Chotcrete-optimizacion De Costos

SHOTCRETE – OPTIMIZACIÓN OPTIMIZACIÓN DE COSTOS DE COSTOS ISMAEL ANABALÓN SENIOR ADVISOR NORMET LATIN AMERICA

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SHOTCRETE – OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

ESTA PRESENTACIÓN TRATARÁ SOBRE LA OPTIMIZACIÓN DE LOS COSTOS PROYECTADOS EN EXCAVACIÓN SUBTERRANEA:

1. 

DEFINICIONES

2. 

ESPECIFICACIONES Y CONTROLES DE CALIDAD

3. 

MEZCLA APROPRIADA PARA SHOTCRETE VIA HÚMEDA Y

OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

MATERIALES QUE CONTIENE 4. 

SELECCIÓN DE EQUIPOS ADECUADOS

5. 

CORRECTA OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS

6. 

SUPERVISORES Y OPERADORES CALIFICADOS

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PRINCIPALES PROBLEMAS EN TUNELES Y MINAS Los grandes problemas en minas subterráneas y en túneles civiles (de carretera, ferroviarios, centrales hidroeléctricas, etc.) son las filtración de agua no controlada, roca incompetente y el soporte de roca. Son grandes riesgos: ►  La posible inundación ►  La imposibilidad de trabajar ►  El desprendimiento de rocas, asociado a la filtración y presión de agua ►  El desprendimiento de rocas, asociado a su calidad o presiones ESTOS PROBLEMAS INCIDIRAN EN LA VELOCIDAD DE EXPLOTACIÓN O AVANCE Y, POR ENDE, EN EL COSTO FINAL OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALÓN – NORMET

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CONTROL DEL AGUA CON INYECCION ►  Hay dos tipos de inyecciones: pre y post, siendo la más efectiva y barata la pre inyección ►  Normalmente se utiliza lechadas de agua + cemento y arena fina ►  Los equipos deben ser los adecuados ►  Se manejan volúmenes que encarecen la inyección ►  El sistema no es bien estudiado

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PRE INYECCIÓN

CUANDO UD. NO PRE INYECTA… ►  Hay hundimiento en superficie, afectando estructuras y construcciones ►  Pérdida de estabilidad de la masa rocosa alrededor del túnel ►  Asentamiento del subsuelo que impacta las estructuras subterráneas ►  Posibilidad de contaminar las aguas subterráneas ►  Impacto en el hábitat debido a pérdidas de altura de las napas subterráneas o su agotamiento ►  Aumento de costos por tratamiento y manejo del agua ►  Excesiva infiltración puede hacer cambiar los criterios de construcción del túnel ►  Pérdida de equipos de perforación y servicios en el túnel

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OTRO EJEMPLO DE PROYECTO SIN PRE INYECCIÓN CUANDO UD. NO PRE INYECTA…

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REQUERIMIENTOS PARA LOGRAR EL ÉXITO Es importante saber seleccionar el tipo de inyección a realizar, ya sea para SUELO o para ROCA, con el fin de que ella penetre y lograr el objetivo planeado

TIPOS DE INYECCIONES LECHADAS Las lechadas se basan en la inyección de Cemento Portland, con aluminatos, e incluyen humo de silice (silica fume), bentonita y arena fina. Todos ellos deben tener el tamaño adecuado para poder penetrar en las fisuras El cemento, por su tamaño de grano, puede dividirse en: ►  Cemento ordinario (OPC, <128 µm), - 0.128mm ►  Cemento Fino (<64 µm), – 0.064mm ►  Microcemento <20 µm – 0.020mm ►  Cemento Ultrafino (UFC) BENTONITA: El tamaño de las partículas es inferior a un 0,03% , se hincha con el contacto con el agua, es impermeable y su densidad ayuda a estabilizar las paredes OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALÓN - NORMET de las grietas

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PENETRACIÓN EN LAS FISURAS

CLASIFICACION POR PENETRACION OPC: MFC: UFC:

100-140 µm –fisuras hasta 0.4mm 0 - 30 µm –fisuras hasta 0.1mm 0 - 15 µm –fisuras hasta 0.05mm

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CEMENTOS FINOS Su tamaño ayuda a la fácil penetracion de las fusuras o grietas

Fisuras en roca 0.02mm Colloidal Silica 0.015µm

9µm

16µm

Ultrafino

50µm

Microfino

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Cemento de endurecimiento rápido

12µm Microfino

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BENEFICIOS DEL MICROCEMENTO ►  Nueva tecnología de inyección de cemento ►  Muy buena penetración en pequeñas grietas y espacios granulares ►  Puede reemplazar inyección de productos químicos (en algunos casos) ►  Mejor entorno de trabajo - sin productos tóxicos ►  Mayor eficiencia ►  Mas económicos

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LECHADAS QUIMICAS LECHADAS QUÍMICAS:

Por el tamaño de su particular y viscosidad, éstas pueden penetrar por fisuras y por de hasta 0.05mm (dependiendo de la viscocidad) ►  Silicatos de sodio ►  Silicatos coloidales ►  Acrilatos ►  Polyuretanos

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LECHADAS QUIMICAS LECHADAS QUIMICAS Las lechadas químicas fueron, inicialmente, desarrolladas para proveer resistencia y control de flujos de agua en ambientes donde el tamaño de las fisuras o poros del suelo o roca era demasiado pequeño para usar la típica lechada de cemento ¿Dónde se usan? Ø  Llenar huecos más atrás del soporte del túnel Ø  Consolidación de las partículas del suelo, para mejorar su cohesión, aumentando su resistencia Ø  Formar barreras para detener el agua infiltrándose, consolidando el suelo Ø  Tratamiento del terreno adelante del avance del túnel, inyectando las fisuras y mejorando el suelo Las lechadas químicas se usan, normalmente, para el control de agua en túneles y para aumentar la capacidad de soporte y estabilización de materiales muy finos en fundaciones y excavaciones OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALÓN - NORMET

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SHOTCRETE DEFINICIÓN: ¿QUÉ ES ”SHOTCRETE”? Es concreto proyectado in situ, a alta velocidad y auto compactado RECUERDE!!! ☺ Shotcrete es concreto SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE EL OBJETIVO DE LA COLOCACIÓN DE SHOTCRETE ES SOPORTAR ROCA, RÁPIDA Y EFECTIVAMENTE, PARA CONTINUAR CON SIGUIENTE FASE DEL CICLO DE MINADO CON SEGURIDAD PARA PERSONAL Y EQUIPOS, PREVINIENDO COLAPSOS EN EL ÁREA EXCAVADA.

LA LA EL YA

ES PARTE IMPORTANTE EN LA FORTIFICACIÓN FINAL.

SE USA, TAMBIÉN, PARA SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOSSOPORTAR – ISMAEL ANABALON – NORMET TALUDES

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SHOTCRETE ¿QUÉ ES LO QUE LE DEBE INTERESAR AL ESPECIFICADOR? Principalmente, lo siguiente: 1.  Que su sostenimiento, SHOTCRETEel que incluye shotcrete, sea capaz de resistir las solicitaciones a encontrar durante la excavación 2.  La durabilidad del sostenimiento ¿CÓMO CONSEGUIR Y ASEGURAR ESTO? SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE Ø  CON UNA MEZCLA DE ALTA CALIDAD Ø 

CON UNA PLANTA PARA CONCRETO ADECUADA, BIEN MANTENIDA Y CALIBRADA

Ø 

SHOTCRETE

CON MEZCLADORES TRANSPORTADORES EN PERFECTO ESTADO

Ø  CON EQUIPOS ROBOTIZADOS Ø 

CON OPERADORES ENTRENADOS, CALIFICADOS Y CERTIFICADOS Y, PRINCIPALMENTE…

CON CONTROLES DE CALIDAD ADECUADOS Y SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

PERMANENTES

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MEZCLA TÍPICA PARA SHOTCRETE Cemento 420 kg

§  §  Silica fume (opcional) 30 kg §  Agregados pétreos 1.730 kg §  Agua libre 177 kg §  Hiperplastificante 4,5 kg §  Controlador de hidratación 2,5 kg §  Acelerante 32 kg Ø  PESO POR M3 DEL SHOTCRETE (SIN ACELERANTE): ENTRE 2.250 Y 2.350 KGS. Ø  RELACIÓN AGUA/CEMENTO: 0,42 (> 0,45)

RECUERDE: ¡¡SHOTCRETE ES CONCRETO!! SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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UN DISENO DE MEZCLA APROPRIADO ES LA CLAVE DEL ECONOMICO Beneficios ÉXITO de una mezcla con alta calidad y alta resistencia inicial Rápido endurecimiento => AUMENTO DEL AVANCE Bajo consumo de acelerante => MENOR COSTO Posibilidad de aplicar capas gruesas Buen desarrollo de resistencia Menor reduccion de la resistencia final Alta durabilidad Bajo rebote => MENOR COSTO Muy poca pérdida de concreto => MENOR COSTO Aplicación más rápida => MAYOR AVANCE Y MENOR COSTO Mejor ambiente de trabajo Amigable con el medio ambiente SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ¡¡¡ TODO LO ANTERIOR IMPLICA UN COSTO TOTAL MÁS ANABALON – NORMET

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PROCESO DEL SHOTCRETE: MATERIALES ARENA Y AGREGADOS

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PROCESO DEL SHOTCRETE: MATERIALES AGUA §  Hay que usar agua limpia §  Regla básica: El agua que usted pueda beber es la mejor para ser usada en el concreto!

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SHOTCRETE CEMENTO

47,00 17,3%

SILICA FUME

0,0%

ARENA

18,70 6,9%

HIPERPLASTIFICANTE CONTROLADOR HIDRATACIÓN

14,00 5,1%

AGUA

CEMENTO SILICA FUME ARENA HIPERPLASTIFICANTE 1,5%

1,75 0,6%

CONTROLADOR HIDRATACIÓN AGUA

0,50 0,2%

ACELERANTE

33,00 12,1%

FIBRA

23,50 8,6%

18,5%

51%

17,3% 0,0%

1,7%

ACELERANTE

COSTO POSESIÓN PLANTA

0,50 0,2%

6,9%

FIBRA

MANTENIMIENTO PLANTA

1,80 0,7%

5,1%

M. DE OBRA PLANTA EQUIPOS Y MATERIALES AUX. COSTO POSESIÓN EQ. TRANSP.

4,15 1,5%

COSTO POSESIÓN PLANTA MANTENIMIENTO PLANTA M. DE OBRA PLANTA

10,00 3,7% 55,00 20,2%

LANZADO SHOTCRETE

50,30 18,5%

VALOR TOTAL M3 (APROX.) US$

12,1%

3,30 1,2%

TRANSPORTE SHOTCRETE COSTO POSESIÓN EQ. LANZADO

SUPERVISIÓN

0,6%

20,2%

4,70 1,7%

8,6% 3,7% 1,2% 1,5%

0,2% 0,7%

4,00 1,5%

0,2%

EQUIPOS Y MATERIALES AUX. COSTO POSESIÓN EQ. TRANSP. TRANSPORTE SHOTCRETE COSTO POSESIÓN EQ. LANZADO LANZADO SHOTCRETE SUPERVISIÓN

272,20 SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE ESTIMACIÓN DE AHORROS POR EFICIENCIA EN LA OPERACIÓN

REBOTE

Volumen m3/ Rebote actual Rebote actual, Precio m3 US mes (est.) en m3 $(1) 1.000

ACELERANTE

Volumen, kg/ mes

30%

10% Valor Diferencia transporte volumen concreto x m3 rebote mes (2) 200

TIEMPO

Volumen rebote mes 200

272

Rebote Ahorro mensual futuro, en por menos m3 de m3 rebote US$

10%

100

652.800

Ahorro por mes Dosificación acelerante con Volumen por pérdidas de kg/mes con operador entrenado acelerante operador entrenado 0,38 8% 32.000 3.040

Ahorro anual por pérdidas de acelerante

Ahorro mes por Transporte Concreto

Ahorro Anual por transporte de concreto

1.540

18.480

Ahorro mes en Tiempo

Ahorro Anual en tiempo de lanzado

1.840

12.880 ANUAL

60.820

720.640

Precio kg. (2)

7,70 Tiempo de lanzado Valor hora (2) utilizado, hrs. 16

Ahorro anual por menos m3 rebote US$

54.400

SHOTCRETE

Dosificación actual acelerante p.p.c. (est.)

40.000

TRANSPORTE

300

Rebote con operador entrenado

115 MES

TOTAL AHORRO CON OPERADORES ENTRENADOS US $ (3)

36.480

Notas: 1.-Cálculo estimado, usando mezclas con 420 Kg de cemento por metro cúbico de concreto y acelerantes libre de alcali. 2.-Precios de acelerante de fraguado (x m3 de concreto), transporte de concreto y tiempos son estimativos. 3.-No se considera en este analisis los ahorros por sobre espesor de capa de shotcrete. SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE: FABRICACION Y TRANSPORTE q  PLANTA DE CONCRETO •  •  •  •  •  • 

ESPECIFICAR MEZCLA DE SHOTCRETE CALIBRACIÓN DE LA PLANTA CEMENTO Y ARENA ADITIVOS QUÍMICOS CONTROL DE CALIDAD REPORTES

q  TRANSPORTE •  EQUIPO DE TRANSPORTE •  DISTANCIA Y TIEMPO •  COMPROBACIÓN DE LAS CONDICIONES DE LA MEZCLA, IN SITU

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SHOTCRETE: LANZADO o  EQUIPO •  •  • 

TIPO DE EQUIPO: TAMAÑO MANTENIMIENTO REPUESTOS

o  PERSONAL •  • 

OPERADORES CALIFICADOS SUPERVISORES CALIFICADOS

o  CONDICIONES OPERATIVAS •  •  •  •  • 

AIRE COMPRIMIDO: VOLUMEN Y PRESIÓN VENTILACIÓN ADECUADA LIMPIEZA DE ASTIALES SCALING CONTROL DE CALIDAD IN SITU SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD

ASENTAMIENTO DE CONO DE ABRAMS

FLUJO (ESCURRIMIENTO)

ES RECOMENDABLE REALIZAR ESTOS CONTROLES EN PLANTA DE CONCRETO Y EN LA FRENTE DE TRABAJO SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD

Revise el shotcrete visual y manualmente

Tomando el concreto con su mano y apretándolo, se tiene una buena apreciación de su trabajabilidad

El shotcrete se siente un poco pegajoso…

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD

LA CALIDAD FINAL DEPENDERÁ, TAMBIÉN, DEL TIPO DE EQUIPO DE LANZADO

Baja Trabajabilidad

1

Altas pulsaciones

Pulsaciones resultan en capas

Acelerante

concreto

Entrega de Concreto versus Acelerante 2 Acelerante concreto

Alta trabajabilidad

Bajas pulsaciones

Cono >18 cm o flujo >50 cm

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SHOTCRETE: CONTROLES DE Ang de la boquilla CALIDAD

Rebote %

Mala

50

Rebote afecta la calidad

Regular Buena

10

Calidad del shotcrete

100

Excelente 0º 10 %

90 º 1%

10 %

Dosis Acelerante

0.2m

1 to 2m

+3m

Dist Boquilla a sustrato

Corona

Muros

Invert

0º

Muros

Corona

Áng boquilla a sustrato

Área de aplicación in túnel

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD Paneles para ensayo de acuerdo a norma europea EN 14488-1

Tamaño del panel 1x1 m

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD

MEDICIÓN DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA (TENACIDAD)

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD EN 14488 PARTE 2: RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE SHOTCRETE A TEMPRANA EDAD

Desarrollo de

Método

Instrumento

Rango Resistencia

Tiempo (Edad)

Hasta 1,2 MPa

0 a 3 Hrs.

Resistencia Inicial

Aguja de Penetración

Penetrómetro

Resistencia Temprana

Inserción de Clavo

Pistola HILTI DX 450

2,5 a 10 Mpa

3 a 24 Hrs.

Resistencia Final

Testigos (Diamantinas)

Testiguera / Prensa Hidráulica

10 a 100 Mpa

0,5 a 28 Días

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SHOTCRETE: CONTROLES DE MÉTODO A: AGUJA DE PENETRACIÓN CALIDAD O PENETRÓMETRO

§  Un penetrómetro indica la fuerza de resistencia mediante la compresión de un resorte calibrado o celda electrónica. A partir de esto, el fabricante del equipo de prueba puede obtener la resistencia a la compresión estimada mediante una curva de conversión. §  Se necesita una capa de shotcrete con un espesor mínimo de 50 mm para las pruebas.

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SHOTCRETE: CONTROLES DE MÉTODO B: INSERCIÓN DE CLAVO CALIDAD §  Se inserta un clavo en el shotcrete y se determina la profundidad de penetración. Después, se extrae el clavo y se mide la fuerza de extracción: la relación entre la fuerza de extracción y la profundidad de penetración se usa para obtener la resistencia a la compresión estimada mediante una curva de conversión que proporcionará el fabricante del equipo de prueba.

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD MÉTODO C: EXTRACCIÓN DE TESTIGOS §  Los testigos se extraen o bien in situ ó desde paneles de proyección §  Extracción de testigos desde 12 horas (10 MPa) §  Diámetro recomendado de los testigos es 100 mms §  Resistencia del Testigo => Resistencia en Cilindro => Resistencia en Cubo (deben realizarse varios cálculos de conversión) §  Medición de la resistencia a la compresión

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Con los resultados de resistencias a distintas edades (minutos,horas, días), se realiza la caracterización de la curva de resistencia a temprana edad.

Un criterio de evaluación de resistencias a temprana edad está indicado en la norma UNE 14.487-1 y hace referencia al cumplimiento de las denominadas “Curvas J.

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SHOTCRETE: CONTROLES DE CALIDAD CLASE J1: El shotcrete J1 es adecuado para la colocación en capas delgadas sobre un sustrato seco, sin requisitos de carga, ofreciendo como ventaja la baja formación de polvo y de rebote. Corresponde a la región comprendida entre las curvas A y B. CLASE J2: Para aquellos shotcrete que deben ser aplicados en capas más gruesas, con presencia de infiltraciones o en situaciones que impliquen cargas inmediatas como, por ejemplo, la perforación e inyección de anclajes o vibraciones debido a las voladuras. Se requiere también para aplicación sobre cabeza o en grandes espesores. El shotcrete clase J2 aplica también para el caso de cargas rápidas debido a presiones del terreno. Corresponde a la región comprendida entre las curvas B y C. CLASE J3: Sólo debe ser especificado en circunstancias especiales, como, por ejemplo, ante una fuerte infiltración de agua. Se requiere igualmente en caso de avances rápidos o casos especiales (requerimientos estáticos). Corresponde a la región comprendida sobre la curva C.

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OPORTUNIDADES DE MEJORA DE EFICIENCIA DEL CICLO MINADO

OPORTUNIDADE S DE MEJORA DE EFICIENCIA DEL CICLO DE MINADO

VOLADURA Y VENTILACIÓN

SHOTCRETE

PERFORACIÓN

LIMPIEZA DESMONTES

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SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

ANTES, ERA DE ESTA MANERA

Aplicación de Shotcrete en Túnel Ulmberg, Zurich, Suiza, en 1927: Transformación de Túnel de Ferrocarril a Túnel de Carretera SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOSVECES SE Y MUCHAS VEÍA (¡Ó TODAVÍA SE VE?) COMO ESTO

Fuente: Manual de Seguridad para Trabajos en Túneles de ITA SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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OPTIMIZACIÓN DE COSTOS Pero, hoy día NECESITAMOS: §  §  § 

Eficiencia Velocidad Seguridad … en otras palabras … EQUIPOS DISEÑADOS Y FABRICADOS PARA ESOS PROPÓSITOS!

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OPTIMIZACIÓN DE COSTOS

SCALING

CARGUÍO DE EXPLOSIVOS SHOTCRETE: OPTIMIZACIÓN DE COSTOS – ISMAEL ANABALON – NORMET

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¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

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