Nuevas alturas alcanzadas en el bombeo de hormigón

Dec 16, 2023

En abril de 2008, se estableció un nuevo récord mundial de altura de bombeo de hormigón de 606 m en la Torre Burj Dubai en Dubai. Bryan Orchard analiza la tecnología de bomba de pistón o peristáltica de alta presión detrás de este nivel de rendimiento y la contribución que puede hacer a la última generación de proyectos de edificios de gran altura.

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En noviembre de 2007, una bomba de hormigón de súper alta presión Putzmeister 14000 SHP D operada por Unimix en la torre Burj Dubai en Dubai estableció un nuevo récord mundial de 601 m de altura para el bombeo de hormigón. Sin embargo, este récord no se mantuvo por mucho tiempo, ya que se batió en abril de 2008 cuando la misma empresa con la misma bomba alcanzó una altura de 606 m.

No fue hace tanto tiempo que la construcción de edificios de gran altura implicaba que las grúas levantaran hormigón en cubos. Puede que no haya sido el más eficiente de los procesos, pero fue conveniente y exitoso. Sin embargo, el mundo ahora se está moviendo hacia una era completamente nueva de construcción de gran altura, con la Torre Burj Dubai de 160 pisos a una altura de 700 m estableciendo un nuevo punto de referencia (Figura 1). Esta revolución ha tenido un impacto positivo en los fabricantes de bombas de hormigón, que han respondido empujando las barreras de su tecnología.

A lo largo de Oriente Medio y los Estados del Golfo, la inversión en nuevas propiedades de gran altura parecería ilimitada. Solo en Arabia Saudita, se informó que el número de proyectos de gran altura planificados en el reino había aumentado a 22 en el primer trimestre de 2008. Con un claro interés en tales proyectos, Saudi Readymix Concrete está trabajando en el desarrollo de mezclas especiales de hormigón de gran altura de alta resistencia y está utilizando técnicas avanzadas de bombeo para alcanzar alturas nunca antes vistas en el Reino.

"Algunos de nuestros proyectos actuales contienen hasta 20 o 30 torres, y esperamos que la cantidad y el tamaño de dichos proyectos aumenten en los próximos años", comenta Fadi Mujahed, director de marketing y desarrollo comercial de Saudi Readymix (Figura 2). Tomando nota del éxito que Unimix ha tenido al trabajar con Putzmeister en la Torre Burj Dubai, Saudi Readymix ha invertido recientemente en cuatro nuevas bombas de hormigón BSA 14000 HP D estacionarias de Putzmeister.

Tal es su interés en el bombeo de hormigón que Saudi Readymix ha establecido una división especial de bombeo de hormigón, que a principios de este año organizó varios seminarios centrados en cuestiones específicas relacionadas con el tema con documentos presentados por los fabricantes alemanes de bombas Schwing y Putzmeister.

Según Putzmeister Concrete Pumps GmbH, es necesario distinguir entre el estado de funcionamiento de la bomba (arranque, bombeo, funcionamiento de transporte normal, vaciado y limpieza de la línea, averías, etc.) y el estado de funcionamiento del hormigón. El tipo de bomba de hormigón, ya sea de pistón o peristáltica (tubo comprimido) y el tipo de válvulas utilizadas para la bomba de pistón (tubería troncal o 'S') no tienen ninguna influencia en la calidad o el carácter del hormigón fresco dentro de la bomba.

Sólo se puede empujar hormigón por la línea de impulsión cuando previamente ha sido succionado de una tolva, esto se logra aumentando el volumen del espacio de transporte, es decir, el volumen de los cilindros de impulsión, de la bomba para que el hormigón llene el espacio de transporte al máximo. nivel óptimo. Al disminuir el volumen del espacio de transporte, el concreto es empujado hacia la línea de entrega y desplaza toda la columna de concreto en la línea de entrega.

En un examen más detallado, se puede ver que la acción de succión también empuja, aumentando así el volumen en el espacio de transporte, lo que da como resultado un nivel de presión inferior a la presión atmosférica. Esto empuja el hormigón fuera de la tolva hacia el espacio de transporte a una presión máxima de 1 bar, pero solo en ausencia de un "puente de aire" continuo entre el espacio de transporte y la atmósfera.

El bajo nivel de presión para succión y llenado requiere el menor nivel posible de resistencia al flujo y deformación del hormigón. El agitador de la tolva y su forma geométrica contribuyen considerablemente a ello. El agitador no solo mantiene el hormigón fluyendo libremente durante las pausas en la acción de transporte, sino que también mueve y empuja el hormigón durante la succión con un caudal uniforme y controlado hacia la abertura de succión. La tasa de llenado del espacio de transporte es esencial para la eficiencia de la bomba.

Para una conducción de succión óptima, las aberturas de succión y el diámetro del área de transporte deben mantenerse lo más constantes y grandes posible. Esto también da como resultado las diferencias esenciales entre las bombas peristálticas y de pistón. Las bombas de pistón aspiran el hormigón a través de grandes secciones transversales y reducen la sección transversal cuando empujan el hormigón, con el tamaño de la salida dependiendo del volumen del cilindro, el número de carreras del pistón por minuto y la potencia del motor. Las bombas peristálticas están limitadas a alrededor de 30 bar con respecto a su presión de suministro y el rendimiento de suministro está limitado por el rendimiento de succión.

Cuando el hormigón sale a presión de los cilindros de suministro de una bomba de pistón hacia la línea de suministro, experimenta una reducción en la sección transversal del diámetro de la línea de suministro durante y después de pasar por la válvula. Esto da como resultado un aumento en la velocidad junto con un aumento correspondiente en la capa límite por unidad de volumen. Para reducir la resistencia de transporte asociada, la reducción de la sección transversal se lleva a cabo de forma continua en la medida de lo posible en una sección suficientemente larga. Esta reducción de la sección transversal dentro o inmediatamente aguas abajo de la bomba también proporciona una prueba de bombeabilidad para el concreto.

El aumento de la sección transversal de la línea tiene una influencia directa en el caudal, el comportamiento de desgaste, el requisito de presión y el período durante el cual el hormigón permanece en la tubería, con el mismo rendimiento por hora. En comparación con la línea de suministro de 125 mm, la sección transversal para el diámetro de 150 mm aumenta en aproximadamente un 44 %. Esto da como resultado una reducción de la presión de alrededor del 25 %, y el desgaste también se reduce en consecuencia.

Sin embargo, a medida que cae el caudal, aumenta el período durante el cual el hormigón permanece en la línea. Este mayor tiempo de flujo debe tenerse en cuenta al desarrollar el concepto de hormigonado. Con una altura de estructura supuesta de 580 m, el período durante el cual el hormigón permanece en la línea de entrega de 150 mm es de alrededor de 35 minutos y se suma a eso la carga significativamente mayor en la válvula de cierre debido a las columnas de hormigón mucho más pesadas en el línea.

Es muy importante para las bombas de pistón que el espacio de suministro se vacíe lo más completamente posible con cada carrera de la bomba. Esto se debe a que, como volumen muerto, puede permanecer en el espacio de suministro, principalmente en el pistón de suministro, al menos hasta la próxima vez que se limpie la bomba. Si este volumen muerto se endurece o fragua, existe una gran posibilidad de que esto pueda conducir a la destrucción de los sellos, el pistón de entrega y el cilindro de entrega dentro de la pared.

Se requería una cantidad adecuada de confianza en el conocimiento y la confiabilidad del socio cuando Unimix, responsable de la producción y entrega de concreto en Burj Dubai, decidió encargar a Putzmeister AG el suministro e instalación de las bombas y los sistemas de pluma (Figura 3 ).

Para el proyecto Burj Dubai, Putzmeister dio el paso de desarrollar una bomba de hormigón de súper alta presión particular, el modelo BSA 14000 SHP-D, que fue diseñado para la presión de entrega extrema anticipada. Previamente, Putzmeister había comprobado mediante pruebas de bombeo que las bombas de hormigón y las tuberías eran adecuadas para alturas de suministro de hasta 570 m con un caudal de bomba de alrededor de 30 m3/h.

Las bombas de súper alta presión BSA 14000 SHP-D se desarrollaron en Putzmeister Aichtal Works con el bastidor y la tolva reforzados para poder soportar las enormes fuerzas. Los cojinetes del tubo de transferencia S y del tubo de transferencia S también se ajustaron con respecto a las presiones esperadas. Para evitar la contaminación del fluido hidráulico con agua o partículas de suciedad desde el principio, la BSA 14000 SHP-D también tiene un sistema de filtro particularmente efectivo. Significativamente, los ingenieros de Putzmeister modificaron el sistema hidráulico de transmisión para que la relación de traducción entre la presión hidráulica y la del concreto fuera menor que i=1 con la operación del lado del pistón. Debido a esta relación hidráulica, las presiones de hormigón de más de 400 bar (máx./teoría) serían posibles con las bombas de gran altura. Debido a las demandas previstas para el proyecto Burj Dubai, la presión de transporte del sistema de bombeo fue limitada.

En el sitio, Unimix combinó dos de estas bombas de súper alta presión BSA 14000 SHP-D y la bomba de concreto de alta presión BSA 14000 HP-D 'normal' de la fase de prueba para formar una estación de bombeo. Las máquinas estaban ubicadas a unos 70 m del centro de la torre del edificio. Las bombas de súper alta presión estaban impulsadas por un motor diesel Caterpillar estándar de 470 kW, que también está integrado en otras bombas de concreto BSA.

Desarrollar un bombeo de hormigón eficiente para la espectacular altura de descarga en el Burj Dubai fue solo una de las muchas tareas de los ingenieros de Putzmeister. Un desafío particular fue el sistema de la línea de entrega, su comportamiento al desgaste y su resistencia a la compresión, así como el enrutamiento y el montaje de la línea en la estructura. Putzmeister solicitó varias patentes en relación con esto.

A petición de la dirección de la obra, se seleccionaron líneas de bombeo con un diámetro interior de 150 mm (6 in), que se instalan en casi toda la altura de impulsión, para bombear los hormigones de especial resistencia. Solo en los 10 pisos superiores se instalaron las líneas de entrega normales Putzmeister ZX (DN 125) debido a un manejo más fácil. En esta disposición podrían funcionar con presiones de hasta 130 bar.

Durante las últimas operaciones de bombeo, se midió una presión de hormigón de 200 bar en la bomba de hormigón de remolque Putzmeister 14000 SHP D con tubo de transferencia S con un rendimiento de 28 m3/h. Durante sus 32 meses de funcionamiento, las tres unidades de alto rendimiento de Putzmeister bombearon aproximadamente 165.000 m3 de hormigón de alta resistencia. Se trata exclusivamente de hormigones de las clases de propiedad C50 para los pisos, así como C60 y C80 para las paredes del núcleo central.

Con un desnivel de 606 m, el hormigón requirió aproximadamente 40 minutos desde el llenado de la tolva hasta su descarga de la línea de entrega. El volumen de hormigón en la línea (diámetro nominal 150 hasta 550 m de altura, después de este DN 125) ascendió a aproximadamente 11 m3 con esta altura de instalación. Esto equivale a un peso de más de 26 toneladas en la bomba de hormigón de Putzmeister después de cada carrera del pistón cuando se cambia el tubo de transferencia S. Esta altura extrema de la bomba fue posible gracias a la cooperación entre el equipo dirigido por Samsung, el operador de la máquina Unimix, el agente local de Putzmeister, German Gulf Enterprises, así como la empresa matriz de Putzmeister en Alemania.