resulta en incumplimiento o se producen incidentes/ cambios, la frecuencia de prueba debe ir de nuevo a la frecuencia de arranque, o sea 1 cada 100 m3 por 500 m3.
Un esquema para lo anterior es el indicado en la fi gura 9.1:
9.4 Sistemas de calidad 9.4.1 Generalidades
Cada proyecto en particular debe tener un nivel de requisitos de aseguramiento de la calidad o sistema de calidad. Se debe preparar para cada proyecto 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.
9.4.2 Planificación y aseguramiento de la calidad
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 permita que el contratista tome medidas eficaces, puntuales y apropiadas si se detecta algún problema (ISO 9001). El aseguramiento de la calidad insta a los contratistas al auto-diagnóstico de los problemas y a la mejora continua de los procesos. El aseguramiento de la calidad no debe ser visto como una carga, sino una oportunidad para aprender acerca de la proyección de hormigón y para mejorar las habilidades y métodos de optimización del rendimiento del hormigón proyectado en su conjunto. El aseguramiento de la calidad es particularmente útil en el entrenamiento del personal, pero solo si ellos están en el circuito de retroalimentación respecto al desempeño y si los registros se auditan y mantienen adecuadamente. En la tabla 9.3 se muestra un ejemplo de un plan básico de control.
9.4.3 Registros
Se debe mantener registros precisos del suministro de hormigón y colocación del hormigón proyectado para cada proyecto. Los registros deben incluir, como mínimo, lo siguiente:
- El plan de producción de la planta y de los despachos entregados a la bomba de hormigón/equipo de proyección.
- Listado del personal de operación, conductor, operador y ayudante/asistente.
- En el área de proyección cada día se debe registrar las referencias del lugar, área de proyección y observaciones de la proyección en relación al material y dónde fue colocado el material recibido por el equipo de transporte e identificar si fue más de un equipo el que descargó.
- Los problemas en los equipos que puedan dar lugar a un hormigón proyectado defectuoso.
- Ubicación de las juntas no programadas y su tratamiento. Registro de la documentación utilizada (Metodologías, instructivos, etc.)
- Informes de auditorías o inspecciones realizadas a los procesos y/o productos.
- Registro de cambios realizados, acuerdos con el cliente, interferencias, etc.
- Registros de equipos utilizados, con sus respectivas calibraciones.
- Registros de pruebas y ensayos, con sus respectivos informes de ensayos.
9.5 Alcances de Norma ISO 9001
Es necesario separar las responsabilidades en todo proceso que apunte a la calidad a fi n de beneficiar a las partes involucradas. Es así que la norma ISO 9001 propone tres formas o sistemas de control de calidad aplicables a las obras de la industria, para nuestro caso el hormigón proyectado shotcrete, a saber:
- Control de Calidad realizado por el Mandante, este esquema consiste en que el mandante asume la responsabilidad por el control de calidad de todas las actividades y materiales que son elaborados y/o aplicados en un proyecto de construcción, de cualquier tipo.
- Control de Calidad efectuado por el contratista, en este caso el control de calidad de los productos elaborados en la obra y los materiales queda entregado totalmente al contratista, quién debe asegurar el cumplimiento de las especificaciones del proyecto. (Autocontrol).
- Sistema Mixto, este sistema combina los dos anteriores en el sentido de responsabilizar al contratista directamente por el control (mediante su propio autocontrol) de calidad de la obra y al mandante o a quien éste designe (puede ser la inspección técnica) de verificar y validar que este control se efectúa eficientemente.
Conceptos a tener presente:
Calidad: Grado en el que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos. “Inherente”, en contraposición a “asignado”, significa que existe en algo, especialmente como una característica permanente.
Control de la calidad: Parte de la gestión de la calidad orientada al cumplimiento de los requisitos de la calidad.
Aseguramiento de la calidad: Parte de la gestión de la calidad orientada a proporcionar confianza en que se cumplirán los requisitos de la calidad.
Requisito: Necesidad o expectativa establecida, generalmente implícita u obligatoria. “Generalmente implícita” significa que es habitual o una práctica común para la organización, sus clientes y otras partes interesadas y que la necesidad o expectativa bajo consideración está implícita. Un requisito especificado es aquel que está establecido, por ejemplo en un documento. Los requisitos pueden ser generados por las diferentes partes interesadas.
Trazabilidad: Capacidad para seguir la historia, la aplicación o la localización de todo aquello que está bajo consideración. Al considerar un producto, la trazabilidad puede estar relacionada con:
-.El origen de los materiales y las partes;
– La historia del procesamiento;
– La distribución y localización del producto después de su entrega.
Inspección: Evaluación de la conformidad por medio de observación y dictamen, acompañada cuando sea apropiado por medición, ensayo/prueba o comparación con patrones.
Ensayo/Prueba: Determinación de una o más características de acuerdo con un procedimiento.
Verificación: Confirmación mediante la aportación de evidencia objetiva de que se han cumplido los requisitos especificados. El término “verificado” se utiliza para designar el estado correspondiente. La confirmación puede comprender acciones tales como: la elaboración de cálculos alternativos, la comparación de una especificación de un diseño nuevo con una especificación de un diseño similar probado, la realización de ensayos/pruebas y demostraciones, y la revisión de los documentos antes de su emisión.
Validación: Confirmación mediante la aportación de evidencia objetiva de que se han cumplido los requisitos para una utilización o aplicación específica prevista. El término “validado” se utiliza para designar el estado correspondiente. Las condiciones de utilización para la validación pueden ser reales o simuladas.
Eficacia: Grado en que se realizan las actividades planificadas y se alcanzan los resultados planificados.
Evaluación de la conformidad: Demostración que se cumplen los requisitos especificados relativos a un producto, proceso o sistema, persona u organismo.
