BOMBEABILIDAD Y SU RELACIÓN CON LA CONSISTENCIA Y REOLOGÍA

Se entiende por bombeabilidad la capacidad que tiene una mezcla de hormigón para ser transportado bajo presión [Jolin et al., 2006], o por tubería, impulsado por una bomba [ACI 304.2R-96] sin perder sus propiedades esenciales.

Desde el punto de vista del bombeo tienen gran importancia dos factores: i) el comportamiento de la mezcla bajo presión y ii) sus propiedades reológicas [Banfill, 2003], ya que ambos factores inciden sobre la bombeabilidad [Jacobsen et al., 2008]. En cuanto a la determinación de la bombeabilidad, cabe indicar que el problema se ha venido abordando desde dos puntos de vista: El primero, con un enfoque práctico o tradicional -denominado por algunos autores ingenieril- en el que se determina si una mezcla es o no bombeable a partir de la definición de límites, que tienen en cuenta la consistencia de las mezclas y su tendencia a segregar bajo presión. El segundo, más moderno, hace uso de modelos basados en la reología o el estudio del flujo y la deformación del material bajo un esfuerzo siguiendo el modelo establecido por Bingham [Ferraris et al, 1998a, 2001] aplicado al hormigón.

2.4.1 Enfoque práctico

Para que un hormigón sea bombeable, debe tener un contenido en pasta suficiente, de forma que permita la formación de una película lubricante en las paredes de la tubería, así como presentar resistencia a la segregación. Esto ha llevado a que se haya relacionado la bombeabilidad con la trabajabilidad de las mezclas, y por tanto, a que se utilicen para medir la bombeabilidad los mismos métodos que para la medida de la trabajabilidad, siendo el método más usual para la evaluación de este parámetro el de la medida de la consistencia mediante el ensayo de cono de Abrams (EHE, ACI, etc.).

Existen recomendaciones en las que se indica que hormigones con cono menor de 50 mm no son bombeables, que los hormigones con cono entre 50 y 100 mm son bombeables, y que es impredecible la bombeabilidad de los que tienen un cono mayor de 100 mm [Stephenson, 1968]. También existen diagramas empíricos o nomogramas [ACI-304.2R-96, 2008], de los

j i k

p

A

p

p

p

que se hablará más adelante, para la predicción de la presión de bombeo a partir de la medida del asentamiento mediante el cono de Abrams.

2.4.2 Enfoque reológico

Investigaciones más recientes sobre reología de hormigón [Tattersall, 1991; Ferraris et al, 1998ª, 2001] demuestran que en su inmensa mayoría los hormigones se comportan como fluidos no Newtonianos, y más concretamente como fluidos plásticos o de Bingham (Es decir, su comportamiento al fluir responde a la ecuación (2-2) y Figura 2-11:

(2-2)

donde es el esfuerzo cortante, la tensión de fluencia, la velocidad de deslizamiento entre capas de fluido (también denominada velocidad de cizalladura, o gradiente de velocidad en la dirección perpendicular al movimiento del fluido) y la viscosidad plástica del material.

Figura 2-11. Tensión de fluencia y viscosidad plástica de hormigones frescos1

[Ferraris et al, 1998a]

Para la medición de estos parámetros o y , se utilizan distintos tipos de reómetros de

hormigón [Wong et al, 2000; Ferraris et al, 2001], tales como los basados en los trabajos de Tattersall [Tattersall, 1991], u otros de cilindros coaxiales introducidos posteriormente. Todos ellos se basan en generar distintos gradientes de velocidad en la masa de hormigón, midiendo la fuerza (o el par) necesario para mantenerlos. Aunque en teoría la medición en dos puntos bastaría para determinar los dos parámetros o y , en los procedimientos de uso de la mayoría

de los reómetros se indica que deben tomarse más puntos de medida.

Sin embargo, los reómetros, utilizados habitualmente en los trabajos de laboratorio, no resultan adecuados para su uso en obra, donde la práctica más habitual sigue siendo la utilización de la consistencia, medida con el cono de Abrams [EHE08], como medida de la trabajabilidad, concepto cualitativo que el ACI[ACI, 1990], define como “esa propiedad del hormigón fresco que determina la facilidad con que puede ser mezclado, puesto en obra, compactado y acabado”

1

En las figuras tomadas de publicacciones en idioma extranjero se han mantenido las leyendas en su idioma original.

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Wong et al. [Wong et al, 2000], tras presentar la anterior definición de trabajabilidad, consideran que la trabajabilidad se incrementa o mejora cuando se incrementa la facilidad de puesta en obra, compactación y acabado. También indican que se asume habitualmente que el ensayo del cono de Abrams (Slump test) es una buena indicación de la trabajabilidad, aunque en realidad solo mide una de sus componentes: la tensión de fluencia ; resultado ya presente en los trabajos de Ferraris y de Larrard [Ferraris et al, 1998a, 1998b], que incluso han cuantificado la relación entre el asentamiento y en dichas publicaciones.

La otra componente fundamental de la trabajabilidad, que es la viscosidad plástica, no está correlacionada con el Índice de Consistencia [Ferraris et al, 1998a, 1998b], razón por la que todos los autores coinciden en señalar que el índice de consistencia por sí mismo no es más que una medida parcial de la trabajabilidad, y que por tanto debería ser complementado con algún otro ensayo para proporcionar resultados realmente significativos (en las citadas publicaciones estos autores proponen un ensayo de Abrams modificado mediante la introducción del factor tiempo; que proporcionaría una medida relacionada con la viscosidad plástica)

Figura 2-12.Ensayo de Abrams modificado [Ferraris et al, 1998ª]

Debe sin embargo resaltarse que los citados análisis y estudios sobre la reología del hormigón tienen un campo de aplicación limitado al de su comportamiento en masa, es decir, el que presentan en operaciones de vertido directo, requiriendo su extrapolación al flujo en tuberías consideraciones adicionales [Rio et al, 2011; Feys et al, 2013].

2.5 MEZCLAS

Las mezclas de hormigón deben ser cuidadosamente diseñadas con el fin de que sean bombeables a la vez que tengan las propiedades ingenieriles requeridas en cada caso.

Las mezclas de hormigón bombeables se componen normalmente de cemento Portland, arena y áridos de un tamaño que generalmente es inferior a 20mm, amasados con agua. Adicionalmente pueden contener fibras de acero y/o sintéticas, humo de sílice, cenizas volantes y finos inertes, así como distintos aditivos químicos (reductores de agua, fluidificantes, retardantes de fraguado, etc.). La influencia que según McAskill [McAskill, 2000] pueden tener estos materiales constituyentes sobre la bombeabilidad se resume en la Tabla 2-1.

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