OPTIMIZACIÓN Y MEJORA DEL CONTROL DE LA PROYECCIÓN …

OPTIMIZACIÓN Y MEJORA DEL CONTROL

DE LA PROYECCIÓN DE MORTERO EN

LABORATORIO

Trabajo realizado por:

Sergio Ramírez Luque

Dirigido por:

Ignacio Segura Pérez

Miguel Cano Escario

Máster en:

Ingeniería Estructural y de la Construcción

Barcelona, Julio de 2020

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.

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TESIS DE MÁSTER

Máster

Ingeniería Estructural y de la Construcción

Título

OPTIMIZACIÓN Y MEJORA DEL CONTROL DE LA PROYECCIÓN DE MORTERO EN LABORATORIO

Autor


Tutores

Ignacio Segura Pérez

Miguel Cano Escario

Departamento

Ingeniería Civil y Ambiental

Fecha Julio 2020

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar, quisiera agradecer a mi tutor y profesor Ignacio Segura por la

oportunidad que me ha dado, tanto de realizar la presente tesis como de formar parte

del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental durante mi periodo de trabajo en la

Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).

Quiero agradecer también a los técnicos de laboratorio Robert Michael Mc-

Aloon y Jordi Cabrerizo por ayudarme durante la campaña experimental desarrollada en

la tesis, así como por sus sabios consejos y su apoyo. También dar las gracias al Dr.

Francisco Mena Sebastia por todo lo que me ha enseñado durante mi periodo en la UPC.

Por último y más importante, agradecer a toda mi familia por su apoyo

incondicional, en especial a mi madre, a mi padre y a mi tío. También quisiera agradecer

a esa persona especial que he conocido y me ha acompañado durante la presente tesis,

por empujarme a superar mis limites cada día y apoyarme en los momentos difíciles,

gracias Camilla.

Resumen I

RESUMEN

El gunitado o proyección es una técnica de fabricación muy importante en la

ingeniera y la construcción civil ya que presenta múltiples aplicaciones prácticas y una

puesta en servicio muy interesante y eficaz para alguna de sus aplicaciones. El desarrollo

de las propiedades mecánicas del hormigón o mortero proyectado para su aplicación se

dan, principalmente, debido al uso de aditivos acelerantes del fraguado, empleándose

aditivos acelerantes ricos en álcalis (basados en aluminatos o en silicatos) y libres de

álcalis.

La sustitución de los aditivos acelerantes del fraguado ricos en álcalis por aditivos

libres de álcalis es muy importante, debido a que los aditivos ricos en álcali presentan

un pH muy alcalino que los hace muy peligrosos desde el punto de vista ambiental y

desde el punto de vista de los operarios que ponen en servicio el material. La sustitución

de un tipo de aditivo por otro debe realizarse asegurando que las propiedades

mecánicas obtenidas mediante el uso de aditivos acelerantes del fraguado libres de

álcalis son similares a las obtenidas empleando aditivos ricos en álcali. Además, es

necesario verificar como el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado afecta a las

propiedades mecánicas del material resultante. La presente tesis incluye la

caracterización de dos aditivos acelerantes del fraguado libres de álcali en dos

porcentajes distintos cada uno y la caracterización de un aditivo ricos álcalis.

El estudio del comportamiento del hormigón o mortero proyectado empleando

aditivos acelerantes del fraguado debe realizarse en laboratorio, pudiendo de esta

manera controlar todos los parámetros del proceso de proyección. Para ello es

necesario dispones de un sistema de proyección capaz de simular las condiciones reales

de operación, así como tener un control muy preciso de las distintas variables. Una de

las variables más importantes a controlar es la dosificación del aditivo acelerante del

fraguado, para ello es necesario implementar una serie de mejoras en el actual sistema

de proyección existente en el Laboratorio de Tecnología de Estructuras, Materiales y

Construcción (LATEM) de la UPC. Mediante estas modificaciones se consigue optimizar

y mejorar el control de las proyecciones de mortero.

Una vez realizadas las modificaciones en el sistema de proyección se realiza el

estudio y optimización de la dosificación de mortero. La dosificación de mortero

empleada tiene gran importancia ya que afecta a su comportamiento en estado fresco

y por lo tanto a la capacidad de bombeo de la mezcla, siendo necesario optimizarla

empleando la menor relación a/c posible. Mediante la reducción en la relación a/c, se

consigue estudiar una dosificación estándar empleada en la puesta en servicio real del

material. La optimización de la dosificación empleada se realizar a través del estudio del

comportamiento reológico de la dosificación seleccionada. Todos estos aspectos han

sido investigados y desarrollados en la presente tesis a través del estudio de la

bibliografía disponible y de la realización de la campaña experimental descrita.

II Abstract

ABSTRACT

Gunite and spraying are essential manufacturing techniques in the field of

engineering and civil construction since they present multiple practical applications and

very interesting and useful uses. The development of the mechanical properties of the

sprayed concrete or sprayed mortar for their applications is, mainly, due to the use of

setting accelerating additives, both the alkali rich and alkali free ones.

The study of the behaviour of the sprayed concrete or sprayed mortar using

acceleration setting additives should be carried out in a laboratory, being able to control

all the parameters of the spraying process. Because of that, a spraying system able to

simulate the real operating conditions is fundamental, as well as having a very precise

control of the different variables. One of the most critical variables to be controlled is

the dosage of the setting accelerator, being necessary to implement a series of

improvements in the current spraying system in the LATEM. These modifications

optimize and improve the control of the mortar projections.

Once modifications have been made to the spraying system, the study and the

optimization of the mortar dosage are carried out. The adopted mortar dosage is a

crucial aspect since it affects its behaviour in the fresh state and, therefore, the pumping

capacity of the mixture, being necessary to optimize it using the lowest possible a/c

ratio. By reducing the a / c ratio, it is possible to study a standard dosage used in the

actual commissioning of the material. The optimization of the dosage adopted will be

carried out through the analysis of the rheological behaviour of the selected dosage. All

these aspects have been intensely investigated in this thesis through laboratory tests

and a detailed literature review.

Índice III

ÍNDICE

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1

1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 1

1.2. RAZÓN DE SER ............................................................................................................................. 2

1.3. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 3

1.4. METODOLOGÍA ........................................................................................................................... 4

CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................................... 6

2.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 6

2.2. HISTORIA DEL HORMIGÓN PROYECTADO ................................................................................... 6

2.3. SISTEMAS DE PROYECCIÓN ......................................................................................................... 9

2.4. PROPIEDADES HORMIGÓN PROYECTADO ................................................................................ 16

2.5. APLICACIONES ........................................................................................................................... 17

2.6. COMPONENTES HORMIGÓN PROYECTADO ............................................................................. 19

2.6.1. Cemento ........................................................................................................................... 20

2.6.2. Áridos ............................................................................................................................... 26

2.6.3. Relación a/c ...................................................................................................................... 28

2.6.4. Aditivos ............................................................................................................................. 30

2.7. ADITIVOS ACELERANTES DEL FRAGUADO ................................................................................. 35

2.8. COMPORTAMIENTO REOLÓGICO MORTERO Y HORMIGÓN ..................................................... 38

2.8.1. Fundamentos Reología ..................................................................................................... 38

2.8.2. Factores Influyen en la Reología ...................................................................................... 42

CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 47

3.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 47

3.2. SISTEMA DE PROYECCIÓN A PEQUEÑA ESCALA ........................................................................ 47

3.3. IMPLEMENTACIÓN DE MEJORAS SISTEMA DE PROYECCIÓN .................................................... 52

3.3.1. Bomba de Aditivo ............................................................................................................. 52

3.3.2. Caudalímetro .................................................................................................................... 55

3.3.3. Verificación Sistema Implementado ................................................................................ 56

3.4. CAMPAÑA EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 57

3.4.1. Definición Campaña Experimental ................................................................................... 57

3.4.2. Dosificación Mortero Base ............................................................................................... 59

3.4.3. Dosificación Aditivo Acelerante del Fraguado.................................................................. 64

3.5. ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN ............................................................................................... 66

3.5.1. Caracterización Comportamiento Reológico ................................................................... 66

3.5.2. Caracterización Proceso de Hidratación .......................................................................... 70

3.5.3. Caracterización Mecánica ................................................................................................ 72

3.5.4. Caracterización Física ....................................................................................................... 81

IV Índice

CAPÍTULO 4. RESULTADOS ......................................................................................................................... 83

4.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 83

4.2. COMPORTAMIENTO REOLOGICO ............................................................................................. 83

4.3. CARACTERIZACIÓN PROCESO HIDRATACIÓN ............................................................................ 89

4.3.1. Ensayo Calorimetrías ........................................................................................................ 89

4.3.2. Control Temperatura........................................................................................................ 92

4.4. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA ................................................................................................. 94

4.4.1. Resistencia a la Penetración ............................................................................................. 94

4.4.2. Resistencia a Compresión Indirecta ................................................................................. 95

4.4.3. Velocidad de Pulso Ultrasónico ........................................................................................ 96

4.4.4. Resistencia a Compresión ................................................................................................ 98

4.4.5. Resistencia a Compresión Probetas Control .................................................................... 99

4.4.6. Resistencia a Flexión Probetas de Control ..................................................................... 100

4.5. CARACTERIZACIÓN FÍSICA ....................................................................................................... 101

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 106

5.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 106

5.1.1. Conclusiones .................................................................................................................. 106

5.1.2. Futuras Líneas de Investigación ..................................................................................... 108

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................... 109

ANEJO A. TABLAS RESULTADOS ................................................................................................................ 112

Índice de Figuras V

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1. Proyección hormigón en sustentación de túnel. ........................................................................ 1

Figura 1.2. Diagrama objetivos tesis. ............................................................................................................ 4

Figura 1.3. Diagrama metodología. .............................................................................................................. 5

Figura 2.1. Sistema de proyección desarrollado por Carl Ethan Akeley. ...................................................... 7

Figura 2.2. Evolución histórica hormigón proyectado. ................................................................................. 9

Figura 2.3. Boquilla proyección vía seca. .................................................................................................... 10

Figura 2.4. Proyección vía seca mediante flujo diluido. ............................................................................. 11

Figura 2.5. Proyección vía húmeda mediante flujo denso. ........................................................................ 12

Figura 2.6. Proyección vía semi-húmeda. ................................................................................................... 13

Figura 2.7. Aplicación hormigón proyectado en sustentación. .................................................................. 18

Figura 2.8. Aplicación hormigón proyectado en túneles. ........................................................................... 19

Figura 2.9. Refuerzo de estructura mediante hormigón proyectado. ........................................................ 19

Figura 2.10. Proceso de hidratación cemento Portland. Curva calor-Tiempo (14). ................................... 23

Figura 2.11. SEM cristales de CH (18). ........................................................................................................ 25

Figura 2.12. SEM Cristales CH y CSH (18). .................................................................................................. 25

Figura 2.13. SEM Cristales Aft y Afm (18). .................................................................................................. 26

Figura 2.14. Tamices ensayo granulometría. .............................................................................................. 26

Figura 2.15. Ejemplo de curva granulométrica. .......................................................................................... 27

Figura 2.16. Curva granulométrica de máxima compacidad de Fuller. ...................................................... 27

Figura 2.17. Asentamiento mediante cono de Abrams. ............................................................................. 29

Figura 2.18. Variación de la resistencia a compresión en función de la a/c. .............................................. 29

Figura 2.19. Evolución de la resistencia a compresión a lo largo del tiempo. ............................................ 30

Figura 2.20. Efecto plastificante y superplastificante. ................................................................................ 33

Figura 2.21. Cono de Marsh. ...................................................................................................................... 34

Figura 2.22. Gráfica modelo ensayo cono de Marsh. ................................................................................. 35

Figura 2.23. Influencia de los aditivos acelerantes del fraguado en la resistencia a compresión. ............. 35

Figura 2.24. Rango pH aditivos acelerantes del fraguado y de seguridad. ................................................. 36

Figura 2.25. Modelo de placas paralelas (29). ............................................................................................ 39

Figura 2.26. Curva de flujo en fluidos newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos newtonianos

(b). .............................................................................................................................................................. 39

Figura 2.27. Curva de flujo en fluidos tipo Bingham (a). Curva viscosidad plástica en fluidos tipo Bingham

(b). .............................................................................................................................................................. 40

Figura 2.28. Curva de flujo en fluidos no newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos no

newtonianos (b). ........................................................................................................................................ 41

Figura 2.29. Variación esfuerzo umbral de corte y viscosidad plástica con la relación a/c (variación (29))

.................................................................................................................................................................... 42

Figura 2.30. Influencia superficie especifica Blaine en la resistencia al flujo (29). ..................................... 43

Figura 2.31. Efecto porcentaje aditivo superplastificante en los parámetros reológicos. ......................... 44

Figura 2.32. Efecto de la cantidad y forma de las partículas de árido en los parámetros reológicos. ....... 45

Figura 3.1. Montaje sistema de proyección (31). ....................................................................................... 48

VI Índice de Figuras

Figura 3.2. Bomba aditivo acelerante del fraguado Wilden P.025 (a). Funcionamiento bomba de

diafragma o membrana (b). ....................................................................................................................... 48

Figura 3.3. Detalle montaje bomba aditivo acelerante del fraguado. ........................................................ 49

Figura 3.4.Caudalímetro Omega FPD3002 (a). Funcionamiento caudalímetro (b). ................................... 49

Figura 3.5. Detalle montaje caudalímetro. ................................................................................................. 50

Figura 3.6. Bomba de mortero UP Pictor (a). Compresor modelo B2800B/30 (b). .................................... 50

Figura 3.7. Boquilla de proyección (31)(a). Detalle montaje punta boquilla (b). ....................................... 51

Figura 3.8. Manguera transporte de mortero. ........................................................................................... 51

Figura 3.9. Variador de frecuencia SK 500E. ............................................................................................... 53

Figura 3.10. Bomba NEMO NM008BY03S12B. ........................................................................................... 54

Figura 3.11. Detalle rotor y estator bomba NEMO NM008BY03S12B........................................................ 54

Figura 3.12. Relación caudal-velocidad de giro bomba NEMO NM008BY03S12B. .................................... 55

Figura 3.13. Caudalímetro Promag H 300, 5H3B02, DN02 1/12. ............................................................... 56

Figura 3.14. Montaje final sistema bomba aditivo-caudalímetro. ............................................................. 56

Figura 3.15. Árido observado mediante microscopía óptica. ..................................................................... 62

Figura 3.16. Curva granulométrica árido 0/2. ............................................................................................ 62

Figura 3.17. Humedad del árido 0/2. .......................................................................................................... 63

Figura 3.18. Mesa de sacudidas.................................................................................................................. 68

Figura 3.19. Viscosímetro el modelo BML Viscometer 3 (33). ................................................................... 69

Figura 3.20. Calorímetro I-Cal 4000. ........................................................................................................... 70

Figura 3.21. Equipo medición temperatura y termopar tipo K. ................................................................. 71

Figura 3.22. Geometría artesa metálica y colocación termopares. ............................................................ 72

Figura 3.23. Artesas rectangular lados rectos. ........................................................................................... 73

Figura 3.24. Artesa rectangular lados laterales inclinados 135o. ................................................................ 73

Figura 3.25. Set up ensayo de resistencia a la penetración. ...................................................................... 74

Figura 3 26. División en sectores artesa rectangular. ................................................................................. 74

Figura 3.27. Gráfica resistencia a la penetración frente a edad de ensayo ................................................ 75

Figura 3.28. Equipo ensayo resistencia a compresión indirecta. ............................................................... 76

Figura 3.29. Superficie de mortero ensayada. ............................................................................................ 76

Figura 3.30. Relación entre resistencia a compresión y profundidad. ....................................................... 77

Figura 3.31. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,575in<X<0,730in. ........................ 78

Figura 3.32. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,735inX≤0,990in. .......................... 78

Figura 3.33. Colocación palpadores transmisión directa (a). Equipo Proceq Pundit PL-200 (b). ............... 79

Figura 3.34. Gráfica obtenida directamente del equipo de ensayos antes del tratamiento. ..................... 79

Figura 3.35. Artesa y testigo extraído para ensayo de compresión. .......................................................... 80

Figura 3.36. Probetas moldeadas 160x160x40mm (a). Configuración ensayo flexión (b). ........................ 81

Figura 4.1. Resultados ensayo mesa de sacudidas. .................................................................................... 84

Figura 4.2. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,51. ....................................................................... 85



Figura 4.5. Evolución esfuerzo umbral de corte. ........................................................................................ 88

Figura 4.6. Evolución viscosidad plástica. ................................................................................................... 88

Figura 4.7. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h. ................................... 91

Figura 4.8. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-30min. ............................... 91

Índice de Figuras VII

Figura 4.9. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h. ................................... 91

Figura 4.10. Resultados temperatura 0-48 h. ............................................................................................. 93

Figura 4.11. Resultados temperatura 0-12 h. ............................................................................................. 93

Figura 4.12. Comparación resultados temperatura entre los distintos termopares colocados en la artesa.

.................................................................................................................................................................... 94

Figura 4.13. Resultados ensayo de penetración. ........................................................................................ 95

Figura 4.14. Resultados ensayos de resistencia a compresión indirecta. .................................................. 96

Figura 4.15. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico testigos. .................................................. 97

Figura 4.16. Resultados ensayo resistencia a compresión testigos. ........................................................... 99

Figura 4.17. Resultados ensayo resistencia a compresión probetas de control. ..................................... 100

Figura 4.18. Resultado ensayo de resistencia a flexión probetas de control. .......................................... 101

Figura 4.19. Resultados absorción testigos. ............................................................................................. 103

Figura 4.20. Resultados densidad testigos. .............................................................................................. 103

Figura 4.21. Resultados porosidad testigos. ............................................................................................. 104

Figura 4.22. Resultados absorción probetas control. ............................................................................... 104

Figura 4.23. Resultados porosidad probetas control. .............................................................................. 105

Figura 4.24. Resultados densidad probetas control. ................................................................................ 105

VIII Índice de Tablas

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Comparación vía seca-vía húmeda. ........................................................................................... 15

Tabla 2.2. Ventajas y desventajas flujo diluido en vía húmeda. ................................................................. 15

Tabla 2.3. Ventajas y desventajas flujo denso en vía húmeda. .................................................................. 15

Tabla 2.4. Porcentaje de rebote en función de superficie y vía empleada (8). .......................................... 17

Tabla 2.5. Componentes del crudo (% en peso). ........................................................................................ 20

Tabla 2.6. Composición química clínker cemento Portland (14). ............................................................... 21

Tabla 2.7. Fases hidratadas cemento Portland. ......................................................................................... 24

Tabla 2.8. Propiedades principales aditivos acelerantes del fraguado (14). .............................................. 36

Tabla 2.9. Reacciones al emplear aditivos acelerantes del fraguado (14). ................................................. 37

Tabla 2.10. Valores superficie específica Blaine distintos tipos cementos fabricante Cimens Molins

(Cataluña). .................................................................................................................................................. 43

Tabla 2.11. Factores que influyen al comportamiento reológico de materiales cementantes (29)........... 46

Tabla 3.1. Número, aditivo y concentración en cada una de las proyecciones. ......................................... 57

Tabla 3.2. Planificación y ejecución proyecciones. ..................................................................................... 58

Tabla 3.3. Planificación ensayos caracterización. ....................................................................................... 58

Tabla 3.4. Dosificación base. ...................................................................................................................... 59

Tabla 3.5. Dosificación empleada en la campaña experimental. ............................................................... 59

Tabla 3.6. Características árido 0/2. ........................................................................................................... 61

Tabla 3.7. Valores medios granulometría del árido 0/2. ............................................................................ 62

Tabla 3.8. Proceso de fabricación mortero base. ....................................................................................... 63

Tabla 3.9. Porcentaje dosificación aditivo acelerante del fraguado. .......................................................... 64

Tabla 3.10. Características físicas y químicas aditivos acelerantes del fraguado. ...................................... 64

Tabla 3.11. Caudal aditivo acelerante del fraguado. .................................................................................. 66

Tabla 3.12. Dosificación empleada ensayo consistencia. ........................................................................... 67

Tabla 3.13. Consistencia ensayo mesa de sacudidas (32). ......................................................................... 67

Tabla 3.14. Dosificación 1 ensayo viscosímetro. ........................................................................................ 69



Tabla 3.17. Edad de ensayo resistencia a la penetración. .......................................................................... 75

Tabla 3.18. Edad de ensayo resistencia a compresión indirecta. ............................................................... 77

Tabla 4.1. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,51. ........................................................................... 85

Tabla 4.2. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,46. ........................................................................... 86

Tabla 4.3. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,42. ........................................................................ 87

Tabla 4.4. Temperatura máxima y tiempo para cada dosificación. ............................................................ 93

Tabla 4.5. Tiempo final de fraguado para cada dosificación. ..................................................................... 95

Tabla 4.6. Resultados densidad en fresco mortero base para cada una de las mezclas estudiadas. ....... 100

Tabla A.1. Resultados viscosímetro dosificación 1. .................................................................................. 113



Tabla A.4. Resultados flujo calor normalizado ensayo de calorimetrías. ................................................. 116

Tabla A.5. Resultado ensayo resistencia a compresión indirecta. ........................................................... 116

Índice de Tablas IX

Tabla A.6. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-1_5. ....................................... 116



Tabla A.9 Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-2_7. ........................................ 117

Tabla A.10. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AR-1_3. ....................................... 118

Tabla A.11. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-1_5. .................................. 118




Tabla A.15. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AR-1_3. .................................... 119

Tabla A.16. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-1_5. ......................... 120




Tabla A.20. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AR-1_3. ........................... 121

Tabla A.21. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-1_5. ................................. 121


Tabla A.23- Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-2_5. ................................. 121


Tabla A.25. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AR-1_3. ................................... 122

Tabla A.26. Resultado absorción CEMI_AKF-1_5. .................................................................................... 122




Tabla A.30. Resultado absorción CEMI_AR-1_3. ...................................................................................... 123

Tabla A.31. Resultado densidad CEMI_AKF-1_5....................................................................................... 124




Tabla A.35. Resultado densidad CEMI_AR-1_3. ....................................................................................... 125

Tabla A.36. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_5. .................................................................................... 125




Tabla A.40. Resultado porosidad CEMI_AR-1_3. ...................................................................................... 127


Tabla A.42. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-1_7. ........................................................................... 127



Tabla A.45. Resultado absorción CON_CEMI_AR-1_3. ............................................................................. 128

Tabla A.46. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-1_5. ............................................................................ 128




X Índice de Tablas

Tabla A.50. Resultado densidad CON_CEMI_AR-1_3. .............................................................................. 129

Tabla A.51. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-1_5. ........................................................................... 129




Tabla A.55. Resultado porosidad CON_CEMI_AR-1_3. ............................................................................ 130

Capítulo 1 1


CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

El gunitado o proyección es una técnica de fabricación fundamental en el ámbito

de la ingeniería y la construcción civil debido a sus diversas aplicaciones, principalmente

en la sustentación y revestimiento estructural de taludes y túneles (Figura 1.1).

Mediante esta técnica se obtiene el shotcrete o sprayed concrete y el mortero

proyectado o sprayed mortar

La puesta en servicio se realiza mediante la proyección neumática de hormigón

o mortero a alta velocidad a través de una boquilla, produciéndose simultáneamente la

etapa de colocación y compactación, dos etapas fundamentales en el proceso de

fabricación del material. Esta simultaneidad es muy interesante desde el punto de vista

de la productividad, consiguiendo un ahorro en el tiempo y coste de fabricación.

Figura 1.1. Proyección hormigón en sustentación de túnel.

El proceso de proyección ha sufrido grandes evoluciones a lo largo de la historia,

desarrollándose diferentes procesos de proyección, vía húmeda, vía seca o vía semi-

húmeda, siendo la vía húmeda la más empleada actualmente. El proceso de proyección

empleado condiciona las propiedades del material resultante.

2 Introducción

Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.

Una de las grandes virtudes del hormigón o mortero proyectado es su rápida

ganancia de resistencia mecánica, principalmente a compresión, a corto plazo,

entendiendo corto plazo como un periodo de 24h desde la proyección del material. La

rápida ganancia de resistencia se consigue incorporando aditivos acelerantes del

fraguado durante el proceso de proyección, el tipo y porcentaje de aditivo acelerante

del fraguado determina el comportamiento mecánico del material proyectado.

Los avances desarrollados en la industria química favorecen la aparición de

nuevos aditivos acelerantes del fraguado, mejorando las prestaciones mecánicas del

hormigón o mortero proyectado, pudiendo en ocasiones, llegar a superar el

comportamiento del hormigón convencional tanto en calidad como en rentabilidad

económica en su puesta en servicio. Actualmente existen diversos aditivos acelerantes

del fraguado comerciales en función de su composición química, dividiéndose en dos

grandes grupos, ricos en álcalis basados en aluminatos o silicatos y libres de álcalis,

siendo de gran interés el desarrollo de aditivos libres de álcalis.

La caracterización del hormigón o mortero proyectado es posible gracias a la

existencia de equipos de proyección a pequeña escala capaces de reproducir las

condiciones reales de operación y puesta en servicio, pudiendo caracterizar el material

resultante y tener un mayor conocimiento tanto del proceso de proyección como de las

características del material, además de poder evaluar como los aditivos acelerantes del

fraguado influyen en las propiedades mecánicas y físicas del material.

1.2. RAZÓN DE SER

El hormigón o mortero proyectado viene empleándose desde la década de los

años 30 por lo que tanto el material como el proceso de fabricación son ampliamente

conocido por el sector industrial. No obstante, es necesario realizar avances desde el

punto de vista científico y tecnológico para ampliar los conocimientos sobre el material

y su puesta en servicio.

Los aditivos acelerantes del fraguado son los componentes que condicionan la

aplicación del hormigón o mortero proyectado y marcan el comportamiento mecánico

del material a corto y largo plazo. Hasta el momento se han empleado aditivos ricos en

álcalis, aditivos con un 43% de aluminato sódico (NaAlO2), muy contaminantes

ambientalmente, siendo prohibidos en algunos países de la Unión Europea y peligrosos

en su manipulación debido a que poseen un pH igual a 12, pudiendo provocar

quemaduras de piel y lesiones oculares graves. Debido a la peligrosidad de este tipo de

aditivos acelerantes es necesario desarrollar aditivos libres de álcalis, aditivos basados

en hidroxisulfatos de aluminio y libres de elementos alcalinos en su composición por lo

Capítulo 1 3


que su pH varía entre 2,5-3, siendo respetuosos tanto con el medio ambiente como con

los operarios que trabajan en la fabricación y puesta en servicio del material proyectado.

La sustitución de aditivos ricos en álcalis por aditivos libres de álcalis es necesaria,

por lo que debe evaluarse como se ven afectadas las propiedades mecánicas a corto y

largo plazo del material proyectado empleando aditivos libres de álcalis. Mediante la

caracterización experimental puede determinarse el comportamiento mecánico del

material proyectado empleando aditivos libres de álcalis y ricos en álcalis, pudiendo

comparar el comportamiento del material proyectados en ambos casos.

Los aditivos acelerantes del fraguado, igual que otro tipo de aditivos como los

plastificantes o los superplastificantes, se añaden en un porcentaje sobre el peso de

cemento o spc empleado en la dosificación. Es necesario evaluar cómo afecta el

porcentaje de aditivo acelerante del fraguado añadido en la dosificación sobre las

propiedades mecánicas del material, de esta manera es posible dosificar el aditivo en

función de las propiedades y la aplicación requerida. Conjuntamente es necesario

optimizar la dosificación de mortero empleada para poder trabajar con la menor

relación a/c posible.

En el proceso de proyección de hormigón y mortero intervienen múltiples

variables que condicionan las propiedades del material resultante por lo que es

importante poseer un sistema de proyección a pequeña escala fiable capaz de

reproducir la fabricación del material en obra. El Laboratorio de Tecnología de

Estructuras, Materiales y Construcción (LATEM) de la Universitat Politècnica de

Catalunya (UPC) dispone de un sistema de proyección a pequeña escala mediante el cual

es posible realizar la proyección de mortero empleando diversos aditivos acelerantes

del fraguado. El sistema que existe actualmente presenta varios fallos en su

configuración por lo que es necesario realizar la modificación de parte del sistema para

conseguir un mejor funcionamiento y asegurar que las condiciones y variables de

proyección son correctas.

1.3. OBJETIVOS

La presente tesis tiene como objetivo principal la modificación del actual sistema

de proyección de mortero a pequeña escala que posee el LATEM (Figura 1.2), para ello

se implementa una nueva bomba de aditivo y un caudalímetro, consiguiendo mejorar el

control sobre el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado añadido a la mezcla,

variable más importante dentro del proceso de proyección. Conjuntamente se optimiza

la dosificación de motero empleada en la campaña experimental.

4 Introducción


El segundo objetivo se centra en determinar cómo afectan los aditivos

acelerantes del fraguado libres de álcalis a las propiedades mecánicas a corto y largo

plazo del mortero proyectado, empleando dos aditivos libres de álcalis con diferente

composición química, pudiendo comprar como varia su comportamiento mecánico

respecto a un aditivo rico en álcalis, aditivo conocido y ampliamente utilizado

industrialmente.

El tercer objetivo se centra en evaluar cómo afecta el porcentaje (sobre peso de

cemento o spc) de aditivo acelerante del fraguado incorporado durante el proceso de

proyección de mortero en las propiedades mecánicas del material proyectado, tanto a

largo plazo como a corto plazo, empleando dos dosificaciones distintas para cada uno

de los aditivos libres de álcalis utilizados.

Figura 1.2. Diagrama objetivos tesis.

1.4. METODOLOGÍA

Los objetivos descritos en el apartado 1.3 del presente capítulo se alcanzan

siguiendo una serie de tareas, descritas de forma esquemática en la Figura 1.3. Cada una

de las tareas mostradas en la metodología se corresponde con cada uno de los apartados

presentes en los 5 capítulos en los que se encuentra dividida la tesis. En la Figura 1.3 no

se ha incluido el presente capítulo, capítulo 1.

En primer lugar, se realiza una búsqueda bibliográfica para poder realizar el

análisis del estado del arte, segundo capítulo de la tesis. Este punto se divide en ocho

grandes bloques, cada uno de ellos centrado en analizar los aspectos fundamentales

Capítulo 1 5


relacionados con el hormigón y mortero proyectado. Los apartados más relevantes son

el correspondiente al proceso de hidratación del cemento Portland, el correspondiente

a aditivos acelerantes del fraguado y el apartado correspondiente al comportamiento

reológico de hormigones y morteros, apartados fundamentales para argumentar las

conclusiones desarrolladas en el capítulo correspondiente al análisis y discusión de

resultados, capítulo 4.

Una vez analizado el estado del arte y puesta la tesis en su marco teórico, el

siguiente capítulo, capítulo 3, se centra en definir y desarrollar la campaña experimental,

como se ha comentado anteriormente, centrada en modificar el actual sistema de

proyección a pequeña escala existente y en determinar cómo afectan los aditivos libres

de álcalis a las propiedades mecánicas a corto y largo plazo del mortero proyectado,

empleando dos aditivos libres de álcalis, además se emplea un aditivo rico en álcali

basado en aluminato sódico como referencia. Las tareas llevadas a cabo y divididas en

cada uno de los apartados del correspondiente capitulo vienen indicadas en la Figura

1.3.

El capítulo 4 se centra en exponer los resultados obtenidos a lo largo de la

campaña experimental. Por último, el capítulo 5 se centra en exponer las conclusiones

obtenidas, así como las futras líneas de que deberían realizarse dentro del campo de

investigación de la tesis.

Figura 1.3. Diagrama metodología.

6 Estado del Arte


CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE

2.1. INTRODUCCIÓN

El principal objetivo del presente capítulo es dar una visión detallada de las

técnicas de proyección de hormigón. En primer lugar, se analiza la historia y evolución

de los sistemas de proyección a lo largo de la historia. Posteriormente se profundiza en

cada uno de los sistemas de proyección de hormigón existentes actualmente, así como

en las diferencias existentes entre cada uno de ellos y sus ventajas. Además, se

describen sus principales propiedades y aplicaciones.

Una vez definidos las técnicas de proyección se profundiza en los materiales o

componentes que forman el hormigón proyectado, para posteriormente centrarse de

forma extensa en los aditivos acelerantes del fraguado y en cómo afectan al proceso de

hidratación del cemento y por tanto a las propiedades mecánicas a corto y largo plazo.

Por último, se analiza el comportamiento reológico de los materiales cementantes y

como se ven afectados por las distintas variables.

2.2. HISTORIA DEL HORMIGÓN PROYECTADO

El primer sistema de proyección fue desarrollado por Carl Ethan Akeley, padre

de la taxidermia moderna en Estados Unidos además de escultor, inventor y fotógrafo.

Siendo trabajador del “Field Museum of Natural History” de Chicago (Illinois),

anteriormente conocido como “Field Columbian Museum”, el director del museo,

Frederick J. V. Skiff, le consulto si podría emplear el equipo que Akeley había

desarrollado para pulverizar yeso y recrear escenarios para sus exposiciones para

reparar la fachada en mal estado del museo, Akeley no dudo en aceptar el reto y el 24

de junio de 1907 desarrollo un equipo de proyección llamado “plastergun”, equipo de

proyección de yeso seco transportado a través de una manguera mediante aire

comprimido, una vez el yeso alcanzaba la boquilla se añadía agua a través de una

segunda manguera. Empleando este sistema de proyección consiguió proyecta yeso con

un espesor de un cuarto de pulgada en la fachada exterior del museo, la proyección duro

una hora, momento en el que la boquilla se atascó, uno de los problemas que se

Capítulo 2 7


experimentaran duranta la campaña experimental expuesta en la presente tesis y uno

de los problemas que se dan en la puesta en servicio del hormigón proyectado. El equipo

funcionaba mediante el principio de doble cámara, el material entraba a través de una

manguera en dos cámaras situadas una encima de la otra, las cámaras estaban

presurizadas de forma alterna, de esta manera nació el sistema de doble cámara o

“double-chamber gun”. La Figura 2.1 muestra el primer equipo de proyección fabricado

por Akeley en 1907, precursor del primer sistema de proyección de cemento por vía seca

(1).

Figura 2.1. Sistema de proyección desarrollado por Carl Ethan Akeley.

El 13 de septiembre de 1909 Akeley envió la patente del equipo diseñado, junto

con el apoyo financiero de “McElroy Shepard Company of New York” incluyo 52 mejoras

y cambios, para finalmente obtener la patente número 991814 el 9 de mayo de 1911

con el nombre de “Apparatus for mixing and applying plastic or adhesive materials”. En

diciembre de 1910 el equipo de proyección o “Cement Gun”, como fue llamado en la

época, y debido al cual se acuño el término “Gunite” o “Gunitar”, se mostró en la

“Cement Show” en el Madison Square Garden de Nueva York. En esa misma convención

el ingeniero civil S. W. Taylor se dio cuenta del potencial del equipo presentado y

diseñado por Akeley por lo que rápidamente adquirido los derechos de la patente a

través de su empresa, momento en el cambio su nombre y paso a llamarse “Cement

Gun Company” situada en Allen Town (Pensilvania), conocida actualmente como

“Allentown Equipment”. El 17 de noviembre de 1926 el creador del primer sistema de

proyección falleció, no obstante, la evolución en los sistemas de proyección continuó en

el tiempo (1).

8 Estado del Arte


Desde 1912 hasta la década de los años 30 el crecimiento y expansión del sistema

de proyección de cemento fue muy rápido en varias partes del mundo. Durante este

periodo se realizaron avances, comenzándose a proyectar hormigón al incluir agregados

en la mezcla. En este momento la “American Railway Engineers” creo el término

“shotcrete” (2).

Tras la Segunda Guerra Mundial el proceso y sistema de proyección continúo

expandiéndose y dando lugar a nuevos avances tecnológicos, en la década de 1950 se

fundó la “Gunite Contractor Association” y se desarrolló el equipo giratorio de

proyección de hormigón por vía seca, posibilitando la aplicación continua de hormigón

proyectado. En la misma década se formó el “ACI Commitee 506” y se publicaron varios

documentos, como el “SP-14 Shotcreting”, centrado en ayudar al sector industrial a

entender los requerimientos de calidad del hormigón proyectado en el sector de la

construcción. En el año 1955 se introdujo el método de proyección por vía húmeda,

dando lugar a nuevas aplicaciones y mejoras en la puesta en servicio del material, lo que

se traduce como mayor uso de la técnica de proyección y expansión en el mercado (2).

Los avances producidos en los materiales y los equipos facilitaron el uso del

hormigón proyectado en la construcción durante la década de 1970. El método por vía

húmeda comenzó a dominar en países del norte de Europa, mayormente en países

escandinavos, debido principalmente al avance en los sistemas de bombeo. Además,

comenzaron a utilizar humo de sílice como adición en el hormigón proyectado,,

mejorando sus propiedades y por tanto su aplicación en sustentación y revestimientos

(2).

En la década de 1980 se introdujo el uso de fibras metálicas para alcanzar los

requisitos estructurales en la sustentación de túneles y la reparación de elementos

estructurales. Conjuntamente se desarrollaron mezclas en vía húmeda para tener mayor

control sobre la consistencia del hormigón, el proceso de hidratación, etc. (2).

Uno de los pasos más importante para el hormigón proyectado fue la creación

de la “American Shotcrete Association” en 1998, creada para fomentar el uso del

hormigón proyectado (2). En la década de 1990 y actualmente, el proceso de proyección

por vía húmeda se ha implantado en la mayoría de países, fundamentalmente

empleando fibra metálica como refuerzo. Conjuntamente los avances en la industria

química favorecen la aparición de nuevos aditivos que mejoran las propiedades del

hormigón proyectado, en ocasiones comportándose mejor que el hormigón

convencional, tanto desde el punto de vista económico como desde el de la calidad

(Figura 2.2).

Capítulo 2 9


Figura 2.2. Evolución histórica hormigón proyectado.

2.3. SISTEMAS DE PROYECCIÓN

Los sistemas de proyección han sufrido numerosas modificaciones a lo largo de

la historia, actualmente son tres los sistemas de proyección existentes para la

proyección de hormigón o mortero: vía seca, vía húmeda y vía semi-húmeda.

2.3.1. Vía seca

La técnica o sistema de proyección por vía seca fue la primera desarrollada,

surgida a partir del equipo creado por Akeley. El proceso de mezcla se produce en la

boquilla de proyección, los componentes sólidos son transportados a través de una

manguera de forma neumática hasta la boquilla de proyección, momento en el que

entra en contacto con el agua, transportada a través de una manguera independiente

hasta la boquilla (3). Esta técnica de proyección consta de cinco fases bien diferenciadas

(3) (4). La proyección puede realizarse de forma robotizada o automática, dependiendo

del tipo de aplicación y espacio para trabajar. Además, son necesarios equipos

especializados para el bombeo y transporte de materiales.

1. Los componentes, cemento Portland tipo I 42,5 R / 52,5 R y áridos naturales o

artificiales, de río o machaqueo, son mezclado hasta conseguir una distribución

homogénea.

2. La mezcla se introduce en el sistema de proyección a través de una tolva de

alimentación. En el caso de utilizar acelerante en polvo se añade junto a la mezcla

en el alimentador.

10 Estado del Arte


3. La mezcla se introduce en el interior de la manguera de transporte mediante un

rotor.

4. Una vez introducida en la manguera se transporta mediante un flujo de aire a

presión (flujo diluido) hasta la boquilla de proyección. En la boquilla de proyección

se conectan ambas mangueras, la encargada de transporta el material atomizado

por el aire a presión y la manguera que transporta agua, en el caso de que se

empleen aditivos acelerantes del fraguado se introducen junto con el agua. La

boquilla posee una serie de orificios mediante los cuales se pulveriza el agua a

presión junto con el aditivo acelerante del fraguado, en este momento la mezcla

seca entra en contacto con el agua/árido. En la Figura 2.3 se muestra una boquilla

de proyección por vía seca comercializada por la empresa “Útiles para el bombeo y

proyectado (UBIP)”.

Figura 2.3. Boquilla proyección vía seca.

5. La mezcla ya húmeda se proyecta sobre la superficie de interés, comienza por tanto

el proceso de hidratación del cemento y la ganancia de resistencia.

El proceso de proyección por vía seca necesita de maquinaria específica para

realizar el bombeo de la mezcla en estado seco. La maquinaria empleada puede dividirse

en tres grandes grupos: alta velocidad, baja velocidad y transporte (3).

La proyección a alta velocidad implica el uso de boquillas con un diámetro bajo y

una elevada presión de aire, solo se emplea para la proyección de mortero, en el caso

de proyectar hormigón se produciría la obstrucción de la boquilla. La velocidad de

proyección es de 90-120 m/s por lo que se produce una alta compactación. En el caso

de la proyección a baja velocidad ocurre, al contrario, se emplean mangueras y boquilla

de elevado diámetro, pudiendo emplearse tanto hormigones como morteros en la

proyección. Debido a la baja velocidad de proyección la compactación es menor, no

obstante, las propiedades mecánicas del material proyectado, ya sea mortero u

hormigón, cumple perfectamente con lo requerido. En algunas ocasiones es necesario

transportar la mezcla seca hasta el punto de proyección, en este caso se emplean

máquinas de transporte en puntos intermedios del sistema, capaces de transportar la

mezcla seca como máximo 100 m en horizontal. También puede realizar el transporte

Capítulo 2 11


de forma vertical hasta la altura requerida. El uso de este tipo de maquinaria implica la

utilización de mecanismos que reducen el aire a presión mediante frenos metálicos

situados en la boquilla y las mangueras, de esta manera se permite la escapada de aire

y por tanto la colocación del material en el sitio deseado (Figura 2.4) (3).

Figura 2.4. Proyección vía seca mediante flujo diluido.

2.3.2. Vía Húmeda

El sistema de proyección por vía húmeda surge en el año 1955, actualmente es

la técnica de proyección más extendida. Todos los componentes incluyendo el agua y

aditivos son mezclados previamente, el proceso de amasado es equivalente al realizado

en la fabricación de hormigón o mortero convencional. Una vez realizada la mezcla se

introduce en la tolva para ser transportada mediante un rotor y posteriormente un flujo

de aire a presión o mediante bombeo, flujo diluido o flujo denso, hasta la boquilla de

proyección (3). El proceso de proyección por vía húmeda consta de cinco etapas (5):

1. Los componentes (cemento, árido, aditivo y agua) se mezclan de forma homogénea

en una planta de hormigón. Normalmente se emplea cemento Portland tipo I 42,5

R / 52,5 R y áridos naturales o artificiales, de río o machaqueo. Para asegurar la

capacidad de trabajabilidad de la mezcla se añaden aditivos plastificantes y/o

superplastificantes. Es necesario asegurar la plasticidad y consistencia de la mezcla,

teniendo en cuenta el tiempo de transporte y el tiempo de preparación del equipo

de proyección, es recomendable que durante todo el proceso de proyección el Cono

de Abrams se encuentre entre 12 y 18 cm.

2. El hormigón o mortero se introduce en la tolva de alimentación del equipo de

proyección.

3. El material entra en la manguera de transporte a través de un rotor (flujo diluido) o

mediante un tornillo sin fin (flujo denso).

12 Estado del Arte


4. Una vez el material se encuentra en la manguera, se transporta mediante un flujo

de aire a presión (flujo diluido) o por bombeo (flujo denso), en ambos casos la

manguera se conecta directamente a la boquilla de proyección. En la boquilla de

proyección también se conecta la manguera que transporta el aditivo acelerante

del fraguado y el flujo de aire a presión que impulsa el material para su proyección.

5. El material es proyectado sobre la superficie de interés.

La proyección por vía húmeda se realiza mayoritariamente mediante flujo denso

por lo que el transporte se da a alta velocidad (3). Al igual que en la vía seca la proyección

de mortero u hormigón puede realizarse de forma manual o automática. En la Figura 2.5

se muestra el proceso de proyección por vía húmeda mediante flujo denso.

Figura 2.5. Proyección vía húmeda mediante flujo denso.

2.3.3. Vía Semi-Húmeda

El proceso de proyección por vía semi-húmeda es una combinación de los

sistemas explicados en los dos apartados anteriores. Las primeras fases son idénticas a

las existentes en la vía seca, la principal diferencia se da en la incorporación de agua, en

este caso se realiza 4-5 m antes de la boquilla de proyección (Figura 2.6). Mediante esta

técnica de proyección se evita la generación de polvo producida a lo largo del proceso

de proyección por vía seca además de la perdida de material que esto genera, el

transporte de material se produce mediante flujo diluido (5).

Capítulo 2 13


Figura 2.6. Proyección vía semi-húmeda.

2.3.4. Diferencias entre sistemas de proyección

Los sistemas de proyección descritos en los tres apartados anteriores presentan

diferencias entre sí, el presente apartado se centrará en las técnicas de proyección por

vía seca y por vía húmeda. Las diferencias entre ambos sistemas de proyección no se

limitan únicamente a la técnica de proyección, sino que los hormigones resultantes son

materiales con propiedades totalmente distintas. La elección de la técnica de proyección

y por tanto del material se realiza en función de una serie de factores (6).

• Características de Producción: la vía seca es más versátil mientras que la vía

húmeda necesita de gran organización de todos los operarios implicados, no

obstante, se pueden conseguir elevados rendimientos. La aparición de aditivos

retardantes del fraguado ha aumentado la flexibilidad de uso de la vía húmeda, su

principal limitación es el aseguramiento de la consistencia a lo largo del proceso de

proyección.

• Características Económicas: gracias a la automatización del proceso de proyección

la vía húmeda tiene una capacidad, en un turno de 8 h, 4-5 veces superior a la vía

seca, por lo que desde el punto de vista económico es mucho más rentable. Otro

factor a tener en cuenta es la reducción de tiempo en la puesta en servicio del

material, en la vía húmeda es mucho más rápida ya que el material esta mezclado

en estado húmedo por lo que el coste es menor respecto a la vía seca. Por último,

el rebote es menor en la vía húmeda, reduciéndose un cuarto por cada metro cúbico

proyectado respecto a la vía seca.

14 Estado del Arte


• Características del Hormigón: mediante ambas técnicas de proyección se consiguen

hormigones de buena calidad. Teniendo en cuenta que ambos sistemas tengan las

mismas condiciones de operación, mediante la vía húmeda se consiguen

hormigones de mejores prestaciones por dos factores. Por un lado, se reduce la

introducción de aire, en la vía húmeda se emplea flujo denso mientras que en la vía

seca se emplea flujo diluido, siendo la porosidad del material menor lo que se

traducen en una mayor resistencia a compresión, Por otro lado, la relación a/c está

más controlada ya que se añade durante el proceso de amasado dando lugar a un

material con propiedades homogéneas, mientras que en la vía seca se añade

durante el proceso de proyección por lo que su control no es preciso.

• Características de la Obra: son varios los factores que influyen a la hora de elegir

una técnica de proyección u otra, generalmente en el caso de necesitar altos

rendimientos siempre se optara por realizar la proyección por vía húmeda y de

forma automática.

• Características de la Empresa: la técnica empleada depende del tamaño de la

empresa y de su especialización en el sector. En el caso de ser una empresa

mediana/grande y especializada, tendera a emplear la vía húmeda mientras que, si

se trata de una empresa pequeña y poco especializada tendera a emplear la vía

seca, la maquinaria y equipos son menos voluminosos y más económicos.

• Características Medioambientales: el principal inconveniente de la vía seca es la

generación de polvo, nocivo desde el punto de vista medioambiental y

principalmente del operario, sobre todo cuando se trabaja en espacios cerrados

como túneles. La vía húmeda es la solución perfecta a este problema ya que se

reduce notablemente la generación de polvo en suspensión.

Una vez descritas las diferencias existentes entre ambas técnicas de proyección

en función de una serie de factores, se realiza una comparativa entre ambos sistemas

de proyección (Tabla 2.1).

Es necesario indicar las ventajas y desventajas que presenta cada uno de los

flujos que pueden emplearse para el transporte de material a través del sistema de

proyección mediante la vía seca, las correspondientes a flujo diluido se indican en la

Tabla 2.2 mientas que las correspondientes a flujo denso se indican en la Tabla 2.3.

Capítulo 2 15


Tabla 2.1. Comparación vía seca-vía húmeda.

Vía Seca Vía Húmeda

Bajo coste equipo Elevado coste equipo

Mayor desgaste Menor desgaste

Menor coste limpieza Mayor coste limpieza

Relación a/c variable Relación a/c exacta

Peores condiciones de trabajo Mejores condiciones de trabajo

Menores problemas técnicos Mayores problemas técnicos

Mayor desperdicio de material Menor desperdicio de material

Mayor rendimiento Menor rendimiento (en automático son

equivalentes)

Mayor rebote Menor rebote

Mayor adherencia Menor adherencia

Varias aplicaciones para conseguir

elevados espesores

Una aplicación para conseguir elevados

espesores

Tabla 2.2. Ventajas y desventajas flujo diluido en vía húmeda.

Flujo Diluido

Ventajas Desventajas

Fácil manejo Mayor formación de polvo

No es necesario hormigón bombeable Mayor rebote

Relación a/c baja y constante Problemas durante el transporte

Permite el cambio a la vía seca Limitación distancia de transporte

Menor limpieza Menor distancia de proyección

No es necesario mantener la

consistencia

Mayor control en el tiempo de

transporte

Tabla 2.3. Ventajas y desventajas flujo denso en vía húmeda.

Flujo Denso

Ventajas Desventajas

Gran capacidad de producción Elevada inversión

Menor rebote Mano de obra especializada

Relación a/c constante Mantener la consistencia de la mezcla

Distancias de proyección elevadas Mayor limpieza

- Control tiempo de transporte

16 Estado del Arte


En España la técnica de proyección predominante es la vía húmeda, se emplea

un 70 % mientras que la vía seca solo se emplea el 30 %, incluyendo la vía semi-húmeda.

En otros países de la Unión Europea, como Italia o los países Escandinavos, la utilización

de la vía húmeda es del 100 %. La tendencia es que todos los países empleen la vía

húmeda como técnica de proyección y que en los próximos 5 años el 80-90 % del

hormigón proyectado en el mundo sea mediante la técnica de la vía húmeda debido a

las ventajas que presenta, expuestas en cada uno de los puntos anteriores y en la Tabla

2.1 a modo de resumen. En el 2001 se proyectaron más de 8 millones de metros cúbicos

de hormigón proyectado al año (7).

2.4. PROPIEDADES HORMIGÓN PROYECTADO

La principal propiedad del hormigón proyectado como material de construcción

es su rápida ganancia de resistencia a compresión debido al uso de aditivos acelerantes

del fraguado. Además de la resistencia a compresión es necesario tener en cuenta la

porosidad, rebote y adherencia (8).

La resistencia a compresión es la propiedad mecánica de mayor importancia en

los hormigones proyectados, siendo una propiedad de control y diseño de mezclas

proyectadas. La resistencia a compresión viene especificada en el pliego de condiciones

de la obra donde vaya a ser empleado. El valor medio alcanzado se sitúa entre 25-45

MPa a los 28 días, aumentando a lo largo del tiempo hasta valores de 50 MPa trascurrido

un año y pudiendo alcanzar los 60 MPa al cabo de cuatro años (9). La elevada ganancia

de resistencia a compresión se ha conseguido gracias a los avances tecnológicos

producidos tanto en el proceso de proyección como en los aditivos acelerantes del

fraguado empleados. La resistencia a compresión, tanto a corto como a largo plazo, está

condicionada por el tipo de aditivo acelerante del fraguado empleado (8), observándose

una bajada de resistencia a largo plazo respecto a un hormigón o mortero de referencia

debido a la incorporación de aditivos acelerantes del fraguado. Generalmente se

especifican unas resistencias a compresión mínimas en función de la edad del ho rmigón,

tenido que ser mayor a los valores indicados a continuación: 5 MPa a las 6h; 10MPa a 1

día; 20 MPa a 7 días; 25 MPa a 28 días; 30 MPa a 90 días (9).

La resistencia a tracción de un hormigón o mortero proyectado es muy baja, de

la misma manera que ocurre en hormigones o morteros vertidos, obteniendo valores

que oscilan entre los 1,6-2,1 MPa a 28 días para hormigón, siendo al cabo de tres años

3,3-5,3 MPa. El módulo elástico del hormigón proyectado se sitúa en valores entre 28-

33 GPa (9).

La porosidad en hormigones y morteros proyectados es mayor que en un

hormigón o mortero vertido debido al propio sistema de proyección. El transporte y

Capítulo 2 17


proyección de material se realiza empleando aire comprimido, parte del mismo queda

atrapado en el interior del material. Los valores de porosidad medios obtenidos en

hormigón proyectado empleando la técnica de la vía húmeda varía entre el 10-12 % (8).

La densidad del hormigón proyectado varía entre 2,1-2,3 g/cm3 dependiendo del

contenido de cemento y de la porosidad del material (9).

El rebote se produce debido a la mala adherencia del material proyectado sobre

el sustrato o superficie de proyección, dando lugar a un desperdicio de material que

afecta tanto desde el punto de vista económico como desde el punto de vista

medioambiental. El rebote depende de varios factores: relación a/c, vía de proyección,

dosificación, ángulo de proyección, velocidad de salida del material, experiencia del

operario entre otros. El porcentaje de rebote es muy variable y depende del tipo de

elemento a proyectar y de la vía de proyección empleada (Tabla 2.4) (8)

Tabla 2.4. Porcentaje de rebote en función de superficie y vía empleada (8).

Sustrato Rebote Vía Seca (%) Rebote Vía Húmeda (%)

Solera 5-10 2-5

Hastial 15-30 5-10

Bóveda 25-40 10-15

La adherencia entre material proyectado y sustrato también tiene gran

importancia ya que de esta manera se asegura la correcta puesta en obra y servicio del

material, para ello la superficie debe ser sólida y estar limpia y libre de elementos

sueltos. La mezcla impacta a una elevada velocidad sobre el sustrato taponando las

irregularidades, las fisuras y los poros con la ayuda de las partículas de cemento y el filler

presente en la mezcla. Al mismo tiempo se forma una capa de cemento sobre la cual se

incorporan los áridos, dando lugar a un puente de adherencia que garantiza una fijación

sólida al soporte una vez se encuentra endurecido el material. La resistencia al

desprendimiento o adherencia puede variar entre 0,3-2 MPa (8) (9).

2.5. APLICACIONES

El hormigón proyectado, debido a su gran versatilidad tanto en las propiedades

mecánicas a corto y largo plazo como en su puesta en obra, presenta un elevado número

de aplicaciones en el sector de la construcción de obra civil. La principal aplicación es su

empleo para la estabilización y revestimiento de túneles y taludes, pudiéndose emplear

en otro tipo de elemento o para otro tipo de objetivos.

• Estabilización de taludes: el principal objetivo del hormigón proyectado en este tipo

de elementos es asegurar su estabilización, evitando así que se produzca el

18 Estado del Arte


desprendimiento de grandes masas de terreno o roca. El empleo de hormigón

proyectado se justifica debido al rápido desarrollo de resistencia a corto plazo y

debido a que es necesario emplear grandes cantidades de hormigón sobre una

superficie muy extensa, haciendo del proceso de proyección el proceso más versátil

y rápido para su puesta en obra. Generalmente se proyectan 50 mm de hormigón

proyectado sobre el paramento, empleando ocasionalmente bulones para asegurar

su estabilidad y evitar su desprendimiento. Además es frecuente el uso de fibras

metálicas para aumentar la resistencia del material frente a impactos y/o

abrasiones (Figura 2.7) (10) (11).

Figura 2.7. Aplicación hormigón proyectado en sustentación.

• Túneles: el sostenimiento de túneles es la aplicación donde más se ha desarrollado

e implementado la técnica del hormigón proyectado, principalmente dentro de la

técnica de construcción de túneles del Nuevo Método Austriaco (NATM) ya que es

necesario proyectar grandes superficies de material con un bajo espesor. La mejora

que se han producido en los últimos años, tanto en la técnica de proyección como

en las propiedades del material proyectado, han favorecido la utilización del

hormigón proyectado como revestimiento definitivo y no como sostenimiento

provisional como se realizaba anteriormente. En esta aplicación la vía húmeda es la

más empleada debido a las ventajas que presenta frente a la vía seca en espacios

cerrados y en la aplicación de grandes superficies. El empleo de hormigón

proyectado en este tipo de aplicaciones se justifica además, debido a la elevada

resistencia inicial y final que alcanza el material, la baja permeabilidad y la elevada

durabilidad del mismo (Figura 2.8) (10) (11).

Capítulo 2 19


Figura 2.8. Aplicación hormigón proyectado en túneles.

• Reparación de estructuras: la utilización del hormigón proyectado como

sostenimiento de túneles y taludes ha fomentado su uso como material estructural,

siendo la aplicación menos utilizada de las tres indicadas. La utilización del

hormigón proyectado como elemento estructural se justifica debido a su facilidad

de puesta en servicio en zonas de difícil acceso y de geometría compleja donde la

puesta en obra de hormigón vertido sea difícil, además no son necesarios

encofrados (Figura 2.9).

Figura 2.9. Refuerzo de estructura mediante hormigón proyectado.

2.6. COMPONENTES HORMIGÓN PROYECTADO

El hormigón es un material compuesto formado por dos fases claramente

diferenciadas, matriz y refuerzo. La matriz está formada por los productos de

hidratación del cemento Portland, mientras que el refuerzo está formado por los áridos

empleados en su dosificación. Los componentes básicos del hormigón son cemento,

áridos, agua y aditivos, la granulometría de los áridos marca la diferencia entre un

20 Estado del Arte


hormigón y un mortero, en el caso del hormigón se emplea un tamaño de árido igual y

superior a 4 mm mientras que en los morteros se emplea un tamaño de árido igual e

inferior a 4 mm. En los siguientes apartados van a describirse de forma individual los

distintos materiales que forman el hormigón o mortero y como afectan a las

propiedades mecánicas y químicas del material resultante.

2.6.1. Cemento

El cemento es un conglomerante hidráulico, un material inorgánico finamente

molido que al ser mezclado con agua forma una pasta que fragua y endurece por medio

de las reacciones de hidratación de los componentes que lo forman (12).

El clínker de cemento Portland se obtiene por sinterización de una mezcla

homogénea de materias primas, a esta mezcla se la denomina crudo. El crudo tiene en

su composición elementos normalmente en forma de óxidos: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3,

además presenta cantidades menores de otros elementos. Las principales materias

primas son el SiO2 y el CaO, pudiendo llegar a suponer el 26,45 % y el 65,6 % en peso

respectivamente (Tabla 2.5) (13).

Tabla 2.5. Componentes del crudo (% en peso).

Compuesto Rango aproximado (%)

Residuo Insoluble 0,1-1,4

Óxido de Calcio (CaO) 58,2-65,6

Sílice (SiO2) 19,8-26,45

Alúmina (Al2O3) 4,1-9,5

Óxido de hierro (Fe2O3) 2,1-4,5

Magnesia (MgO) trazas-2,9

Álcalis (K2O, Na2O) 0,1-2,8

Sulfatos (SO3) 0,1-2,2

Pérdidas por calcinación 0,2-2,8

Una vez obtenido el clínker de cemento Portland mediante la sinterización del

crudo, se añade yeso y las adiciones necesarias según el tipo de cemento a producir. En

la Tabla 2.6 se indica cada uno de las fases presentes en el clínker de cemento Portland

y las fases presentes en el yeso, añadido para aumentar el tiempo de fraguado (14).

Capítulo 2 21


Tabla 2.6. Composición química clínker cemento Portland (14).

Componente Compuesto Fórmula Fase Fórmula

simplificada

Porcentaje

en Masa (%)

Clínker

Silicato

tricálcico 3CaO∙SiO2 Alita C3S 50-70

Silicato

bicálcico 2CaO∙SiO2 Belita C2S 15-30

Aluminato

tricálcico 3CaO∙Al2O3 Aluminato C3A 5-10

Ferrito

aluminato

bicálcico

Ca2(Al0,5Fe0,5)2O5 Ferrita C4AF 5-15

Sulfato de calcio

Sulfato cálcico

dihidratado CaO∙SO3∙2H2O Yeso CSH2 2-5

Sulfato cálcico

hemidrato CaO∙SO3∙0,5∙H2O Hemidrato CSH0,5 2-5

Sulfato cálcico CaO∙SO3 Anhidrita CS 1-2

• Silicato tricálcico: se forma por la reacción en estado sólido entre óxido de calcio y

sílice, también se puede obtener a través de caliza pura y cuarzo. Es la fase

mayoritaria y más activa en la composición del clínker de cemento Portland,

presentando un fraguado lento y un endurecimiento elevado, dando lugar a una

elevada resistencia inicial y un calor de hidratación elevado al entrar en contacto

con agua. Presenta una densidad de 3,15 g/cm3. Los cementos de endurecimiento

rápido (R) presentan un mayor porcentaje de C3S respecto a los cementos de

endurecimiento normal (N) (13).

• Silicato dicálcico: se forma cuando el clínker de cemento Portland no está saturado

al 100% de óxido de calcio. Es la fase encargada de la ganancia de resistencia a largo

plazo. Tanto el fraguado como el endurecimiento son lentos, teniendo además un

calor de hidratación bajo. Presenta una densidad de 3,28 g/cm3. La estabilidad

química es mayor respecto a la del silicato tricálcico, los cementos resistentes a

sulfatos tienen mayor porcentaje de C2S que de C3S en su composición (13).

• Aluminato tricálcico: su velocidad de hidratación es muy alta, produciendo un

aumento de la velocidad de fraguado y el desarrollo del calor de hidratación inicial.

El control de su hidratación se realiza incorporando yeso, que como se ha

comentado anteriormente, retrasa el fraguado. El aluminato tricálcico por si solo

contribuye pobremente a la resistencia mecánica final del hormigón, presenta una

densidad de 3,03 g/cm3. Es una fase peligrosa ya que aumenta la sensibilidad del

hormigón a sufrir ataque sulfático (13).

22 Estado del Arte


• Ferrito aluminato bicálcico: fase relativamente inactiva que contribuye muy poco a

la ganancia de resistencia del hormigón, su hidratación es rápida pero menor que la

del C3A, la presencia de esta fase es útil como fundente durante el proceso de

calcinación del clinker, además favorece el proceso de hidratación de las otras fases

presentes (13).

Las fases o componentes presentes en el clinker de cemento Portland pueden

estimarse a través de las ecuaciones de Bogué (Ec. 2.1, Ec. 2.2, Ec. 2.3 y Ec. 2.4),

conocidas como “Cálculo Potencial de Bogué”. Estas ecuaciones asumen que las

materias primas empleadas en la producción del clinker tienen una pureza del 100% y

que las reacciones son completas, lo cual generalmente no se cumple, pero sirven para

tener una aproximación de cada una de las fases presentes en el clinker de cemento

Portland. Para tener un valor exacto es necesario ajustar los coeficientes de cada una de

las ecuaciones a través de ensayos experimentales en la cementera de estudio (15).

�� = 4,071 ∙ �� − (7,6�� + 6,718�� + 1,43�� + 2,852��) (Ec. 2.1)

�� = 2,867�� − 0,7544�� (Ec. 2.2)

�� = 2,650�� + 1,692�� (Ec. 2.3)

�� = 3,043�� (Ec. 2.4)

La hidratación del cemento Portland es el proceso mediante el cual una

suspensión se convierte en un sólido rígido a temperatura ambiente sin la necesidad de

aportar calor u otro proceso extra (16).

El proceso de hidratación del cemento Portland comienza cuando entra en

contacto con agua, momento en el que se producen un conjunto de reacciones químicas

de carácter exotérmico que dan lugar a los productos de hidratación, fases encargadas

de producir el endurecimiento y la ganancia de resistencia mecánica del material tanto

a corto como a largo plazo. Las reacciones de hidratación pueden dividirse en dos

grupos, reacciones de hidratación de los silicatos (C3S y C2S) y reacciones de hidratación

de los aluminatos (C3A y C4AF) (14). Para conocer el proceso de hidratación del cemento

Portland es necesario conocer la curva de flujo de calor en función del tiempo, obtenida

a través del ensayo de calorimetría en condiciones isotermas. La curva de calor está

dividida en cinco etapas claramente diferenciadas, cada una de ellas correspondiente a

cada uno de los cambios de pendiente que sufre la curva de flujo de calor (Figura 2.10)

(14).

Capítulo 2 23


Figura 2.10. Proceso de hidratación cemento Portland. Curva calor-Tiempo (14).

• Etapa I (preinducción): en esta etapa se produce una rápida disolución del C3A, C2S,

C3S y el yeso produciendo un primer pico de calor muy elevado, aumenta el pH de

la fase líquida hasta un valor igual a 12. Además, comienza la formación de etringita

(Aft), dando lugar a un cambio de la consistencia y la plasticidad de la mezcla (14)

(16).

• Etapa II (inducción): etapa de baja actividad donde la curva de flujo de calor

presenta cierta estabilidad. En esta etapa comienza la formación de silicato de calcio

hidratado o C-S-H, con un aumento del ion Ca2+ en disolución y una disminución de

los iones SO42-, H2SiO4

2- y [Al(OH)4]-. La formación de etringita (Aft) continua,

aumentando la consistencia, siendo el C-S-H el que más contribuye a este aumento

(14) (16).

• Etapa III (aceleración): se produce un aumento en la hidratación del C3S o alita,

dando lugar a la formación de hidróxido de calcio o Portlandita (CH) y C-S-H,

produciéndose un aumento en el flujo de calor desprendido por las reacciones de

hidratación, correspondiente al segundo pico de hidratación característico (Figura

2.10). Debido a la formación de CH y C-S-H, la mezcla pasa de un estado plástico a

un estado rígido, durante esta etapa se produce el inicio y el final del fraguado, se

produce un aumento de la resistencia inicial y se reduce la porosidad (14), (16).

• Etapa IV (desaceleración): se produce una disminución del calor de hidratación

liberado por la reacción debido a que la hidratación del C3S disminuye. El C3A

anhidro reacciona con la Aft para dar lugar a la formación de monosulfoaluminato

de cálcio (Afm). Además, se produce la formación de etringita secundaria debido a

que los sulfatos del C-S-H son absorbidos por el C3A, produciéndose un ligero

aumento del calor de hidratación desprendido (14) (16).

24 Estado del Arte


• Etapa V (hidratación a largo plazo): el proceso de hidratación del cemento Portland

continua a lo largo del tiempo de forma lenta, produciéndose un aumento de la

longitud de las cadenas de C-S-H y una disminución de la porosidad con el

consecuente aumento de la resistencia mecánica del material.

Los productos formados durante el proceso de hidratación del cemento Portland

son fundamentalmente cuatro: C-S-H, CH, Aft y Afm. En la Tabla 2.7 se indican cada uno

de los productos de hidratación generados.

Tabla 2.7. Fases hidratadas cemento Portland.

Fase Hidratada Fórmula Fórmula

Simplificada Reacción Química Ecuación

Portlandita CaO·H2O CH 2C3S+7H2O→CSH+3CH Ec. 2.5

Silicato de Calcio

Hidratado xCaO·SiO2·H2O C-S-H 2C2S+5H2O→CSH+2CH Ec. 2.6

Aluminato

Tretracálcico

Tetrahidratado

4CaO·Al2O3·19H2O C4AH19(13) 2C3A+21H2O→C4AH19(13)+C2AH8 Ec. 2.7

Aluminato Dicálcico

Octahidratado 2CaO·Al2O3·8H2O C2AH8 C4AH19(13)+C2AH8→2C3AH6+H2O Ec. 2.8

Hidrogenante 3CaO·Al2O3·6H2O C3AH6 C3A+26H2O+3CS̀H2→C6AS̀H32 Ec. 2.9

Etringita (Aft) 6CaO·Al2O3·3SO3·32

H2O C6AS̀3H32 C3A+26H2O+3CS̀H2→C6AS̀3H32 Ec. 2.10

Monosulfoaluminato

de Calcio (Afm)

4CaO·Al2O3 SO3·12

H2O C4AS̀3H12 2C3A+4H2O+C6AS̀H32→C3AS̀H12 Ec. 2.11

• CH: producto de hidratación generado a partir de la hidratación del C3S y el C2S (Ec.

2.5 y Ec. 2.6). Esta fase hidratada contribuye muy poco a la resistencia mecánica

final del cemento endurecido. Es la fase que aporta la elevada alcalinidad que

presenta el cemento endurecido, con un valor de pH entre 13-13,4, pH muy alcalino.

La elevada alcalinidad que aporta la CH produce la pasivación de las armaduras

pasivas en los hormigones armados, protegiendo las armaduras frente a posibles

procesos de corrosión que puedan ocurrir. La formación de cristales de CH se

produce de forma heterogénea en la pasta de cemento, a edades tempranas

presenta una morfología laminar hexagonal (Figura 2.11) mientras que a edades

avanzadas presenta una morfología generalizada en la pasta de cemento. La CH se

encuentra presente en un 20-25 % del volumen total de la pasta de cemento (17).

Capítulo 2 25


Figura 2.11. SEM cristales de CH (18).

• C-S-H: el silicato de calcio hidratado o C-S-H se corresponde con una fase cristalina

amorfa que varía con el tiempo (Figura 2.12). Es la fase mayoritaria en el sólido con

un porcentaje sobre el volumen total del 50-60%. Además, es la fase que produce

el endurecimiento de la pasta de cemento hidratada y su ganancia de resistencia

mecánica a medio y largo plazo (17).

Figura 2.12. SEM Cristales CH y CSH (18).

• Aft y Afm: la etringita o Aft presenta una microestructura en forma de aguja o

acicular (Figura 2.13) y es la fase responsable de la ganancia de resistencia inicial del

material. La formación de Aft se produce durante las primeras horas de hidratación

del cemento Portland, alcanzando su máximo transcurridas 24 h, a partir de este

momento se produce la formación de monosulfoaluminato de calcio o Afm. El Afm

presenta una microestructura laminar, pudiendo tener forma hexagonal o en forma

semi-cristalina combinados con C-S-H (Figura 2.13) (17).

26 Estado del Arte


Figura 2.13. SEM Cristales Aft y Afm (18).

2.6.2. Áridos

Los áridos son una de las materias primas o componentes principales que forman

el hormigón o mortero. Los áridos tienen gran influencia en las propiedades del material

tanto en estado fresco como en estado endurecido. La clasificación de los áridos se

realiza en base a la procedencia de los mismos, dividiéndose en áridos naturales, áridos

artificiales y áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición

(RCD). Además, los áridos naturales pueden clasificarse en función de su descripción

petrográfica (caliza, silícea, dolomítica, etc.). Las propiedades más importantes a tener

en cuenta son las propiedades geométricas, dividiéndose en: granulometría, contenido

de finos y forma de las partículas (19).

La granulometría o análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la

distribución de cada uno de los tamaños de áridos utilizados en la fabricación de

hormigones y morteros (19). Mediante el ensayo de granulometría definido por la

norma UNE-EN 933 (20) y utilizando una seria de tamices (Figura 2.14), es posible

determinar la curva granulométrica (Figura 2.15) y el porcentaje de cada una de las

fracciones presentes en el árido hasta un tamaño de partícula de 63 μm.

Figura 2.14. Tamices ensayo granulometría.

Capítulo 2 27


Figura 2.15. Ejemplo de curva granulométrica.

La granulometría del árido tiene gran influencia en la trabajabilidad de la mezcla,

aumentando al aumentar el contenido de arena y de finos respecto al contenido de

áridos gruesos. También influye a la segregación en estado fresco, durabilidad,

resistencia y estabilidad volumétrica. La curva granulométrica del árido de estudio debe

aproximarse a la curva ideal de máxima compacidad de Fuller (Figura 2.16), cuyo

objetivo principal es conseguir hormigones o morteros trabajables y compactables,

obteniendo la máxima densidad, menor porosidad y por tanto la máxima resistencia

mecánica (19).

Figura 2.16. Curva granulométrica de máxima compacidad de Fuller.

El contenido de finos es otra de las variables a tener en cuenta a la hora de

fabricar un hormigón o mortero. Las partículas finas son aquellas que presentan un

tamaño inferior a 63 μm, limitando su contenido ya que afectan a las propiedades,

principalmente en estado fresco. El límite de finos presentes en el hormigón es la suma

del contenido de partículas de árido grueso, árido fino que pasa por el tamiz de 63 μm y

el contenido de filler del cemento, limitado a 175 kg/m3 según la Instrucción de

28 Estado del Arte


Hormigón Estructural (EHE-08) (19) (21). La forma de los áridos también es otra de las

variables a tener en cuenta a la hora de selección un tipo de árido para la dosificación a

realizar. La geometría depende de la petrología de la roca y del proceso de producción

de árido, existiendo cuatro grupos de árido, redondeado o rodado, proveniente de ríos

y costas; angulosos, generalmente provenientes del machaqueo; lajosas o planas; y

aciculares (19). La geometría del árido empleado afecta a la trabajabilidad del material

en estado fresco y a la resistencia del material en estado endurecido.

2.6.3. Relación a/c

El agua es un componente indispensable en la fabricación de un material

cerámico en base cemento, como el hormigón y mortero. Es el componente encargado

de producir las reacciones químicas de hidratación necesarias para que se desarrollen

las fases que aportan resistencia mecánica y compacidad al sólido.

La cantidad de agua o la relación a/c empleada en la fabricación de un hormigón

o mortero es una variable de gran importancia debido a su elevada influencia en las

propiedades mecánicas (compresión y flexión), en la durabilidad del material y en sus

propiedades en estado fresco, siendo necesario tener un gran control sobre la misma.

Es necesario dividir la influencia de la relación a/c en los dos estados que presenta el

material, en primer lugar, en estado fresco y en segundo lugar en estado endurecido

(22).

• Estado fresco: la relación a/c en estado fresco afecta a la trabajabilidad, fluidez y

plasticidad de la mezcla, propiedades muy importantes para la puesta en servicio

del material y desde el punto de vista de los operarios que realizan su ejecución. En

hormigones la consistencia se determina a partir del cono de Abrams (Figura 2.17),

midiendo el asentamiento del cono es posible conocer su consistencia y por lo tanto

su fluidez y trabajabilidad (22). Además, es posible determinar el comportamiento

reológico del material, pudiendo conocer su fluidez, viscosidad y su evolución a lo

largo del tiempo. El comportamiento reológico de un hormigón o mortero está

marcado por la reología de la pasta, es decir, la mezcla de agua, cemento y las

adiciones de granulometría menor, para determinar el comportamiento reológico

se emplean varios métodos que relacionan la velocidad de deformación con la

tensión de cizalladura aplicada, los métodos más aplicados son el modelo de

Bingham y el de Herschel-Bulkley (23). La consistencia, trabajabilidad y fluidez de la

mezcla aumenta al aumentar la relación a/c, siendo necesario que se produzca una

segregación de los áridos y cumpliendo con la resistencia a compresión que es

necesaria alcanzar.

Capítulo 2 29


Figura 2.17. Asentamiento mediante cono de Abrams.

• Estado endurecido: la relación a/c es el factor que mayor influencia tiene sobre la

resistencia final del material en estado endurecido. La mayor o menor presencia de

agua en la mezcla provoca una variación en el volumen de huecos capilares, los

cuales juegan un papel muy importante en las propiedades mecánicas y físicas del

hormigón o mortero y por lo tanto en su durabilidad (24). Al aumentar la relación

a/c, aumenta la cantidad de agua libre que no ha reaccionado con el cemento,

produciéndose un aumento del volumen de huecos capilares. Una vez ha finalizado

el proceso de hidratación del cemento Portland se produce la conexión de los

huecos capilares dando lugar a la porosidad. La red de poros generada en el

hormigón o mortero reduce la resistencia mecánica ya que son zonas vacías que no

aportan resistencia mecánica, además lo poros generan pequeñas fisuras en el

interior del material debilitándolo. La durabilidad también se ve disminuida al

aumenta el volumen de poros ya que al estar interconectados entre sí facilitan la

penetración y transporte de elementos agresivos desde el exterior al interior del

material, produciendo el ataque del mismo. La porosidad y su interconexión se

determinan a través del ensayo de permeabilidad (22). Desde el punto de vista de

la resistencia mecánica del material y de su durabilidad es necesario trabajar con la

menor relación a/c (Figura 2.18), consiguiendo la mayor resistencia mecánica a

compresión y la mayor durabilidad del material, debido a la baja porosidad.

Figura 2.18. Variación de la resistencia a compresión en función de la a/c.

30 Estado del Arte


La resistencia a compresión de un hormigón convencional alcanza a los 7 días el 70%

de la esperada a los 28 días, no obstante, varía según el tipo de cemento empleado,

si es normal o de elevada resistencia inicial, a los 14 días alcanza el 85 % de la

resistencia esperada a los 28 día (22). La resistencia a compresión del hormigón

continúa aumentando muy ligeramente a lo largo de su vida en servicio (Figura

2.19), siendo muy importante realizar un correcto proceso de curado. Mediante el

curado se asegura que el material se encuentra en las condiciones adecuadas de

temperatura y humedad para que se produzca la hidratación completa del cemento

y por lo tanto que desarrolle por completo sus propiedades mecánicas y físicas, en

el caso de que las condiciones no sean adecuadas el proceso de hidratación puede

ralentizarse o incluso interrumpirse (24), pudiéndose perder hasta el 30 % de la

resistencia esperada. Es recomendable realizar el curado durante 28 días, pero

depende de la posibilidad de realizarlo y de si realmente es necesario (22).

Figura 2.19. Evolución de la resistencia a compresión a lo largo del tiempo.

La dosificación de hormigón y mortero debe realizarse optimizando tanto el

comportamiento en estado freso como el comportamiento en estado endurecido,

asegurando que se cumplen con los requisitos mecánicos y de durabilidad exigidos para

su aplicación y para el ambiente de exposición.

2.6.4. Aditivos

Los aditivos son aquellas sustancias o productos, de origen químico, que se

incorporan al hormigón o mortero antes o durante el proceso de amasado en un

porcentaje inferior al 5 % spc, modificando las propiedades del material en estado fresco

y/o endurecido (21). La utilización de aditivos en la fabricación de hormigón o mortero

es habitual, empleándose en la fabricación del 90-95 % de hormigón en España, además

han contribuido al desarrollo de hormigones y morteros de altas prestaciones,

mejorando su comportamiento mecánico y durabilidad con un bajo coste.

Capítulo 2 31


Los aditivos pueden clasificarse en base a su función, entendida como la

modificación positiva de alguna de las características del hormigón, siendo la función

principal la modificación más importante de una única propiedad, mientras que la

función secundaria se corresponde con la modificación adicional que puede producir el

aditivo sobre el hormigón o mortero (21). La clasificación se realiza en base a lo indicado

en la norma UNE-EN 934-2. La norma UNE-EN 934-2 es de obligado cumplimiento para

todos los fabricantes de aditivos que quieran comercializar sus productos en la Unión

Europea (25).

• Reductor de agua / Plastificante

• Reductores de agua de alta actividad / Superplastificantes

• Acelerantes del fraguado

• Acelerantes del endurecimiento

• Retardadores del fraguado

• Inclusores de aire

• Retenedores de agua

• Hidrófugos en masa

• Reductores de agua de alta actividad / Superplastificantes / Retardadores

del fraguado

• Reductores de agua / Plastificantes / Aceleradores del fraguado

• Multifuncionales

• Retardadores de fraguado / Plastificantes / Reductores de agua

Los aditivos de mayor importancia en el hormigón o mortero proyectado son los

plastificantes, superplastificantes y los acelerantes del fraguado, los dos primeros serán

tratados en el presente apartado mientras que los aditivos acelerantes del fraguado

serán tratados en el siguiente apartado de manera más extensa.

Los plastificantes y superplastificantes, como se ha indicado anteriormente, se

encuentran contemplados en la norma UNE-EN 934-2, formalmente se denominan

reductores de agua a los primeros y reductores de agua de alta actividad a los segundos.

Los aditivos plastificantes y superplastificantes son incorporados al hormigón o mortero

con tres objetivos claramente diferenciados: reducir la relación a/c sin afectar a la

trabajabilidad en estado fresco, mejorar la resistencia mecánica y durabilidad del

material, aumentar la fluidez manteniendo la misma relación a/c por lo que la

resistencia mecánica y la durabilidad no se ven afectadas y optimizar el contenido de

cemento y la relación a/c para obtener hormigones o morteros con la misma

consistencia y trabajabilidad sin afectar a la resistencia mecánica (26).

Los aditivos plastificantes y superplastificantes se incluyen en la categoría de

tensioactivos, ya que tienen influencia en la actividad superficial de aquellos procesos

32 Estado del Arte


donde existe un contacto entre un elemento en estado sólido y otro en estado líquido.

Los principales grupos funcionales de ambos tipos de aditivos son del tipo carboxilo,

hidroxilo, sulfonato o metafosfato que posibilitan la disolución del aditivo en un medio

acuoso, por todo esto son clasificados como tensioactivos aniónicos. Además, se

incluyen dentro de los tensioactivos poliméricos ya que presentan un elevado peso

molecular y una repetición de una cierta secuencia determinada de unidades

moleculares, característico de los materiales poliméricos. La clasificación de este tipo de

aditivos se realiza en función de la familia química a la que pertenecen, en el caso de los

plastificantes pueden clasificarse en: lignosulfonatos modificados (LS), sales de ácido

hidroxicarboxílico y derivados de polisacáridos. Los superplastificantes pueden dividirse

en: sales de condensado de naftaleno sulfonado y formaldehído (SNF), sales de

condensado de melamina sulfonada y formaldehído (SMF) y los aditivos denominados

de nueva generados (PCE) (26).

• Plastificantes: el lignosulfonato es un producto secundario obtenido en los

procesos de extracción de la celulosa, con un contenido en azúcar de entre el 1-30

%. Actualmente los plastificantes empleados se basan en lignosulfonatos

modificados o LS, tratados para reducir el contenido de azucares mediante

fermentación. El empleo de este tipo de aditivos da lugar a efectos secundarios,

concretamente incorporan aire al hormigón o mortero y retrasan el fraguado

debido al alto contenido en azucares que presenta (26).

• Superplastificantes: los primeros superplastificantes producidos fueron el SNF y el

SMF, cuyas características están determinadas por las condiciones del proceso de

fabricación. Presentan numerosos grupos funcionales de tipo sulfonato capaces de

conferir un carácter negativo a la partícula de cemento sobre la que se absorben.

En el caso de que la polimerización haya sido baja se generan burbujas de aire

atrapadas ya que tiene a disminuir la tensión superficial de la fase acuosa del

hormigón, por el contrario, si la polimerización ha sido alta, su efectividad para

reducir la relación a/c y aumentar la trabajabilidad aumenta. Actualmente se

emplean superplastificantes denominados de forma genérica como policarboxilatos

(PCE) o superplastificantes de nueva generación, los cuales presentan gran

flexibilidad, obteniendo unas propiedades determinadas en cuanto a capacidad

dispersante, retraso de fraguado y retención de la trabajabilidad. La capacidad

reductora de agua o capacidad fluidificante es muy superior a la de los SNF o SMF

(26).

El mecanismo de acción de este tipo de aditivos se basa en impedir la formación

de flóculos o agrupaciones de partículas de cemento, actuando sobre la superficie de las

partículas de cemento. La formación de flóculos produce el confinamiento de agua en

su interior, produciendo una disminución de la trabajabilidad de la mezcla y por lo tanto

Capítulo 2 33


de la cantidad de agua disponible para el producirse el proceso de hidratación. Los

flóculos se generan ya que las partículas de cemento tienen tendencia a agruparse

debido a interacciones electrostáticas y de Van der Waals, al incorporar plastificantes

y/o superplastificantes se reduce el grado de floculación de las partículas de cemento

Figura 2.20 (26).

Figura 2.20. Efecto plastificante y superplastificante.

La interacción entre los aditivos plastificantes y superplastificantes y las

partículas de cemento puede clasificarse en dos grupos (26).

• Interacción física: la dispersión de las partículas de cemento se produce debido a la

absorción de las moléculas del aditivo sobre la superficie de las partículas de

cemento, generando una fuerza repulsiva que impide la formación de flóculos (26).

• Interacción química: existen tres tipos de interacción química entre las partículas

de cemento y el aditivo: adsorción química o selectiva, reacción química con los

productos hidratados del cemento y formación de complejos con Ca2+. El efecto

retardante de fraguado de los superplastificantes se justifica debido a la formación

de complejos entre el aditivo y el Ca2+, disminuyendo la concentración de Ca2+ en

solución y aumentando el tiempo que tarda la solución acuosa en sobresaturarse

de Ca2+ e iniciar la etapa III (aceleración) del proceso de hidratación (26).

La dosificación correcta de los plastificantes y superplastificantes es uno de los

aspectos más importantes, este parámetro determinará las propiedades del material,

principalmente en estado fresco, en su puesta en obra e influirá en el coste. La primera

recomendación cuando se dosifica un aditivo plastificante o superplastificante para

emplear con un hormigón o mortero es seguir las indicaciones de dosificación indicadas

por el fabricante (26). Existen diferentes ensayos para determinar la fluidez de la pasta

de cemento o mortero, conjuntamente es posible determinar la cantidad optima de

aditivo que es necesario incorporar en la dosificación de hormigón o mortero y el punto

de saturación del mismo. Entre todos los ensayos destacan el cono de Marsh y el ensayo

del mini-slump, únicamente se tratará el ensayo del cono de Marsh (26).

34 Estado del Arte


El ensayo del cono de Marsh es un ensayo de elevada rapidez y simpleza que

permite evaluar la fluidez de pastas de cemento y morteros, pudiendo seleccionar la

cantidad de aditivo necesaria para cada una de las dosificaciones de interés. Además, es

posible determinar la dosis de saturación del aditivo, entendida como el punto a partir

del cual la incorporación de un porcentaje mayor de aditivo no produce mejoras en la

fluidez de la mezcla. Por último, también es útil para caracterizar la consistencia del

material y su evolución a lo largo del tiempo. El ensayo es similar al indicado en la norma

ASTM C939. El ensayo consiste verter 800 ml de material en un recipiente metálico

tronco-cónico invertido con una apertura en la parte inferior con un diámetro de 8 mm

para pasta de cemento y de 12,5 mm para morteros (Figura 2.21), y medir el tiempo que

tarda en fluir 200 ml de mezcla. Cuanto menor es el tiempo que tarda en salir los 200

ml, mayor es la fluidez de la mezcla. Tanto el volumen de mezcla introducido como el

que se mide a la salida vienen marcados por la norma (26).

Figura 2.21. Cono de Marsh.

Mediante el ensayo es posible caracterizar diferentes dosificaciones de aditivo,

expresadas como el porcentaje de aditivo spc o como la relación aditivo/cemento,

obteniendo una gráfica como la indicada en la Figura 2.22, donde se observa como a

partir del punto de saturación no se produce una mejora en la fluidez al aumentar el

porcentaje de aditivo incorporado en la mezcla El punto de saturación pude

considerarse como el contenido máximo de aditivo que mejora la fluidez del material en

estado fresco, en el caso de superarla no se produce un aumento y en algunos casos

puede dar lugar a una disminución en la fluidez (26).

Capítulo 2 35


Figura 2.22. Gráfica modelo ensayo cono de Marsh.

Los resultados obtenidos del ensayo de Marsh pueden relacionarse con los

parámetros reológicos medidos mediante un viscosímetro, será tratado en apartados

posteriores. Además, como se ha indicado anteriormente, realizando el ensayo a

distintas edades del material (en min) se puede determinar la perdida de fluidez de la

mezcla (Figura 2.22) (26).

2.7. ADITIVOS ACELERANTES DEL FRAGUADO

Los aditivos acelerantes del fraguado son un componente esencial en la puesta

en obra de los hormigones o morteros proyectados. La principal función de los

acelerantes es potenciar las reacciones que producen el fraguado de la matriz,

aumentando la resistencia mecánica del material a cortas edades (<24h) (Figura 2.23)

(14). Existen diversos tipos de aditivos acelerantes del fraguado, clasificándose en

función de su composición o componente principal de su formulación química, siendo

tres los tipos de acelerantes más utilizados: silicatos de metales alcalinos, aluminatos de

metales alcalinos y libres de elementos alcalinos. El rango de dosificación y el pH de cada

uno de los aditivos viene indicado en la Tabla 2.8.

Figura 2.23. Influencia de los aditivos acelerantes del fraguado en la resistencia a compresión.

36 Estado del Arte


Tabla 2.8. Propiedades principales aditivos acelerantes del fraguado (14).

Propiedad

Tipo

Ricos en Álcalis Libres de Álcalis

Aluminato Silicato Sulfato de aluminio

Dosificación (%) 3-6 12-15 4-7

pH 13-14 12-13 3

Los primeros aditivos acelerantes del fraguado utilizados en la fabricación de

hormigón o mortero proyectado fueron los aditivos basados en metales alcalinos,

aditivos muy agresivos tanto desde el punto de vista ambiental como para los operarios

encargados de su manipulación y puesta en obra debido a su elevado pH (Figura 2.24).

Desde el punto de vista ambiental contribuyen a la salinización, aumentan el estrés

hídrico de suelos y desequilibra el pH de aguas sensibles (27). Estos aditivos están

compuestos por aluminatos y silicatos de sodio o de potasio modificados (27), siendo

actualmente los aditivos en base aluminato los usados en sustitución de los aditivos en

base silicato. Los aditivos en base silicato presentan un rápido fraguado dando lugar a

un material con una considerable menor resistencia mecánica frente a otro tipo de

acelerantes. Los aditivos en base aluminato han sido los aditivos de mayor uso,

presentan un mejor comportamiento que los aditivos en base silicato. Debido a la

incorporación de una cantidad de iones [Al(OH)4]- se produce la rápida formación de

etringita (Aft), dando lugar a un elevado incremento de la resistencia mecánica a corto

plazo. La eficacia de este tipo de aditivos depende de la presencia de iones sulfato y

calcio en el medio. El principal inconveniente de este tipo de acelerantes es que se ve

disminuida su resistencia a largo plazo, una disminución del 20-25 % (6) (14) (28).

Figura 2.24. Rango pH aditivos acelerantes del fraguado y de seguridad.

Los aditivos libres de álcalis han sido los últimos en incorporarse al mercado,

surgieron de la necesidad de emplear un acelerante del fraguado con menor pH,

reduciendo así el riesgo para los operarios que lo manipulan en su puesta en obra y su

Capítulo 2 37


impacto medioambiental, sin importar que su mayor coste, tanto en su producción

como debido al aumento de su dosificación en hormigones y morteros proyectados. La

tendencia actual es la sustitución total de los aditivos ricos en álcalis basados en

aluminatos o silicatos por aditivos libres de álcalis. Los aditivos libres de álcalis mejoran

la resistencia mecánica y durabilidad a largo plazo en comparación con los aditivos ricos

en álcalis debido a la incorporación de sulfatos en su formulación, además mejoran la

adherencia del hormigón al sustrato, disminuyendo el efecto rebote. Los aditivos libres

de álcalis están formados principalmente por sulfato de aluminio, los iones Al3+ y los

SO42- reaccionan con el C3A y con los iones Ca2+, dando lugar a la formación de etringita.

El aumento de la formación de etringita produce un aumento en la relación

sólido/líquido reduciendo el tiempo de fraguado ya que cada mol de etringita contiene

32 moles de H2O. Este tipo de aditivos aumentan la resistencia mecánica a largo plazo

del material, a corto plazo la resistencia mecánica alcanzada es menor que los aditivos

basados en aluminatos (6) (14).

Las reacciones que tienen lugar (Tabla 2.9) se producen debido a la adición de

una fuente de aluminato extra a través de los aditivos acelerantes del fraguado. Los

productos formados en el proceso de hidratación dependen de la cantidad de iones

sulfatos presentes en el medio. En el caso de que exista una cantidad suficiente de iones

sulfato se produce la etringita como hidrato principal (Ec. 13), al disminuir la cantidad

de iones sulfato el hidrato que formado es el monosulfoaluminato. El resto de

reacciones se producen en ausencia de iones sulfato, la ecuación Ec. 2.15 y Ec. 2.16 son

ejemplos de ello. La reacción Ec. 17 se produce al emplear aditivos acelerantes del

fraguado ricos en álcalis, este tipo de aditivo tienen sodio en su composición, dando

lugar a una fase conocida como fase U, esta fase presenta una menor densidad y mayor

solubilidad que el monosulfoaluminato (14).

Tabla 2.9. Reacciones al emplear aditivos acelerantes del fraguado (14).

Reacción Ecuación

��3++3��-⇄��(��)3+��-⇄[��(��)4]- Ec. 2.12

2[��(��)4]-+6��2++4��-+ !"42-+26�2�⇄�6�S̀3�32 Ec. 2.13

2[��(��)4]-+4��2++4��-+!"42-+6�2�⇄�4�S̀�12 Ec. 2.14

2[��(��)4]-+4��2++6��-+6 �2�⇄�4��13 Ec. 2.15

2[��(��)4]-+2��2++2��-+3�2�⇄�2��8 Ec. 2.16

1,8[��(��)4]-+4��2++5��-+1,1!"42-

+$%++9,9�2�⇄�4�0,9S̀1,1&�0,5�12

Ec. 2.17

Los productos de hidratación formados, como se ha comentado anteriormente,

dependen del contenido SO42- y por lo tanto de la relación Al3+/ SO4

2-, en el caso de que

38 Estado del Arte


dicha relación sea igual a 0,66 se produce la formación de etringita (�6�S`3�32), en el caso

de que la relación sea superior a 2, se produce la formación de monosulfoaluminato

(�4�S`�12). Entre 0,66 y 2 se produce la formación de ambos tipos de fases hidratadas.

La hidratación de los silicatos también se ve alterada al introducir aditivos acelerantes

del fraguado, modificándose dos de las etapas del proceso de hidratación. En la etapa 1

la presencia del aditivo acelerante del fraguado acelera la disolución del C3S para buscar

el equilibrio químico, acortando el período de inducción. Además, el aluminato aportado

por el acelerante del fraguado favorece la nucleación y crecimiento a edades tempranas

del monosulfoaluminato sobre la partícula de cemento, pudiendo reducir la hidratación

de la alita hasta en un 6%, esto explicaría en parte la menor resistencia mecánica

observada en hormigones y morteros incorporando aditivos acelerantes del fraguado

frente a mezclas sin aditivo acelerante (14), disminuyendo el tiempo en el que se

produce la etapa III (aceleración) del proceso de hidratación.

2.8. COMPORTAMIENTO REOLÓGICO MORTERO Y HORMIGÓN

La caracterización reológica de morteros y hormigones fabricados mediante

cemento Portland es necesaria para poder conocer y estudiar su consistencia y

trabajabilidad, que en el caso del hormigón o mortero proyectado se relaciona con su

capacidad de bombeo y mezclado con los aditivos acelerantes del fraguado en la

boquilla de proyección. Conocer el comportamiento del material desde el punto de vista

de la reología ayuda a conocer la nano y microestructura del material, siendo posible

optimizar las dosificaciones y por lo tanto el rendimiento del material (29).

Los métodos que permiten determinar la fluidez o trabajabilidad de los

materiales en base cemento son: flow table test (diámetro de torta o spread), cono de

Abrams, cono de Marsh, caja en L, etc. La principal ventaja de este tipo de ensayos es su

bajo coste y la posibilidad de poder realizarlos a pie de obra, sin embargo, este tipo de

ensayos son muy sensibles al operario por lo que los resultados pueden variar

significativamente. Debido a esto son necesarios métodos o ensayos que permitan

determinar los parámetros reológicos, necesarios para conocer la fluidez y

trabajabilidad del material, empleándose por tanto viscosímetros y reómetros (29).

2.8.1. Fundamentos Reología

La reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de

materia bajo la influencia de una fuerza mecánica. El comportamiento y caracterización

reológica de los materiales se define a través de una curva de flujo, obtenida en el caso

del hormigón o mortero mediante un reómetro, que representa en sus ejes el esfuerzo

aplicado (τ, tensión de corte) y el gradiente de velocidades de deformación (γ) (30). Los

conceptos básicos de reología pueden ser explicados a través del modelo de placas

Capítulo 2 39


paralelas (Figura 2.25). Este modelo tiene en cuenta que el espacio intermedio entre

placas está ocupado por fluido, donde al aplicar una fuerza mecánica de cizalla en el

plano superior, produce un esfuerzo de cizalla (τ), definido como la fuerza aplicada entre

el área (A) del plano superior, dando lugar a un régimen laminar en el que la velocidad

de las capas del fluido disminuye al aumentar la distancia (Δx) con el plano cizallado (29).

Figura 2.25. Modelo de placas paralelas (29).

La clasificación de los líquidos y suspensiones puede dividirse en dos grandes

grupos en función de sus propiedades reológicas y su comportamiento reológico (29):

• Newtonianos

• No newtonianos

Los fluidos newtonianos son aquellos fluidos que cumplen la ley de Newton,

existiendo una relación lineal entre el esfuerzo de cizalla y la velocidad de deformación

o velocidad de cizalla. La viscosidad plástica, entendida como la resistencia del material

a fluir, se corresponde con la pendiente de la recta de la curva de flujo. En los fluidos

newtonianos no se produce una variación de la viscosidad plástica con la velocidad de

deformación, siendo constante con el tiempo (Figura 2.26). La viscosidad plástica en los

fluidos newtonianos solo depende de la temperatura y la presión, siendo independiente

de las fuerzas aplicadas sobre el fluido (29).

Figura 2.26. Curva de flujo en fluidos newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos newtonianos (b).

40 Estado del Arte


Los fluidos no newtonianos son aquellos en los que la viscosidad plástica es

función de la velocidad de deformación. Existen diversos tipos de fluidos no

newtonianos: fluidos Bingham, pseudoplásticos y dilatantes. El modelo de Bingham es

el modelo más simple para definir el comportamiento de los fluidos no newtonianos,

siendo el modelo que mejor representa el comportamiento reológico de pastas,

morteros y hormigones (30). Los materiales que se ajustan a este modelo presentan un

valor de esfuerzo de corte umbral (τ0), que coincide con el punto de corte con el eje de

ordenadas, correspondiéndose con el esfuerzo inicial que es necesario vencer para que

el material comience a fluir. Este comportamiento se asocia con la unión y la fusión

inicial de los flóculos de cemento. Por debajo del valor umbral no se produce ningún tipo

de movimiento, al superar dicho punto el material se comporta como un fluido

newtoniano. La pendiente de la recta, de la misma manera que en los fluidos

newtonianos, se corresponde con la viscosidad plástica y se asocia con el tamaño de los

flóculos formados (Figura 2.27) (29) (30).

Figura 2.27. Curva de flujo en fluidos tipo Bingham (a). Curva viscosidad plástica en fluidos tipo Bingham (b).

Los fluidos pseudoplásticos y dilantes son fluidos con comportamiento no

newtoniano. En el caso de los de los fluidos pseudoplásticos, la viscosidad plástica

disminuye al aumentar la velocidad de deformación, siendo el comportamiento de los

fluidos dilatantes opuesto, aumentando la viscosidad plástica al aumentar la velocidad

de deformación. La viscosidad en estos fluidos se corresponde con la tangente de la

curva en cada uno de los puntos, denominada viscosidad aparente. Este tipo de fluidos

se ajustan a la ley de Ostwald-de Waele (' = ( ∙ ())*), donde n es el índice de fluidez y

K es el factor de consistencia. Además, es posible que el material o fluido se ajuste al

modelo de Herschel-Bulkley cuando se ajusta a la ley de potencia y se observa un valor

de esfuerzo de corte umbral por encima del comienzan a comportarse como fluidos

pseudoplásticos o dilatantes (' = '+ + ( ∙ ())*). Este modelo reológico se ajusta

Capítulo 2 41


correctamente al comportamiento de algunos tipos de hormigones, como es el caso de

los hormigones autocompactantes (Figura 2.28) (29) (30).

Figura 2.28. Curva de flujo en fluidos no newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos no newtonianos (b).

Por último, algunos materiales o fluidos con comportamiento no newtoniano

presentan un cambio de viscosidad con el tiempo. Este tipo de materiales presentan dos

comportamientos: tixotropía y anti-tixotropía o reopexia.

El comportamiento reológico y por lo tanto los parámetros reológicos, esfuerzo

de corte y viscosidad plástica, pueden determinarse de forma cuantitativa únicamente

empleando reómetros y viscosímetro. El procedimiento de ensayo empleando en la

presente tesis será descrito en el siguiente capítulo. Sin embargo, es necesario disponer

de un ensayo o técnica posible de ejecutar a pie de obra y mediante el cual sea posible

estimar el comportamiento reológico de morteros y hormigones. El ensayo que más se

emplea es el ensayo de extensión de cono o slump flow, basado en el ensayo del cono

de Abrams, con la diferencia de que en este el material se coloca en el interior del cono

sin ningún tipo de compactación. Mediante este ensayo se evalúa la capacidad de fluir

del material, además se puede valorar de forma visual la existencia de segregación, que

se identifica por la presencia de una aureola de pasta o mortero alrededor del perímetro

exterior de la extensión del flujo y/o por la presencia de áridos gruesos acumulados,

sobre todo en el centro del material asentado. La medida fundamental en este ensayo

es el diámetro final de extensión (Df), conjuntamente se mide el tiempo que tarda el

material en alcanzar un diámetro igual a 500 mm (T50) y el tiempo final de extensión de

flujo (Tf), momento en el que la muestra deja de moverse. El valor de Df puede

relacionarse con el esfuerzo umbral de corte de hormigones y morteros. La viscosidad

plástica y la cohesión del material se estima a partir de T50 y Tf, a mayor tiempo mayor

viscosidad plástica de la mezcla y por lo tanto mayor cohesión de la misma. Mediante

este ensayo es posible determinar de forma cualitativa el comportamiento reológico de

una mezcla, siendo necesario en primer lugar, realizar un estudio reológico empleando

42 Estado del Arte


un reómetro, así los parámetros reológicos a una edad determinada, para luego poder

relacionar los resultados obtenidos con el ensayo de extensión de flujo.

2.8.2. Factores Influyen en la Reología

La reología de los materiales cementantes se ve afectada por cada uno de los

materiales o elementos que lo forman y por las condiciones en las que se fabrica el

material, ya sea pasta, mortero u hormigón. Los principales factores que afectan a la

reología de los materiales cementantes son:

• Relación a/c

• Finura del cemento

• Composición del cemento

• Aditivos

• Árido

La relación a/c es el principal factor que afecta al comportamiento reológico de

los materiales cementantes en estado freso, además como se ha comentado en

apartados anteriores, afecta a la porosidad y la resistencia mecánica del material. El

aumento de la relación a/c produce una reducción de la viscosidad plástica y el esfuerzo

de cizalla de forma exponencial, dando lugar a un aumento en la trabajabilidad del

material debido a la existencia de un exceso del agua necesaria para producir la

hidratación de las partículas de cemento. El aumento de trabajabilidad y por tanto el

aumento de la relación a/c presenta un límite a partir del cual se produce la segregación

de los distintos componentes que forman los hormigones y morteros. Por el contrario,

la disminución de la relación a/c produce un aumento en el valor del esfuerzo de cizalla

máximo en materiales cementantes, debido al aumento de volumen de sólidos

disminuyendo la distancia media entre partículas y por tanto aumentando la fuerza

existente entre partículas (Figura 2.29) (29).

Figura 2.29. Variación esfuerzo umbral de corte y viscosidad plástica con la relación a/c (variación (29))

Capítulo 2 43


La finura del cemento (Tabla 2.10) es otros de los factores que afectan a la

reología de los materiales cementantes ya que condiciona la cantidad de agua necesaria

para obtener la fluidez deseada. Además, es necesario tener en cuenta que las partículas

de cemento fino se hidratan más rápidamente que las partículas más gruesas. La finura

del cemento Portland viene determinada por su superficie específica, medida en cm2/g.

En el caso del cemento Portland no es posible separar sus partículas mediante mallas o

tamices por lo que es necesario emplear otro tipo de métodos como el de permeabilidad

de aire de Blaine, mediante el cual se obtiene la superficie específica al hacer pasar una

cantidad determinada de aire por una muestra preparada. El aumento de la finura del

cemento aumenta de forma exponencial tanto el esfuerzo umbral de cizalla como la

viscosidad plástica del mortero y hormigón (Figura 2.30), siendo constante la

dosificación empleada. En la Ec. 2.18 y la Ec.2.19 se observa como la superficie específica

(Sv) es función de ambos parámetros reológicos, siendo las constantes k1 y k2

dependientes de la relación a/c empleada en la dosificación (29).

'+ = ,- ∙ �.�,/� 12. 2.18

4 = ,� ∙ �.�,�5 12. 2.19

Tabla 2.10. Valores superficie específica Blaine distintos tipos cementos fabricante Cimens Molins (Cataluña).

Tipo Cemento Superficie específica

Blaine (m2/kg)

CEM I 52,5 R – SUPER DRAGON 460

CEM II/B-L 32,5 N - DRAGÓN 460

CEM II/A-L 42,5 R - DRAGÓN AL 390

Figura 2.30. Influencia superficie especifica Blaine en la resistencia al flujo (29).

La composición del cemento también afecta al comportamiento reológico del

material resultante, ya sea pasta, mortero u hormigón, siendo el contenido de C3A el

44 Estado del Arte


componente del cemento que más afecta a este comportamiento. La relación entre la

composición de cemento y los parámetros reológicos, se debe a la elevada reactividad

que presenta el aluminato tricálcico o C3A, siendo su hidratación muy rápida, como se

ha comentado en apartados anteriores. Además, esta fase tiene mayor afinidad por los

aditivos plastificantes y superplastificantes que el resto de fases presentes en la

composición del cemento. Desde el punto de vista reológico el aumento del contenido

de C3A produce un aumento en el esfuerzo umbral de corte y en la viscosidad plástica,

debido a su rápida reacción y consumo del agua y los aditivos plastificantes y

superplastificantes presentes en la dosificación, dando lugar a la rápida formación de

etringita, con su consiguiente aumento de ambos parámetros reológicos. La relación

existente entre el contenido de C3A y el aumento de los parámetros reológicos es lineal.

La disminución del contenido de C3A produce una disminución en el esfuerzo umbral de

corte y la viscosidad plástica, lo que se traduce en una mejor trabajabilidad y mejor

consistencia, por el contrario, la resistencia a compresión a cortas edades (1-3 días) se

ven afectadas. Por último, el efecto de la composición del cemento o el contenido de

C3A sobre el comportamiento reológico es menor que la finura o superficie específica de

Blaine.

Los aditivos plastificantes y superplastificantes son muy empleados en las

dosificaciones de pastas, morteros y hormigones, influyendo de manera significativa en

el comportamiento reológico de estos materiales (Figura 2.31). La adición de aditivos

plastificantes y superplastificantes producen una disminución de ambos parámetros

reológicos, tanto del esfuerzo umbral de corte como de la viscosidad plástica,

produciéndose una mayor disminución en el primer parámetro reológico. La

incorporación de aditivos plastificantes o superplastificantes no modifica el modelo

reológico al que se ajustan las pastas, morteros u hormigones donde se emplean, siendo

el modelo que los caracteriza el de Bingham. El efecto sobre los parámetros reológicos

depende de la dosificación empleada, siendo dependiente del tipo de cemento

empleado, árido empleado, etc.

Figura 2.31. Efecto porcentaje aditivo superplastificante en los parámetros reológicos.

Capítulo 2 45


El tipo de árido empleado en la dosificación es el último de los factores que va a

ser tratado y que afectan al comportamiento reológico de pastas, morteros y

hormigones. La influencia del árido en el comportamiento reológico del material

fabricado puede analizarse teniendo en cuenta las diferentes características del árido

empleado, en total tres. La primera de ella es la relación árido/cemento. Para una misma

relación a/c el aumento de la cantidad de cemento, manteniendo constante la cantidad

de árido empleado, produce un aumento de la trabajabilidad y una disminución de los

parámetros reológicos ya que aumenta la cantidad de pasta presente para cubrir los

áridos y llenar los espacios existentes entre las partículas de árido. El aumento de la

cantidad de cemento y por lo tanto de la reducción de la relación árido/cemento, tiene

un mayor efecto en la viscosidad plástica, mientras que el esfuerzo umbral de corte no

se ve apenas afectado (29).

La segunda característica del árido que afecta al comportamiento reológico de

pastas, morteros u hormigones es la forma, naturaleza y textura de los áridos

empleados. Los parámetros reológicos, esfuerzo umbral de corte y viscosidad plástica

se ven aumentados al producirse una desviación de la forma de los áridos, siendo la

forma esférica la referencia. Al producirse esta desviación y aumentar la angularidad de

los áridos se genera un aumento en ambos parámetros reológicos, siendo la viscosidad

plástica el parámetro que mayor aumento sufre. Como se ha indicado anteriormente la

concentración de árido también afecta a ambos parámetros reológicos (Figura 2.32)

(29).

Figura 2.32. Efecto de la cantidad y forma de las partículas de árido en los parámetros reológicos.

La naturaleza del árido también afecta al comportamiento reológico, siendo en

este caso mejores los áridos reciclados que los áridos naturales al disminuir ambos

parámetros reológicos debido a la mayor relación cemento-agua de los materiales

fabricados con áridos reciclados. Desde el punto de vista del comportamiento mecánico,

el empleo de áridos reciclados hace disminuir la resistencia mecánica de las mezclas

fabricadas. Por último, es importante conocer la distribución granulométrica y el tamaño

46 Estado del Arte


de partícula, ya que afecta al comportamiento reológico y la trabajabilidad de los

materiales fabricados. Además, la granulometría afecta a la densidad de

empaquetamiento y al contenido de vacíos. Una distribución granulométrica variada

disminuye la viscosidad plástica debido a que las partículas finas llenan los espacios que

dejan las partículas grandes, dando lugar a un mayor grado de empaquetamiento. La

escasez o exceso de alguna de las fracciones granulométricas generar una disminución

en la trabajabilidad, siendo la demanda de agua más elevada en el caso de la fracción

fina del árido, generando una disminución en la trabajabilidad de la mezcla y su

consiguiente efecto en el comportamiento reológico. Los áridos con menor tamaño de

partícula presentan mayores valores de esfuerzo umbral de corte ya que al disminuir el

tamaño de partícula se aumenta el área superficial de las partículas de árido, generando

el aumento de las fracciones entre partículas ya que requiere mayor cantidad de

cemento para recubrir las partículas (29). La Tabla 2.11 muestra un resumen de la

influencia de los distintos factores en el comportamiento reológico de materiales

cementantes.

Tabla 2.11. Factores que influyen al comportamiento reológico de materiales cementantes (29).

Factor Acción Esfuerzo de

Corte Viscosidad

Relación a/c Aumentar contenido

agua Disminuye Disminuye

Finura del cemento Aumento finura Aumenta Aumenta

C3A del cemento Aumento C3A Aumenta Aumenta

Aditivo

superplastificante - Disminuye Disminuye

Relación árido/c Aumento contenido

cemento Disminuye Disminuye

Forma árido Más angulares Aumenta Aumenta

Textura árido Más rugosas Aumenta Aumenta

Granulometría árido Variada Disminuye Disminuye

Tamaño árido Más finos Aumenta Aumenta

Capítulo 3 47


CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA

3.1. INTRODUCCIÓN

El principal objetivo del presente capítulo se centra en exponer la campaña

experimental llevada a cabo para cumplir con los objetivos indicados en el capítulo 1

En primer lugar, se realiza un análisis del sistema de proyección a pequeña escala

existente en el LATEM, para posteriormente identificar los puntos de mejora que son

necesarios implementar. Una vez identificados se expone la implementación de las

mejoras que se han realizado en el sistema de proyección a pequeña escala para

optimizar y mejorar el control durante el proceso de proyección de mortero.

Una vez definidas las mejoras implementadas se expone la campaña

experimental llevada a cabo para caracterizar el mortero proyectado empleando

distintos tipos y porcentajes de aditivo acelerante del fraguado. Además, se especifica

cada uno de los ensayos llevados a cabo para la caracterización del material.

3.2. SISTEMA DE PROYECCIÓN A PEQUEÑA ESCALA

El sistema de proyección a pequeña escala o escala de laboratorio existente en

el LATEM de la Universitat Politècnica de Catalunya está formado por cinco elementos

claramente diferenciados, cada uno de ellos con una función específica. Este sistema de

proyección ha sido el sistema empleado en diversas campañas experimentales e

investigaciones previas hasta la realización de las modificaciones indicadas en la

presente tesis.

El montaje del sistema de proyección existente viene indicado en la Figura 3.1,

indicando cada uno de los elementos del equipo de proyección, los cuales serán

detallados a continuación de forma individual. Además de los elementos mostrados en

la Figura 3.1 se emplea un caudalímetro.

48 Metodología


Figura 3.1. Montaje sistema de proyección (31).

• Bomba Aditivo Acelerante del Fraguado: se corresponde con una bomba de

diafragma o membrana tipo P.025 del fabricante Wilden (Figura 3.2). La presión

máxima de trabajo es de 8,6 bar, el tamaño máximo de partícula admisible es 4 mm

y el caudal máximo es 18,1 l/min. La bomba es accionada mediante aire

comprimido. El aire comprimido mueve las dos membranas existentes en la zona

central de la bomba, provocando un aumento de la presión en el interior de las

cámaras, variando el volumen en cada una de ellas y produciendo el empuje del

líquido de su interior. La alimentación de aditivo acelerante del fraguado se realiza

por la parte inferior de la bomba, la salida de aditivo acelerante del fraguado se

produce por la parte superior (Figura 3.3).

Figura 3.2. Bomba aditivo acelerante del fraguado Wilden P.025 (a). Funcionamiento bomba de diafragma o membrana (b).

Capítulo 3 49


Figura 3.3. Detalle montaje bomba aditivo acelerante del fraguado.

• Caudalímetro: el caudalímetro empleado es el modelo FPD3002 del fabricante

Omega (Figura 3.4), correspondiente a un caudalímetro de desplazamiento positivo.

Los caudalímetros de desplazamiento positivo miden el volumen de fluido que pasa

a través de ellos mediante componentes rotativos encapsulados en su interior

(Figura 3.4), donde la velocidad de rotación es directamente proporcional a la tasa

de flujo o caudal, ya que el caudal de fluido es el causante de la rotación. Las

principales ventajas de este tipo de equipos son su alto nivel de precisión, capacidad

de soportar una gran variedad de viscosidades de fluido, capacidad de trabajar

hasta 1 bar de presión y su bajo mantenimiento. El principal inconveniente de este

tipo de equipos es su limitación con fluidos que tengan partículas grandes en

suspensión. El montaje del caudalímetro se detalla en la Figura 3.5, la alimentación

de aditivo acelerante de fraguado se realiza por la parte derecha mientras que la

salida se realiza por la parte izquierda, además se incorporó un baipás para poder

continuar con el proceso de proyección si se producía un atasco. Por último, se

incorporaron llaves de cierre tanto a la entrada como a la salida de aditivo, así como

en el baipás.

Figura 3.4.Caudalímetro Omega FPD3002 (a). Funcionamiento caudalímetro (b).

50 Metodología


Figura 3.5. Detalle montaje caudalímetro.

• Bomba de Mortero: la bomba empleada es el modelo UP Pictor (Figura 3.6)

fabricada por la empresa MAI International y distribuida en España por la empresa

UBIP (útiles para el bombeo y proyectado). La bomba dispone de una tolva para

realizar la alimentación de material en la parte superior, el material es transportado

mediante gravedad hasta la parte inferior donde se encuentra el tornillo sin fin

rodeado de una camisa estanca. El tornillo sin fin impulsa el material hasta la

manguera de transporte. La bomba tiene un motor de 1,5 kW alimentado a 230 V

con una distancia de bombeo de 30 m y con caudal regulable, es una bomba diseña

para bombear morteros y otro tipo de mezclas.

Figura 3.6. Bomba de mortero UP Pictor (a). Compresor modelo B2800B/30 (b).

• Boquilla de Proyección: la boquilla o lanza de proyección empleada es el modelo

DECO del fabricante MAI y distribuida por el proveedor UBIP (Figura 3.7). La boquilla

posee tres entradas y una salida, la entrada de mortero se realiza por la zona central

de la boquilla, fluyendo de forma individual, el aire comprimido proveniente del

Capítulo 3 51


compresor entra por la entrada situada en la parte superior mientras que el aditivo

acelerante del fraguado entra por la parte inferior, tanto aire como aditivo se

mezclan en la parte central de la boquilla antes de llegar a la punta, donde se

mezclan los tres componentes (aire, mortero y aditivo).

Figura 3.7. Boquilla de proyección (31) (a). Detalle montaje punta boquilla (b).

La boquilla está formada por cinco partes claramente diferenciadas que son

ensamblada, obteniendo el conjunto indicado en la Figura 3.7. Las partes 1, 2 y 3

son ensambladas entre sí a través de la rosca existente en la parte 3, entre la parte

2 y 3 se coloca un hilo de teflón sellador para asegurar que no existe ningún tipo de

fuga.

• Compresor: el compresor empleado es un compresor de pistón del fabricante

NUAIR, distribuido por la empresa UBIP (Figura 3.6). El compresor empleado es el

modelo B2800B/30 con una potencia de 2,2 kW, una capacidad de la caldera de 30

l y una capacidad de aire aspirado de 330 l/min. La presión máxima de trabajo es de

10 bar, alimentado a 230 V.

• Manguera Transporte de Mortero: se corresponde con una manguera de longitud

igual a 4m con un diámetro exterior de 40 mm y un diámetro interior de 20 mm

(Figura 3.8), diámetro suficiente para facilitar el paso de mortero sin ningún

problema.

Figura 3.8. Manguera transporte de mortero.

52 Metodología


3.3. IMPLEMENTACIÓN DE MEJORAS SISTEMA DE PROYECCIÓN

La implementación de mejoras en el sistema de proyección a pequeña escala se

ha centrado en la modificación de los componentes o elementos que presentan un peor

comportamiento y por lo tanto dificultan el proceso de proyección. Los elementos que

se han modificado han sido la bomba de aditivo y el caudalímetro, consiguiendo que el

proceso de proyección se facilite y agilice, se tenga un mayor control sobre el porcentaje

de aditivo empleado en la dosificación y por último que sea posible realizar la proyección

de mortero con aditivos acelerantes del fraguado que sean suspensiones.

Anteriormente la proyección con suspensiones era prácticamente imposible debido al

mecanismo de funcionamiento de la bomba de aditivo y del caudalímetro, pudiéndose

proyectar únicamente disoluciones. Con las mejoras implementadas es posible

proyectar ambos tipos de aditivos acelerantes del fraguado.

3.3.1. Bomba de Aditivo

La modificación más importante que se ha realizado sobre el sistema de

proyección a pequeña escala existente en el LATEM, y descrito en el apartado anterior,

ha sido la sustitución de la bomba de aditivo existente. La bomba de aditivo P.025 realiza

el bombeo del líquido a través del movimiento lateral de una membrana de forma

alterna, trabajando a pulsos y provocando que el caudal de aditivo acelerante del

fraguado no sea constante. Debido a la variación de caudal en el bombeo de aditivo

acelerante del fraguado se produce una falta de aditivo en la boquilla de proyección que

genera una diferencia de concentración de aditivo acelerante del fraguado en el mortero

proyectado, dando lugar a una mayor variación de las propiedades del material

resultante. Además, esta bomba no permite el bombeo de aditivos acelerantes del

fraguado en suspensión, siendo necesario caracterizar este tipo de aditivos acelerantes

del fraguado ya que se están desarrollando comercialmente.

La nueva bomba de aditivo implementada es el modelo NEMO NM008BY03S12B

del fabricante y distribuidor Netzsch. La bomba está diseñada para realizar un bombeo

continuo y sin pulsos, siendo una bomba idónea para trabajar con diversos fluidos o con

aquellos con los que su dosificación debe ser muy precisa, como es el caso de los aditivos

acelerantes del fraguado. Además, permite el bombeo de líquidos con y sin sólidos en

suspensión, en el caso de existir sólidos en suspensión permite trabajar con un tamaño

máximo de partícula de 150 mm, por lo que es ideal para el bombeo de aditivos

acelerantes del fraguado en suspensión. Además, es posible bombear líquidos con

propiedades tixotrópicas y con un pH entre 0-14. La bomba está montada sobre una

bancada que a su vez se ha instalado sobre un soporte de madera móvil para poder

desplazar la bomba a cualquier ubicación dentro del laboratorio. El conjunto de la

bomba consta de cuatro partes claramente diferenciadas:

Capítulo 3 53


• Ventilación forzada: sistema de ventilación instalado en la parte posterior de la

bomba que evita el posible sobrecalentamiento que pueda sufrir la bomba durante

su uso. El sistema de ventilación es conectado a la red eléctrica de forma

independiente a través de DC 220 V. Además, la bomba posee su propio sistema de

protección para evitar sobrecalentamientos durante su utilización, accionándose al

alcanzar 155oC.

• Motorreductor: el motorreductor implementado es el modelo SK01-71L/4 del

fabricante Nord, este elemento permite a la bomba trabajar a distintas velocidades.

Mediante la variación de la velocidad de giro del rotor se consigue variar el caudal

de bombeo a la salida de la bomba, pudiendo trabajar con distintos porcentajes de

aditivo acelerante del fraguado. El motorreductor implementado tiene una

potencia de 0,37 kW. La velocidad de giro de la bomba, y por lo tanto como actúa

el motorreductor, se ajusta mediante un variador de frecuencia.

• Variador de frecuencia: el variador de frecuencia implementado es el modelo SK

500E del fabricante Nord (Figura 3.9). Permite variar la frecuencia de giro del motor

regulando la frecuencia de entrada de voltaje entre 0-50 Hz, con una resolución de

0,1 Hz. Como se ha indicado antes, de esta manera es posible regular la velocidad

de giro de la bomba y por lo tanto el caudal de bombeo. El variador de frecuencia

se ha instalado en el mismo soporte que el resto de elementos, de esta manera su

manipulación se facilita durante el proceso de proyección.

Figura 3.9. Variador de frecuencia SK 500E.

• Bomba: la bomba viene instalada sobre una bancada metálica junto al

motorreductor y al sistema de ventilación forzada. La bomba presenta una elevada

capacidad de succión y presión sin válvulas, siendo el caudal proporcional con la

velocidad de giro, además presenta una alta precisión en la dosificación para

cualquier velocidad de giro (Figura 3.10). El líquido bombeado se introduce por la

parte superior de la bomba avanzando por succión hasta el rotor, la salida de líquido

se produce en el extremo derecho según la Figura 3.10. La principal ventaja que

54 Metodología


presenta esta bomba, y que se ha comentado previamente, es su capacidad de

bombear de forma continua sin pulsos y su capacidad de bombear tanto

disoluciones como suspensiones, solucionando por tanto el problema existente con

la bomba de aditivo empleada anteriormente (Figura 3.2). El rotor (Figura 3.11),

parte giratoria que impulsa el líquido, está fabricado en acero con los siguientes

elementos aleantes y porcentajes en su composición CrNiMo17-12-2, se

corresponde con acero inoxidable, pudiendo de esta manera trabajar con líquidos

corrosivos, como los acelerantes del fraguado ricos en álcalis. El rotor se encuentra

en el interior del estator, fabricado en un material polimérico patentado por la

compañía Netzsch llamado NEOPLAST S91, correspondiente a un fluoroelastómero

denominado FKM o FPM en función de la norma, en el primer caso acorde a la

norma ASTM D1418 y en el segundo caso a la norma ISO/DIN 1629. Presenta una

excelente resistencia a ácidos y a álcalis evitando así su degradación, una

temperatura de operación entre -5oC y 160oC y una elevada resistencia al

envejecimiento. Lo único que es necesario tener en cuenta es que la bomba no debe

trabajar en vacío ya que la fricción directa entre rotor y estator puede provocar

deformaciones irreversibles en el estator y por lo tanto afectar a su estanqueidad,

capacidad de succión y funcionamiento.

Figura 3.10. Bomba NEMO NM008BY03S12B.

Figura 3.11. Detalle rotor y estator bomba NEMO NM008BY03S12B.

El caudal de trabajo de la bomba va desde los pocos ml/h hasta los 400 m3/h con

una presión desde los 4 bar hasta los 24 bar, siempre trabajando con un caudal

constante y una relación proporcional entre velocidad y caudal (Figura 3.12).

Capítulo 3 55


Figura 3.12. Relación caudal-velocidad de giro bomba NEMO NM008BY03S12B.

3.3.2. Caudalímetro

El caudalímetro ha sido el segundo elemento que se ha modificado en el sistema

de proyección a pequeña escala. La modificación se ha realizado debido a que el

caudalímetro empleado hasta el momento, modelo FPD3002 de desplazamiento

positivo mediante componentes mecánicos, no media el caudal de aditivo acelerante

del fraguado correctamente, dejando de funcionar en algunas ocasiones durante el

proceso de proyección, dificultando el proceso de proyección y el control sobre la

cantidad de aditivo acelerante del fraguado empleada durante el proceso. El

caudalímetro implementado es el modelo Promag H300 del fabricante Endress+Hauser

(Figura 3.13), concretamente el modelo seleccionado es el modelo Promag H 300,

5H3B02, DN02 1/12. El caudalímetro seleccionado es un caudalímetro electromagnético

que basa su funcionamiento en la ley de Faraday que establece que el voltaje inducido

en cualquier conductor mientras se mueve en ángulos rectos a través de un campo

electromagnético es proporcional a la velocidad de ese conductor. Mediante este

funcionamiento es posible determinar el caudal volumétrico de líquido que pasa a través

del caudalímetro y que por tanto es bombeado por la bomba de aditivo descrita

anteriormente, siendo posible ajustar la velocidad de giro del rotor de la bomba de

aditivo para asegurar que el caudal es el necesario para la dosificación estudiada. El

caudalímetro ha sido configurado para medir el caudal volumétrico en ml/s, además es

posible determinar el caudal másico, siendo necesario especificar la densidad del líquido

empleado en el caudalímetro de forma manual. Conjuntamente ha sido instalado un

manómetro de diámetro 100 mm fabricado en acero inoxidable y con una escala de 0-

24 bar. Mediante el manómetro es posible controlar la presión del sistema bomba de

aditivo-caudalímetro, pudiendo de esta manera conocer si existe algún problema a lo

largo del sistema y de las mangueras que lo forman. La presión estándar de trabajo una

vez que la bomba de aditivo-caudalímetro y bomba de mortero son conectadas a la

56 Metodología


boquilla de proyección es de entre 0 bar a 1,2 bar, en el caso de que la presión suba por

encima del valor máximo es debido a la existencia de algún tipo de atasco o problema

en el sistema de bombeo de aditivo acelerante del fraguado o en la salida de la boquilla

de proyección. El montaje final en la bancada de madera fabricada es el mostrado en la

Figura 3.14.

Figura 3.13. Caudalímetro Promag H 300, 5H3B02, DN02 1/12.

Figura 3.14. Montaje final sistema bomba aditivo-caudalímetro.

3.3.3. Verificación Sistema Implementado

La verificación del correcto funcionamiento del sistema de bombeo y medición

de caudal es esencial para asegurar el correcto funcionamiento del sistema

implementado. La verificación se ha basado en la realización de un ensayo de bombeo

y medición de caudal volumétrico durante diferentes periodos de tiempo, siendo estos

de 30 s y 60 s. El líquido empleado para realizar el bombeo ha sido agua, realizando el

bombeo durante el tiempo especificado y su posterior pesaje se ha verificado que el

caudal bombeado y medido es correcto al coincidir con el peso de agua medido

mediante una balanza con precisión 0,1 g. Además, se ha realizado la misma verificación

con uno de los aditivos acelerantes del fraguado para asegurar que la densidad y

Capítulo 3 57


viscosidad no afectan a la capacidad de bombeo ni al caudal volumétrico medido por el

caudalímetro.

3.4. CAMPAÑA EXPERIMENTAL

La campaña experimental se ha desarrollado en el LATEM a lo largo del año 2018-

2019. En primer lugar, se ha realizado la modificación y montaje del sistema de

proyección, indicado en apartados anteriores. Una vez modificado el sistema de

proyección y verificado su correcto funcionamiento se han realizado todas las acciones

necesarias para poder realizar la proyección de mortero y la caracterización del material

proyectado, caracterizando así el aditivo acelerante del fraguado utilizado en cada

dosificación.

En los siguientes apartados va a describirse la planificación de la campaña

experimental llevada a cabo, así como cada de una de las acciones necesarias llevadas a

cabo antes de comenzar con las proyecciones de mortero. La realización de

proyecciones de mortero es un proceso complejo, por lo que durante el desarrollo de la

presente campaña experimental han colaborado tanto técnicos del LATEM como

estudiantes y personal de la UPC.

3.4.1. Definición Campaña Experimental

La campaña experimental llevada a cabo ha sido planificada previamente, tanto

a nivel de planificación de ejecución de cada una de las proyecciones como a nivel de los

ensayos de caracterización que se van a llevar a cabo. Las proyecciones planificadas han

sido cinco en total, caracterizando dos aditivos acelerantes del fraguado libres de álcalis

(AKF-1; AKF-2) en dos porcentajes spc (5%; 7%) y un aditivo rico en alcalis (AR-1) en un

único porcentaje spc (3%) (Tabla 3.1).

Tabla 3.1. Número, aditivo y concentración en cada una de las proyecciones.

Proyección Aditivo Concentración (% spc)

1 AKF-1 5

2 AKF-1 7

3 AKF-1 5

4 AKF-1 7

5 AR-1 3

Las proyecciones han sido planificadas para ejecutarse en un total de tres

semanas, realizando dos proyecciones por semana salvo la tercera semana que se ha

planificado una única proyección. En la Tabla 3.2se indica la planificación para cada una

de las proyecciones, así como la fecha de ejecución real.

58 Metodología


Tabla 3.2. Planificación y ejecución proyecciones.

Proyección Aditivo Concentración (%

spc)

Nomenclatura Planificación

Fecha

Ejecución

1 AKF-1 5 CEMI_AKF-1_5 Semana 1 19/03/19




5 AR-1 3 CEMI_AR-1_3 Semana 3 04/04/19

La única proyección que ha sufrido modificación ha sido la proyección número 4,

la cual ha sido movida de la semana 2 a la semana 3, debido a que fue la primera vez

que se proyectaba con un aditivo en suspensión, dando lugar a la generación de varios

atascos en los filtros instalados en las mangueras de transporte de aditivo. Dichos filtros

se habían instalado en campañas experimentales previas para evitar la entrada de

elementos contaminantes o partículas de gran tamaño en la boquilla de proyección.

Una vez definida la planificación de las cinco proyecciones a llevar a cabo, se ha

realizado la planificación de los ensayos de caracterización necesarios. Los ensayos de

caracterización, la norma que se sigue para su ejecución y la edad de ensayo vienen

indicados en la Tabla 3.3. En el siguiente apartado se define de forma específica, en el

caso que sea necesario, la frecuencia de ejecución de cada uno de los ensayos.

Tabla 3.3. Planificación ensayos caracterización.

Ensayo Norma Edad Ensayo

Resistencia a la penetración ASTM C 403 - 08 0 – 6 horas

Resistencia a la compresión indirecta ASTM C 803 - 17 4, 6, 8, 10, 12, 24 y 48 horas

Resistencia a compresión UNE-EN 12390-3 1, 2, 7, 28 días

Velocidad de pulso ultrasónico UNE-EN 12504-4 1, 2, 7, 28 días

Absorción/Porosidad/Densidad UNE 83980 1, 2, 7, 28 días

Evolución temperatura - 0 – 48 horas

Calorimetría - 0 – 48 horas

Resistencia a la penetración ASTM C 403 - 08 0 – 6 horas

La última planificación que se ha realizado es la estimación del mortero

proyectado necesario para poder realizar la caracterización del material y por tanto del

aditivo acelerante del fraguado empleado. La proyección de mortero se realiza sobre

unos moldes llamados artesas. En la presente campaña experimental se han empleado

Capítulo 3 59


dos tipos de artesas, por un lado, artesas metálicas para realizar la extracción de testigos

y la ejecución de los ensayos de resistencia a compresión, velocidad de pulso ultrasónico

y absorción/porosidad/densidad. Por otro lado, artesas de madera para realizar el

ensayo de resistencia a la penetración y el ensayo de resistencia a la compresión

indirecta. Ambos tipos de artesas vienen definidas en el siguiente apartado (Figura 3.22,

Figura 3.23y Figura 3.24). El número de artesas metálicas proyectadas por dosificación

es de un total de tres, siendo el número de artesas de madera proyectadas por

dosificación de dos.

3.4.2. Dosificación Mortero Base

La dosificación del mortero base empleada ha sido basada en la utilizada en

campañas experimentales previas (Tabla 3.4). La dosificación empleada en la presente

campaña experimental (Tabla 3.5) presenta dos modificaciones. En primer lugar, la

reducción de la relación a/c a un valor de 0,42 y en segundo lugar la modificación del

tipo de árido empleado, pasando de un árido 0/1, tamaño de máximo de árido de 0,1

mm, a un árido 0/2 con un tamaño máximo de árido de 0,2 mm. En ambas dosificaciones

se tiene en cuenta que el 64% del superplastificante empleado es agua. La disminución

de la relación a/c se justifica debido a que en obra las relaciones a/c empleadas son bajas

para conseguir alcanzar la mayor resistencia mecánica y evitar la necesidad de aumentar

la cantidad de cemento, siendo necesario estudiar el comportamiento de este tipo de

dosificaciones y su interacción con los distintos aditivos acelerantes del fraguado.

Tabla 3.4. Dosificación base.

Componente Contenido (kg/55l)

Cemento 35,00

Agua 17,605

Arena 59,50

Superplastificante 0,350

Composición unitaria 1: 0,51: 1,7: 0,01

Tabla 3.5. Dosificación empleada en la campaña experimental.

Componente Contenido (kg/55l)

Cemento 35,00

Agua 14,35

Arena 59,50



60 Metodología


La reducción en la relación a/c se ha realizado únicamente modificando la

cantidad de agua en la dosificación, sin cambiar ninguna de las otras relaciones respecto

a la cantidad de cemento empleado. Esto quiere decir que la relación arena/cemento y

la relación superplastificante/cemento se ha mantenido sin ninguna modificación. Los

materiales empleados en la dosificación se describen a continuación. No obstante, se ha

realizado un estudio reológico para determinar su comportamiento.

• Cemento: el cemento empleado a lo largo de toda la campaña experimental es

cemento Portland (CEM I) del fabricante y distribuidor Cimens Molins.

Concretamente el cemento empleado es el CEM I SUPER-DRAGON, con una

categoría resistente muy alta, 52,5 R. Se caracteriza por tener una resistencia muy

alta, tanto inicial como final. Además, presenta un endurecimiento rápido. La

composición es de un 98 % de clinker y un 2 % de caliza, siendo su superficie

específica de Blaine de 4600 cm2/g, el tiempo inicial de fraguado igual a 110 min y

el tiempo final de fraguado igual a 170, teniendo en cuenta que estos valores se

corresponden en ausencia de aditivos acelerantes del fraguado.

• Agua: el agua empleada durante toda la campaña experimental es agua destilada

con una densidad de 998 g/cm3.

• Superplastificante: el superplastificante empleado es el producto Viscocrete 5970

del fabricante y distribuidor Sika. El producto empleado se corresponde con un

superplastificante de tercera generación para hormigones preparados cuyas

funciones principales son: actuar como aditivo superplastificante, retardador del

fraguado y reductor de agua. Este producto es empleado en aquellas aplicaciones

donde se requiere reducir la relación a/c sin pérdida de bombeabilidad, fluidez o

plasticidad. Además, proporciona un incremento en las resistencias iniciales y

finales, así como una elevada durabilidad e impermeabilidad.

• Árido: el árido empleado es un árido calizo proveniente del productor Sant Vicenç

dels Horts Àrids distribuido por Promsa. El árido tiene una categoría AF-0/2 con un

tamaño de árido máximo de 0,2 mm. Las características del árido según la norma

EN 12620: 2002+A1: 2008 Áridos para hormigón vienen especificadas en la Tabla

3.6.

Capítulo 3 61


Tabla 3.6. Características árido 0/2.

Granulometría 0/2 – Gf85

Contenido en finos f22

Equivalente de arena EA (10)>55

Descripción petrográfica Caliza

Contenido en cloruros 0,003%

Sulfatos solubles en ácido (%SO3) AS 0,2

Contenido total de azufre (%S) S1

Constituyentes que alteran el fraguado del cemento Cumple

Reactividad álcali-carbonato No reactivo

Densidad aparente de partículas y absorción de agua 2,75 mg/m3 - <5,00%

Resistencia a ciclos de hielo-deshielo MS18

Además de la información indicada anteriormente, el proveedor ha facilitado los

resultados del ensayo de granulometría, pudiendo determinar la curva

granulométrica correspondiente al árido empleado durante la campaña

experimental. La cantidad de árido total empleado a lo largo de toda la campaña

experimental es de 1000 kg, lo que equivale a big bag. La Tabla 3.7muestra el

porcentaje medio que pasa, teniendo en cuenta que el ensayo se ha realizado en

cinco muestras de acuerdo a la norma UNE-EN 933 (20). Conjuntamente se ha

determinado:

- Módulo granulométrico o módulo de finura (MG): indica el tamaño medio del

árido. Al aumentar el valor del módulo aumenta el tamaño medio de partícula, al

disminuir su valor disminuye el tamaño medio de partícula.

67 =%9:;. <=.- + %9:;. <=.� + ⋯ + %9:;. <=.*

100 12. 3.1

- Tamaño medio de partícula (MK):se corresponde con el tamaño del tamiz por el

que pasa el 50% del árido y retiene el 50% restante. El valor obteniendo se

corresponde con el tamaño medio de partícula, su determinación se realiza de

forma gráfica (Figura 3.16).

- Superficie específica (SE): la superficie específica de un sólido se corresponde con

la relación entre su superficie y su volumen o masa. Este parámetro permite tener

una medida del potencial de interacción del solido con su entorno, sabiendo que

cuanto mayor sea la superficie especifica mayor será la interacción con el medio, en

este caso con el resto de componentes que forman el mortero. La determinación

62 Metodología


de la SE se realiza asumiendo que los granos son esféricos, tal y como se ha

comprobado mediante el análisis del árido por microscopía óptica (Figura 3.15), y

teniendo en cuenta que la densidad real de la arena caliza es de 2,6-2,7 g/cm3,

tomando como valor 2,65 g/cm3 para la determinación de la SE según Ec. 3.2. donde

d es el tamaño medio de partícula.

�1 =? ∙ @

(? ∙ @)/(6 ∙ B)=

6

@ ∙ B=

2,264

@ 12. 3.2

Figura 3.15. Árido observado mediante microscopía óptica.

Tabla 3.7. Valores medios granulometría del árido 0/2.

Tamiz (mm) Base 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4

% Pasa - 17,6 20,0 27,0 42,0 69,0 97,0 100,0

% Retenido

Acumulado

100,0 82,4 80,0 73,0 58,0 31,0 3,0 0,0

%Retenido 17,6 2,4 7,0 15,0 27,0 28,0 3,0 0,0

MG 3,27

MK (mm) 0,650

SE (g/cm3) 34,83

Figura 3.16. Curva granulométrica árido 0/2.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Pas

a (%

)

Tamiz (mm)

Capítulo 3 63


Una vez conocidas todas las características del árido empleado es necesario conocer

la humedad del mismo ya que puede afectar en gran medida a la dosificación de

mortero y por tanto a su comportamiento tanto en estado fresco como en estado

endurecido (Figura 3.17). La determinación de la humedad del árido se ha realizado

secando el árido mediante la introducción de 500 g de árido en un microondas a

máxima potencia durante 3 min para posteriormente pesar de nuevo el árido hasta

que el peso se mantenga constante, siendo necesarios 5 ciclos para conseguir el

secado completo y obteniendo que la arena presenta una humedad del 0,36 %. El

valor obtenido de humedad es muy bajo por lo que no es necesario corregir la

dosificación.

Figura 3.17. Humedad del árido 0/2.

Una vez conocidas las propiedades y características de cada uno de los materiales

empleados en la dosificación es necesario establecer el proceso de fabricación o

mezclado. Partiendo del proceso establecido por el Dr. Renan Pícolo Salvador, la Tabla

3.8 muestra el proceso de mezclado empleado a lo largo de toda la campaña

experimental.

Tabla 3.8. Proceso de fabricación mortero base.

Etapa Proceso

1 El cemento y 95% del contenido de agua se mezclan durante 4 minutos.

2 Se para la amasadora para limpiar los residuos de las palas y de las paredes

del cubilote por 2 minutos.

3 Al superplastificante se le añade el agua restante. Se añade la disolución

obtenida de la mezcla y se pone la amasadora en marcha por 2 minutos.

4 Nuevamente se para la amasadora para la limpieza de las palas y paredes

del cubilote por 1 minutos.

5

En el caso de los morteros, la arena se añade lentamente con la amasadora

encendida, durante 4 minutos, con posterior etapa de limpieza de las palas

y paredes del cubilote por 2 minutos más.

6 El proceso de mezclado continua por 2 minutos más.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 3 6 9 12 15

Hu

med

ad (

%)

Tiempo Secado (min)

64 Metodología


3.4.3. Dosificación Aditivo Acelerante del Fraguado

La correcta dosificación del aditivo acelerante del fraguado es un parámetro muy

importante ya que asegura la correcta caracterización tanto del material proyectado

como del aditivo acelerante del fraguado. La dosificación de aditivo acelerante del

fraguado se realiza en porcentaje sobre el peso de cemento, los porcentajes empleados

en la presente campaña experimental vienen indicados en la Tabla 3.9.

Tabla 3.9. Porcentaje dosificación aditivo acelerante del fraguado.

Aditivo Concentración (% spc)

AKF-1 5

AKF-1 7

AKF-1 5

AKF-1 7

AR-1 3

El porcentaje de aditivo acelerante del fraguado se aplica sobre la cantidad de

cemento proyectado, una vez determinado el porcentaje y por tanto la masa de aditivo

acelerante del fraguado correspondiente, es necesario determinar el caudal de aditivo

correspondiente a la masa necesaria. En primer lugar, es necesario especificar las

características físicas y químicas de los aditivos y utilizados (Tabla 3.10)

Tabla 3.10. Características físicas y químicas aditivos acelerantes del fraguado.

Aditivo % Al2O3 % Na2O % Sulfato pH ρ (g/cm3)

AKF-1 13,5 <1 21,0 3,0 1,44

AKF-2 11,2 <1 27,6 2,6 1,47

AR-1 24,0 19,5 - >11,5 1,52

En la Tabla 3.10 se observa como el aditivo rico en álcalis presenta mayor

porcentaje de elementos alcalinos y un pH muy elevado, debido a esto es necesario

extremar las medidas de seguridad a la hora de manipular y proyectar este aditivo ya

que puede causar quemaduras graves en contacto con la piel o con mucosas. Además,

es necesario indicar que los aditivos AKF-1 y AR-1 son disoluciones, mientras que el AKF-

2 es una suspensión. El aditivo AR-1 se corresponde con una disolución acuosa de

Capítulo 3 65


aluminato sódico en un 43 % de concentración, siendo su coste muy bajo. El principal

inconveniente que presentan es la disminución de la resistencia a compresión a largo

plazo, siendo esta de un 75 % respecto a un testigo de referencia, además de su carácter

agresivo comentado anteriormente. El aditivo AKF-1 es un acelerante basado en

hidroxisulfatos de aluminio con una relación Al2O3/SO4 alta, teniendo una elevada

cantidad de hidroxisulfatos de aluminio en su composición. Es un aditivo en disolución

opalescente estabilizado mediante un ácido orgánico y/o inorgánico. Debido a los

estabilizantes este tipo de aditivos tienen un elevado coste. Suelen dar buen

comportamiento con cemento tipo I, sufriendo menos perdidas de poder acelerante a

bajas temperaturas y de resistencia a compresión a largo plazo, pudiendo incluso llegar

a aumentarlas. Por último, el aditivo AKF-2 es un acelerante basado en hidroxisulfatos

de aluminio con una relación Al2O3/SO4 baja, como se ha indicado este tipo de

acelerantes no es una disolución si no una suspensión, por lo que se adiciona un agente

reológico para evitar la decantación de la suspensión con el paso del tiempo, pudiendo

ser sepiolita o bentonita. Este aditivo tiene un coste más bajo respecto al AKF-1, debido

a la ausencia de estabilizantes orgánicos y/o inorgánicos, no obstante, es superior al del

AR-1. Presenta mejor comportamiento en cementos tipo II, no obstante, se comportan

bien en cementos tipo I. Como en el caso anterior sacrifican menos la resistencia a

compresión a largo plazo en comparación con el AR-1.

Una vez conocidas las propiedades físicas y químicas de los aditivos

caracterizados es necesario, como se ha comentado anteriormente, determinar el

caudal de aditivo que es necesario bombear mediante la bomba de aditivo para cada

una de las proyecciones. En primer lugar, es necesario determinar el caudal de mortero

que impulsa la bomba de mortero. Para ello se ha realizado la medida del peso de

mortero bombeado durante un periodo de tiempo en tres recipientes, obteniendo que

la densidad del mortero en fresco es de 2,15 g/cm3 de media y que el caudal medio de

bombeo de mortero es de 5,35 l/min, valor que se ha fijado en la configuración de la

bomba de mortero y que se ha mantenido constante a lo largo de la campaña

experimental. Teniendo en cuenta que en 55 l de mortero se tienen 35 kg de cemento,

en 5,35 l de mortero se tienen 3,41 kg de cemento. Una vez conocida la cantidad de

cemento bombeada es posible determinar la masa de cada uno de los aditivos

acelerantes del fraguado, su correspondiente caudal volumétrico expresado en ml/s y

por tanto relacionarlo con la velocidad de giro de la bomba de aditivo, el cual se modifica

a través del variador de frecuencia, siendo posible relacionar el caudal con la frecuencia

a la que tiene que trabajar la bomba de aditivo (Tabla 3.11).

66 Metodología


Tabla 3.11. Caudal aditivo acelerante del fraguado.

Aditivo Porcentaje spc Masa (g) Volumen (l) Caudal

(l/min)

Caudal

(ml/s)

Frecuencia

(Hz)

AKF-1 5 170,50 0,12 0,12 1,93 22,5

AKF-1 7 238,70 0,16 0,16 2,71 31,3

AKF-2 5 170,50 0,12 0,12 1,97 22,5

AKF-2 7 238,70 0,17 0,17 2,76 30,6

AR-1 3 102,3 0,07 0,07 1,12 12,8

Determinado el caudal de aditivo acelerante del fraguado, se realiza una prueba

de bombeo para comprobar que el caudal marcado por el caudalímetro es el caudal real

a la salida de la bomba. Como se ha indicado en el apartado anterior, es posible visualizar

en el caudalímetro el caudal másico en vez del caudal volumétrico, se ha descartado ya

que para ello es necesario introducir manualmente la densidad del líquido bombeado

en el caudalímetro. Una vez comprobado que tanto el caudal como la configuración de

la velocidad de bombeo es correcto, se procede a realizar las proyecciones planificadas

en la Tabla 3.2.

3.5. ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN

Los ensayos de caracterización de mortero proyectado realizados a lo largo de la

campaña experimental son clasificados en cuatro grandes grupos en función de la

propiedad del material caracterizada: comportamiento reológico, proceso de

hidratación, caracterización mecánica y caracterización física. Cada uno de los grupos se

corresponde con uno de los subapartados incluidos y desarrollados en el presente

apartado.

3.5.1. Caracterización Comportamiento Reológico

La caracterización del comportamiento reológico del mortero fabricado es

fundamental para conocer tanto la consistencia y trabajabilidad como el esfuerzo

umbral de corte y la viscosidad plástica del material. Además, es posible determinar

cómo evolucionan dichas propiedades y parámetros a lo largo del tiempo, siendo muy

importante en el caso del mortero u hormigón proyectado debido a la técnica de puesta

en servicio del material. Como se ha indicado anteriormente es importante conocer

tanto la capacidad de bombeo del material como su mezcla con los distintos aditivos

acelerantes del fraguado en la boquilla de proyección. La caracterización del mortero

fabricado se ha realizado mediante el ensayo flow table test o mesa de sacudidas y

mediante la utilización de un viscosímetro.

Capítulo 3 67


El ensayo flow table test o mesa de sacudidas se basa en la norma UNE-EN 12350-

5 mediante el cual es posible determinar la consistencia en estado fresco del material,

en el caso de la presente tesis, mortero. El ensayo se fundamenta en la medición del

escurrimiento o aumento de diámetro que sufre la base inferior de un tronco cono de

mortero de 5 cm de altura, 7 cm de diámetro en la parte superior y 10 cm de diámetro

en la parte inferior, apoyado sobre una mesa circular o soporte (Figura 3.18). El molde

tronco cónico es llenado en dos tandas, realizando el apisonado del material entre

tandas para asegurar el completo llenado del molde, previamente al llenado es

necesario humectar la superficie de apoyo. El diámetro se mide tras retirar el molde

tronco cónico y someter al material a 15 sacudidas mediante una caída libre de 13 cm

de altura, dejando un espacio de tiempo entre sacudidas de 4 s. Las 15 sacudidas son

idénticas ya que el equipo de ensayo o mesa de sacudidas es estándar. Una vez

realizadas las 15 sacudidas se mide el diámetro de la torta resultante. En el caso de la

presente tesis el ensayo se ha realizado cada 15 min hasta alcanzar los 90 min de ensayo,

la dosificación empleada se indica en la Tabla 3.12. El proceso de mezclado seguido para

la fabricación del material ensayado es equivalente a la descrita en el apartado anterior.

Tabla 3.12. Dosificación empleada ensayo consistencia.

Componente Contenido (g)

Cemento 6.500

Agua 3.850

Arena 1.578



La consistencia puede determinarse, como se ha comentado anteriormente,

mediante el diámetro de la torta medida al finalizar el ensayo. En la Tabla 3.13 se

relaciona el diámetro de torta con la consistencia del material en estado fresco.

Tabla 3.13. Consistencia ensayo mesa de sacudidas (32).

Consistencia Mesa de Sacudidas (cm)

Seca Menos de 14 cm

Plástica Entre 14 cm y 20 cm

Blanda Mayor de 20 cm

68 Metodología


Figura 3.18. Mesa de sacudidas.

Los parámetros reológicos del mortero fabricado se determinan empleando un

viscosímetro, concretamente se ha empleado el modelo BML Viscometer 3 del

fabricante ConTec correspondiente a un viscosñimetro de cilindro coaxial. Mediante

este equipo es posible determinar las propiedades reológicas, esfuerzo umbral de corte

y viscosidad plástica, en pastas, morteros y hormigones con un slump igual o superior a

80 mm. El equipo de medida consta de un cilindro externo de diámetro 145 mm que gira

a una velocidad angular variable y un cilindro interno de diámetro 100 mm que posee

de una serie de aletas que miden el momento torsor (N∙m). Además, en la parte inferior

existe una parte que se utiliza para minimizar el efecto de fondo donde el movimiento y

esfuerzo tangencial no es uniforme (Figura 3.19) (33) (34). El equipo proporciona como

resultados los valores del momento torsor frente a la velocidad de giro medidos a

velocidad crecientes. A partir de los resultados el equipo es capaz de calcular el esfuerzo

umbral de corte y la viscosidad plástica empleando el modelo de Bingham. Además, es

capaz de calcular otros parámetros, entre los que se encuentran el coeficiente de

segregación (Seg). El equipo realiza un séptimo punto a la misma velocidad que el

anterior para verificar si existe segregación en el material ensayado. En el caso de que

el punto se separe mucho del anterior punto tomado indica que existe segregación en

la mezcla ensayada. Por el contrario, si el séptimo punto se aproxima o se solapa con el

anterior, se determina que no existe segregación en la mezcla. Las dosificaciones

ensayadas son un total de tres, siendo la primera dosificación ensayada la dosificación

de partida para realizar la dosificación empleada en la presente tesis. Posteriormente se

ensaya una dosificación con una relación a/c intermedia entre la de partida y la deseada.

Finalmente se realiza el ensayo en la dosificación de interés, con una relación a/c igual

a 0,42. Todas las dosificaciones se indican en la Tabla 3.14, Tabla 3.15 y Tabla 3.16. El

ensayo se ha realizado a distintas edades desde su fabricación, siendo las edades de

ensayo 1, 10 y 30 min.

Capítulo 3 69


Figura 3.19. Viscosímetro el modelo BML Viscometer 3 (33).

Tabla 3.14. Dosificación 1 ensayo viscosímetro.

Componente Contenido (kg)

Cemento 5,500

Agua 2,805

Arena 9,35





Cemento 5,800

Agua 2,668

Arena 9,86





Cemento 5,800

Agua 2,436

Arena 9,86



70 Metodología


3.5.2. Caracterización Proceso de Hidratación

Los ensayos de caracterización del proceso de hidratación llevados a cabo en la

presente tesis son el ensayo de calorimetrías y el control de la evolución en la

temperatura de fraguado.

• Ensayo de Calorimetrías: mediante el ensayo de calorimetrías es posible entender

y estudiar las reacciones de hidratación que se producen en las primeras horas del

hormigón o mortero proyectado y que determinan el desarrollo de sus propiedades

mecánicas (35). Además, es posible optimizar el comportamiento de los diferentes

aditivos acelerantes del fraguado y su porcentaje spc analizando las curvas de flujo

de calor durante el proceso de hidratación, determinando en qué momento se

produce cada una de las etapas del proceso de hidratación descritas anteriormente

y como los aditivos acelerantes del fraguado afectan y/o modifican el proceso de

hidratación. El equipo empleado para la realización de los ensayos es el modelo “I-

Cal 4000 HPC Isothermal Calorimeter” de la compañía Calmetrix (Figura 3.20), con

cuatro canales para la realización de ensayos de forma simultánea, cada uno de los

canales posee una celda de referencia propia. Los ensayos de calorimetrías se han

realizado en condiciones isotérmicas, siendo la temperatura en el interior del

calorímetro constante durante toda la duración del ensayo (48h), la temperatura es

configurada con 48h de antelación a un valor de 20oC, asegurando de esta manera

que la temperatura interior en el calorímetro se mantiene constante. La realización

del ensayo en condiciones isotermas produce la máxima transferencia de calor,

determinando el flujo de calor liberado durante el proceso de hidratación del

cemento, siendo posible conocer la cinética de reacción de la dosificación analizada.

Figura 3.20. Calorímetro I-Cal 4000.

El mortero proyectado se analiza proyectando directamente el material sobre los

recipientes que facilita el fabricante Calmetrix para la realización de ensayos,

recipientes herméticos fabricados mediante material polimérico con una capacidad

de 125 ml. El mortero de referencia se vierte directamente sobre el mismo tipo de

recipiente, en el caso de las calorimetrías realizadas en pasta de cemento el proceso

de mezcla se realiza tal y como se indica en apartados anteriores. La adquisición de

Capítulo 3 71


datos del equipo se configura para tomar una medida cada 4 s las 2 primeras horas

y posteriormente cada 2 min hasta las 48 h de ensayo totales, Una vez finalizado el

ensayo se normalizan los resultados obtenidos para poder ser expresados en

función de los gramos de cemento presentes en la mezcla analizada.

• Evolución Temperatura de Fraguado: la evolución en la temperatura de fraguado

proporciona información sobre el proceso de hidratación del cemento Portland. Las

reacciones de hidratación son de carácter exotérmico, produciendo un aumento la

temperatura del material a edades tempranas (<24 h). Mediante la temperatura de

fraguado es posible determinar el momento en el que se producen las distintas

etapas del proceso de hidratación siendo las de mayor carácter exotérmico la etapa

I (preinducción) y la etapa II (aceleración), pudiendo evaluar cómo afecta el tipo y

porcentaje de aditivo acelerante del fraguado empleado durante el proceso de

proyección. La temperatura es medida a través de un data logger o temperature

recorder, en el caso de la presente tesis se ha empleado el equipo PCE-T 1200

(Figura 3.21) que dispone de 12 canales individuales de medición de temperatura,

con una frecuencia de adquisición de datos seleccionable entre 1 s y 3600 s (36). La

adquisición de datos se realiza a través de un termopar, sensor de temperatura que

suministra una señal de tensión eléctrica en función de la temperatura, no midiendo

directamente la temperatura sino la diferencia entre el extremo caliente el extremo

frío. El equipo funciona con seis tipos de termopares diferentes, siendo el termopar

empleado el de tipo K (Figura 3.21) que consiste en la combinación de materiales

NiCr-Ni o NiCr-NiAl con una resolución de 0,1oC para el rango de temperatura

empleado, siendo ideales este tipo de termopares para su empleo en atmosferas

oxidantes o de gas inerte hasta una temperatura máxima de utilización de 1200oC.

Figura 3.21. Equipo medición temperatura y termopar tipo K.

La medición de temperatura se ha realizado en artesas metálicas (Figura 3.22) con

geometría cuadrada y lados inclinados 135o, colocando dos termopares en cada una

de las artesas y en dos posiciones distintas para evaluar si existe diferencia en

función de la zona de medición en el material. Una vez colocados los termopares se

ha realizado la proyección de mortero, momento en el que comienza la adquisición

de datos.

72 Metodología


Figura 3.22. Geometría artesa metálica y colocación termopares.

3.5.3. Caracterización Mecánica

Los ensayos de caracterización mecánica se dividen en dos grupos, ensayos a

corto plazo y ensayos a largo plazo. Dentro de los ensayos a corto plazo se incluyen: el

ensayo de resistencia a la penetración y el ensayo de resistencia a compresión indirecta

o “pin penetration test”. Los ensayos a largo plazo realizados en la campaña

experimentan se corresponde con el ensayo de compresión, el ensayo para determinar

la velocidad de pulso ultrasónico y el ensayo de flexión. Todos los ensayos de

caracterización mecánica realizados son destructivos, exceptuando el ensayo para

determinar la velocidad de pulso ultrasónico que es un ensayo no destructivo o non

destructive test (NDT).

• Ensayo de Resistencia a la Penetración: ensayo basado en la norma ASTM

C403/C403M-08 (37) a través del cual es posible determinar el tiempo inicial y final

de fraguado a través de la resistencia a la penetración. Mediante este ensayo es

posible evaluar los efectos que tienen la relación a/c, el tipo de cemento o la

presencia de aditivos acelerantes del fraguado, pudiendo conocer cómo afectan al

tiempo inicial y final de fraguado en función del tipo y porcentaje de acelerante del

fraguado empleado. El ensayo se realiza sobre dos tipos de artesas sobre las que se

proyecta mortero previamente junto a un porcentaje definido de aditivo acelerante

del fraguado spc. La primera artesa presenta geometría rectangular, lados rectos y

una profundidad de 50 mm (Figura 3.23). La segunda, geometría rectangular, lados

laterales inclinados 135o y una profundidad de 50 mm (Figura 3.24).

Capítulo 3 73


Figura 3.23. Artesas rectangular lados rectos.

Figura 3.24. Artesa rectangular lados laterales inclinados 135o.

La resistencia a la penetración es medida a lo largo de un intervalo de tiempo

definido, en el caso la presente tesis es medida hasta que alcanza el valor de la

resistencia a la penetración correspondiente al final de fraguado con un valor igual

a 27,6 MPa. Las penetraciones se realizan mediante una serie de punzones o

puntas con un diámetro definido, empleando una prensa de 10 kN de carga máxima.

Las puntas empleadas se denominan como I, III y IV en función de su diámetro,

siendo respectivamente de 4,4 mm, 14,1 mm y 20,4 mm (Figura 3.25). El ensayo

comienza con la punta de 20,4 mm ya que tiene un área mayor obteniendo un valor

de resistencia a la penetración superior, pudiendo obtener valores por encima de

0,1 kN, límite inferior de detección de la prensa empleada. A medida que el material

adquiere resistencia es necesario cambiar la punta empleada, pasando a utilizar la

punta III y por último la punta I.

74 Metodología


Figura 3.25. Set up ensayo de resistencia a la penetración.

En el caso de la artesa rectangular con lados inclinados 135o, se divide en 6 sectores

(Figura 3 26), realizando una penetración en cada uno de ellos para cada una de las

edades de ensayo, pudiendo obtener de esta manera una media de la resistencia a

la penetración representativa del todo el conjunto del material. En el caso de la

artesa rectangular de lados rectos se divide en 4 sectores.

Figura 3 26. División en sectores artesa rectangular.

Una vez obtenida la resistencia a la penetración a las diferentes edades de ensayo

es posible graficar la resistencia a la penetración frente a la edad de ensayo,

obteniendo una curva que muestra el comportamiento del material a lo largo del

tiempo y por lo tanto como evoluciona su ganancia de resistencia, pudiendo

determinar el tiempo inicial y final de fraguado (Figura 3.27). Mediante este ensayo

es posible evaluar como los distintos tipos de aditivos acelerantes del fraguado y su

porcentaje spc afectan a la ganancia de resistencia a la penetración del material,

pudiendo realizar una comparativa entre los distintos aditivos acelerantes del

fraguado empleados. La edad de ensayo se indica en la Tabla 3.17

Capítulo 3 75


Figura 3.27. Gráfica resistencia a la penetración frente a edad de ensayo

Tabla 3.17. Edad de ensayo resistencia a la penetración.

Intervalo de Tiempo (min) Frecuencia (min)

0-15 5

15-90 15

90-fin de ensayo 30

• Ensayo resistencia a compresión indirecta: ensayo basado en la norma ASTM

C803/C803M-03 (38) mediante el cual es posible determinar la resistencia a la

penetración del hormigón o mortero endurecido a través de una punta de acero o

steel pin, pudiendo relacionar la resistencia a la penetración medida en el ensayo

con la resistencia a la compresión del hormigón o mortero ensayado (38). El ensayo

se realiza empleando la pistola Windsor (Figura 3.28) donde se coloca la punta de

acero para posteriormente tensar el muelle alojado en su interior. Una vez que el

muelle se ha comprimido al máximo la pistola es apoyada en la superficie de

mortero a ensayar, en este caso se ha empleado la cara moldeada de las artesas de

la Figura 3.23 y Figura 3.24. Accionando el gatillo se libera el muelle que a su vez

impulsa la punta de acero sobre la superficie de mortero con una energía

determinada y calibrada previamente sobre un material de referencia.

76 Metodología


Figura 3.28. Equipo ensayo resistencia a compresión indirecta.

Una vez que la punta ha impactado sobre la superficie de mortero (Figura 3.29), se

retira la pistola Windsor quedando la punta de acero alojada en el material. Para

determinar la resistencia a la compresión es necesario medir la profundidad de

penetración de la punta en el material, para ello en primer lugar se retira la punta

de acero, se limpia el interior de la cavidad para posteriormente medir la

profundidad de penetración empleando un micrómetro (Figura 3.28).

Figura 3.29. Superficie de mortero ensayada.

El ensayo comienza cuando el material ha adquirido suficiente resistencia para

alcanzar el límite inferior del equipo, en este caso se sitúa en un valor de

profundidad de penetración de 0,575 in medida a través del micrómetro, en el caso

de obtener un valor inferior es necesario esperar más tiempo para que el material

adquiera mayor resistencia. Las pistoleadas o ensayos se realizan a una distancia de

50 mm del borde exterior y una distancia entre cada uno de los ensayos de 50-150

mm. La frecuencia de ensayo seguida en la presente tesis se indica en la Tabla 3.18.

Una vez finalizado el ensayo es necesario relacionar la profundidad de penetración,

variable medida en el ensayo a través del micrómetro, con la resistencia a la

compresión del material, para ello se emplea una tabla proporcionada por el

fabricante que relaciona ambas variables, de esta manera se obtiene la resistencia

a compresión cúbica en MPa. La resistencia a compresión de interés es la resistencia

a compresión cilíndrica por lo que es necesario multiplicar el valor obtenido por un

factor de 0,8, obteniendo de esta manera la resistencia a compresión cilíndrica del

Capítulo 3 77


material a la edad de interés, pudiendo analizar cómo evoluciona en función del

tipo y porcentaje de aditivo acelerante del fraguado empleado. La Figura 3.30

muestra la gráfica que relaciona ambas variables, pudiendo dividir la recta en dos

tramos claramente diferenciados: por un lado cuando 0,575in<X<0,730in (Figura

3.31) y por otro lado cuando 0,735in≤X≤0,990in (Figura 3.32), empleando la

ecuación de la recta para cada uno de los tramos es posible obtener la resistencia a

compresión para cualquier valor de penetración entre el límite inferior (0,575 in) y

el límite superior (0,990 in).

Tabla 3.18. Edad de ensayo resistencia a compresión indirecta.

Intervalo de Tiempo (h) Frecuencia (min)

4-8 30

8-12 60

12-24 12h

24-48 24h

Figura 3.30. Relación entre resistencia a compresión y profundidad.

0

10

20

30

40

50

60

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Res

iste

nci

a C

om

pre

sió

n C

úb

ica

(MP

a)

Profundidad (in)

78 Metodología


Figura 3.31. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,575in<X<0,730in.

Figura 3.32. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,735inX≤0,990in.

• Ensayo velocidad de pulso ultrasónico: mediante este ensayo es posible

determinar la velocidad de propagación de impulsos de ondas longitudinales de

ultrasonidos en hormigón y mortero endurecido. El ensayo se realiza colocando un

palpador electroacústico (transmisor), sobre la superficie de hormigón o mortero,

que emite impulsos de vibraciones longitudinales a una frecuencia determinada.

Una vez que el impulso atraviesa el material, siguiendo una trayectoria longitudinal

conocida, el impulso se convierte en una señal eléctrica en un segundo palpador

(receptor). Una vez es recibido, el equipo de ensayo determina el tiempo de transito

del impulso entre ambos palpadores (39). En el caso de la presente tesis, el ensayo

se ha realizado colocando los palpadores en caras opuestas del material,

transmisión directa (Figura 3.33).

y = 107,98x - 61,266R² = 1

0

10

20

0,5 0,6 0,7 0,8

Res

iste

nci

a C

om

pre

sió

n C

úb

ica

(MP

a)

Profundidad (in)

y = 114,79x - 62,994R² = 1

20

30

40

50

60

0,7 0,8 0,9 1,0

Res

iste

nci

a C

om

pre

sió

n C

úb

ica

(MP

a)

Profundidad (in)

Capítulo 3 79


Figura 3.33. Colocación palpadores transmisión directa (a). Equipo Proceq Pundit PL-200 (b).

El equipo de ultrasonidos empleado es el modelo Pundit PL-200 del fabricante

Proceq (Figura 3.33). El modelo Pundit es reconocido como el primer dispositivo de

campo comercial para medir la velocidad de pulso ultrasónico. El ensayo se realiza

empleando palpadores con una frecuencia de trabajo de 500 kHz, lo que se traduce

en 500000 oscilaciones por segundo. Además, el voltaje es ajustado a 100 V y la

ganancia en un valor de X10, ambos valores al mínimo permitido por el equipo,

consiguiendo de esta manera los mejores resultados en el ensayo. Una vez realizado

el ensayo se obtiene el tiempo que tarda la onda en atravesar el material (Figura

3.34), al ser un ensayo que depende mucho del operario que lo ejecuta, en el

departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la UPC se ha desarrollado un

software en Matlab que permite despreciar el primer punto de captación de la onda

para coger el segundo punto, el cual es más fiable y presenta menor variación

respecto al primero. Una vez se han tratado los datos es posible determinar la

velocidad de propagación de la onda, siendo el cociente entre la longitud de la

probeta y el tiempo que la onda tarda en atravesar la misma. El ensayo se realiza

sobre testigos extraídos del mortero proyectado sobre las artesas metálicas

descritas en la Figura 3.22, se caracterizan mínimo 5-6 testigos para cada una de las

edades. El proceso de extracción de testigos es descrito en el siguiente punto.

Figura 3.34. Gráfica obtenida directamente del equipo de ensayos antes del tratamiento.

En el caso de materiales heterogéneos como el mortero proyectado la velocidad de

propagación depende de varios factores como la dosificación, compacidad, edad,

etc. Mediante la velocidad de transmisión es posible evaluar de forma cualitativa la

existencia de poros en el mortero proyectado, ya que la velocidad de propagación

80 Metodología


es menor en el aire, pudiendo ser relacionado con la resistencia a compresión del

material y por lo tanto con el proceso de hidratación o curado del mismo. Además,

es posible estimar el módulo elástico, la resistencia a compresión, el coeficiente de

Poisson del material analizado y la presencia de defectos o fisuras.

• Ensayo de compresión: ensayo destructivo mediante el cual es posible determinar

la resistencia a compresión del mortero proyectado comprimiendo los testigos

hasta rotura y registrando la carga máxima alcanzada, siendo la resistencia a

compresión el cociente entre la fuerza registrada entre el área sobre la que se

aplica. El equipo utilizado es una prensa de la marca Ibertest con una capacidad de

carga máxima de 200 kN. El ensayo se configura para que la velocidad de carga sea

de 0,5 MPa/s, rango definido por la norma UNE-EN 12390-3 (40). El ensayo de

compresión se realiza en testigos de 50 mm de longitud y 25 mm de diámetro

extraídos de las artesas metálicas proyectadas con mortero (Figura 3.22). El número

de testigos extraídos de cada una de las artesas es de un total de 25, distribuidos

como se indica en la Figura 3.35. Como se ha explicado anteriormente el número de

testigos caracterizados por edad y dosificación es de entre 5-6 testigos como

mínimo, asegurando de esta manera que los resultados obtenidos con

característicos de todo el conjunto del material.

Figura 3.35. Artesa y testigo extraído para ensayo de compresión.

La extracción de testigos se realiza empleando un taladro industrial de la marca Hilti

y una broca con corona de diamante con un diámetro exterior de 25,4 mm. Una vez

extraídos los testigos es necesario cortarlos para que su longitud sea de 50 mm

aproximadamente con ambas caras paralelas entre sí para asegurar que el ensayo

de compresión se realiza correctamente. El corte se realiza empleando una

cortadora de mesa refrigerada mediante agua. Una vez se tienen los testigos

preparados se sumergen en agua y se introducen en la cámara húmeda a una

temperatura de 20oC con una humedad relativa del 85-90 %. Tanto las artesas como

los testigos permanecen en cámara húmeda hasta su correspondiente edad de

Capítulo 3 81


ensayo. Las probetas de control moldeadas de geometría prismáticas con medidas

de 160x40x40mm también son ensayadas a compresión después de ser ensayadas

a flexión.

• Ensayo de flexión: ensayo realizado en probetas prismáticas moldeadas con una

dimensión de 160x40x40mm (Figura 3.36) sobre las que se ejerce un momento

flector mediante la aplicación de una carga puntual sobre una de las caras

moldeadas de la probeta, se registra la carga máxima alcanzada y se determina la

resistencia a flexión. El ensayo se realiza en una prensa (Ibertest) con una capacidad

máxima de 10 kN, siguiendo la configuración indicada en la norma UNE-EN 12390-

5 (41). La velocidad de carga se configura a 0,06 MPa/s. En el caso de las probetas

de referencia de mortero se ensayan a 7 y 28 días para cada una de las

dosificaciones, almacenándose en cámara húmeda, en las condiciones indicadas

anteriormente hasta la edad de ensayo. En el caso de las probetas moldeadas a

partir de cemento se sigue el mismo procedimiento a distintos días de ensayo.

Figura 3.36. Probetas moldeadas 160x160x40mm (a). Configuración ensayo flexión (b).

3.5.4. Caracterización Física

La caracterización física del mortero proyectado se realiza sobre testigos

extraídos de las artesas metálicas (Figura 3.22), caracterizando 3-4 testigos por

dosificación y edad de ensayo. La norma seguida para la realización del ensayo es la

norma UNE 83980 (42), mediante la cual es posible determinar la absorción de agua, la

densidad y la porosidad accesible al agua. La determinación de las tres propiedades se

realiza midiendo el peso de los testigos en tres estados diferentes: peso seco (m1,) peso

tras inmersión (m2) y peso aparente (m4). Los pesos son medidos mediante una balanza

hidrostática, el secado de las probetas se realiza empleando una estufa a una

temperatura de 100oC. El peso seco (m1) se corresponde con el peso de la probeta tras

introducirse en la estufa durante al menos 48 h o hasta que la diferencia de pesos entre

dos medidas consecutivas sea menor al 0,5 %, además es necesario enfriar el testigo en

las condiciones de laboratorio antes de tomar la medida. El peso tras inmersión (m2) es

82 Metodología


el peso tras inmersión de la probeta durante al menos 48 h en condiciones de

laboratorio, la toma de medidas se realiza hasta que el peso se mantiene estable con

una diferencia entre medidas consecutivas inferior al 0,5 %, antes de realizar la medida

se seca la superficie con un papel o paño. Por último, el peso aparente (m4) se

corresponde con el peso del testigo sumergido empleando para ello la balanza

hidrostática, el testigo no debe tocar las paredes de la cesta y esta no debe tocar el

fondo del recipiente, el testigo debe permanecer sumergido en el momento de tomar la

medida (42). Las tres propiedades se determinan empleando los pesos indicados

anteriormente y las siguientes ecuaciones:

E�FG�@�@: B =I-

I� − I�

∙ B<JK< L:M;NO<L< 12. 3.3

PQRQG�@�@: S =I� − I-

I� − I�

∙ 100 12. 3.4

�TGQR2�óF: � =I� − I-

I-

∙ 100 12. 3.5

Capítulo 4 83


CAPÍTULO 4. RESULTADOS

4.1. INTRODUCCIÓN

El capítulo 4 se centra en exponer los resultados obtenidos en cada uno de los

ensayos y en cada una de las proyecciones llevadas a cabo en la campaña experimental.

Los apartados y subapartados del presente capítulo se dividen de la misma manera que

han sido descritos los ensayos en el capítulo 3.

En primer lugar, se exponen los resultados obtenidos en los ensayos realizados

para caracterizar el comportamiento reológico de la dosificación seleccionada, junto con

una comparativa respecto a otras posibles dosificaciones. Posteriormente, se realiza una

comparativa entre de los distintos acelerantes del fraguado, así como entre los distintos

porcentajes de aditivo acelerante del fraguado empleados, usando para ellos los

resultados de los distintos ensayos llevados a cabo en cada una de las proyecciones de

mortero.

4.2. COMPORTAMIENTO REOLOGICO

El conocimiento del comportamiento reológico de la dosificación proyectada es

muy importante, como ya se ha comentado anteriormente, para conocer el

comportamiento en estado fresco, así como su evolución a lo largo del tiempo. A

continuación, se indicarán los resultados obtenidos en el ensayo de la mesa de sacudidas

y los resultados obtenidos mediante el viscosímetro en las distintas dosificaciones

estudiadas.

La dosificación empleada en el ensayo de la mesa de sacudidas se indica en la

Tabla 3.12, mientras que los resultados obtenidos para cada tiempo de ensayo se

muestran graficados en la Figura 4.1. Mediante la graficación de los resultados

obtenidos se observa como el diámetro de la torta disminuye 1,67 cm, un 6,36 %, desde

el inicio de la toma de medidas, 15 min, hasta los 60 min. La consistencia se mantiene

en la primera hora tras la fabricación del material, por lo tanto, la capacidad de bombeo

se mantiene y no se dificulta la capacidad de proyección del material. Pasados 90 min

84 Resultados


desde la fabricación del material el diámetro de la torta disminuye 5,1 cm (19,41 %), la

consistencia de la mezcla aumenta, no obstante, no presenta ningún problema a la hora

de realizar la proyección, la bomba de mortero tiene suficiente fuerza de bombeo para

impulsar el material en ese estado. El diámetro no disminuye de los 20 cm por lo que la

consistencia en todo momento es blanda según lo indicado en la Tabla 3.13. Además,

una vez entra en contacto con el flujo de aire en la boquilla el material se dispersa por

lo que no es susceptible de que se bloquee en la boquilla de proyección, no obstante,

no es recomendable llegar a los 90min tras la fabricación del material, el punto óptimo

se encuentra entre 30 y 60 min, periodo en el que se han realizado todas las

proyecciones de la presente campaña experimental.

Figura 4.1. Resultados ensayo mesa de sacudidas.

Los resultados obtenidos mediante el viscosímetro vienen indicados en la Tabla

A.1, Tabla A.2 y Tabla A.3del anejo A para cada una de las dosificaciones indicadas en la

Tabla 3.14, Tabla 3.15 y Tabla 3.16. Los resultados para cada una de las dosificaciones

han sido graficados en la Figura 4.2, Figura 4.3 y Figura 4.4 para cada una de las edades

de ensayo. En primer lugar, se analizará cada una de las dosificaciones por separado

para posteriormente realizar una comparativa de los parámetros reológicos entre la

dosificación de partida y la dosificación de interés.

La primera dosificación estudiada ha sido la dosificación con una relación a/c

igual a 0,51, dosificación de partida empleada en campañas experimentales previas.

Como ya se ha indicado anteriormente, las edades de ensayo son 1, 10 y 30 min. El

comportamiento reológico se ajusta al modelo de Bingham indicado en la Figura 2.27

del apartado 2.8. En la Tabla 4.1 se indican los parámetros reológicos, esfuerzo umbral

de corte y viscosidad plástica, además se indica el coeficiente de segregación para cada

una de las edades de ensayo. Se observa como el esfuerzo umbral de corte para 1 min

de ensayo es muy bajo, obteniendo un valor negativo, debido a la elevada cantidad de

agua presente en la mezcla, otorgando elevada fluidez a cortas edades. Una vez

20

22

24

26

28

15 30 45 60 75 90

Dia

met

ro (

cm)

Tiempo (min)

Capítulo 4 85


comienzan los procesos de hidratación de las partículas de cemento y se produce la

generación de las fases hidratadas del cemento (etringita o Aft), se observa como el

esfuerzo umbral de corte aumenta hasta alcanzar un valor igual a 6,94 Pa a los 30 min

de ensayo. La tendencia de la viscosidad plástica es idéntica, a 1 min de ensayo presenta

una baja viscosidad plástica que aumenta con el paso del tiempo, a los 10 min de ensayo

se ha producido un aumento del 11,5 % mientras que a 30 min de ensayo se ha

producido un aumento del 33,6 % respecto a la primera edad de ensayo. Como se ha

indicado anteriormente, el grado de segregación es muy bajo, pudiéndose justificar de

dos maneras. En primer lugar, el séptimo punto para cada una de las edades de ensayo

en la Figura 4.2se solapa con el sexto punto, además el coeficiente de segregación es

muy bajo tal y como se observa en la Tabla 4.1.

Tabla 4.1. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,51.

Edad de Ensayo

(min)

Esfuerzo Umbral de

Corte (Pa)

Viscosidad Plástica

(Pa∙s)

Coeficiente de

Segregación

1 -3,88 2,17 -2,02

10 4,02 2,42 -1,55

30 6,94 2,90 0,02

Figura 4.2. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,51.

La segunda dosificación estudiada ha sido una dosificación intermedia entre la

de referencia o partida y la dosificación de interés. La dosificación empleada viene

indicada en la Tabla 3.15. Los resultados obtenidos mediante el viscosímetro vienen

indicados en la Figura 4.3, mientras que los parámetros reológicos y el coeficiente de

segregación vienen indicados en la Tabla 4.2. Se observa, de la misma manera que en la

dosificación anterior (a/c=0,51) que a cortas edades tanto el esfuerzo umbral de corte

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Mo

men

to T

ors

or

(N·m

)

Velocidad de Rotación (rps)

1 min 10 min 30 min

86 Resultados


como la viscosidad plástica presenta valores bajos que aumentan a lo largo que se

desarrollan las reacciones de hidratación del cemento. En el caso de la dosificación con

una relación a/c igual a 0,46 se observa como la viscosidad plástica aumenta un 31, 8 %

a los 10 min de ensayo mientras que a los 30 min se produce un aumento del 71 %. El

aumento de la viscosidad plástica es muy elevado, produciéndose una elevada

disminución en la fluidez debido a la poca cantidad de agua empleada en la dosificación,

provocando que la distancia entre partículas de cemento disminuya y por lo tanto

disminuya la fluidez. De la misma manera que en la dosificación anterior no existe

segregación. Por un lado, para todas las edades de ensayo el séptimo punto se solapa

con el sexto mientras que el coeficiente de segregación se mantiene negativo, indicando

la ausencia de segregación en la mezcla. En el caso de la dosificación con relación a/c

igual a 0,46 se observa como la segregación es menor respecto a la dosificación con

relación a/c igual a 0,51.

Tabla 4.2. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,46.

Edad de Ensayo

(min)

Esfuerzo Umbral de

Corte (Pa)


(Pa∙s)

Coeficiente de

Segregación

1 9,65 2,14 -3,83

10 13,14 2,82 -2,04

30 26,05 3,66 -1,57


La última dosificación estudiada es la dosificación con una relación a/c igual a

0,42, dosificación de interés en la presente campaña experimental. Los resultados

obtenidos mediante el viscosímetro vienen indicados en la Figura 4.4, mientras que los

parámetros reológicos y el coeficiente de segregación vienen indicados en la Tabla 4.3.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Mo

men

to T

ors

or

(N·m

)


1min 10min 30min

Capítulo 4 87


La evolución de los parámetros reológicos presenta el mismo comportamiento que las

dos dosificaciones estudiadas anteriormente, a cortas edades la viscosidad plástica

presenta menores valores que a 10 y 30 min, observándose un aumento del 18,5 % a 10

min de ensayo y de 80,5 % a 30min de ensayo. La menor cantidad de agua disponible en

la dosificación produce un aumento en el valor del esfuerzo umbral de cizalla debido al

aumento de volumen de sólidos disminuyendo la distancia media entre partículas y por

tanto aumentando la fuerza existente entre partículas. En esta dosificación no existe

segregación a corta edades, el séptimo punto se sola con el sexto para 10 y 30 min de

ensayo y los coeficientes de segregación son bajos, produciéndose un aumento en la

segregación a 30 min de ensayo, no siendo esta elevada y no afectando a la capacidad

de bombeo y proyección del material.

Tabla 4.3. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,42.

Edad de Ensayo

(min)

Esfuerzo Umbral de

Corte (Pa)


(Pa∙s)

Coeficiente de

Segregación

1 13,44 7,09 -0,91

10 28,08 8,40 -0,90

30 90,37 12,80 2,71


Una vez expuestos los resultados obtenidos para cada una de las dosificaciones

es necesario realizar una comparativa de los parámetros reológicos obtenidos para cada

una de las dosificaciones (Figura 4.5 y Figura 4.6). En ambas gráficas se observa la

influencia de la relación a/c en el comportamiento reológico del mortero, observando

como al disminuir la cantidad de agua presente en la dosificación se produce un

aumento tanto del esfuerzo umbral de corte como en la viscosidad plástica afectando

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Mo

men

to T

ors

or

(N·m

)


1min 10min 30min

88 Resultados


tanto a la fluidez y trabajabilidad como a la bombeabilidad de la mezcla, debido a que

una menor cantidad de agua disponible en la dosificación produce un aumento en el

valor de los parámetros reológicos debido al aumento de volumen de sólidos,

disminuyendo la distancia media entre partículas y por tanto aumentando la fuerza

existente entre partículas La comparativa va a realizarse entre la dosificación de

referencia (a/c=0,51) y la dosificación de interés (a/c=0,42) para la edad de ensayo de

30 min, ya que es el comportamiento más importante a la hora de realizar las

proyecciones de mortero. Se observa como el esfuerzo umbral de corte sufre un

aumento del 1200 % en la dosificación con relación a/c igual a 0,42 respecto a la

dosificación de referencia. En el caso de la viscosidad plástica se produce un aumento

del 340 %, de esta manera se confirma la gran influencia que tiene la relación a/c en el

comportamiento reológico del material.

Figura 4.5. Evolución esfuerzo umbral de corte.

Figura 4.6. Evolución viscosidad plástica.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

0 10 20 30

Esfu

erzo

Um

bra

l de

Co

rte

(Pa)

Título del eje

0,51 0,46 0,42

0,00

5,00

10,00

15,00

0 10 20 30

Vis

cosi

dad

Plá

stic

a (P

a·s)

Tiempo de Ensayo (min)

0,51 0,46 0,42

Capítulo 4 89


La dosificación de interés, como se ha indicado, es la que presenta una relación

a/c igual a 0,42. Según los resultados obtenidos tanto en el ensayo de mesa de sacudidas

como mediante el viscosímetro, se determinar que la mezcla es apta para ser

proyectada, incluso con los elevados valores de esfuerzo umbral de corte y de viscosidad

plástica que presenta a 30 min, la edad normal de proyección es de entre 30-60 min

como ya se ha indicado. De esta manera se cumple con la reducción en la relación a/c

comentada anteriormente, siendo posible proyectar la mezcla. No obstante, en futuras

investigaciones sería recomendable mantener la relación a/c y aumentar el porcentaje

de superplastificante presente en la dosificación para disminuir los valores de ambos

parámetros reológicos a largo plazo, entendido por largo plazo a partir de 30 min. De

esta manera se asegura en mayor medida la consistencia y trabajabilidad de la mezcla,

así como su bombeabilidad, evitando que se produzca un mal mezclado entre aditivo

acelerante del fraguado y mortero. Para ello es necesario conocer el límite de saturación

del superplastificantes mediante el ensayo del cono de Mars, para posteriormente,

determinar si existe o no segregación y como afecta al valor de ambos parámetros

reológicos empleando el mismo viscosímetro que en la presente campaña experimental.

4.3. CARACTERIZACIÓN PROCESO HIDRATACIÓN

4.3.1. Ensayo Calorimetrías

Los resultados de los ensayos de calorimetrías realizados en cada una de las

proyecciones se muestran en la Figura 4.7, incluyendo el resultado obtenido en una

muestra de control de mortero vertido sin aditivo acelerante del fraguado. En la Figura

4.8 se muestra en detalle la etapa I y en la Figura 4.9 la etapa III del proceso de

hidratación. En la Tabla A.4 del anejo A se muestran los valores obtenidos para cada

dosificación estudiada.

La comparativa entre los distintos aditivos acelerantes del fraguado y su

porcentaje va a realizarse centrándose en la etapa I y en la etapa III del proceso de

hidratación (Figura 4.8 y Figura 4.9), etapas donde los aditivos acelerantes del fraguado

tienen mayor influencia, principalmente en la etapa I donde se produce el pico de

acelerante (PA). En la etapa III se produce el pico principal de hidratación o PP. En primer

lugar, es necesario indicar que el comportamiento en la etapa I del AR-1_3 no es correcto

debido a que el acelerante del fraguado rico en álcalis presenta una elevada reactividad,

debido al elevado porcentaje de aluminatos que presenta en su composición, por lo que

el tiempo trascurrido entre la deposición del material en el recipiente de ensayo y su

introducción en el equipo es demasiado elevada como para ser capaz de detectar el pico

correspondiente a la etapa I del proceso de hidratación. Si se comparan ambos tipos de

aditivo acelerante del fraguado libres de álcalis, se observa como el aditivo AKF-2 genera

un mayor flujo de calor normalizado en la etapa I, siendo esperable que su resistencia a

90 Resultados


corto plazo sea mayor que en el caso del AKF-1. En el caso de la dosificación al 5% el

AKF-2 presenta un flujo de calor normalizado un 27,6 % superior al AKF-1 mientras que

la dosificación al 7 % presenta un valor 29 % superior. En la Figura 4.8 se observa como

el flujo de calor normalizado en las mezclas donde se emplean ambos aditivos

acelerantes del fraguado libres de álcalis, aumenta al aumentar el porcentaje de aditivo

acelerante del fraguado, comportamiento esperado ya que al aumentar el porcentaje

de aditivo acelerante del fraguado se está favoreciendo en mayor medida la disolución

del C3S y la formación de etringita (Aft) debido a la mayor presencia de aluminatos,

siendo esperable que las mezclas con mayor porcentaje de aditivo acelerante del

fraguado sufran una mayor disminución de su resistencia a largo plazo, ya que mayor

parte del C3S ha sido disuelto dando lugar a la formación de etringita (Aft) y no dando

lugar a la formación de C-S-H en la etapa III del proceso de hidratación. Por último, se

observa como al comparar los dos aditivos acelerantes del fraguado en sus dos

porcentajes frente a la dosificación de control, el valor del flujo de calor normalizado es

mucho menor en la muestra de control. El incremento en el flujo de calor normalizado

frente a la muestra de control es del 134,7 % para el AKF-1_5 y del 260,7 % en el caso

del AKF-1_7. En el caso del AKF-2 el incremento es superior, para el 5 % es del 198,5 %

mientras que para el 7 % es del 365,2 %, comportamiento esperable ya que como se ha

indicado la incorporación de aditivos acelerantes del fraguado favorecen una mayor

disolución y formación de etringita (Aft) con su consiguiente aumento del calor debido

a las reacciones exotérmicas que tienen lugar.

Una vez analizado el comportamiento de la etapa I del proceso de hidratación

empleando aditivos acelerantes del fraguado, es necesario analizar la etapa III y como

los aditivos afectan al proceso de hidratación. Es este caso es necesario analizar tanto la

aceleración que se produce en el proceso de hidratación como el flujo de calor

desprendido. En la Figura 4.9 se observa como en la mezcla con aditivo AR-1 el tiempo

al que se produce el pico segundo correspondiente a la etapa III se da al menor tiempo

de entre todos los aditivos empleados, comportamiento esperable ya que los aditivos

ricos en álcalis se caracterizan por otorgar elevadas resistencias inicial. Con respecto a

la muestra de control la reducción en tiempo del segundo pico es del 49,4 %, siendo el

valor del flujo de calor normalizado del segundo pico un 19,3 % superior. En los aditivos

AKF-1 y AKF-2 se observa como al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del

fraguado se produce una disminución en el tiempo del segundo pico, siendo esta

reducción más acusada en el caso del AKF-1, reduciéndose el tiempo en un 16% al pasar

de un 5 % a un 7 % en la dosificación de aditivo, en el caso del AKF-2 no se produce

modificación en el tiempo del segundo pico. La reducción del tiempo del segundo pico

entre la mezcla de control y las mezclas proyectadas es de un 17,5 % para el AKF-1_5,

30,7 % AKF-1_7, 15,06 % AKF-2_5 y un 17,5 % para el AKF-2_7. Los valores del flujo de

calor normalizado se mantienen equivalentes entre distintos porcentajes de un mismo

aditivo, produciéndose un aumento en el AKF-2 respecto al AKF-1 del 23,2 %. En todos

Capítulo 4 91


los casos el aditivo AR-1 presenta tanto el menor tiempo para el segundo pico como el

mayor valor de flujo de calor normalizado.

Figura 4.7. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h.

Figura 4.8. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-30min.

Figura 4.9. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Flu

jo d

e C

alo

r N

orm

aliz

ado

(mW

/g c

emen

to)

Tiempo (h)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

CEMI_CONTROL

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Flu

jo d

e C

alo

r N

orm

aliz

ado

(mW

/g c

emen

to)

Tiempo (h)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

CEMI_CONTROL

0

1

2

3

4

5

6

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Flu

jo d

e C

alo

r N

orm

aliz

ado

(mW

/g c

emen

to)

Tiempo (h)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

CEMI_CONTROL

92 Resultados


4.3.2. Control Temperatura

Los valores de temperatura medidos a través de los termopares colocados en el

centro de las artesas vienen indicados en la Figura 4.10 y en la Figura 4.11 para las

primeras 12 h. Los valores de temperatura medidos en la esquina superior izquierda no

se han tenido en cuenta ya que los valores en el centro de la artesa son más

representativos del conjunto del material al no estar afectados por la reducción de

temperatura que se produce al encontrarse situado más cerca de la superficie metálica

externa de la artesa, produciendo una disminución en la temperatura medida. Este

comportamiento se ha verificado en cada una de las proyecciones y puede visualizarse

a modo de ejemplo en la Figura 4.12.

El pico máximo de temperatura para cada una de las proyecciones coincide

temporal y aproximadamente con el segundo pico del proceso de hidratación,

correspondiente a la etapa III (Tabla 4.4). Este comportamiento es el esperado debido

al flujo de calor liberado durante el proceso de hidratación del C3S para dar lugar a la

formación de C-S-H. Además, se observa como existe un pico menor correspondiente a

la etapa I del proceso de hidratación. De la misma manera se confirma como, igual que

mediante el ensayo de calorimetrías, la temperatura del material durante el proceso de

fraguado aumenta al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado,

observando este comportamiento en el aditivo AKF_1, aumentando la temperatura un

8,5 % respecto a la dosificación con un 5 % de aditivo. En este mismo aditivo se observa

como al aumentar su porcentaje se reduce el tiempo al que se produce el pico de

temperatura, comportamiento idéntico al observado mediante el ensayo de

calorimetrías, siendo la reducción en el tiempo del 24,4 %. En el caso del AKF_2 se

observa cómo al aumentar el porcentaje de aditivo se adelanta el tiempo al que se

produce el pico de temperatura correspondiente a la etapa III del proceso de hidratación

un 4,3 %. Sin embargo, en este aditivo el pico de temperatura es mayor en el caso del

5% que en el caso del 7%, este comportamiento puede deberse a las condiciones

ambientales externas. Se ha intentado mantener las condiciones de curado hasta 48 h a

20oC mediante la utilización de un aire acondicionado portátil, pudiendo ser posible que

las condiciones ambientales variasen en esas primeras 48 h debido a los cambios de

temperatura externos del laboratorio, justificando de esta manera la variación en la

temperatura medida en el interior del material. El aditivo AR-1 presenta el mismo

comportamiento que el AKF-2.

Capítulo 4 93


Figura 4.10. Resultados temperatura 0-48 h.

Figura 4.11. Resultados temperatura 0-12 h.

Tabla 4.4. Temperatura máxima y tiempo para cada dosificación.

Dosificación Tª máx (oC) Tiempo (h)

AKF-1_5 30,7 6,02

AKF-1_7 33,3 4,43

AKF-2_5 36,3 6,58

AKF-2_7 32,6 6,30

AR-1_3 33,2 8,02

94 Resultados


Figura 4.12. Comparación resultados temperatura entre los distintos termopares colocados en la artesa.

4.4. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA

4.4.1. Resistencia a la Penetración

Los resultados del ensayo de resistencia a la penetración vienen indicados en la

Figura 4.13, mostrando cómo evoluciona la resistencia a la penetración a lo largo del

tiempo para cada una de las dosificaciones realizadas, pudiendo determinar cuándo se

produce el final del fraguado, como se ha indicado anteriormente al alcanzar un valor

de resistencia a la penetración igual a 27,6 MPa. En la Tabla 4.5 se indica el tiempo de

final de fraguado para cada una de las dosificaciones de aditivo acelerante del fraguado

realizadas en la presente campaña experimental.

El primer análisis de los resultados obtenidos se centra en evaluar cómo afecta

el porcentaje de aditivo acelerante al tiempo final de fraguado y a la ganancia de

resistencia a la penetración a corto plazo. En el AKF-1 se observa como al aumentar el

porcentaje de aditivo acelerante del fraguado se produce una reducción en el tiempo

final de fraguado del tiempo del 32,6 % al aumentar el porcentaje de aditivo del 5 al 7

%. En el caso del AKF-2 se observa como el tiempo final de fraguado es prácticamente

idéntico, este comportamiento es algo anómalo ya que el tiempo final de fraguado

debería ser menor, pudiendo deberse a un incorrecto mezclado entre aditivo y mortero

en la boquilla de proyección. Este factor será discutido más adelante junto a los

resultados de la caracterización mecánica y física. El aditivo AR-1 presenta un tiempo

final de fraguado elevado, encontrándose en la media obtenida entre todos los aditivos

y dosificaciones empleadas, observándose como a muy corto plazo (t<60 min) la

ganancia de resistencia es muy superior al resto de aditivos acelerantes del fraguado,

comportamiento esperable en base a los resultados obtenidos en el ensayo de

calorimetrías y debido al elevado contenido en aluminatos del aditivo. Al realizar la

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Tem

per

atu

ra (

ºC)

Tiempo (h)

AKF-1_5_Artesa_1_Cen.

AKF-1_5_Artesa_1_Sup.

Capítulo 4 95


comparativa entre todos los aditivos acelerantes del fraguado utilizados se observa

como el AKF-1_7 presenta el menor tiempo de fraguado, seguido del AKF-2_5, AKF-2_7,

AR-1_3 y por último el AKF-1_5. En este ensayo también es necesario tener en cuenta

que se ha realizado el cambio de artesa por no tener suficiente material para finalizar el

ensayo, este cambio de material también tiene influencia sobre los resultados obtenidos

ya que el comportamiento del material puede variar debido a la propia puesta en

servicio del material, no obstante, se ha intentado que el material ensayado tuviese la

misma edad de ensayo ya que se realizaba un control de la hora de inicio y final de cada

una de las artesas proyectadas.

Figura 4.13. Resultados ensayo de penetración.

Tabla 4.5. Tiempo final de fraguado para cada dosificación.

Dosificación Final Fraguado (min)

CEMI_AKF-1_5 144

CEMI_AKF-1_7 97

CEMI_AKF-2_5 107

CEMI_AKF-2_7 111

CEMI_AR-1_3 114

4.4.2. Resistencia a Compresión Indirecta

Los resultados del ensayo de resistencia a compresión indirecta se muestran en

la Tabla A.5 del anejo A y en la Figura 4.14 del presente apartado. El comportamiento

que presenta el aditivo acelerante del fraguado AR-1 es el esperado ya que su ganancia

de resistencia a corto plazo es muy elevada, por encima del resto de aditivos acelerantes

del fraguado, produciéndose una disminución a las 48 h de ensayo respecto a los aditivos

libres de álcalis con una dosificación del 5 %, siendo la diferencia del 7,8 % respecto al

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 30 60 90 120 150

Res

iste

nci

a a

la P

enet

raci

ón

(M

Pa)

Tiempo (min)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

27,6 MPa

96 Resultados


AKF-1_5 y del 8% en el caso del AKF-2_5, sin embargo los valores obtenidos a 48h se

mantienen por encima de la dosificación al 7 %, siendo un 24,6 % superior en el caso del

AKF-1_7 y un 5,5 % en el caso del AKF-2_7. En el caso del AKF-1 y el AKF-2 se observa

como al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado se produce un

aumento en la ganancia de resistencia a corto plazo (t<24 h), produciéndose una

disminución de su resistencia a las 48h de ensayo en el caso de la dosificación con mayor

porcentaje, en el caso del AKF-1 se produce una disminución del 26 % ,siendo en el caso

del AKF-2 del 12,8 %. Para la dosificación de AKF-2_7 se observa como los valores

obtenidos son inferiores a la dosificación al 5 %, a las 24 h de ensayo un 2,5 % inferior.

Como se ha indicado anteriormente, este comportamiento puede deberse a un mal

mezclado del aditivo acelerante del fraguado con el mortero en la boquilla de

proyección.

Figura 4.14. Resultados ensayos de resistencia a compresión indirecta.

4.4.3. Velocidad de Pulso Ultrasónico

Los resultados del ensayo de velocidad de pulso ultrasónico vienen indicados en

la Tabla A.6, Tabla A.7, Tabla A.8, Tabla A.9 y Tabla A.10 de anejo A y graficados en la

Figura 4.15 del presente apartado. Mediante este ensayo se obtiene la velocidad de

pulso ultrasónico, pudiendo relacionar de forma estimada este valor con la porosidad

que presenta el material y por lo tanto con la resistencia a compresión del mismo. De

forma general se observa como a cortas edades la velocidad de pulso ultrasónico es muy

baja debido a que el material presenta una elevada porosidad, por un lado, debido a la

propia técnica de puesta en servicio del material y por otro lado debido a que no se han

desarrollado completamente las reacciones de hidratación del cemento. Una elevada

porosidad se traduce en una baja resistencia a compresión ya que parte del material

está formado por aire, no aportando resistencia al conjunto del mismo. Una vez avanza

la edad de ensayo y por lo tanto la edad de curado del material, se observa como el

comportamiento general es al aumento de la velocidad de pulso ultrasónico debido a

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Res

iste

nci

a a

Co

mp

resi

ón

In

dir

ecta

(M

Pa)

Tiempo (h)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

Capítulo 4 97


que la estructura del mortero es más cerrada, con menos volumen de poros y con mayor

densidad gracias a la formación de C-S-H a través de las reacciones de hidratación del

cemento. La bajada de porosidad a lo largo del tiempo se traduce en un aumento de la

resistencia a compresión del material. Realizando la comparativa entre los distintos

aditivos acelerantes del fraguado se observa como al aumentar el porcentaje de aditivo

presente en la mezcla proyectada se produce una disminución en la velocidad de pulso

ultrasónico. En el caso del AKF-1 se observa como a los 7 días de ensayo la dosificación

con un 7 % de aditivo acelerante del fraguado presenta una velocidad de pulso

ultrasónico un 2,6 % inferior. En los siguientes apartados se verificará si la resistencia a

compresión y la porosidad son menores a 7 días en la dosificación del 7 % respecto al 5

% en el AKF-1. El aditivo AKF-2 presenta el mismo comportamiento a 7 días de ensayo,

observando como la dosificación que presenta un porcentaje del 7 % presenta menores

valores que la dosificación al 5 %, siendo la diferencia del 1,3 %. A los 28 días de ensayo

se observa como el comportamiento es el mismo, la dosificación al 7 % presenta

menores valores respecto a la dosificación al 5 %, en el caso del AKF-2_7 se observa

como los valores se igualan al AKF-2_5. Este comportamiento es el esperado ya que al

aumentar el porcentaje de aditivo se produce una mayor ganancia de resistencia a corto

plazo viéndose afectada a largo plazo por la falta de desarrollo del C-S-H al haber menos

cantidad de C3S libre para reaccionar durante el proceso de curado. En el caso del AR-1

se observa como la velocidad de pulso ultrasónico presenta un valor intermedio frente

al resto de mezclas.

Figura 4.15. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico testigos.

3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

4,1

0 7 14 21 28

Vel

oci

dad

Imp

uls

o (

km/s

)

Tiempo Curado (días)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

98 Resultados


4.4.4. Resistencia a Compresión

Los resultados de los ensayos de resistencia a compresión realizados se muestran

en la Tabla A.11, Tabla A.12, Tabla A.13, Tabla A.14 y Tabla A.15 del anejo A y en

graficados en la Figura 4.16 del presente apartado. En primer lugar, se observa que la

resistencia a compresión a los 28 días de curación presenta un valor inferior en

comparación con el mortero de control fabricado en cada una de las proyecciones. Este

comportamiento se debe a dos factores: debido a la propia naturaleza de la puesta en

servicio del material la cual aporta una elevada porosidad y por otro lado debido a que

la incorporación de aditivos acelerantes del fraguado produce una disminución de la

resistencia a compresión a largo plazo. Tomando como referencia el valor de resistencia

a compresión a 28 días del AR-1_3 frente al mortero de control correspondiente a ese

mismo aditivo, la resistencia a compresión es un 55 % inferior, siendo este valor superior

para el resto de mezclas analizadas. Como se observaba en la Figura 4.15 los aditivos

acelerantes del fraguado que presentan una mayor resistencia a compresión son el AKF-

2_5 y el AR-1_3. También se observa como al aumentar el porcentaje de aditivo

acelerante del fraguado se produce una disminución en la resistencia a compresión para

todas las edades de ensayo. En el caso del AKF-1 se produce una disminución a 7 días de

ensayo del 42,5 % mientras que a 28 días es del 41,8 %, en el caso del AKF-2 la reducción

de resistencia a compresión al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del

fraguado en la mezcla es del 24,5 % a 7 días y del 17,8 % a 28 días. Como se ha indicado

anteriormente, los aditivos que presentan mayor resistencia a compresión son el AKF-

2_5 y el AR-1_3, observando como a 1-2 días de ensayo la resistencia a compresión en

el AR-1_3 es un 5,3 % superior y un 10 % superior, mientras que a los 7 días de ensayos

ambos aditivos presentan valores muy similares. A los 28 días de ensayo se observa que

el AR1_3 presenta mayor resistencia a compresión que el AKF-2_5, concretamente del

26,7 %.

Una vez comparada la resistencia a compresión de las mezclas ensayadas es

posible establecer una relación entre los distintos ensayos analizados. En primer lugar,

se observa como el ensayo de velocidad de pulso ultrasónico da una idea de cuál va a

ser la resistencia a compresión del material. Tomando como referencia la edad de

ensayo de 7 días se observa como el AKF-1_7 presenta el menor valor de velocidad de

pulso ultrasónico y la menor resistencia a compresión. En el caso del AKF-1_5 no se

produce esta relación entre ambos ensayos ya que presenta una velocidad de pulso

ultrasónico muy elevada pero una menor resistencia a compresión respecto de mezclas

analizadas, este comportamiento puede deberse debido a que la estructura del material

es muy cerrada y con poca porosidad, pero las fases hidratadas generadas y la

interacción del aditivo producen una disminución en la resistencia a compresión del

material. En el caso del AKF-2 al 5 y 7 % se observa que existe una correlación entre

ambos ensayos, sin embargo, en el caso del AR-1 no se observa esta correlación ya que

Capítulo 4 99


la velocidad de pulso ultrasónico presenta menores valores mientras que la resistencia

a compresión es muy elevada.

En el caso del ensayo de resistencia a compresión indirecta se observa que la

evolución en el comportamiento de todas las mezclas analizadas es similar salvo en el

caso del AKF-1_5, donde su resistencia es menor respecto al comportamiento observado

en el ensayo de resistencia a compresión indirecta y, como se ha comentado, en el

ensayo de velocidad de pulso ultrasónico.

Figura 4.16. Resultados ensayo resistencia a compresión testigos.

4.4.5. Resistencia a Compresión Probetas Control

Los resultados de la resistencia a compresión en probetas de control se indican

en la Tabla A.16, Tabla A.17, Tabla A.18, Tabla A.19 y Tabla A.20 del anejo A y en la Figura

4.17 del presente apartado. Las probetas de control se han realizado para poder

asegurar que la posible desviación que se produzca en los resultados no se debe a las

características del mortero base. Conjuntamente se ha realizado la medida de la

densidad en fresco del material con el mismo propósito. En la Figura 4.17 se observa

como los resultados de resistencia a compresión en todas las mezclas analizadas

presentan valores similares tanto para 7 días como para 28 días de ensayo, siendo la

mayor variación de los resultados del 8 % para 7 días y del 10,4 % a 28 días, siendo esta

variación aceptable por lo que se determina que la variación en la resistencia a

compresión del mortero base no ejerce influencia en el comportamiento de las mezclas

incorporando los distintos tipos de aditivos acelerantes del fraguado. Los resultados de

densidad en fresco vienen indicados en la Tabla 4.6 del presente apartado, de la misma

maneara que con los resultados de resistencia a compresión, se observa como los

valores de densidad en fresco son prácticamente iguales entre todas las dosificaciones

por lo que, como ya se ha indicado, el mortero base no afecta de forma negativa a las

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

0 7 14 21 28

Res

iste

nci

a C

om

pre

sió

n (

MP

a)

Tiempo Curado (días)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

100 Resultados


propiedades de las mezclas proyectadas incorporando cada uno de los aditivos

acelerantes del fraguado estudiados.

Tabla 4.6. Resultados densidad en fresco mortero base para cada una de las mezclas estudiadas.

Dosificación Densidad Fresco (g/cm3)

CEMI_AKF-1_5 2,18

CEMI_AKF-1_7 2,17

CEMI_AKF-2_5 2,15

CEMI_AKF-2_7 2,17

CEMI_AR-1_3 2,18

Figura 4.17. Resultados ensayo resistencia a compresión probetas de control.

4.4.6. Resistencia a Flexión Probetas de Control

Los resultados de la resistencia a flexión en probetas de control se indican en la

Tabla A.21, Tabla A.22, Tabla A.23, Tabla A.24 y Tabla A.25 del anejo A y en la Figura 4.18

del presente apartado. El ensayo de resistencia a flexión en las probetas de control se

ha realizado de forma complementaria ya que el hormigón y mortero en general

presenta un mal comportamiento a flexión. En la Figura 4.18 se observa como la

resistencia a flexión aumenta al aumentar el tiempo de curado del material, observando

como en este caso si existe diferencia entre los valores obtenidos para cada uno de los

materiales de referencia ensayados. Este comportamiento también es el esperado ya

que la resistencia a flexión en morteros presenta un mayor coeficiente de variación que

en el caso de la resistencia a compresión. En el caso de los ensayos de flexión realizados

se obtiene que existe de media un 20 % de variación entre medidas tomadas en el mismo

material y a la misma edad de ensayo mientras que en el caso de la resistencia a

55

60

65

70

75

80

85

7 14 21 28

Res

iste

nci

a C

om

pre

sió

n (

MP

a)

Tiempo Curación (días)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

Capítulo 4 101


compresión el coeficiente de variación es del 2% aproximadamente. Por lo tanto, se

determina que los ensayos de flexión en probetas de control no aportan información

añadida a la hora de estudiar mezclas que incorporen aditivos acelerantes del fraguado.

Figura 4.18. Resultado ensayo de resistencia a flexión probetas de control.

4.5. CARACTERIZACIÓN FÍSICA

La caracterización física tanto del mortero proyectado como del mortero de

referencia tiene gran importancia, ya que indican cómo evoluciona el curado y las

reacciones de hidratación a lo largo del tiempo. Además, indican como afecta la puesta

en servicio del material a las propiedades mecánicas del mismo. Los resultados se

indican en la Tabla A.26 hasta la Tabla A.41 del anejo A y en la Figura 4.19, Figura 4.20 y

Figura 4.21 del presente apartado.

La Figura 4.19 muestra los resultados correspondientes al porcentaje de

absorción de cada una de las mezclas estudiadas, observando como a medida que

avanza el tiempo de curación del material se produce una disminución en el porcentaje

de absorción que presenta el mismo. La Figura 4.20 presenta el comportamiento

inverso, comportamiento esperado, aumentando la densidad a medida que avanza el

tiempo de curado debido a que la estructura es más cerrada y con menor porosidad

como se observa en la Figura 4.21, la cual tiene el mismo comportamiento que la Figura

4.19. Al aumentar el tiempo de curado aumenta la compacidad de la estructura y por

tanto disminuye la porosidad y absorción, aumentando la densidad gracias a que se

desarrollan en el tiempo las reacciones de hidratación del cemento. En la Figura 4.19 se

observa como el porcentaje medio de absorción para cada una de las mezclas se

encuentra en torno al 12 %, sin embargo se observa como para el AKF-1_7 el porcentaje

de absorción es muy elevado, este comportamiento justificaría la baja resistencia a

compresión obtenida, pudiéndose deber a dos factores, en primer lugar, a una mala

4

6

8

10

12

14

7 14 21 28

Res

iste

nci

a Fl

exió

n (

MP

a)

Tiempo Curación (días)

CEMI_AKF-1_5

CEMI_AKF-1_7

CEMI_AKF-2_5

CEMI_AKF-2_7

CEMI_AR-1_3

102 Resultados


mezcla del aditivo acelerante del fraguado en la boquilla de proyección y en segundo

lugar debido a una mala compactación del material durante el proceso de proyección.

La compactación del material durante el proceso de proyección varía en función de la

velocidad de proyección a la que se mueve la boquilla por delante de la superficie

proyectada, así como de la distancia a la que se realiza la proyección sobre la artesa. En

la Figura 4.20 se observa de la misma manera que la densidad de la mezcla de AKF-1_7

es muy baja por lo tanto justificaría de nuevo lo expuesto anteriormente. Además, se

observa como la densidad es un buen método para estimar la resistencia a compresión

del material ya que, si se compara la Figura 4.16 y la Figura 4.20, se observa como la

dosificación que presenta menor densidad tiene la menor resistencia a compresión,

estando ordenadas las dosificaciones de la misma manera que en la Figura 4.16, siendo

el orden tanto de resistencia a compresión como de densidad el siguiente: AKF-1_7, AKF-

1_5. AKF-2_7, AKF-2_5 y AR-1_3. Por último, en la Figura 4.21 se indica la porosidad de

cada una de las mezclas, observando que el comportamiento es igual que en el caso de

la densidad, las mezclas donde se obtiene mayor resistencia a compresión presentan

menor porosidad. Como se ha indicado anteriormente, tanto las propiedades mecánicas

como las propiedades físicas no dependen únicamente del material fabricado sino

también de su puesta en servicio ya que ésta modifica ampliamente las propiedades

físicas y por ende las propiedades mecánicas.

Conjuntamente se ha caracterizado físicamente las probetas de control, como en

el caso anterior para evaluar si el material base presenta distinto comportamiento que

pueda variar las propiedades mecánicas y físicas del material proyectado. Los resultados

se muestran en la Tabla A.42 hasta la Tabla A.55 del anejo A y en la Figura 4.22, Figura

4.23 y Figura 4.24 del presente apartado. Las tres propiedades físicas presentan el

mismo comportamiento que el indicado anteriormente, la absorción y la porosidad

disminuyen mientras que la densidad aumenta al aumentar el tiempo de curación. En el

caso de las probetas de control no se observa ningún comportamiento anómalo en

ninguna de las mezclas estudiadas, solo cabe destacar que la absorción y porosidad del

AR-1_3 presentan los valores más bajos respecto al resto de mezclas, siendo la densidad

la más alta, debido a esto se obtiene una mayor resistencia a compresión, como se

observa en la Figura 4.17.

La caracterización física tanto del material como de las probetas de control

resultan de gran importancia para poder estudiar el comportamiento del material y

analizar la variación en su comportamiento respecto a cada uno de los aditivos

acelerantes del fraguado empleados.

Capítulo 4 103


Figura 4.19. Resultados absorción testigos.

Figura 4.20. Resultados densidad testigos.

0

2

4

6

8

10

12

14

16A

bso

rció

n (

%)

Absorción

1d

2d

7d

28d

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

Den

sid

ad (

g/cm

3)

Densidad

1d

2d

7d

28d

104 Resultados


Figura 4.21. Resultados porosidad testigos.

Figura 4.22. Resultados absorción probetas control.

0

5

10

15

20

25

30P

oro

sid

ad (

%)

Porosidad

1d

2d

7d

28d

9,6

9,8

10,0

10,2

10,4

10,6

10,8

11,0

11,2

Ab

sorc

ión

(%

)

Absorción

7d

28d

Capítulo 4 105


Figura 4.23. Resultados porosidad probetas control.

Figura 4.24. Resultados densidad probetas control.

19,5

20,0

20,5

21,0

21,5

22,0

22,5P

oro

sid

ad (

%)

Porosidad

7d

28d

1,96

1,97

1,98

1,99

2,00

2,01

2,02

2,03

2,04

2,05

Den

sid

ad (

g/cm

3)

Densidad

7d

28d

106 Conclusiones


CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES

5.1. INTRODUCCIÓN

El capítulo 5 se centra en exponer las conclusiones obtenidas a lo largo de la

presente tesis. Además, se incluyen las futuras líneas de investigación que son

necesarias llevar a cabo para complementar y continuar el estudio realizado. El capítulo

se estructura en dos apartados, uno para cada uno de los puntos descritos

anteriormente.

5.2. CONCLUSIONES

Las conclusiones generales obtenidas mediante el desarrollo de la presente

campaña experimental son las siguientes:

• Las mejoras implementadas en el sistema de proyección han mejorado tanto el

propio proceso de proyección como el control que se tiene sobre el mismo. La mejora

que más destaca ha sido la implementación de la nueva bomba de aditivo y la

implementación del caudalímetro, siendo posible tener un control muy exacto en

todo momento del caudal de aditivo acelerante del fraguado que llega a la boquilla

de proyección. Además, se ha posibilitado la proyección de aditivos acelerantes del

fraguado en suspensión. Haciendo una comparativa respecto a campañas

experimentales previas, los posibles problemas que pueden surgir durante el proceso

de proyección se han reducido considerablemente, aproximadamente en un 70-75 %

gracias a las mejoras implementadas.

• El sistema de proyección junto con las modificaciones implementadas, es un sistema

capaz de reproducir de forma eficaz y representativa las proyecciones que se realizan

a pie de obra. Estando limitado a la proyección de mortero, con un tamaño máximo

de árido igual a 0,2 mm.

Capítulo 5 107


• La dosificación empleada a lo largo de la campaña experimental se ha comportado

correctamente, pudiendo realizar la proyección de mortero sin ningún tipo de

problema y consiguiendo reducir la relación a/c al valor de interés. No obstante, para

facilitar en mayor medida el proceso de proyección y por tanto mejorar la capacidad

de bombeo y trabajabilidad de la mezcla en estado freso, es necesario aumentar el

porcentaje de aditivo superplastificante. Mediante el aumento del porcentaje de

aditivo superplastificante es posible mantener la relación a/c y mejorar el

comportamiento reológico de la mezcla, variable muy importante como se ha

comprobado en la presente tesis.

• Los ensayos planificados en la presente campaña experimental permiten caracterizar

de forma correcta los distintos aditivos acelerantes del fraguado empleados. La única

modificación que sería necesario realizar es la edad de ensayo a largo plazo, pasando

de 1, 2, 7 y 28 días, como se ha realizado en la presente tesis, a 1, 3, 7 y 28 días. Esta

modificación se justifica debido a la logística necesaria para la realización de los

ensayos y la extracción de testigos, facilitándola tanto a nivel de laboratorio como a

nivel de personal.

• Conjuntamente a los ensayos realizados es importante realizar ensayos de

calorimetrías, compresión y flexión en pastas que incorporen los distintos aditivos

acelerantes del fraguado. De esta manera es posible evaluar cómo afectan al proceso

de hidratación los distintos tipos de aditivos acelerantes del fraguado eliminando el

factor del propio proceso de proyección. Además, se elimina la elevada porosidad

que se introduce debido al propio proceso de proyección, el cual afecta de manera

significativa en las propiedades mecánicas del material resultante.

• La experiencia de la persona que realiza la puesta en obra del material, es decir, las

proyecciones de mortero, es muy importante ya que determina en gran medida las

propiedades del material resultante y por lo tanto la caracterización de los distintos

tipos de aditivos acelerantes del fraguado.

• El ensayo de velocidad de pulso ultrasónico es un ensayo no destructivo que permite

estimar de forma muy acertada la resistencia a compresión del material. De la misma

manera, los ensayos de caracterización física han resultado muy útiles para realizar

una correcta caracterización del material, así como la justificación de las bajas

propiedades mecánicas obtenidas en alguna de las dosificaciones.

• Los aditivos acelerantes del fraguado libres de álcali han demostrado ser un buen

sustituto de los aditivos ricos en álcali, demostrando que es posible realizar la

sustitución total de los aditivos ricos en álcalis por aditivos libres en álcalis,

mejorando de esta manera las condiciones de trabajo de los operarios involucrados

108 Conclusiones


en la puesta en servicio en obra del material. Conjuntamente se mejora el impacto

ambiental, punto muy importante teniendo en cuenta los acontecimientos actuales.

• Es necesario realizar una nueva campaña experimental para verificar los resultados

obtenidos en la presente tesis, ya que alguno de los aditivos acelerantes del fraguado

no presenta un comportamiento diferente al esperado.

5.3. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Las futuras líneas de investigación deben centrar en dos partes claramente

diferenciadas. El primer punto y más importante, es la optimización de la dosificación

empleada en la presente tesis, con una relación a/c igual a 0,42. La optimización de la

dosificación debe centrarse en aumentar el porcentaje de aditivo superplastificante,

consiguiendo mejorar el comportamiento en estado fresco del material, su

trabajabilidad, su bombeabilidad y su comportamiento reológico, disminuyendo ambos

parámetros reológicos, viscosidad plástica y esfuerzo umbral de corte. El aumento del

porcentaje de aditivo superplastificante debe realizarse teniendo en cuenta los

resultados obtenidos a través de la realización del ensayo del cono de Mars, de esta

manera es posible conocer el punto de saturación y ajustar el porcentaje de aditivo lo

máximo posible. Conjuntamente es necesario realizar un estudio reológico de distintas

dosificaciones aumentando únicamente el porcentaje de aditivo superplastificante y

manteniendo constantes el resto de materiales presentes en la dosificación y sus

relaciones. Una vez optimizada la dosificación, es necesario realizar una segunda

campaña experimental empleando los mismos aditivos acelerantes del fraguado y el

mismo porcentaje spc. El objetivo de la segunda campaña experimental se centraría en

verificar que los resultados obtenidos en la presente campaña experimental se replican

y por lo tanto son representativos del material proyectado, siendo también

representativos de los aditivos acelerantes del fraguado libres de álcalis empleados. Una

vez verificados los resultados obtenidos se podría asegurar con mayor seguridad la

viabilidad del reemplazo total de los aditivos ricos en álcalis por aditivos libres de álcalis.

Bibliografía 109


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112 Tablas Resultados


ANEJO A. TABLAS RESULTADOS

Tiempo (min) Diámetro (cm) Diámetro

Medio (cm) DESVEST CV /%)

15

26,3

26,27 0,25 0,96 26,0

26,5

30

26,5

26,50 0,00 0,00 26,5

26,5

45

26,5

26,10 0,36 1,38 25,8

26,0

60

24,8

24,60 0,17 0,70 24,5

24,5

75

22,5

22,60 0,17 0,77 22,5

22,8

90

21,0

21,17 0,29 1,36 21,5

21,0

Anejo A 113


Tabla A.1. Resultados viscosímetro dosificación 1.

Etapa

Tiempo

1 min 10 min 30 min

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

1

0,105 0,19 0,177 0,19 0,23 0,19

0,15 0,28 0,226 0,28 0,286 0,28

0,195 0,37 0,286 0,37 0,361 0,37

0,25 0,46 0,346 0,46 0,421 0,46

0,314 0,55 0,406 0,55 0,509 0,55

0,376 0,63 0,474 0,63 0,587 0,63

0,37 0,63 0,482 0,63 0,587 0,63

0,376 0,63 0,467 0,63 0,587 0,63

0,366 0,63 0,477 0,63 0,587 0,63

0,372 0,63 0,482 0,63 0,587 0,63

2

0,375 0,63 0,477 0,63 0,587 0,63

0,37 0,63 0,479 0,63 0,598 0,63

0,37 0,63 0,482 0,63 0,587 0,63

0,37 0,63 0,482 0,63 0,596 0,63

0,301 0,55 0,415 0,55 0,515 0,55

0,248 0,46 0,346 0,46 0,444 0,46

0,195 0,37 0,286 0,37 0,376 0,37

0,15 0,28 0,241 0,28 0,313 0,28

0,105 0,19 0,195 0,19 0,256 0,19

0,391 0,66 0,497 0,66 0,602 0,66




Etapa

Tiempo

1 min 10 min 30 min

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

1

0,527 0,19 0,736 0,19 1,434 0,19

0,693 0,28 0,904 0,28 1,732 0,28

0,843 0,37 1,083 0,37 2,031 0,37

1,023 0,46 1,292 0,46 2,35 0,46

1,199 0,55 1,476 0,55 2,679 0,55

1,401 0,63 1,747 0,63 2,998 0,63

1,401 0,63 1,762 0,63 3,013 0,63

1,414 0,63 1,762 0,63 3,028 0,63

1,416 0,63 1,79 0,63 3,058 0,63

1,425 0,63 1,793 0,63 3,078 0,63

2

1,431 0,63 1,808 0,63 3,104 0,63

1,431 0,63 1,823 0,63 3,134 0,63

1,437 0,63 1,823 0,63 3,164 0,63

1,446 0,63 1,857 0,63 3,194 0,63

1,22 0,55 1,612 0,55 2,765 0,55

1,014 0,46 1,321 0,46 2,29 0,46

0,828 0,37 1,084 0,37 1,883 0,37

0,663 0,28 0,843 0,28 1,506 0,28

0,467 0,19 0,693 0,19 1,22 0,19

1,461 0,66 1,823 0,66 3,022 0,66

Anejo A 115



Etapa

Tiempo

1 min 10 min 30 min

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

Torque

(N∙m)

Velocidad

de Rotación

(rps)

1

0,195 0,19 0,271 0,19 0,406 0,19

0,254 0,28 0,331 0,28 0,497 0,28

0,301 0,37 0,39 0,37 0,587 0,37

0,346 0,46 0,467 0,46 0,678 0,46

0,406 0,55 0,539 0,55 0,768 0,55

0,467 0,63 0,617 0,63 0,858 0,63

0,467 0,63 0,617 0,63 0,867 0,63

0,467 0,63 0,617 0,63 0,869 0,63

0,467 0,63 0,62 0,63 0,873 0,63

0,468 0,63 0,626 0,63 0,873 0,63

2

0,467 0,63 0,623 0,63 0,883 0,63

0,48 0,63 0,632 0,63 0,889 0,63

0,47 0,63 0,632 0,63 0,889 0,63

0,479 0,63 0,632 0,63 0,87 0,63

0,415 0,55 0,534 0,55 0,738 0,55

0,361 0,46 0,467 0,46 0,632 0,46

0,296 0,37 0,406 0,37 0,512 0,37

0,241 0,28 0,316 0,28 0,406 0,28

0,195 0,19 0,269 0,19 0,331 0,19

0,497 0,66 0,647 0,66 0,904 0,66



Tabla A.4. Resultados flujo calor normalizado ensayo de calorimetrías.

Dosificación

Tiempo

Primer Pico

(h)

Flujo Calor

Primer Pico

(mW/g

cem)

Tiempo

Segundo

Pico

Flujo Calor

Segundo

Pico (mW/g

cem)

CEMI_AKF-1_5 0,06 18,52 8,26 4,07

CEMI_AKF-1_7 0,05 28,42 6,94 4,30

CEMI_AKF-2_5 0,05 23,52 8,51 5,24

CEMI_AKF-2_7 0,05 36,66 8,26 5,30

CEMI_AR-1_3 0,02 7,82 5,07 5,37

CEMI_CONTROL 0,02 7,88 10,02 4,50

Tabla A.5. Resultado ensayo resistencia a compresión indirecta.

Resistencia Compresión Indirecta (MPa)

Tiempo

Ensayo (h) CEMI_AKF-1_5 CEMI_AKF-1_7 CEMI_AKF-2_5 CEMI_AKF-2_7 CEMI_AR-1_3

6 2,51 6,96 2,10 7,73 6,11

12 9,99 11,77 17,84 17,10 19,00

24 17,25 16,80 19,43 18,94 20,38

38 22,57 16,71 22,63 19,73 20,82

Tabla A.6. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-1_5.

CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días)

Velocidad

Impulso (km/s) Desvest CV (%)

1 3,45 0,15 4,31

2 3,72 0,05 1,26

7 3,89 0,04 1,10

28 4,00 0,06 1,38

Anejo A 117



CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado

(días)

Velocidad


1 3,35 0,05 1,51

2 3,55 0,06 1,60

7 3,79 0,07 1,80

28 3,81 0,05 1,39


CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado

(días)

Velocidad


1 3,73 0,06 1,64

2 3,90 0,02 0,50

7 3,90 0,03 0,74

28 3,94 0,03 0,75

Tabla A.9 Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-2_7.

CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado

(días)

Velocidad


1 3,68 0,06 1,72

2 3,86 0,06 1,68

7 3,85 0,11 2,81

28 3,95 0,03 0,87



Tabla A.10. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AR-1_3.

CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado

(días)

Velocidad


1 3,72 0,02 0,49

2 3,82 0,05 1,35

7 3,83 0,10 2,56

28 3,87 0,01 0,38

Tabla A.11. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-1_5.

CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)

1 11,21 1,52 13,54

2 15,92 3,48 21,88

7 26,32 3,30 12,54

28 26,29 5,49 20,89


CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


1 8,36 1,10 13,14

2 10,58 2,48 23,40

7 15,14 3,21 21,23

28 15,39 3,51 22,82

Anejo A 119



CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


1 27,36 2,05 7,50

2 28,46 7,43 26,11

7 38,32 4,86 12,69

28 33,43 3,02 9,05


CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


1 18,91 2,39 24,38

2 26,26 0,53 3,90

7 28,92 1,92 12,83

28 27,48 2,80 10,18

Tabla A.15. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AR-1_3.

CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


1 28,82 1,32 4,57

2 31,33 2,56 8,17

7 38,11 1,46 3,84

28 34,83 3,68 10,57



Tabla A.16. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-1_5.

CON_CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado


7 65,08 1,06 1,63

28 74,33 - -


CON_CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


7 62,37 1,02 1,64

28 70,27 3,02 2,68


CON_CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


7 63,85 3,04 4,77

28 71,79 2,83 3,94


CON_CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


7 63,97 0,47 0,74

28 72,57 1,40 1,93

Anejo A 121


Tabla A.20. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AR-1_3.

CON_CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


7 67,66 3,20 4,74

28 77,57 5,06 6,52

Tabla A.21. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-1_5.

CON_CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días) fct (Mpa) Desvest CV (%)

7 7,92 1,43 18,06

28 6,15 - -


CON_CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


7 8,52 0,74 20,35

28 9,75 0,40 9,54

Tabla A.23- Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-2_5.

CON_CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


7 6,18 1,00 16,18

28 10,55 0,31 2,97




CON_CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


7 9,96 0,16 1,61

28 10,35 1,31 12,68

Tabla A.25. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AR-1_3.

CON_CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


7 6,53 0,74 11,35

28 11,42 1,73 15,19

Tabla A.26. Resultado absorción CEMI_AKF-1_5.

CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días) Absorción (%) Desvest CV (%)

1 12,46 0,30 2,43

2 13,38 0,75 5,62

7 12,33 0,55 4,49

28 11,87 0,38 3,23


CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


1 14,94 0,89 5,96

2 14,67 0,71 4,83

7 15,07 0,63 4,15

28 15,02 1,57 10,47

Anejo A 123



CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


1 11,84 0,10 0,82

2 11,67 0,12 1,04

7 11,52 0,14 1,22

28 11,26 0,12 1,03


CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


1 12,72 0,22 1,69

2 12,58 0,03 0,27

7 12,57 0,36 2,87

28 12,43 0,91 7,31

Tabla A.30. Resultado absorción CEMI_AR-1_3.

CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


1 11,95 0,15 1,29

2 11,70 0,14 1,20

7 11,40 0,36 3,20

28 11,10 0,11 1,01



Tabla A.31. Resultado densidad CEMI_AKF-1_5.

CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días)

Densidad

(g/cm3) Desvest CV (%)

1 1,95 0,02 1,05

2 1,91 0,03 1,49

7 1,96 0,02 0,97

28 1,96 0,02 1,09


CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado

(días)

Densidad


1 1,85 0,04 2,04

2 1,87 0,03 1,68

7 1,85 0,02 1,26

28 1,80 0,07 4,07


CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado

(días)

Densidad


1 1,99 0,01 0,38

2 2,00 0,01 0,26

7 1,99 0,01 0,50

28 2,01 0,01 0,27

Anejo A 125



CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado

(días)

Densidad


1 1,94 0,01 0,39

2 1,94 0,01 0,53

7 1,94 0,02 0,98

28 1,96 0,04 2,10

Tabla A.35. Resultado densidad CEMI_AR-1_3.

CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado

(días)

Densidad


1 2,03 0,02 0,84

2 2,04 0,01 0,51

7 2,04 0,03 1,31

28 2,05 0,01 0,46

Tabla A.36. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_5.

CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)

1 24,32 0,37 1,54

2 25,65 1,07 4,15

7 24,14 0,89 3,69

28 23,28 0,53 2,29




CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


1 27,64 1,06 3,84

2 27,41 0,91 3,31

7 27,89 0,82 2,93

28 27,00 1,75 6,48


CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


1 23,62 0,16 0,67

2 23,37 0,19 0,80

7 22,97 0,21 0,91

28 22,72 0,20 0,87


CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


1 24,73 0,33 1,34

2 24,40 0,10 0,43

7 24,39 0,61 2,50

28 24,37 1,33 5,44

Anejo A 127


Tabla A.40. Resultado porosidad CEMI_AR-1_3.

CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


1 24,36 0,26 1,05

2 23,87 0,28 1,19

7 23,23 0,45 1,93

28 22,85 0,16 0,71


CON_CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado


7 10,95 0,26 2,37

28 10,44 0,16 1,57

Tabla A.42. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-1_7.

CON_CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


7 10,78 0,11 1,05

28 10,13 0,09 0,91


CON_CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


7 10,54 0,15 1,40

28 10,36 0,13 1,22




CON_CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


7 10,72 0,15 1,38

28 10,53 0,12 1,10

Tabla A.45. Resultado absorción CON_CEMI_AR-1_3.

CON_CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


7 10,20 0,10 1,01

28 10,20 0,15 1,46

Tabla A.46. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-1_5.

CON_CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado

(días)

Densidad


7 2,00 0,02 1,01

28 2,02 0,00 0,21


CON_CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado

(días)

Densidad


7 2,00 0,01 0,55

28 2,02 0,01 0,67


CON_CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado

(días)

Densidad


7 2,00 0,01 0,67

28 2,00 0,01 0,67

Anejo A 129



CON_CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado

(días)

Densidad


7 1,99 0,01 0,28

28 2,02 0,03 1,62

Tabla A.50. Resultado densidad CON_CEMI_AR-1_3.

CON_CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado

(días)

Densidad


7 2,03 0,00 0,25

28 2,04 0,01 0,42

Tabla A.51. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-1_5.

CON_CEMI_AKF-1_5

Tiempo Curado


7 21,91 0,32 1,45

28 21,15 0,29 1,36


CON_CEMI_AKF-1_7

Tiempo Curado


7 21,63 0,31 1,44

28 20,52 0,18 0,88


CON_CEMI_AKF-2_5

Tiempo Curado


7 21,12 0,22 1,02

28 20,73 0,15 0,73




CON_CEMI_AKF-2_7

Tiempo Curado


7 21,39 0,24 1,12

28 21,27 0,34 1,61

Tabla A.55. Resultado porosidad CON_CEMI_AR-1_3.

CON_CEMI_AR-1_3

Tiempo Curado


7 20,72 0,17 0,82

28 20,86 0,24 1,15

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