Jornadas Hormigon2011

Departamento de Obras Civiles

Organiza:

COMIT ORGANIZADORDEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES UTFSM SERGIO CARMONA M. RODRIGO DELGADILLO S. GILBERTO LEIVA H.

CENTRO TECNOLGICO DEL HORMIGN PATRICIO DOWNEY A. MAURICIO OSSA M. JAVIER THUMM G.

PRODUCCIN MARA EVA CUADRA O.

Con el Patrocinio de:

Empresas Presentes:

EMPRE SAS

INDICEA-1-1 EVALUACIN DE LAS CARACTERSTICAS MECNICAS Y FSICAS HORMIGONES FABRICADOS CON CEMENTOS DE ALTA RESISTENCIA. G. Ancn, Rodrigo Osses y Gonzalo Valds EN 1 - 14

A-1-2 CARACTERIZACIN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGN ARMADO FABRICADAS CON CEMENTO CON ALTO CONTENIDO DE PUZOLANAS NATURALES. F. Bustos, M. Lpez, P. Martnez , C. Videla A-1-3 EFECTO EN LAS PROPIEDADES MECNICAS DEL HORMIGN CON USO DE CENIZAS VOLANTES COMO REEMPLAZO DEL CEMENTO PUZOLNICO. lvaro Paul y Nelson Valdivia A-2-1 MORTERO A BASE DE CEMENTO-YESO-PUZOLANA, COMO APORTE DE MATERIAL NO CONVENCIONAL A LA EDIFICACION DE BAJO COSTO ENONMICO Y ECOLGICO. Roldn W., Borrachero M.V., Pay J., Monz J. A-2-2 ESTUDIO E INVESTIGACIN DE LAS PROPIEDADES MICROESTRUCTURA DE PASTAS CEMENTANTES. F. Fehrmann MECNICAS Y

15 - 30

31 - 42

43 - 55

56 - 77

A-2-3 FACTIBILIDAD DE ELABORACIN DE HORMIGN CON CENIZAS VOLANTES PROVENIENTES DE CENTRALES TERMOELCTRICAS DE LA REGIN DE ANTOFAGASTA. Walter Roldn L. y Hugo Pavez R. A-3-1 APLICACIN DEL MTODO DE MADUREZ A PAVIMENTOS DE HORMIGN. Miura, Oscar Das Neves Guerreiro, Ricardo Espelet, Alejandra Madueo, Patricio Ruiz, Alejandro - Botello, Lucas Traba, Gonzalo B-1-1 CARACTERIZANDO LA ADHERENCIA DE LAS PLETINAS DE FIBRA DE CARBONO COLOCADAS CERCA DE LA SUPERFICIE SOMETIDAS A ALTAS TEMPERATURAS. A. Astorga, C. Maluk, M. Lpez

78 - 92

93 - 111

112 - 126

B-1-2 LOSAS MIXTAS MADERA HORMIGN EN EXTERIOR, EXPERIMENTACIN Y MODELIZACIN DEL COMPORTAMIENTO MECNICO. Sebastian Fuentes, Eric Fournely, Abdelhamid Bouchar B-2-1 DESEMPEO SISMORRESISTENTE DE EDIFICIOS DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA. Alejandro Muoz, Ral Delgado, Catalina Pea B-2-2 LOSAS MIXTAS MADERA-HORMIGON EN EXPERIMENTACION Y MODELIZACION. Sebastian Fuentes, Eric Fournely, Abdelhamid Bouchar SITUACION SISMICA,

127 - 140

141 - 154

155 - 172

B-2-3 COMENTARIOS RELATIVOS AL TIPO DE FALLA EN LOS MUROS DE CONCRETO DE EDIFICIOS CHILENOS EN EL SISMO DEL 27-02-2010. San Bartolom ngel, Quiun Daniel y Silva Wilson B-3-1 INFLUENCIA DEL RIDO RECICLADO EN EL COMPORTAMIENTO CCLICO DE UNIONES VIGA-COLUMNA. Viviana Letelier, Valeria Corinaldesi, Giacomo Moriconi B- 3 2 HORMIGN LIVIANO ESTRUCTURAL: DESAFOS DEL LABORATORIO A TERRENO. Daniel Moreno, Mauricio Lpez B-3-3 CONTRIBUCIN AL DISEO DE HORMIGONES POROSOS CON MATERIALES LOCALES Rautenberg, D.P., Monetti, M., Positieri, M.J. y Baronetto C. B-4-1 EL DESAFIO DE LOS ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA DE RANGO MEDIO. Bernardo De la Pea R. y Diego Torres S. B-4-2 DETERMINACIN DE LAS CARACTERSTICAS DEL MICROHORM IGN PARA ELABORAR MODELOS DE EDIFICIOS A ESCALA A ENSAYAR EN PLATAFORMA VIBRADORA MOOG. Vctor Navarrete Valdivieso, Jorge Omerovic Pavlov C-1-1 EL DETERIORO AMBIENTAL DEL HORMIGON EN CONJUNTOS DE EDIFICIOS EN ALTURA DEL PLAN HABITACIONAL EN SANTIAGO. Hugo Barrera Valds C-1-2 HORMIGN QUE ES ALTERNATIVA AL ACERO Humberto Corts, Xtreme Mining

173 - 188

189 - 204

205 - 225

226 - 238

239 - 247

248 - 262

263 - 276

277 - 302

EVALUACIN DE LAS CARACTERSTICAS MECNICAS Y FSICAS EN HORMIGONES FABRICADOS CON CEMENTOS DE ALTA RESISTENCIA G. Ancn1, Rodrigo Osses2 y Gonzalo Valds3

RESUMEN En este trabajo se presenta una evaluacin de las caractersticas mecnicas y fsicas del hormign fabricado con tres tipos de cemento alta resistencia, comercialmente utilizados en Chile, cuya variabilidad se centra principalmente en el porcentaje de adicin de escoria bsica granulada de alto horno en la elaboracin de cada cemento. Para ello, se determin inicialmente las caractersticas de los materiales. Posteriormente se realiz la dosificacin de los hormigones de prueba ensayados en la fase experimental mediante el Mtodo Faury Joisel, para el cual se estableci una curva granulomtrica base, con el fin de obtener resultados en relacin al tipo de cemento utilizado y no a los ridos. Finalmente, se realizaron los ensayos conducentes a evaluar las propiedades mecnicas y fsicas. Para ello se efectuaron ensayos de compresin, flexin y permeabilidad a edades determinadas. Del anlisis de resultados, se pudo establecer que los hormigones fabricados con cementos en cuya composicin presentan adiciones de escoria, poseen una mayor resistencia a la compresin, tanto inicial como final, tendencia que se mantiene constante en el tiempo. A su vez, mejoran considerablemente su impermeabilidad llegando a ser un 50% menos permeable que cuando se utiliza un cemento sin adicin. Sin embargo, su resistencia a la flexin decrece levemente.

1, 2, 3

Departamento de Ingeniera de Obras Civiles, Universidad de La Frontera. Francisco Salazar 01145, Temuco, Chile.

1. INTRODUCCIN En Chile, se comercializa una amplia gama de cementos, los cuales se clasifican en grado corriente y alta resistencia. Para determinar el grado de cada producto, basta realizar la evaluacin de resistencias a la compresin, flexin y tiempos de fraguado, cuyos valores estn establecidos en la noma chilena NCh148.Of68. A su vez, estos cementos de acuerdo a su composicin se clasifican en Portland (clnker y yeso), Portland Siderrgico (clnker, yeso y hasta 30% en peso de adicin de escoria granulada de alto horno, de aqu en adelante ebgah), Siderrgico (clnker, yeso y entre 30-75% de ebgah), Puzolnico (clnker, yeso y hasta 30% en peso de puzolana) y Portland Puzolnico (clnker, yeso y entre 30-50% de Puzolana). Cabe sealar, que la incorporacin de escoria o puzolana, no garantiza ni quita la posibilidad de que un cemento clasifique como grado alta resistencia de acuerdo a la normativa chilena, es decir, un cemento portland puro puede estar dentro de esta clasificacin as como tambin lo puede hacer un portland siderrgico. Investigaciones realizadas sealan que la incorporacin de adiciones de escoria a la composicin del cemento como un polvo fino, ayuda a mejorar la hidratacin, modifican la retencin de agua, disminuye el calor de hidratacin reduciendo el riesgo de fisuras de origen trmico, colabora adems con las propiedades mecnicas y mejora la durabilidad, entre otras propiedades [1, 2]. En este contexto Becker y Castells sealan que la relacin existente entre escoria y la mejora en las propiedades mecnicas y fsicas, est determinada con el incremento de la adicin en la composicin del cemento, es decir, tanto la resistencia a la compresin como la impermeabilidad del hormign, aumentan a medida que tambin lo hace el porcentaje de ebgah [3, 4]. De acuerdo a lo sealado anteriormente, la durabilidad del hormign tiene una relacin directa con las altas resistencias que se puedan alcanzar, considerando que obtendr mayor capacidad de soportar las condiciones para las que fue diseado sin sufrir deterioro durante su perodo de vida til. A su vez que, mientras menor sea su permeabilidad, mayor ser la capacidad de reducir la accin de agentes externos agresivos como sulfatos y dixido de carbono (CO2) capaz de producir la carbonatacin. En virtud de lo anterior, este estudio se ha enfocado a determinar cmo las distintas caractersticas fsicas de los cementos de alta resistencia comnmente utilizados en Chile influyen en las propiedades mecnicas (compresin y flexotraccin) y fsicas (permeabilidad) de los hormigones estructurales, de manera tal, de evaluar importantes propiedades que influyen directamente en la durabilidad del hormign.

2. ESTUDIO EXPERIMENTAL El estudio comenz con la caracterizacin del rido utilizado mediante los ensayos de determinacin de impurezas orgnicas, granulometra, densidad aparente (compactada y suelta), densidad real seca, saturada superficialmente seca y neta y absorcin de agua, todos realizados de acuerdo a la normativa chilena. Para la eleccin de los cementos utilizados en la fase experimental, se seleccion una gama de tres productos que deban cumplir con la caracterstica de Alta Resistencia, de acuerdo a la noma chilena NCh148 Of.68.

En base a los resultados obtenidos en la caracterizacin del rido, se dosific segn el Mtodo Faury Joisel, por ser un sistema en el cual se busca lograr el mejor ajuste granulomtrico a curvas de referencia de los materiales empleados [5]. Por lo anterior, se defini una curva granulomtrica base, aplicable a los tres tipos de cemento, en la cual el tamao mximo nominal del rido fue de 12,5mm con la finalidad de que al producirse variaciones en los resultados, stos dependan exclusivamente de las cualidades del cemento en uso y no del rido utilizado. Finalmente, mediante ensayos se determin: La resistencia mecnica a la compresin en probetas cbicas de 20 cm de arista, ensayadas a 3, 7, 14 y 28 das. La resistencia mecnica a la flexotraccin en probetas prismticas de 15x15x50 cm, ensayadas a 28 das. La propiedad fsica de permeabilidad en probetas cbicas de 15 cm de arista, ensayadas a 28 das. Todo esto con el fin de evaluar los diferentes tipos de cemento de alta resistencia, comercialmente disponibles en Chile. 2.1 Caracterizacin de los materiales 2.1.1 Densidad real y aparente de los ridos Las densidades reales y aparente tanto de la grava como de la arena fueron obtenidas en base a los procedimientos establecidos en la normativa chilena correspondiente [6, 7 y 8]. Los resultados obtenidos se registran en Tabla 1. Tabla 1. Resultados de Densidades de los ridos Densidad / Material D. Aparente Suelta [kg/m3] D. Aparente [kg/m3] Compactada D. Real Sat. Sup. Seca [kg/m3] D. Real Seca [kg/m3] D. Real Neta [kg/m3] Absorcin de Agua [%] Normativa chilena NCh1116.Of77 NCh1116.Of77 Arena 1.430 1.550 2.650 2.630 2.690 0,85 Gravilla 1.520 1.650 2.690 2.660 2.760 1,45

Arena: NCh1239.Of77 Gravilla: NCh1117.Of2010

2.1.2 Granulometra de los ridos Las Tablas 2 y 3 registran los resultados obtenidos en los ensayos de granulometra realizados bajo la indicado en la normativa chilena [9], tanto a la fraccin gruesa como fina de los ridos utilizados en el estudio, sealndose tambin las curvas granulomtricas obtenidas para las mismas fracciones. Para la dosificacin del hormign, se utiliz la banda natural de la arena, pero en el caso de la fraccin gruesa, el material utilizado fue a partir del tamao mximo nominal propuesto en la dosificacin, manteniendo siempre la granulometra natural para los tamices inferiores. 3

Tabla 2. Granulometra rido Fino Tamiz [mm]9.5 4.75 2.36 1,18 0,600 0,300 0,150

% que pasa100 100 96 85 57 16 3

Granulometra (ABERTURA TAMIZ 0.45)100 90 80 70

% Que pasa

50 40 30 20 10

Arena0,080 0,150 0,6000,300

Tamices (mm)

Tabla 3. Granulometra rido Grueso

Tamiz [mm] 37,5 25 19 12,5 9,5 4,75 2,36 1,18

% que pasa 100 99 95 56 32 14 1 0

Granulometra (ABERTURA TAMIZ 0.45)100 90 80 70

% Que pasa

60 50 40 30 20 100,080 0,150 0,300 0,600

Gravilla

Tamices (mm)

2.1.3 Caractersticas de los cementos Los cementos utilizados en el estudio corresponden a un cemento clasificado por la normativa chilena como grado Alta Resistencia, ya que cumplen con los requisitos establecidos en la norma NCh148.Of68 [10], segn se indica en Tabla 4.

Tabla 4. Propiedades de los cementos grado alta resistencia, NCh148.Of68 Tiempo de Fraguado Inicial mnimo [min] 60,0 Corriente 45,0 Alta Resistencia Grado Final mximo [h] 12,0 10,0 Resistencia mnima a Resistencia mnima a la compresin la flexin 7 das Kg/cm2 180,0 250,0 28 das Kg/cm2 250,0 350,0 7 das Kg/cm2 35,0 45,0 28 das Kg/cm2 45,0 50,0

La diferencia de los cementos de alta resistencia seleccionados para el estudio radica principalmente en el porcentaje de adicin de ebgah incorporado en el proceso de fabricacin del cemento. De esta manera los cementos seleccionados estn compuestos por: Cemento N 1. Composicin; yeso, clnker. Cemento N 2. Composicin; yeso, clnker, adicin de ebgah en peso 5% Cemento N 3. Composicin; yeso, clnker, de adicin ebgah en peso 30% De acuerdo a su composicin, la clasificacin establecida por la NCh148.Of68 de cada cemento corresponde a: Cemento N 1. Portland. Cemento N 2. Portland Siderrgico. Cemento N 3. Portland Siderrgico. Las principales caractersticas fsicas, mecnicas y qumicas de los cementos seleccionados para la fase experimental de este estudio se registran en las Tablas 5 y 6. Dentro de las caractersticas comunes de los cementos seleccionados, destacan principalmente sus altas resistencias iniciales y finales, bajos coeficientes de retraccin, estabilidad en presencia de ridos reactivos y bajo calor de hidratacin.

Tabla 5. Caractersticas Fsicas y Mecnicas Caractersticas Peso especfico Expansin en Autoclave Fraguado Inicial Fraguado Final Resistencia Compresin 7 28 Resistencia Flexin 7 28 [g/cm3] [%] [h:m] [h:m] [kg/cm2] das das [kg/cm2] das das Cemento Cemento Cemento N 1 N 2 N 3 3,18 2:30 3:20 3,14 -0,04 4:00 5:10 3,05 0,05 2:00 2:40 Especificacin NCh148.Of68 3,0 min. 1,0 mx 00:45 mn 10:00 mx

450 550 65 75

409 515 64 78

398 541 68 67

250 mn 350 mn 45 mn 55 mn

Tabla 6. Caractersticas Qumicas Cementos Portland Cementos Portland Siderrgicos Cemento Especificacin Cemento Cemento Especificacin N 1 NCh148.Of 68 N 2 N 3 NCh148.Of68 Prdida por Calcinacin Contenido de SO3 Residuo Insoluble Contenido de MgO [%] [%] [%] [%] 1,5 2,5 1 2 3,0 mx 4,0 mx 1,5 mx 5,0 mx 2,6 2,8 0,88 1.2 1,9 3,11 0,7 0,24 5,0 mx 4,0 mx 3,0 mx 2,0 mx.

Contenido de Mn2O3 [%]

2.1.4 Hormigones de prueba Para este estudio se dosific los hormigones de prueba mediante el mtodo Faury Joisel, el cual se fundamenta en principios granulomtricos para determinar las cantidades de los materiales [5]. En los hormigones de prueba se definieron las siguientes caractersticas de dosificacin: Resistencia de diseo a 28 das [MPa] Nivel de confianza [%] Consistencia Tipo de rido Confeccin Aire incorporado : 30 : 90 : Fluida. : Chancado. : Buena. : Sin.

Se realiz la dosificacin en concordancia con los tres tipos de cemento en estudio, acorde segn las caractersticas de cada uno, manteniendo adems ciertos parmetros en comn como lo son granulometra y razn agua cemento. 2.2 Mtodos de ensayo Los mtodos de ensayo se seleccionaron de acuerdo a las propiedades fsicas y mecnicas que se deseaba evaluar en el estudio. Para ello se realizan los ensayos normados en Chile que permiten evaluar la resistencia a la compresin, resistencia a la flexotraccin y permeabilidad. 2.2.1 Resistencias mecnicas a la compresin y flexotraccin Para determinar la resistencia a la compresin se realiz el procedimiento sealado en la norma chilena NCh1037.Of77 [11]. Para este estudio se fabricaron y ensayaron, para cada cemento evaluado, cuatro series de tres probetas cbicas de hormign de 20 cm de arista, las cuales fueron evaluadas a las edades de 3, 7, 14 y 28 das. Para evaluar la resistencia a la flexotraccin se realiz el procedimiento sealado en la norma chilena NCh1038.Of77 [12]. En este caso fueron ensayadas a la edad de 28 das series de tres probetas de hormign para cada uno de los cementos evaluados. En la Figura 1 se pueden observar ambos procedimientos.

Figura 1. Ensayos de resistencias mecnicas en hormigones, compresin y flexotraccin 2.2.2 Permeabilidad Para evaluar la permeabilidad en los hormigones de prueba se realiz el procedimiento de determinacin de la impermeabilidad al agua por el mtodo de la penetracin de agua bajo presin, sealado en la norma chilena NCh2262.Of97 [13]. En este procedimiento se fabricaron y ensayaron, para cada cemento evaluado, una serie de tres probetas cbicas de hormign de 15 cm de arista, las cuales fueron evaluadas a la edad de 28 das. El procedimiento con el equipo de ensayo utilizado puede observarse en la Figura 2.

Figura 2. Ensayo de permeabilidad en hormigones

3. ANLISIS DE RESULTADOS. 3.1 Resistencias a compresin En la Tabla 7 se registran los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia a la compresin. A su vez, en la Figura 3 se presentan las curvas de los hormigones en estudio, con las resistencias medias de cada serie. En el anlisis de resultados se observa que para todas las edades el Cemento N3 obtiene resistencias mayores que las obtenidas por los Cementos N1 y N2, y de estos dos ltimos, presenta una mayor resistencia a la compresin el Cemento N2. Entre los cementos evaluados se observa que aquellos que logran mejor respuesta frente a este tipo de solicitacin, son aquellos que incorporan en su composicin un cierto grado de adicin ebgah, obtenindose una relacin directamente proporcional en relacin a este patrn, es decir, a mayor contenido de ebgah, mayor resistencia a la compresin. Estos resultados concuerdan con lo sealado por Batic en el ao 2006, que al aadir una cierta cantidad de adicin al cemento, se est incorporando material ms fino, el cual acta como dispersante y mejora la hidratacin, modifica la retencin de agua y colabora con la resistencia mecnica, entre otras contribuciones [2]. En la Figura 3 se observa que la resistencia a la compresin y la velocidad de endurecimiento se mueven en sentido inverso a la cantidad de ebgah que presentan los cementos evaluados, tal cual lo seala Velasco en su estudio sobre cementos siderrgicos [14]. Velasco indica que mientras menor sea el calor desarrollado en la hidratacin, mayor sern las resistencias a la compresin alcanzadas, reduciendo a su vez, el riesgo de formacin de fisuras de origen trmico.

Los resultados estadsticos obtenidos para parmetro de resistencia a la compresin muestran una buena repetibilidad en las series de probetas ensayadas en toda esta fase experimental, obteniendo un valor promedio de los coeficientes de variacin inferior al 4%. Tabla 7. Resultados de resistencias a la compresin a diferentes edades. Resistencias [Mpa] Cemento Edad 3 7 14 28 3 7 14 28 3 7 14 28 P1 12,3 19,3 26,0 31,9 15,0 22,7 28,9 35,6 18,6 25,6 32,6 36,8 P2 13,0 21,4 26,0 30,9 15,6 22,2 28,7 31,7 18,9 26,2 35,2 36,9 P3 11,6 19,3 25,9 32,8 15,7 24,5 28,9 35,8 19,3 25,3 31,5 41,9 fi 12,3 20,0 26,0 31,9 15,4 23,1 28,8 34,4 18,9 25,7 33,1 38,5 s 0,700 1,212 0,058 0,950 0,379 1,210 0,115 2,312 0,351 0,458 1,900 2,916 Cv [%] 5,7 6,1 0,2 3,0 2,5 5,2 0,4 6,7 1,85 1,78 5,74 7,57

Resistencia [MPa]

10,0 0 7 14 Edad [Das] C.N1 C.N2 C.N3 21 28

Figura 3. Curvas de comportamiento en el tiempo de resistencias a la compresin.

3.2 Resistencias a flexotraccin En la Tabla 8 y Figura 4 se registran los resultados obtenidos de cada serie de cementos evaluados en hormigones mediante el ensayo de traccin por flexin. Las diferencias observadas de la resistencia a la flexotraccin fueron muy leves entre los cementos evaluados. Sin embargo, se observa que el comportamiento de los cementos en estudio, tiende a ser ligeramente inverso al ensayo de compresin, es decir, el Cemento N1 el cual no posee adicin de ebgah se comporta levemente mejor a este tipo de esfuerzo a la edad de 28 das. A su vez, posee una desviacin estndar y un coeficiente de variacin mayor, pero con resultados que sealan una buena repetibilidad del ensayo. De acuerdo a lo sealado por Covarrubias un problema importante en este ensayo es el contenido de humedad de las probetas a la hora de ser ensayadas, ya que al secarse una probeta puede presentar un cambio volumtrico o retraccin en el hormign que afecta directamente la medicin de la resistencia real [15]. En este contexto, no se puede distinguir claramente una tendencia del comportamiento de un cemento respecto a otro. Tabla 8. Resultados ensayo flexin Resistencias [Mpa] Cemento Edad N1 N2 N3 28 28 28 P1 4,9 4,2 4,3 P2 4,5 4,8 4,4 P3 5,2 4,5 4,2 fi 4,8 4,5 4,3 s 0,348 0,270 0,123 Cv [%] 7,2 6,0 2,8

6 Resistencia [MPa] 5 4 3 2 1 0 C.N1 C.N2 Probetas a 28 das C.N3

Figura 4. Resultados ensayo a flexotraccin 3.3 Permeabilidad En la Tabla 9 y Figura 5 se registran los resultados obtenidos para el ensayo de permeabilidad en los hormigones de prueba realizados a los 28 das. En estos resultados se observa claramente una menor permeabilidad en el hormign confeccionado con el cemento N3, 10

aquel con mayor adicin de ebgah. Ahora bien, de acuerdo a lo establecido por la normativa chilena, basada en la norma europea ENV 206, solo los hormigones que utilizaron los Cementos N2 y N3, cumpliran esta especificacin, puesto que sta establece que la penetracin mxima no debe ser mayor a 50mm [13]. Bajo esta normativa el hormign fabricado con el Cemento N2 se encuentra en el lmite de lo especificado, el fabricado con el Cemento N3 presenta un 50% menos de lo especificado y el fabricado con el Cemento N1 sobrepasa levemente el lmite establecido. Los grados de permeabilidad se pueden apreciar visualmente en la Figura 6. Los resultados obtenidos concuerdan con lo expuesto por Becker, quien seala que el aumento en la impermeabilidad de un hormign, es atribuible a la adicin de ebgah, ya que sta hace que se modifique sensiblemente el tamao de poros de la pasta de cemento, es decir, se obtienen poros de menor tamao, lo que se traduce en una menor permeabilidad y mayor durabilidad [3]. Consecuentemente con esto, el Cemento N3 cuya adicin de escoria es aproximadamente hasta un 30%, es el material que resulta ser el que aporta una menor permeabilidad al hormign en relacin a aquellos que presentan adicin de escoria en menor cantidad o nula, tal cual se observa en la Figura 5. En esta Figura se observa la durabilidad que puede aportar el Cemento N3, ya que un hormign menos permeable presenta una estructura ms cerrada con lo cual reduce la accin de agentes externos agresivos como sulfatos y cidos. Respecto a los resultados estadsticos obtenidos se observa que el coeficiente de variacin para el Cemento N3 es mayor que el de los Cementos N1 y N2. Sin embargo estos valores se consideran bastantes representativos de la buena repetibilidad de los resultados obtenidos en los ensayos. Adems, como el coeficiente de variacin resulta del cociente entre la desviacin estndar y la media de las muestras, implica que para una misma desviacin tpica, mayor ser el coeficiente de variacin a medida que la permeabilidad de la muestra disminuya, tal cual ocurre con el Cemento N3. Tabla 9. Resultados ensayo permeabilidad Penetracin [mm] Cemento Edad N1 N2 N3 28 28 28 P1 58 49 18 P2 59 47 21 P3 56 53 20 fi 57,7 49,7 19,7 s 1,53 3,06 1,53 Cv [%] 2,6 6,2 7,8

60 Penetracin [mm] 50 40 30 20 10 0 C.N1 C.N2 Probetas a 28 das C.N3

Figura 5. Permeabilidad de los hormigones

Cemento N1

Cemento N2

Cemento N3

Figura 6. Permeabilidad en probetas evaluadas

4. CONCLUSIONES A partir de los resultados obtenidos de la evaluacin de las propiedades mecnicas y fsicas de los cementos alta resistencia, se puede concluir que: Las diferencias obtenidas, se deben principalmente a la incorporacin de una adicin activa en la composicin del cemento, como lo es la escoria bsica granulada de alto horno. Los cementos en cuya composicin poseen cierto porcentaje de escoria, presentan un comportamiento ms resistente tanto a la permeabilidad como a los esfuerzos por compresin. No se puede establecer con certeza, que la incorporacin de adicin de escoria en los cementos proporcione una leve disminucin en su resistencia a la flexin en relacin a un concreto fabricado con un cemento puro, ya que la diferencia obtenida entre resultados fue leve y los coeficientes de variabilidad relativamente altos. La permeabilidad del hormign disminuye conforme aumenta el contenido de adicin de escoria, lo cual puede influenciar considerablemente su durabilidad ya que origina una estructura de poros ms cerrada impidiendo el paso y la accin de agentes externos como sulfatos y cidos, as como tambin de lquidos que pudiesen causar la expansin del hormign por congelamiento y posterior fisuracin. 5. REFERENCIAS. 1. Velasco M., Concreto con cemento siderrgico, Seminario Latinoamericano sobre utilizacin de escorias de Altos Hornos en la construccin, Instituto Nacional de Tecnologa Industrial, Argentina, 1991, 357-377. 2. Batic O.R, et al, Influencia de la incorporacin de escoria en las caractersticas de los cementos resultantes, Lemit-Cic, Universidad Tecnolgica Nacional, Argentina, 2006, 1-8. 3. Becker E.A., Cemento de alto horno, Caractersticas y Recomendaciones de Uso, LOMA NEGRA C.I.A.S.A., 1-7, [http://www.construirnoa.com.ar/images/uploads/cah-cemento-altohorno.pdf] 4. Catells X. E., Reciclaje de residuos industriales, Daz de Santos, Espaa, 2000. 5. [5] Zabaleta H., Tecnologa de la Construccin en Hormign, Primera Edicin, Engiel Ltda, 15, Santiago, Chile (2003). 6. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh1117.Of2010, ridos para morteros y hormigones - Determinacin de las densidades reales y neta y de la absorcin de agua de las gravas, Santiago, Chile. 7. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh1239.Of77, ridos para morteros y hormigones - Determinacin de las densidades real y neta de la absorcin de agua de las arenas, Santiago, Chile. 8. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh1116.Of77, ridos para morteros y hormigones - Determinacin de la densidad aparente, Santiago, Chile. 9. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh163.Of2009, ridos para morteros y hormigones - Tamizado y determinacin de la granulometra, Santiago, Chile. 13

10. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh148.Of68, Cemento - Terminologa, clasificacin y especificaciones generales, Santiago, Chile. 11. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh1037.Of77, Hormign - Ensayo de compresin de probetas cbicas y cilndricas, Santiago, Chile. 12. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh1038.Of77, Hormign - Ensayo de traccin por flexin, Santiago, Chile. 13. Instituto Nacional de Normalizacin, NCh2262.Of97, Hormign y mortero - Mtodos de ensayo - Determinacin de la impermeabilidad al agua - Mtodo de la penetracin de agua bajo presin, Santiago, Chile. 14. Velasco M., Concreto con cemento siderrgico, Seminario Latinoamericano sobre utilizacin de escorias de Altos Hornos en la construccin, Instituto Nacional de Tecnologa Industrial, Argentina, 1991, 357-377. 15. Covarrubias J., Hormign premezclado, VIII Jornadas Chilenas del Hormign, Universidad de La Frontera, Pucn, Octubre 1990, 11-44.

CARACTERIZACIN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGN ARMADO FABRICADAS CON CEMENTO CON ALTO CONTENIDO DE PUZOLANAS NATURALES 1 F. Bustos , M. Lpez2, P. Martnez3, C. Videla4

RESUMEN La durabilidad del hormign atrae cada vez mayor inters, debido a que un diseo enfocado en durabilidad asegura la vida til de una estructura incurriendo en mnimos gastos. An as, es poco lo que se hace para asegurar durabilidad dado que la principal preocupacin hoy est en cumplir los requisitos de resistencia. Uno de los principales problemas de durabilidad en estructuras de hormign armado es la corrosin de su armadura. La corrosin puede ser iniciada por la existencia de carbonatacin y/o presencia de cloruros, fenmenos que dependen de la permeabilidad del recubrimiento. Esta investigacin busc determinar propiedades mecnicas, indicadores de durabilidad y deterioro de distintos hormigones. Lo anterior se realiz en estructuras ubicadas en un ambiente urbano y en uno marino, considerando en cada uno un rango de antigedad entre 5 y 50 aos. El estudio determin que es necesario asegurar una mayor durabilidad del hormign a nivel de suelo, dado los mayores niveles de corrosin existentes. Para lo anterior, se aceptan como indicadores de durabilidad los ensayos de permeabilidad de iones cloruro y absorcin capilar. Dado que la permeabilidad al oxgeno no muestra diferencias significativas con el paso del tiempo, se acepta como indicador a edades tempranas. Adems se determin que la carbonatacin no afecta, de manera significativa, la permeabilidad del recubrimiento. Palabras claves: durabilidad, puzolanas naturales, permeabilidad, corrosin. 1.1

INTRODUCCIN

Ingeniero Civil, mencin Ingeniera y Gestin de la Construccin, estudiante Magster en Ciencias de la Ingeniera PUC, mail de contacto: fabustos@uc.cl. Avda. Vicua Mackena 4860, 3er piso Edificio San Agustn, Macul, Santiago PhD, Profesor Depto. Ingeniera y Gestin de la Construccin, Escuela de Ingeniera, Pontificia Universidad Catlica de Chile. Avda. Vicuas Mackena 4860, 3er piso Edificio San Agustn, Macul, Santiago PhD, Profesor Facultad de Ingeniera, Universidad de Valparaso. Avda. El Parque 570, Playa Ancha,

Valparaso. 4 PhD, Profesor Depto. Ingeniera y Gestin de la Construccin, Escuela de Ingeniera, PontificiaUniversidad Catlica de Chile. Avda. Vicunas Mackena 4860, 3er piso Edificio San Agustn, Macul, Santiago

El tema emergente ms importante de la construccin en el nuevo milenio es la sustentabilidad. Pueden nuestras estructuras ser construidas en una manera que no se tenga un impacto negativo en el balance de los recursos finitos de nuestro planeta? Cmo se puede determinar una adecuada especificacin para el hormign, proyecto a proyecto, de manera que se alcance un adecuado desempeo durante la vida requerida de la estructura sin malgastar recursos? Una sobre especificacin es un derroche de recursos e injusto para el cliente, mientras que una especificacin deficiente conlleva a una reparacin prematura y costosa (1), no siendo ninguna de estas alternativas sustentable. Lo anterior adquiere real importancia al tomar conciencia de la gran cantidad de contaminantes que se emiten y recursos y energa que se consume en la fabricacin de hormign, sobre todo en la produccin de cemento. Es por esto que el desafo para los profesionales del hormign en el siglo XXI es la especificacin y logro de hormigones durables, un aspecto fundamental de sustentabilidad (1), el cual cobra gran relevancia en Chile si se analizan algunas de sus estadsticas: el dficit de infraestructura alcanza los USD 22.700 millones, mientras que la inversin en infraestructura es de USD 24.100 millones y el costo mnimo de conservacin y reposicin es de USD 723 millones; segn el Informe Comisin Infraestructura, Chile 2010, marzo 2003. En lo que a la durabilidad respecta, la corrosin del refuerzo en el hormign armado es hoy en da la mayor causa de fallas en el mundo (1). La carbonatacin (reaccin del dixido de carbono, CO2, del ambiente con los hidrxidos de calcio, Ca(OH)2, de la pasta de cemento) y el ingreso de cloruros favorecen la ocurrencia de la corrosin, al romper la capa de alto pH que rodea y le da proteccin a la enfierradura. Resultados de ingreso de cloruros, as como corrosin de barras de acero en el hormign despus de una exposicin en el largo plazo, son raramente encontrados en la literatura tcnica (Uddin et al., 2004); ms an en hormigones hechos con cementos ricos en puzolanas, lo que es la principal caracterstica de los cementos chilenos. Es por esto que si bien se han hecho, estudios a largo plazo son an necesarios y sern muy tiles para el entendimiento de escenarios de deterioro y ejecucin de pasos para hacer estructuras durables de hormign (Uddin et al., 2004). La adicin de materiales cementicios suplementarios (SCM), como las puzolanas naturales, es una manera de mejorar la permeabilidad del hormign (2). Si bien la ceniza volante y la microslice son los SCM ms usados en el mundo, se ha probado que las puzolanas naturales tambin tienen un gran impacto en el desempeo del hormign (3), mejorando la trabajabilidad, disminuyendo el calor de hidratacin, aumentando la resistencia al ataque de sulfatos, reduciendo las expansiones alkali-slice y aumentando la resistencia ltima (4; 5; 6); pudiendo ser an ms atractivas debido a su origen natural. Por otro lado, dada la compleja naturaleza de los efectos ambientales, se cree que no es posible mejorar el desempeo de estructuras de hormign solo mejorando las caractersticas de los materiales. Sin embargo, se necesita un mnimo de conocimiento acerca de los procesos de deterioro ms importantes y los parmetros que los gobiernan (3) para as, analizando cmo se interrelacionan los factores que afectan la durabilidad, establecer la calidad que debe tener un hormign para tener un adecuado desempeo en el largo plazo. 16

METODOLOGA EXPERIMENTAL

En el contexto del desarrollo del proyecto Fondef D07i1076 Definicin e Implementacin de un Sistema de Especificacin por Durabilidad para Estructuras de Hormign Armado, se evaluaron propiedades mecnicas, medidas de permeabilidad y de deterioro en diversas estructuras. Dichas estructuras se encuentran ubicadas en un ambiente urbano (Santiago) y en un ambiente marino (Valparaso, a menos de 600m del mar), en un rango entre los 5 y 50 aos de antigedad en cada uno. Se consider como estructuras nuevas aquellas comprendidas entre los 5 y 15 aos y como estructuras antiguas aquellas que tienen entre 20 y 50 aos. Las ubicaciones fueron seleccionadas porque corresponden a zonas con alta concentracin de dixido de carbono (CO2) y cloruros, respectivamente. Adems, en cada frente de trabajo se midieron tres zonas: entre 0.2 y 0.4m (zona 1), entre 1 y 1.4m (zona 2) y entre 1.8 y 2.2m (zona 3).

Mtodos de Evaluacin

En cada estructura, diecisiete testigos fueron extrados para realizar ensayos destructivos y de laboratorio, de acuerdo a la Norma Chilena NCh 1171/1 Hormign Testigos de Hormign Endurecido Parte 1: Extraccin y ensayo. Los diferentes mtodos de evaluacin fueron separados en tres partes para categorizar el hormign en trminos de sus propiedades fsicas y mecnicas, durabilidad y dao que pueda presentar. Los diferentes mtodos de evaluacin y la categora en la cual se clasificaron se resumen en la Tabla 1 mostrada a continuacin.

Tabla 1. Mtodos de evaluacin utilizados Evaluacin de propiedades fsicas y mecnicas Resistencia a compresin Resistencia al hendimiento ndice escleromtrico Velocidad del pulso Evaluacin del potencial de durabilidad Permeabilidad al aire Permeabilidad a los iones cloruros Absorcin Capilar Porosidad Evaluacin de deterioro Profundidad de carbonataci n Penetracin de cloruros Perfil de cloruros Potencial de 17

ultrasnico Humedad Relativa Interna

Absorcin Superficial Inicial (ISAT)

corrosin Tasa de corrosin

Grado de Hidratacin Resistividad En el presente trabajo se muestran los resultados correspondientes a la carbonatacin, penetracin de cloruros y potencial y tasa de corrosin como indicadores de deterioro; y permeabilidad al aire, permeabilidad a los iones cloruro y absorcin capilar como indicadores de durabilidad. La profundidad de carbonatacin de midi aplicndole fenolftalena a los testigos extrados, mientras que la penetracin de cloruros se calcul aplicando nitrato de plata en una concentracin 0.1 N (7) a una de las mitades obtenidas despus de realizar el ensayo de hendimiento.

Figura 1. Reaccin de la fenolftalena con capa carbonatada

Tanto el potencial de corrosin fueron medidos usando el equipo GeCor-8, el cual usa el electrodo de Cu/CuSO4 recomendado por la ASTM C876. Para esto, se hizo un mapa de la enfierradura (tanto de barras principales como de estribos) y se midi en muchos puntos el potencial de corrosin; luego, en aquellas zonas de mayor riesgo, se procedi a medir la tasa de corrosin.

Figura 2. Equipo GeCor

Para la medicin de absorcin capilar y permeabilidad in cloruro se usaron testigos de 100mm de dimetro y 50mm de espesor donde est la cara expuesta a la superficie de acuerdo a las normas ASTM C1585-04 y ASTM C1202-05, respectivamente. La permeabilidad al aire fue medida segn la norma Suiza SN EN 206-1 usando el equipo Permea-Torr.

Figura 3. Equipo Permea-Torr

RESULTADOS Y ANLISIS

Hoy en da los cementos son ms finos y tienen mayor cantidad de silicato triclcico, por lo que se hidratan ms rpido (8) y permiten usar menos cemento al alcanzar resistencias tempranas ms rpidamente. De esta manera, se podra pensar que habr diferencias en el desempeo de las estructuras dependiendo de la poca en que fueron construidas.

Resistencia a compresin

De las propiedades mecnicas la resistencia a la compresin es la ms usada a la hora de especificar un hormign. Dado que la resistencia a la compresin depende en gran medida de su razn agua/cemento (caracterstica de la cual tambin dependen propiedades de durabilidad), se aceptaba que un buen valor de resistencia asegurara tambin una buena durabilidad (2).

60 Rc (MPa)

Urbano Marino

Nuevas 0 0 10

Antiguas 20 30 Aos 40 50 60

Figura 4. Resistencia a la compresin de las estructuras

De la Figura 4 se puede apreciar que las resistencias obtenidas corresponden a lo usualmente se encuentra y especifica en la industria de la construccin chilena, por lo que tomando el argumento anterior, se podra pensar que todas un buen desempeo en trminos de durabilidad.

Indicadores de durabilidad

Si bien los resultados de propiedades mecnicas nos hablan de hormigones buenos, conformes a su diseo, dado el estado visual de algunos nace la necesidad de saber qu tan bien estn realmente, motivo por el cual indicadores de durabilidad pueden ser de gran ayuda. De los valores de la permeabilidad al aire se puede observar que no se ve un cambio sustancial a medida que pasa el tiempo, tanto para estructuras en ambiente urbano como para estructuras en ambiente marino. De esta manera, es posible considerar que sobre cierta edad e independientemente del factor poca de construccin, cualquier elemento sometido a estas agresividades ambientales tendr un comportamiento similar en trminos de la permeabilidad al aire.

100.00

log(kT)

10.00 Urbano Marino

0.10 0

Nuevas 10

Antiguas 20 30 Aos 40 50 60

Figura 5. Permeabilidad al aire el funcin del tiempo

En cambio, al mirar los resultados de la permeabilidad de cloruros en la Figura 6, se puede ver que dicha permeabilidad decrece con el tiempo hasta un valor relativamente constante pasados los 20 aos. Si bien lo anterior se podra atribuir a un mayor grado de hidratacin con el tiempo, no hay que olvidarse que corresponden a hormigones diferentes con cementos de distintas caractersticas (factor poca). Segn esto, se podra decir que usando mayor cantidad de cemento y/o cementos menos finos (aquellos usados hasta la dcada de los 80s) se mejora el desempeo con respecto a la permeabilidad de cloruros. En funcin de los distintos ambientes, poco o nada se puede concluir dado que no existen diferencias apreciables.

5,000 4,500 4,000 3,500 Coulombs 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 0

Nueva Antigua Alta

Moderada Baja Muy baja

Urbano Marino

30 Aos

Figura 6. Permeabilidad a los cloruros en funcin del tiempo

Finalmente, la Figura 7 muestra los resultados para absorcin capilar. De ella se puede ver que no hay un patrn o comportamiento de los datos. Dado que este ensayo depende de los poros capilares presentes en la cara de ensayo, los valores estarn condicionados al desgaste que haya tenido la superficie bajo determinada agresividad ambiental.

0.06 0.05 0.04 mm/s0,5 0.03 0.02 0.01 0 0

Urbano Marino

Nueva 10 20

Antigua 30 Aos 40 50 60

Figura 7. Absorcin capilar en funcin del tiempo

Indicadores de deterioro 22

Dado que como indicadores se us la penetracin de cloruros, profundidad de corrosin, potencial de corrosin y tasa de corrosin, se requiere de un anlisis conjunto para poder conocer el verdadero estado de las estructuras. Dado que la profundidad a la que se encuentren los cloruros o haya carbonatacin tambin depende del tiempo que haya transcurrido, se acepta que ambos siguen un comportamiento que depende de la raz cuadrada del tiempo. Dicho coeficiente se calcula como sigue:

K = X (t0)-0,5(mm/ao0,5)

donde X corresponde a la penetracin de cloruros o de carbonatacin en milmetros y t0 la edad en aos. Las distintas categoras se pueden ver en el Anexo 1. Con respecto a las medidas de corrosin, el potencial de corrosin slo corresponde a una medida cualitativa acerca de la probabilidad de que la corrosin de la enfierradura se est llevando a cabo. Por su parte, la tasa de corrosin es un indicador de la velocidad a la cual se est llevando a cabo la corrosin. Valores de las distintas categoras se encuentran en el Anexo 2. Los valores para las distintas estructuras se muestran de manera resumida en la siguiente Tabla. Tabla 2. Resultados de deterioro Coeficiente Coeficiente Potencial Penetracin Carbonatacin Corrosin Cl (mm/ao0,5) (mm/ao0,5) (mV) 7,45 4,21 -239,9 1,80 4,42 -373,5 2,00 4,55 -27,9 1,01 3,94 -486,7 3,42 3,08 -244,5 4,39 3,22 -594,11 3,32 3,39 -256,1 5,57 3,48 -448 7,41 5,31 -575,5 4,55 5,40 -559,2 3,99 3,48 -28,3 5,08 4,98 -638,2 8,84 7,45 6,67 6,87 9,01 6,50 -658,55 5,61 2,48 26,65

Nuevas

Antiguas

De los resultados podemos ver que existen potenciales de corrosin muy negativos, por debajo de los -350mV, lo que nos dice que hay una alta probabilidad que se est produciendo corrosin. Observando los valores de penetracin de cloruros y carbonatacin, podemos ver que en ms de una estructura con potenciales de corrosin de riesgo (menor a -350mV) el dixido de carbono o los cloruros ya han llegado a la enfierradura. De esta manera, en estas estructuras podramos estar seguros de que la corrosin se est llevando a cabo. Adems, el hecho de que las estructuras nuevas usen menos cemento se puede ver reflejado en los altos coeficientes de difusin que presentan, tanto para cloruros como para el dixido de carbono, reflejando una muy baja resistencia a la carbonatacin. Si esto lo comparamos con la resistencia a compresin, se ve que las estructuras nuevas tienen resistencias ms elevadas que las antiguas, pero su comportamiento en trminos de durabilidad no es mejor. Finalmente, observando los mapas de potencial de las estructuras se puede ver que a mediana o baja altura se registran los potenciales de mayor riesgo, motivo por el cual es necesario asegurar mayor durabilidad en esas zonas.

Figura 8. Mapas de Potencial

Efecto carbonatacin en la permeabilidad del hormign

Como se mencion con anterioridad, la carbonatacin afecta la durabilidad del hormign armado al disminuir su pH, destruyendo la capa protectora (de alto pH) que rodea la enfierradura. Esto es una manera indirecta de deteriorar una estructura, pero no se sabe si afecta alguna propiedad del hormign por si sola. Los productos de la carbonatacin ocupan mayor volumen que los elementos del hormign no carbonatado, de esta manera, tanto la porosidad como la permeabilidad superficial del hormign carbonatado se deberan reducir (9). Adems, dado que el dixido de carbono reacciona con el hidrxido de calcio presente en el hormign, mientras menos hidrxido de calcio haya, menos dixido de carbono se necesitar para remover remover todo el hidrxido de calcio presente (9; 1), siendo ms susceptibles a la carbonatacin. Esto sucede con los cementos con adiciones, como los que usan puzolanas naturales, ya que al tener menor contenido de cemento, tienen menos hidrxido de calcio que remover. Con el fin de entender el desempeo en esta materia de hormigones con cementos puzolnicos, se midi la permeabilidad a los iones cloruros y la absorcin capilar en testigos tomados en las estructuras, la permeabilidad al aire en las estructuras in-situ y los resultados fueron cruzados con la profundidad de carbonatacin medida. Los resultados se pueden en las Figuras 9 a la 11.

100.00

10.00 log (kT)

AnNgua 1.00 Nueva

0.10 0 10 20 30 40 50 Profundidad de carbonatacin (mm)

Figura 9. Permeabilidad al aire vs. carbonatacin

La Figura 9 muestra que las estructuras antiguas tienen un desempeo similar en trminos de su permeabilidad al aire; estn en el mismo rango independientemente del grado de carbonatacin presente. Por otro lado, la permeabilidad al aire de las estructuras nuevas se incrementa gradualmente a medida que la profundidad de carbonatacin aumenta. Sin embargo, dado que existe un traslape entre permeabilidades de estructuras antiguas con nuevas, no es posible afirmar que la permeabilidad al aire crece con un incremento en la profundidad de carbonatacin hasta un valor lmite, desde donde el cual se vuelve constante. Una explicacin de esto se puede encontrar considerando que las caractersticas de los hormigones han cambiado con el tiempo. De acuerdo con las diferencias existentes entre los tipos de cemento en distintos periodos de tiempo, al haber menos cemento, menos dixido de carbono se necesita para remover el hidrxido de calcio presente, hacindolos ms susceptibles a carbonatarse; lo que explicara que las estructuras nuevas lleguen al mismo nivel de permeabilidad que las estructuras viejas. As, dado que hay una dependencia entre permeabilidad al aire con la profundidad de carbonatacin (o con la edad dado que a mayor edad habr mayor presencia de carbonatacin), se podra afirmar que la permeabilidad se deteriora gradualmente con la carbonatacin. De la Figura 10 y 11, se puede observar que el desempeo de las estructuras nuevas no es mejor que el de las antiguas, en trminos de la absorcin capilar y permeabilidad a los cloruros, como uno podra pensar.

0.06 Absorcin Capilar (mm/s^0,5) 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 Profundidad de carbonatacin (mm)

AnNgua Nueva

Figura 10. Absorcin Capilar vs. carbonatacin

Permeabilidad a los cloruros(Coulombs)

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Profundidad de carbonatacin (mm) AnNgua Nueva

Figura 11. Permeabilidad a los cloruros vs. carbonatacin

Lo anterior puede ser atribuido a dos razones: dado que los productos de la carbonatacin ocupan mayor volumen, se obtienen una superficie ms compacta en las estructuras antiguas que presentan un mayor ndice de carbonatacin; y/o, el menor contenido de cemento en las estructuras nuevas implica ms agua por unidad de cemento, por lo que se formar mayor cantidad de poros capilares a edades tempranas, disminuyendo la permeabilidad.

Con la intencin de establecer de mejor manera el efecto de la carbonatacin en la permeabilidad del hormign, en los testigos extrados cuyo largo fue superior a 100mm 26

se extrajeron 2 probetas de 50mm de espesor, una afecta por carbonatacin y otra no. En cada una de las probetas se midi la permeabilidad a los cloruros y la absorcin capilar, realizando finalmente un anlisis estadstico con los datos.

Tabla 3. Valores de ensayos a probetas con y sin carbonatacinPermeabilidad Ion Cloruro Exterior Interior 887,8 1716,1 1409,9 1430,4 824,9 632,6 878,7 1469,8 724,7 746,5 351,2 1555,9 1518,6 1964,4 3824,7 1352,9 1148,3 2706,7 1927,3 1535,9 2593,7 2772,0 1917,0 4442,3 1132,5 2471,3 1101,5 Absorcin Capilar Exterior Interior 0,031 0,028 0,025 0,031 0,016 0,033 0,02 0,027 0,024 0,015 0,025 0,022 0,008 0,008 0,005 0,048 0,04 0,016 0,027 0,018 0,01 0,014 0,009 0,049 0,036 0,032 0,019 0,025 0,024 0,035 0,017 0,023 0,011 0,016 0,012

Los resultados muestran que las diferencias entre las dos probetas de un mismo hormign no son significativas. En otras palabras, la carbonatacin no afecta la absorcin capilar ni la permeabilidad de cloruros con un 95% de confianza.

CONCLUSIONES

Lo primero que cabe mencionar es que los resultados no deben ser extrapolados a otras regiones, dado que corresponden al desempeo de determinadas estructuras sometidos a la agresividad ambiental propia de donde se encuentran ubicadas. En relacin a los indicadores de durabilidad, slo se consideran como vlidos los ensayos de permeabilidad a los cloruros y la absorcin capilar. Dado que la permeabilidad al aire es muy sensible a microgrietas (presentes en casi todas las superficies de estructuras de hormign evaluadas), independiente del origen que presenten, se descarta como indicador de potencial durabilidad. 27

Nuevas

Antiguas

Con respecto al deterioro de las estructuras, es necesario tener la mayor informacin posible al respecto. Si bien el potencial de corrosin es un mtodo fcil y rpido de implementar, slo nos da una probabilidad, por lo que necesita ser complementada. Potenciales ms negativos se encuentran entre los 0 y 1.5m de altura, motivo por el cual dichas zonas merecen mayor atencin en una estructura en trminos de su durabilidad. La carbonatacin si bien es un iniciador de corrosin cuando sta llega al nivel de la enfierradura, parece tener efectos por si sola en la permeabilidad. Para la permeabilidad al aire se ve que hay un aumento a medida que tambin lo hace la profundidad de la capa carbonatada hasta estabilizarse en un rango. Esto se puede deber a que an cuando los productos de carbonatacin disminuyen los espacios libres, se produce un choque entre estos elementos de mayor volumen creando grietas que pueden aumentar la permeabilidad. Diferencias en este comportamiento puede ser explicadas por el efecto poca de construccin, dado que tanto el hormign como los cementos con que se fabrican han cambiado conforme al tiempo; hormigones con menos cemento son ms propensos a carbonatarse. En relacin a la permeabilidad a los cloruros y absorcin capilar, la carbonatacin no muestra diferencias significativas entre probetas carbonatas y no carbonatadas. Finalmente, dado que las estructuras pueden considerarse como buenas en trminos de su resistencia, no lo son en trminos de durabilidad. Dado que se comprueba que resistencia no garantiza durabilidad, se hace necesario especificar por durabilidad.

AGRADECIMIENTOS

Equipo proyecto Fondef D07i1076 DICTUC S.A., rea Resmat Equipo de Investigacin del profesor Mauricio Lpez: Ariela Astorga, lvaro Paul, Daniel Moreno, Claudia Stukrat Laboratorista Departamento Ingeniera y Gestin de la Construccin: Mauricio Guerra

REFERENCIAS

1. Richardson, Mark G. Fundamentals of Durable Reinforced Concrete. London : Taylor & Francis e-Library, 2004. 2. Mehta, P. Kumar y Monteiro, Paulo J. M. Concrete: Microstructure, Properties and Materials. New York : McGraw-Hill, 2006.

3. CEB, Comite Euro-International Du Beton. Durable Concrete Structures. London : Thomas Terford, 1997. 4. Importance of using the natural pozzolans oc concrete durability. Rodrguez-Camacho, R.E. y Uribe-Afif, R. 2002, Cement and Concrete Research, Vol. 32, pgs. 1851-1858. 5. Suplementary cementing materials in concrete. Part I: efficiency and design. Papadakis, V. G. y Tsimas, S. 2002, Cement and Concrete Research, Vol. 32, pgs. 1525-1532. 6. Studies of blended cements containing a high volume of natural pozzolans. Uzal, B. y Turanli, L. 2003, Cement and Concrete Research, Vol. 33, pgs. 1777-1781. 7. Evaluation of AgNO3 Solution Spray Method for Measurement of Chloride Penetration into Hardened Cementitious Matrix Materials. Otsuki, Nobuaki, Nagataki, Shigeyoshi y Nakashita, Kenji. 1992, ACI Materials Journal, pgs. 587-592. 8. Consideration of durability of concrete structures: Past, present, and future. Neville, Adam M. 2001, Materials and Structures, pg. 5. 9. Neville, Adam M. Properties of concrete. New York : John Wiley & Sons, Inc., 2000. 10. Concrete After 30 Years of Exposure - Part I: Mineralogy, Microstructure and Interfaces. Uddin Mohammed, Tarek, Hamada, Hidenori y Yamaji, Toru. January-February de 2004, ACI Materials Journal, pgs. 3-12.

ANEXOS Anexo 1: Criterios de resistencia a la carbonatacin

KCO2 (mm /ao0,5) 3 6 > KCO2 > 3 6

Resistencia a la carbonatacin Alta Moderada Baja

Anexo 2: Categoras para el potencial y tasa de corrosin

La norma ASTM C876 establece el siguiente criterio de evaluacin. Ecorr vs Cu/CuSO4 (mV) (Ms positivo) > - 200 -200 a -350 (ms negativo) < -350

Riesgo Bajo

Estado de corrosin Pasivo

Probabilidad de corrosin < 10 % Incierta > 90 %

Moderado Transicin activo pasivo Alto Activo

Velocidad de corrosin Icorr (A/cm2) < 0,1 0,1 a 0,5 0,5 a 1 >1

Nivel de corrosin Despreciable Moderado Elevada Muy elevada

Anexo 3: Anlisis estadstico

EFECTO EN LAS PROPIEDADES MECNICAS DEL HORMIGN CON USO DE CENIZAS VOLANTES COMO REEMPLAZO DEL CEMENTO PUZOLNICO lvaro Paul1 y Nelson Valdivia1

RESUMEN Producto de la creciente demanda energtica, se espera que aumente el nmero de centrales termoelctricas, las que utilizan carbn y desechan cenizas volantes. Aunque en varios pases estos residuos son utilizados como materiales cementicios y se conocen sus efectos en el hormign, en nuestro pas este uso no se ha observado. Dados los beneficios ambientales (reducir residuos y uso de cemento, entre otros), econmicos (ahorro en cemento) y en las propiedades del hormign que puede producir el uso de este desecho, se utiliz cenizas volantes de una central chilena como reemplazo de cemento puzolnico en mezclas de hormign. Junto con caracterizar las cenizas, se evalu el efecto que produce su incorporacin en las propiedades mecnicas del hormign, para diferentes proporciones. Se determin que con 10% de reemplazo se obtienen resistencias a la compresin similar y resistencias a la traccin mayor a las conseguidas con una muestra control utilizando slo cemento. Adems, se observ que la fluidez aumenta aproximadamente 2 centmetros por cada 10% de reemplazo y que la densidad del hormign endurecido no vara. Estos resultados permiten suponer que el uso de cenizas volantes utilizadas con cementos nacionales puede ser una buena alternativa para ser utilizada como material cementicio suplementario.

Escuela de Ingeniera en Obras Civiles, Facultad de Ingeniera, Universidad Diego Portales. Ejrcito 441, Santiago, Chile. Contacto: alvaro.paul@mail.udp.cl, nelson.valdivia@udp.cl

1. INTRODUCCIN Producto de la creciente demanda elctrica en Chile, en los ltimos aos se ha observado un aumento en el nmero de centrales termoelctricas a carbn instaladas en nuestro pas. De acuerdo a datos del Ministerio de Energa y de la Agencia Internacional de la Energa [1], a partir de la dcada de los 80 la demanda elctrica nacional se duplica cada 10 aos. En el mismo periodo, la energa generada a partir de centrales termoelctricas a carbn se ha triplicado, llegando a representar actualmente cerca del 27% de la matriz energtica nacional (15.286 GWh) [2]. De hecho, el ao 2010, el 57% de los proyectos en construccin, en cuanto a energa generada, corresponda a centrales a carbn [1]. Junto con ser uno de los mtodos preferidos para generar energa, estas centrales tambin representan una de las principales fuentes de CO2 que, junto con residuos slidos producidos, producen un importante impacto ambiental. El ao 2008, cerca del 43% de las emisiones de CO2 originadas a partir de la quema de combustibles en el mundo, es decir, unas 12.600 millones de toneladas de CO2, correspondi al uso de carbn para generacin de energa, transporte o uso industrial [3]. Estas centrales termoelctricas, en su proceso de generacin elctrica mediante la calcinacin de carbn, generan varios tipos de ceniza. Entre ellos, el que se presenta en mayor cantidad (alrededor de un 70% en peso) es la ceniza volante, material fino que es arrastrado por los gases calientes, retenido por medio de precipitadores mecnicos o hidrulicos y almacenado en bancos o terrenos cercanos a las centrales. Por otra parte, el cemento posee tambin un importante impacto ambiental. Cada tonelada de cemento portland fabricada contribuye con alrededor de 1 tonelada de CO 2 al ambiente, tanto por la descalcinacin de la piedra caliza (una de las principales materias primas) como por el uso de combustibles fsiles en su proceso de produccin [4]. Se estima que el ao 2005 la emisin atribuida a la produccin de cemento fue de alrededor de 1.740 millones de toneladas de CO 2, y la tendencia sugiere el aumento de este valor en los prximos aos. Es por estas razones que el uso de cenizas volantes como reemplazo del cemento portland ofrece varias ventajas del punto de vista medioambiental. El hormign con ceniza volante como material cementicio, al poseer menores cantidades de cemento, ayuda a un menor uso de recursos naturales y energa para la produccin de cemento, as como a una menor emisin de CO2. Adems, el uso de un subproducto industrial puede ser ventajoso en trminos de reduccin de costos y de la necesidad de terrenos para su disposicin. En Estados Unidos, alrededor del 54% del cemento premezclado contiene cenizas volantes, con un reemplazo promedio de 20% en masa de cemento portland [5]. a. Caractersticas de las cenizas volantes Las cenizas volantes son combinaciones de fases vtreas amorfas y de fases cristalinas, siendo las fases amorfas las ms reactivas. Entre el 60 y el 90% de la masa de las cenizas volantes corresponde a partculas esfricas slidas y huecas (cenoesferas), de composicin vtrea [6], contrario al caso del cemento en que las partculas tienden presentar formas geomtricas irregulares. 32

Las cenizas volantes pueden ser incorporadas durante la fabricacin del cemento (mezclado en planta) o al momento de mezclar los materiales en la confeccin del hormign, y pueden tener diferentes niveles de accin cementicia o puzolnica. Las reacciones puzolnicas son reacciones de hidratacin secundaria en que un material que no tiene propiedades hidrulicas de por s, en presencia de humedad, es capaz de reaccionar con el hidrxido de calcio de la pasta de cemento hidratada para formar silicatos de calcio hidratado (comnmente, C-S-H), producto de hidratacin que otorga un mayor aporte de resistencia al material. Por lo mismo, la reaccin puzolnica ocurre a edades posteriores en comparacin a la hidratacin del cemento, continuando la reaccin hasta incluso 1 ao despus de haber sido mezclado y colocado [7]. El uso de cenizas volantes en el hormign ha sido ampliamente utilizado en el mundo ya que para porcentajes de reemplazo de hasta 20% de cemento portland se observan aumentos de la resistencia a la compresin a corto y mediano plazo, y aumentos de la resistencia a largo plazo para reemplazos mayores, reduccin de la permeabilidad del hormign endurecido, mayor resistencia a ataques qumicos, aumento de la fluidez (como indicador de la trabajabilidad) sin aumentar la dosis de agua, reduccin de la segregacin y exudacin, disminucin de la temperatura inicial del hormign, entre otros [8,9]. A pesar que el uso de cenizas volantes en el hormign ha sido ampliamente estudiado en el mundo, en Chile no existe suficiente respaldo del efecto de cenizas de centrales termoelctricas nacionales en hormigones confeccionados con cementos puzolnicos. El cemento puzolnico posee un porcentaje de puzolanas naturales mayor al 30% en masa y presenta una menor densidad que el cemento portland puro, utilizado en la mayor parte de las investigaciones, por lo que los beneficios del uso de las cenizas pueden ser menores en comparacin, lo que desincentivara su uso. 2. METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN. Las muestras de cenizas volantes fueron extradas desde los ductos de salida de una de las unidades de generacin en una central termoelctrica del norte del pas (Central Guacolda, Huasco, III Regin). La ceniza se obtuvo directamente de los ductos de la chimenea, luego del proceso de filtrado y secado de las cenizas. La muestra seleccionada consider alrededor de 50 kg de cenizas, que se transportaron al laboratorio en envases adecuados para evitar su contaminacin y la alteracin de sus propiedades. a. Caracterizacin de los materiales La composicin qumica y propiedades fsicas de las cenizas volantes fueron obtenidas a travs de los ensayos de la norma ASTM C311 [10], debido al alto impacto que estas caractersticas tienen sobre las propiedades del hormign, por ejemplo, para determinar el grado de puzolanidad del material. Se determin la composicin qumica para su clasificacin, la humedad y la prdida por calcinacin o ignicin. El anlisis de los resultados se realiz a travs de las especificaciones de la norma ASTM C618 [11]. Junto con lo anterior, se realizaron ensayos de finura por tamizado [12] y densidad real [13]. 33

Para el resto de los componentes de las mezclas se realizaron los ensayos tradicionales segn la normativa chilena. Es decir, ensayo de densidad real en el cemento; y densidades aparente y real, absorcin y humedad en ridos (arena y gravilla).

b. Diseo y preparacin de mezclas Se confeccionaron 6 mezclas para evaluar el efecto del reemplazo de ceniza volante por cemento puzolnico en el hormign, segn el porcentaje de reemplazo en volumen utilizado. Adems de una muestra control, con 0% de reemplazo de ceniza volante por cemento, se confeccionaron muestras con 10, 20, 30, 40 y 50% de reemplazo. Se consider una razn agua-material cementicio (w/cm) de 0,5, una proporcin del rido combinado de 45% de gravilla y 55% de arena y una dosis de 1,2 litros de aditivo plastificante por cada 100 kg de cemento, para todas las mezclas de hormign. Las probetas fueron sumergidas para tener un curado hmedo hasta el momento de ser ensayadas. c. Propiedades del hormign La evaluacin de las propiedades mecnicas fue realizada mediante la preparacin de probetas cbicas de 150 mm de arista, para cada nivel de reemplazo del cemento por ceniza volantes y ensayadas a 21, 35, 49, 63 y 77 das de edad; y viguetas prismticas de 150 x 150 x 450 mm de cada una de las mezclas, para el ensayo de flexotraccin a los 77 das de edad. Junto con conocer la evolucin de la resistencia de cada mezcla de hormign en el tiempo, es de inters verificar como vara la relacin entre la resistencia a la compresin y la resistencia a la flexotraccin. Para cada una de las mediciones se confeccionaron al menos 3 probetas. Junto con estas propiedades, el impacto del uso de las cenizas volantes fue evaluado sobre la trabajabilidad, la densidad y el tiempo de fraguado. Estas propiedades pueden ser de inters al planificar la metodologa constructiva o al ejecutar las operaciones en terreno. 3. PRESENTACIN Y ANLISIS DE RESULTADOS. A continuacin se presentan los resultados obtenidos en la caracterizacin de la ceniza volante utilizada y en las propiedades del hormign en estado fresco y en estado endurecido. a. Caractersticas fsicas y qumicas de las cenizas volantes La composicin qumica de las cenizas volantes determina la clase a la cual pertenecen, de acuerdo a la norma ASTM C618 [11]. De acuerdo a los resultados observados en la tabla 1, la suma de los porcentajes en masa de los xidos SiO2, Al2O3 y Fe2O3 excede el 70% del total, por lo que se trata de una ceniza volante clase F, de accin principalmente puzolnica. Asimismo, los valores de sulfato (porcentaje de SO3), prdida por calcinacin o ignicin y de humedad estn dentro de los requisitos de aceptacin de la norma: un valor mximo exigido de 5%, 3% y 6%, respectivamente. 34

El ensayo de prdida por ignicin es una medida indirecta de la combustin incompleta del carbn. Una ceniza volante con una prdida por ignicin menor al 3% es considerada el resultado de un proceso de quemado apropiado y eficiente del combustible [14]. Un alto contenido de carbn en el hormign puede alterar su color o reducir el impacto de algunos aditivos qumicos, generalmente incorporadores de aire. La densidad del cemento puzolnico grado corriente utilizado en el estudio es de 2.883 kg/m3, mayor a la de la ceniza volante (tabla 1), por lo que el reemplazo en volumen del material cementicio provoc una leve disminucin de la densidad aparente del hormign fresco. Si la muestra de control (0% de reemplazo) present una densidad de 2.384 kg/m 3, la muestra con un 50% de reemplazo redujo su densidad a 2.334 kg/m3. Sin embargo, es importante comentar que la densidad a los 77 das de las muestras con 10, 20 y 30% super la densidad de la muestra control. Esto puede deberse a la densificacin de la pasta de cemento a largo plazo como efecto de la reaccin puzolnica, lo que ha sido observado previamente [15,16]. Tabla 1: Composicin qumica y propiedades fsicas de la ceniza volante utilizada. Composicin Qumica Ceniza Volante SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O SO3 Na2O 58,0% 21,0% 6,6% 5,7% 2,0% 1,4% 0,4% 1,2% Propiedades Fsicas Ceniza Volante Prdida por Humedad Densidad Real Calcinacin (%) (%) (kg/m3) 2,75 0,13 2.252 En relacin a la finura, se debe considerar que el desempeo de las cenizas volantes en el hormign (evaluado de acuerdo a la resistencia a la compresin, resistencia a la abrasin y resistencia a ciclos hielo-deshielo) es proporcional a la presencia de partculas finas, vindose incrementado al aumentar la finura de las cenizas [17]. Dentro de esta investigacin, sobre una muestra aleatoria de ceniza volante, el 99% pas el tamiz n100 (abertura de 150 m) y el 91% pas el tamiz n200 (abertura de 75 m), lo que confirmara el uso de un material fino, aunque para realizar una comparacin adecuada con el cemento se debera utilizar el ensayo de determinacin de la superficie especfica a travs del permeabilmetro Blaine u otro similar. b. Propiedades del hormign fresco. La docilidad del hormign fresco, tal como se puede ver en la figura 1 a travs de los resultados del ensayo de asentamiento de cono, aument a medida que se increment el porcentaje de ceniza utilizada como reemplazo. Para las mezclas de 10 a 30% de reemplazo, el aumento del asentamiento fue de 1,5 cm aproximadamente, mientras que para los reemplazos superiores este incremento fue de 2 cm aproximadamente. En general, siempre se observa un aumento de la docilidad al incorporar cenizas volantes como reemplazo del cemento portland. Si el reemplazo se realiza segn la masa de material cementicio, debido a la menor densidad de las cenizas volantes, se obtendr un mayor volumen de pasta. En este caso, en que el reemplazo se realiz por volumen, este aumento de la docilidad debiera estar asociado a la forma esfrica de las 35

partculas de ceniza volante [6]. Esta caracterstica, junto con el menor tamao de partculas en comparacin con el cemento, provoca un aumento conjunto tanto de la fluidez como de la consistencia de la mezcla al aumentar el porcentaje de reemplazo. A pesar de no realizar un anlisis cuantitativo sobre la consistencia de la mezcla de hormign fresco, en general se observ un hormign ms plstico y cohesivo a medida que aument el porcentaje de ceniza de reemplazo. Mientras que para las mezclas de 10 y 20% de reemplazo este efecto no era importante, para las mezclas de 40 y 50% de reemplazo el terminado superficial ya era muy difcil de realizar en condiciones apropiadas, vindose afectada la trabajabilidad del material.

Figura 1: Cambio en la fluidez del hormign fresco, debido al reemplazo del cemento por cenizas volantes. Adems de los efectos en la trabajabilidad del hormign fresco, el uso de cenizas volantes tambin modifica los tiempos de fraguado de las mezclas. En la figura 2 se muestran las curvas que indican el progreso del proceso de fraguado para las diferentes mezclas, donde la resistencia a la penetracin est dada por los milmetros que logra bajar la aguja de Vicat a medida que el desarrollo de la hidratacin del material cementicio provoca la solidificacin de la pasta.

Figura 2: Tiempos de fraguado de la pasta de cemento en cada mezcla analizada. Mientras la mezcla con 10% de ceniza no presenta diferencias significativas con la muestra de control, las muestras con 30% de reemplazo y superior muestran un retraso que puede ser necesario tener en cuenta al momento de utilizar este material en obra. Es claro que a medida que aumenta el porcentaje de reemplazo del cemento, se ve retrasado el tiempo inicial de fraguado, comnmente considerado un lmite para las operaciones de manejo del hormign fresco en terreno. Observando adems la informacin entregada por la tabla 2, se puede afirmar que este retraso en el inicio del fraguado no est asociado a un mayor tiempo de fraguado (lapso entre el inicio y el trmino del fraguado). Sin embargo, los tiempos inicial y final de fraguado observados se encuentran dentro de lmites razonables, segn lo observado comnmente en obra. Tabla 2: Tiempos y duracin de fraguado para cada mezcla analizada. Mezcla 0% CV 10% CV 20% CV 30% CV 40% CV 50% CV Tiempo Inicial 3 h, 20 min 3 h, 40 min 3 h, 40 min 4 h, 00 min 4 h, 20 min 4 h, 20 min Tiempo Final 5 h, 40 min 5 h, 40 min 6 h, 00 min 6 h, 20 min 6 h, 40 min 6 h, 40 min Duracin 140 min 120 min 140 min 140 min 140 min 140 min 37

El retraso en fraguado de la pasta debido al uso de ceniza volante puede estar afectado por la composicin qumica, finura, cantidad y tipo de la ceniza volante utilizada, aunque factores tales como la finura del cemento, el contenido de agua en la pasta y la temperatura ambiente tienen un impacto ms grande en el tiempo de fraguado que la presencia de ceniza volante [18]. Sin embargo, si las especificaciones del proyecto hacen necesario evitar este efecto, se ha observado que adiciones de entre 5 a 10% de cemento de alta resistencia inicial (con mayor finura) o alrededor de un 5% en masa de hidrxido de calcio pueden controlar el retardo del fraguado en mezclas de hormign con hasta un 50% de ceniza volantes clases C o F actuando como material cementicio [19]. c. Propiedades del hormign endurecido. La resistencia a la compresin axial fue evaluada en diferentes edades, ya que el inters principal es evaluar la ganancia en resistencia del hormign en el tiempo. Tal como se aprecia en la figura 3, la resistencia a la compresin a los 21 das refleja una dependencia entre esta propiedad y el porcentaje de reemplazo de ceniza volante utilizado. Excepto en la mezcla con un 10% de reemplazo, a mayor porcentaje de reemplazo se observa una menor resistencia. Sin embargo, esta diferencia de resistencia tiende a disminuir para edades posteriores. La mezcla con un 20% de reemplazo presenta un 74% de la resistencia de la muestra control a los 21 das, pero a los 77 das este valor llega a un 80%. La mezcla con 50% de reemplazo pasa de obtener un 30% de la resistencia respecto a la muestra control a los 21 das a un 46% del mismo parmetro a los 77 das. En cambio, la muestra con 10% de reemplazo no presenta diferencias estadsticamente significativas con respecto a la muestra control, incluso pudiendo esperarse que la resistencia a edades posteriores (por ejemplo, mayores a 90 das) pueda ser superior, a pesar de no haberse controlado en esta investigacin.

Figura 3: Resistencia a la compresin a 21, 35, 49, 63 y 77 das de edad del hormign. Resultados corresponden al promedio de tres probetas y barras de error indican la desviacin estndar de cada resultado. Estos resultados permiten afirmar que a pesar que el cemento utilizado ya presenta un contenido importante de puzolanas, el uso de ceniza volante podra ser utilizado para reemplazos menores del material cementicio sin impactar en forma relevante las propiedades mecnicas del hormign. Dentro de los reemplazos utilizados, slo los de 40 y 50% no alcanzaron el lmite mnimo de resistencia para hormigones estructurales de 21 MPa, dado por la especificacin ACI 318S-08 [20], sino hasta los 49 das. Junto con lo anterior, se debe considerar que el aumento de la fluidez por el uso de cenizas volantes permitira reducir la dosis de agua y, como consecuencia, disminuir la w/cm, lo que podra compensar la reduccin de resistencia observada en reemplazos superiores al 10%. Adems de evaluar la resistencia a la compresin, se midi la resistencia a la flexotraccin de cada mezcla elaborada. Tradicionalmente, se estima la resistencia a la traccin del hormign en funcin de la resistencia a la compresin observada, pero esta relacin no necesariamente se cumple al modificar el material cementicio utilizado. En esta investigacin, se observ una disminucin de la resistencia a la flexotraccin en altos porcentajes de reemplazo del cemento por ceniza volante (ver tabla 3), aunque fue similar o superior para reemplazos ms bajos (10 o 20%). Tambin se observ una tendencia clara en la relacin entre la resistencia a la flexotraccin y la resistencia a la compresin. Al aumentar el reemplazo de ceniza volante, aumenta tambin el valor de la resistencia a la flexotraccin en relacin a la resistencia a la compresin de la misma mezcla. Esta comparacin fue realizada a 39

los 77 das de edad para permitir que la reaccin puzolnica progresara y representara de mejor forma las condiciones finales del hormign endurecido. Tabla 3: Resistencia a la flexotraccin para cada mezcla utilizada. Mezcla 0% CV 10% CV 20% CV 30% CV 40% CV 50% CV 4. CONCLUSIONES. El uso creciente de centrales trmicas en base a carbn para la produccin de electricidad impone un desafo medioambiental relevante, entre otras razones, por los desechos slidos generados durante el proceso de incinerado del combustible, donde se forman varios tipos de ceniza. La porcin ms fina de los residuos, la ceniza volante, ha sido utilizada por dcadas como material cementicio suplementario en el hormign a lo largo del mundo. Sin embargo, en nuestro pas este uso no se ha masificado, por lo que es necesario analizar de qu forma su utilizacin impacta las propiedades del hormign confeccionado con cemento puzolnico, dados los claros beneficios medioambientales. La ceniza volante analizada corresponde a una clase F, de accin puzolnica, que muestra beneficios en su uso para porcentajes bajos de reemplazo del cemento puzolnico. Para mezclas de 10% de reemplazo la resistencia a la compresin no se ve afectada, aunque para reemplazos superiores esta propiedad disminuye progresivamente. En general, utilizando cemento portland, el ptimo de reemplazo est alrededor del 20% para maximizar la resistencia a la compresin, diferencia que debe corresponder al alto porcentaje de puzolanas naturales del cemento nacional. Similares resultados se observan en la resistencia a la flexotraccin. La densidad del hormign, por otra parte, no presenta variaciones importantes. Con respecto a la trabajabilidad, la fluidez aumenta entre 1,5 y 2 cm por cada aumento en 10% de reemplazo de ceniza, mientras que la consistencia (observada, no medida) se vuelve ms plstica, siendo las mezclas de 40 y 50% poco trabajables por este motivo. Otro factor relevante al momento de considerar el uso de la ceniza volante, es que su uso puede retrasar el comienzo del fraguado, sin afectar el proceso de solidificacin, slo para mezclas con alto porcentaje de reemplazo y siempre dentro de rangos normales de trabajo en terreno. Resistencia a Razn Resistencia Flexotraccin (MPa) Traccin-Compresin 4,6 5,2 4,5 4,2 3,2 3,5 8% 9% 10% 11% 14% 14%

Tomando en cuenta estos resultados, se hara aconsejable considerar el uso de cenizas volantes como reemplazo del cemento portland debido a los beneficios medioambientales, econmicos y de impacto en las propiedades del hormign. Sin embargo, antes de validar totalmente a las cenizas volantes como material componente, es recomendable analizar su efecto en otras propiedades del hormign no incluidas en este estudio, tales como: retraccin hidrulica, permeabilidad a iones cloruro, porosidad del hormign endurecido, entre otras. De acuerdo a la experiencia observada internacionalmente, la durabilidad del material debera mejorar an ms en relacin con las propiedades mecnicas. Tambin existen dudas sobre la variabilidad tanto de las cenizas volantes de cada central termoelctrica en el tiempo (por ejemplo, al utilizar diferentes tipos de carbn), as como de la que pudiera existir entre diferentes centrales. 5. AGRADECIMIENTOS. Este artculo fue realizado en base a la memoria de ttulo desarrollada por Mauricio Cavagnola. Se agradece adems la colaboracin de la empresa elctrica Guacolda, a travs de Hugo Moffet y Eugenio Parra. 6. REFERENCIAS. 1. Ministerio de Energa (2011). Antecedentes Sobre la Matriz Energtica en Chile y sus Desafos para el Futuro [en lnea]. Actualizacin 3 Agosto 2011. Disponible en: 2. Ministerio de Energa (2011). Balance Energtico 2009 [en lnea]. Actualizacin 3 Agosto 2011. Disponible en: 3. International Energy Agency (2011). CO2 Emissions from Fuel Combustion, 2010 Edition [en lnea]. Actualizacin 3 Agosto 2011. Disponible en: 4. Malhotra, V.M. (1999). Making Concrete "Greener" with Fly Ash. Concrete International, Vol. 21, N5, 61-66. 5. Obla, K.H., Hill, R.L. y Martin R.S. (2003). HVFA An Industry Perspective. Concrete International, Vol. 25, N8, 29-34. 6. American Concrete Institute (2003). Use of Fly Ash in Concrete. ACI 232.2R-03. Farmington Hills, MI, United States, 2003. 41 p. 7. Neville, A. M., Properties of Concrete, fourth edition, Addison Wesley Longman Ltd., Edinburgh Gate, Harlow, Essex, UK, 1999. 8. Mehta, P. K., and Monterio, P. J. M., Concrete Microstructure, Properties and Materials, McGraw-Hill, 2006, 659 pp. 9. Martnez, P., Desarrollo de agregados livianos de cenizas volantes para hormigones estructurales, Tesis de Doctor en Ciencias de la Ingeniera, Escuela de Ingeniera, Pontificia Universidad Catlica de Chile, Santiago, Chile, 2002. 41

10. ASTM International (2007). Standard Test Methods for Sampling and Testing Fly Ash or Natural Pozzolans for Use in Portland-Cement Concrete. ASTM C311-07. West Conshohocken, PA, United States, 2007. 9 p. 11. ASTM International (2008). Standard Test Methods for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete. ASTM C618-08a. West Conshohocken, PA, United States, 2008. 3 p. 12. Instituto Nacional de Normalizacin (1970). Cemento - Determinacin de la finura por tamizado NCh150:Of.1970. Santiago, Chile, 1970. 7 p. 13. Instituto Nacional de Normalizacin (1969). Cemento - Determinacin del peso especfico relativo NCh154:Of.1969. Santiago, Chile, 1969. 7 p. 14. Meininger, R.C (1982). Use of Fly Ash in Cement and Concrete Report of Two Recent Meetings. Concrete International, Vol. 4, N7, 81-92. 15. Fu, X., Wang, Z., Tao, W., Yang, T., Hou, W., Dong, Y. y Wu, X. (2002). Studies on blended cement with a large amount of fly ash. Cement and Concrete Research, Vol. 32, N7, 11531159. 16. Idorn, G.M. y Henriksen, K.R. (1984). State of the art for fly ash uses in concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 14, N4, 463-470. 17. Lane, R.O. y Best, J.F. (1982). Properties and Use of Fly Ash in Portland Cement Concrete. Concrete International, Vol. 4, N7, 52-57. 18. Lane, R.O. (1983). Effect of Fly Ash on Freshly Mixed Concrete. Concrete International, Vol. 5, N10, 50-52. 19. Bentz, D.P. y Ferraris, C.F. (2010). Rheology and setting of high volume fly ash mixtures. Cement and Concrete Composites, Vol. 32, N4, 265-270. 20. American Concrete Institute (2008). Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. ACI 318S-08. Farmington Hills, MI, United States, 2008. 522 p.

MORTERO A BASE DE CEMENTO-YESO-PUZOLANA, COMO APORTE DE MATERIAL NO CONVENCIONAL A LA EDIFICACION DE BAJO COSTO ENONMICO Y ECOLGICO Roldn1 W., Borrachero2 M.V., Pay2 J., Monz2 J.

RESUMEN Se conoce ampliamente que las mezclas de combinacin cemento/yeso son incompatibles, ya que en ambientes hmedos producen entre otros compuestos, la formacin de etringita, que causa una disminucin drstica de resistencia. Sin embargo, algunos autores han comprobado que la adicin de materiales puzolnicos reduce dicha incompatibilidad. En este trabajo se estudian las propiedades mecnicas de mezclas cemento portland blanco/yeso con adicin de ceniza volante (clase F proveniente de central termoelctrica de carbn); y para comprobar su accin puzolnica, se comparan los resultados con mezclas que contienen filler calizo como adicin no puzolnica. Los resultados son variados y los sistemas ternarios cemento portland/yeso/ceniza volante, con bajo contenido en cemento portland, presentan caractersticas mecnicas notables. Se pone de manifiesto en estos sistemas, el efecto beneficioso de una puzolana como la ceniza volante. A la luz de los resultados, se generan expectativas interesantes de uso de estas mezclas al reemplazar un porcentaje importante del cemento portland por ceniza volante y favorecer la compatibilidad entre el yeso y el cemento, hacindolo ms econmico y presentando ventajas que bien pueden extender su uso, principalmente a otras aplicaciones constructivas por ser en muchas regiones, ms asequible y de bajo coste econmico y ecolgico.

Dpto. Ingeniera Civil. Universidad Catlica del Norte. Av Angamos 0610. Antofagasta (Chile) 2 Instituto de Ciencia y Tecnologa del Hormign (ICITECH). Universidad Politcnica de Valencia. Camino de Vera s/n. CP 46022. Valencia (Espaa)

1. INTRODUCCIN Si bien el yeso (sulfato clcico hemihidrato: CaSO4 1/2H2O) se utiliza en adicin al clinquer en la fabricacin del cemento portland; en la elaboracin de mezclas tradicionales, la adicin de yeso se evita porque no es compatible con los cementos y cales en estas mezclas; sino ms bien el yeso suele usarse solo, o a lo sumo reforzado con pequea proporcin de cemento o cal para hacerlo mas resistente mecnicamente y ms resistente a las agresiones del mismo in sulfato (SO4-) presente en la mezcla [1]. La presencia de sulfato en el hormign es un fenmeno conocido que puede conducir a la degradacin de las estructuras de hormign. Generalmente, la presencia de sulfato y humedad genera algunas reacciones importantes; una de ellas, donde el in sulfato reacciona con el C3A del cemento, para formar etringita lo que genera un aumento de volumen, favoreciendo la expansin y posterior degradacin y/o agrietamiento del hormign [2, 3]. Por todas estas razones, en obras de construccin el yeso suele utilizarse en demandas especficas que estn relacionadas con aplicaciones ms de tipo esttico (retapes; enlucidos de muros interiores en zonas secas y cielos interiores; en general, donde se exija una terminacin superficial muy lisa) y aplicaciones funcionales especficas (retape y nivelacin de pisos interiores en zonas sin humedad con algn recubrimiento posterior; paneles prefabricados de yeso no estructurales; y otros). A su vez, el cemento portland blanco, se diferencia del portland gris en su composicin; es as que el cemento portland blanco presenta una concentracin de xido de hierro muy baja, y por tanto una concentracin de xido de aluminio ms elevada, por consiguiente la concentracin de aluminato triclcico (C3A) ser mayor, lo que lo hace ms sensible al ataque por sulfatos que el cemento portland gris, con la consiguiente formacin de compuestos expansivos [4]. Por su parte, la edificacin de bajo coste econmico y ecolgico requiere consumir productos fcilmente disponibles y a un precio accesible para la poblacin con menos recursos. Por esta razn algunos investigadores han utilizado con xito mezclas de yeso, cemento portland y materiales tales como escorias de alto horno o puzolanas naturales [5- 8] y destacan que, una combinacin de este tipo puede ofrecer las condiciones para eliminar la formacin de etringita. En este sentido, la inclusin de adiciones puzolnicas a mezclas con cemento portland blanco y con cantidades significativas de yeso (sulfato clcico), permitir estudiar de mejor manera la influencia de la puzolana respecto a la agresividad del sulfato sobre el cemento portland. La filosofa intrnseca en este estudio, es conocer el comportamiento de estos morteros desde la perspectiva de la resistencia mecnica y de la durabilidad. Si se observa una mejora en mezclas que incorporen cemento portland blanco, es de esperar que en mayor medida se produzca en las mezclas que contengan cementos portland grises. En el presente estudio se incursiona en la elaboracin de morteros especiales de cemento portland blanco-yeso y adicin puzolnica (ceniza volante) con el fin de mejorar condiciones de servicio frente a la accin de la humedad, ampliando las demandas especficas y las aplicaciones funcionales del yeso en su uso en la industria de la construccin. El presente estudio complementa resultados experimentales preliminares presentados en Congreso NOCMAT 2008 [9].

MATERIALES, EQUIPOS Y MTODOS

Para el amasado y elaboracin de las probetas se ha utilizado el siguiente equipamiento: una amasadora con recipiente de amasado de 5 litros y pala mvil, ambos de acero inoxidable, de acuerdo con apartado 4.4 de la norma UNE-EN 196-1 [10]. Para elaborar probetas de resistencia mecnica, se han utilizado moldes de acero con espesor de pared y base de 10mm de espesor, de conformidad al apartado 4.5 de la norma UNE-EN 196-1, que permiten preparar simultneamente tres probetas prismticas de 40mm x 40mm de seccin transversal y 160mm de longitud. Para la elaboracin de probetas de expansin, se han utilizado moldes de acero para la preparacin simultnea de cuatro probetas, con un espesor de pared y base de 10 mm de espesor, de conformidad al apartado 3.5 de la norma UNE-EN 80113 [11]. Las dimensiones del interior de cada compartimiento son de 25,4mm de profundidad, 25,4mm de ancho y 287,0mm de longitud. En cada uno de los cabezales extremos, las paredes tienen una perforacin de 5mm para insertar vstagos de tefln cilndricos, rectificadas en una de las caras rectas extremas sobre las cuales se efectuarn las mediciones de variacin de longitud. La compactacin del mortero fresco, se realiz utilizando una compactadora electro mecnica compuesta de una mesa rectangular unida rgidamente por dos brazos ligeros a un eje de rotacin, aplicndose en total 120 golpes, segn procedimientos descritos en apartado 4.6 de UNE-EN 196-1. Respecto a los materiales utilizados. Para la elaboracin de todo tipo de probetas, se han utilizado segn corresponda, los siguientes materiales: Yeso grueso: yeso con un ndice de pureza mayor al 75%, retencin en el tamiz de 200 micras, menor al 50%, agua combinada mximo de 6%, un pH mnimo de 6 y una resistencia a flexotraccin mayor a 2,0 MPa a 28 das. Ha sido fabricado por la firma Iberplaco en conformidad con la norma UNE-EN 13279-1 [12]. Ceniza volante (CV): de la clase F, con un peso especfico de 2,52 g/cm 3 y posee un tamao medio de partcula de 20 m, proveniente de la central termoelctrica de Andorra (Espaa). Filler calizo (FC): contiene un 87,8 % de carbonato clcico (CaCO3) y fue tamizado en el tamiz de 80 m. rido fino (Arena): se ha utilizado rido silceo y su uso se individualiza segn tipo de probeta elaborada. Aditivo (de uso eventual): ante la necesidad de prolongar el tiempo de fraguado de las mezclas con yeso, se ha utilizado el aditivo superplastificante Melment L240 (Degussa Construction Chemicals Espaa S.A). Agua: para el amasado y posterior curado de los morteros se utiliz agua desionizada. Cemento portland: Su uso se individualiza segn tipo de probeta elaborada. El mortero se prepara mezclando una parte de conglomerante (cemento portland + yeso + puzolana); tres partes de arena y la parte de agua que corresponda a la relacin 45

agua/conglomerante especificada. Cuando se utiliza aditivo, se hace en cantidad de 1% en masa (respecto al conglomerante); y en su caso, se rectifica la dosificacin manteniendo constante la relacin agua/conglomerante. Ante la ausencia de un cdigo que regule la elaboracin de este tipo de mezcla, y en la necesidad de contar con un procedimiento estndar, de muchas pruebas realizadas, se concluy que el procedimiento ms conveniente para el amasado del mortero, es el que se indica a continuacin: a) Conglomerante: Se vierten al recipiente de amasado los componentes en el orden siguiente: yeso, cemento, ceniza volante (o filler en su caso). Se mezclan mecnicamente en estado seco, a velocidad lenta, durante 60s para homogenizar el conglomerante. b) rido fino: Se vierte toda la arena, mezclndose junto al conglomerante en seco a velocidad lenta durante 60s. c) Agua de amasado: Se vierte toda el agua de amasado de una sola vez y se pone la amasadora en marcha. Si el mortero lleva algn aditivo lquido, ste se adicionar previamente al agua de amasado. d) Proceso de amasado: La amasadora se pone en marcha a velocidad lenta durante 30 segundos; luego se cambia a velocidad rpida por otros 30 segundos. La mezcla de mortero as preparada, debe transportarse rpidamente al molde de las probetas. e) Elaboracin de probetas de mortero: Con el molde de acero firmemente unido a la mesa compactadora, se introduce rpidamente en una sola capa, el mortero fresco en los compartimientos del molde, procurando extenderlo uniformemente. A continuacin se compacta la mezcla con dos series de 60 golpes cada una. Luego se retira el molde y se quita el exceso de mortero. f) Curado en cmara hmeda: Terminada la elaboracin de las probetas, el molde se lleva a cmara de curado, a temperatura constante de 20C y humedad 95%, durante 24 horas; al cabo del cual, las probetas se desmoldan, se limpian superficialmente retirando restos de mezcla y se identifican adecuadamente. g) Curado en bolsa plstica (probetas de resistencia mecnica): Para continuar el curado, las probetas se introducen en bolsa plstica, sellndola a fin de proveer un microambiente de alta humedad generado por la exudacin o evaporacin del agua libre del mortero. Se mantienen en dicha condicin al inte

Jornadas Hormigon2011

Documents

Transcript of Jornadas Hormigon2011

Programa VIII Jornadas Regionales 6º Jornadas Nacionales€¦ · VIII Jornadas Regionales 6º Jornadas Nacionales ECOLOGÍA URBANA. X 7 de setiembre 2016 8,30-9,30 Recepción - Inscripción

Jornadas Fp

XII Jornadas Nacionales II Jornadas Rioplatenses

JORNADAS TÉCNICAS

X Jornadas Nacionales y VII Jornadas Internacionales de ...

jornadas medicas

Ponentes jornadas

XXXVI JORNADAS DE TEATRO XXXVI JORNADAS TEATRO DEL …

Jornadas capacitacion

Jornadas culturales

XIII Jornadas sobre producción animalpacomarca.com/media/Parámetros_genéticos_y_tendencias_genétic… · XIII Jornadas sobre producción animal XIII Jornadas sobre producción

Jornadas requena

VII JORNADAS DE EDUCACIÓN MATEMÁTICA IV JORNADAS DE ...

Blog jornadas

XXIV JORNADAS DE Las Jornadas de Patrimonio ... - CDL Alicante

Jornadas farmaceuticas

Jornadas Nacionales

Programa jornadas

4°Jornadas Nacionales de Auxología 1°Jornadas Nacionales de Desarrollo … · 2019-10-22 · 4°Jornadas Nacionales de Auxología 1°Jornadas Nacionales de Desarrollo Respuestas

Jornadas 21.04.2015