6.6 Lechadas para Inyecciones
TEMAS TRATADOS:
6.6.1 Generalidades
6.6.2 Lechadas sobre la base de cemento
6.6.3 Mezclado y aplicación
6.6.1 GENERALIDADES
Son muchos los usos de las lechadas. Entre ellos se destaca:
Impermeabilización.
Reteniendo el flujo de agua, como en el caso de estructuras y túneles; reducción de pérdidas de agua en canales; inhibición de la erosión interna en suelos de fundación y terraplenes; y, en la excavación, bajo napa mediante la estabilización, consolidación y control del agua. Entre los alcances están:
Cortina impermeable bajo una presa
Pantalla impermeable en túneles
Cortina impermeable en excavaciones
Inyección de consolidación.
En rocas se repara el daño generado por explosivos. En suelos la inyección de lechada se emplea generalmente para mejorar su capacidad de soporte. También se emplean en presas para dar mayor resistencia a la roca de fundación del cimiento.
Inyección para reparación de estructuras.
Obras que antiguamente se habrían dado por perdidas, en la actualidad pueden someterse a reparación mediante inyecciones de consolidación con pleno éxito.
Relleno de ductos de postensados.
Se rellena completamente el espacio existente entre la vaina y el tendón (armaduras activas) con lechada de cemento. Con esto se previene la corrosión de los tendones y se minimiza el efecto de relajación de los tendones en el tiempo.
Lechada para relleno bajo placas base de equipos y estructuras.
Normalmente las placas de apoyo de máquinas o estructuras quedan separadas de la fundación y el espacio debe ser inyectado con una lechada, normalmente de altas exigencias.
Lechadas para relleno de clave en túneles o tuberías.
Se utilizan generalmente para rellenar los huecos entre el hormigón y la roca en caso de túneles y cavernas. También se usa en el relleno de los huecos entre el palastro y el hormigón en tuberías o en las corazas de protección en obras de descarga.
Estabilización de losas.
En losas de pavimentos para mejorar sus condiciones de apoyo, corregir fallas de drenaje y prevenir bombeo en juntas transversales y grietas.
Inyecciones en hormigones con árido precolocado.
Donde el acceso es difícil, particularmente en hormigones bajo agua, primero se coloca el árido grueso con un tipo de graduación abierta. Luego se inyecta con lechada que por densidad desplaza el agua, llenando los espacios.
Las lechadas de inyección se pueden clasificar en dos categorías principales:
Las suspensiones.
Los líquidos o soluciones.
Las suspensiones
Las suspensiones están constituidas por una mezcla de uno o varios productos sólidos (cemento, cenizas volantes, arcilla) en un líquido que es agua.
Según su contenido en materia seca, ellas son del tipo inestable o estable.
Las suspensiones inestables están constituidas por la mezcla de cemento puro en el agua. La agitación las homogeniza. Los granos sedimentan rápidamente cuando cesa la agitación.
En las suspensiones estables la sedimentación es lenta y se obtienen generalmente por un aumento del contenido total de cemento, por la incorporación de bentonita o de silicato de sodio.
Los líquidos
Los líquidos están constituidos por productos químicos (líquidos o productos solubles) y sus reactivos en solución o en emulsión. Los productos más frecuentemente utilizados son los silicatos de soda y ciertas resinas. Para algunos casos particulares se pueden usar las emulsiones de hidrocarburos.
6.6.2 LECHADAS SOBRE LA BASE DE CEMENTO
Por sus propiedades físicas y su economía, son las lechadas de uso más frecuente para la impermeabilización, para la consolidación de suelos, para las reparaciones, para el llenado de las vainas de postensado, entre otras aplicaciones.
Ellas se caracterizan y designan por la relación en masa de cemento sobre agua, C/A, o la relación en masa de materia seca total sobre agua, MS/A.
A) PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS GENERALES
La estabilidad, fluidez, resistencia a compresión dependen de la cantidad y calidad de los constituyentes.
Estas lechadas se caracterizan por su facilidad de preparación y de suministro, su fácil puesta en obra y su economía.
Para medir la fluidez de lechadas finas y muy líquidas se emplea el embudo o cono de Marsh (ISO 2431, ASTM D6910). Este embudo tiene una boquilla de 50 mm con un diámetro interno de 5 mm: se mide el tiempo en segundos que demora la lechada que cae del cono en llenar un recipiente de 1 litro. Como referencia se tiene que el agua tarda entre 27 y 27,5 segundos, dependiendo de su temperatura.
Para lechadas más viscosas se emplea el embudo o cono de ASTM C939, el que tiene una boquilla de 38,5 mm de largo con un diámetro interno de 12,7 mm; se mide el tiempo que demora en pasar por la boquilla 1,725 lt de lechada. El agua demora 8 segundos. Ver Figura 6.19.
FIGURA 6.19
FLUIDEZ DE LECHADAS
Fuentes:
Cono Marsh: P. Universidad Católica. Laboratorio virtual.
Cono ASTM: Catálogo Cotecno.
La decantación es una característica indeseable que consiste en la separación de las fases sólida y líquida, después de preparada la lechada. Para medirla se emplea una probeta de 1000 cc que se llena con la lechada en estudio y se deja en reposo. Al cabo de dos horas se mide el volumen de agua libre que ha aparecido en la parte superior de la probeta y se expresa en relación al volumen inicial (1000 cc). El uso de un superplastificante disminuye considerablemente la decantación.
La resistencia a compresión de las lechadas se determina normalmente utilizando el mismo molde de los morteros (Molde Rilem de 4x4x16 cm); también se emplean moldes cúbicos de 5 cm de arista (ASTM C109).
B) SUSPENSIONES DE CEMENTO PURO
En la mayoría de los casos, estas lechadas son suspensiones inestables de cemento puro en agua. Sin embargo, se puede lograr una ausencia de decantación con relaciones C/A altas (generalmente C/A > 1,5). También disminuye y retarda la decantación el empleo de un súperplastificante.
El depósito de los granos de cemento en los intersticios granulares o en las fisuras, constituye una suerte de relleno hidráulico. Estas lechadas experimentan un secado importante. Este efecto está relacionado con la presión de inyección, con la dimensión de los huecos y la posibilidad de evacuación de agua.
Se pueden obtener resistencias mecánicas elevadas con estas lechadas.
Todos los tipos de cementos se pueden utilizar. La selección de un tipo particular dependerá de las propiedades finales deseadas para el producto inyectado y también de su resistencia frente a la agresividad del medio. La finura del cemento es determinante en el caso de fisuras finas.
Habitualmente la relación en masa C/A de las lechadas utilizadas varía de 1/1 a 2,5/1. Las lechadas con menos dosis de cemento permiten la inyección en vacíos muy finos.
La resistencia a compresión está ligada directamente a la clase de cemento y a la relación C/A de la mezcla. Las resistencias habituales a compresión simple varían entre 5 y 50 MPa a 28 días.
Estas lechadas se utilizan en la consolidación de roca fisurada, por medio de la inyección en las fisuras más o menos abiertas. En las obras nuevas o existentes ellas se utilizan para la unión de la estructura con el terreno circundante, la inyección de juntas de contracción y en la reconstitución de albañilerías.
B) SUSPENSIONES DE CEMENTO PURO
Son suspensiones de cemento estabilizadas por un aporte de arcilla o de bentonita.
Con la adición de arcilla o de bentonita a una suspensión de cemento se puede lograr una extensa gama de viscosidades y resistencias, se disminuye significativamente la sedimentación del cemento, se disminuye la velocidad de rigidización y de secado, se aumenta el tiempo de fraguado.
Las dosis de bentonita o arcilla dependen del uso de la lechada. Así, en trabajos de impermeabilización, las lechadas contendrán más proporción de arcilla y menos proporción de cemento y será lo contrario en trabajos de consolidación.
A título informativo, las dosis usuales están comprendidas entre los valores siguientes:
Arcilla : 80 a 400 kg/m3
Bentonita : 20 a 80 kg/m3
Cemento : 100 a 700 kg/m3
Las dosis y la elección de la arcilla o de la bentonita permiten obtener una extensa variedad de viscosidades. Las resistencias varían entre 3 a 17 MPa. Con dosis elevada de arcilla o bentonita se logra alta impermeabilidad.
Las arcillas y bentonitas tienen un efecto beneficioso en la durabilidad ya que forman una red alrededor de los granos de cemento que los protege de aguas agresivas.
D) LECHADAS CON CARGA
Son lechadas de cemento, o de arcilla y cemento, a las cuales se adicionan materiales inertes en polvo o que tienen un fraguado y endurecimiento lento.
La adición de carga está destinada a modificar la viscosidad de la lechada y a obtener un producto económico por sustitución de cemento por un material de bajo costo. Esta operación se hace generalmente en los casos de fuertes absorciones o de volúmenes importantes por rellenar.
Las cargas más corrientes están constituidas por arenas naturales, puzolanas naturales y cenizas volantes. En particular pueden ser utilizados los “fillers”.
E) LECHADAS ESPECIALES
Existen otras lechadas para usos especiales o con condiciones particulares. Por ejemplo:
Lechadas con fraguado acelerado y rigidización controlada
Lechadas expansivas
Lechadas expandidas o aéreas
Lechadas espuma
6.6.3 MEZCLADO Y APLICACIÓN
A) MEZCLADO
Al mezclar los componentes de una lechada por los métodos tradicionales se produce una rápida aglomeración de los materiales. Se forma una gran cantidad de grumos que son difíciles de disolver.
Hay que recurrir a una agitación de alta velocidad, con equipos como el que se muestra en Figura 6.20.
FIGURA 6.20
AGITACIÓN DE ALTA VELOCIDAD
Fuente: M. Muñoz. “Caracterización de lechadas cementicias para su uso en consolidación o reparación de estructuras agrietadas”
En obras menores, cuando no se cuente con un equipo como el indicado, se puede recurrir a un taladro normal al que se le adapta una barra a la que se le han soldado aspas.
En general, el mezclado de las lechadas se realiza en dos etapas. Primero, los materiales se miden y se mezclan en una betonera normal. El producto obtenido se lleva a un recipiente donde se aplica la agitación de alta velocidad.
Dependiendo de la velocidad de colocación, a veces se requiere tener la lechada en un recipiente con agitación para evitar la decantación.
B) APLICACIÓN
Cuando se está inyectando elementos horizontales, con grietas abiertas mayores, la aplicación se puede hacer por gravedad.
En la gran mayoría de los casos hay que recurrir a la inyección mediante presión.
Las bombas de inyección deben cumplir tres requerimientos básicos: precisión en el control de la tasa de salida (caudal), control de la presión, y alta resistencia a la abrasión.
Son dos los principales tipos: bombas de pistón y bombas de desplazamiento continuo.
Hay una gran variedad de equipos, de diferentes capacidades y rendimiento, desde pequeñas bombas manuales de pistón a grandes equipos que incluyen el mezclado de la lechada, tal como se ve en Figura 6.21.
FIGURA 6.21
BOMBAS DE INYECCIÓN
Fuente: Catálogo ChemGrout
Otros detalles de la aplicación de lechadas aparece en 3.17 Reparación de estructuras de hormigón.