CONCRETO CRITERIO ESTRUCTURAL Y COMPORTAMIENTO El Concreto Dr. Herwing Zeth López Calvo FEBRERO 2019 ¿Que sabes sobre el concreto? ● El concreto es el material industrializado con mayor producción de todos los materiales hechos por el hombre, en mundo, más de 11 millones de toneladas se consumen cada año. ● Sólo el agua es consumida por los seres humanos en mayor cantidad. ● México es uno de los principales productores de cemento y concreto en el mundo con una producción anual de 37.9 millones de toneladas métricas (350kg/pc) ● Anualmente se producen un metro cúbico de concreto por cada persona en la Tierra. ¿Que es el concreto? ¿Que es el concreto? En el concreto de cemento de portland, la matriz cementante es una mezcla de cemento de portland y agua, con o sin adiciones. El concreto es un material compuesto que consiste esencialmente de un medio cementante donde se embeben partículas o los fragmentos de agregados. Fuente: ACI Manual of concrete practice 2001 Part 1. Componentes básicos del concreto ordinario ● Cemento ● Agregado fino (Arena) ● Agregado grueso (Grava) ● Agua Componentes del concreto de alto desempeño CEMENTO AIRE AGUA CONCRETO AGREGADOS ARENA GRAVA ADICIONES MINERALES NATURALES ADITIVOS QUIMICOS Que es el cemento • Es un aglutinante de tipo hidráulico que al endurecer forma una unidad QUIMICOS BITUMINOSOS HIDRÁULICOS Cemento Portland • Conglomerante hidráulico que resulta de la pulverización del Clinker frio, a un grado de finura determinado, al cual se le adicionan sulfato de calcio, agua y adiciones. • En concretos ordinarios el cemento constituye del 15 al 40 % del volumen total del concreto. • Es el de mayor costo unitario Proceso de Producción del Cemento Principales compuestos del cemento Silicato tricálcico C3S (resistencia) Silicato dicálcico C2S (resistencia) Aluminato tricálcico C3A (tiempos de fraguado) Ferroaluminato tetracálcico C3AF (color) Clasificación de los cementos hidráulicos según la NMXC-414-ONNCCE Cemento = Contaminación La producción de cemento es responsable de 7% las emisiones de CO2 a nivel mundial 1 ton de cemento = 1 ton de CO2 Fuente: Globalchange CONCRETO & CALENTAMIENTO GLOBAL Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Impacto_ambiental_de_la_industria_del_cemento CONCRETO VERDE Se caracteriza por uso de materiales suplementarios (SMC), utilizados como reemplazo parcial de cemento en el concreto. Lo cual a mostrado ser una forma muy efectiva de reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera. Fuente: Mehta et al. 2001; Malhotra, 1987. Materiales Cementantes Suplementarios SCM ● Humo de Sílice (Sílica Fume) < 1 μm ● Scoria de Alto Horno (Blast Furnace Slag) ● Puzolanas de origen natural e Industrial CONCRETO ● Ceniza Volante (Fly-ash) > 1 a 150 μm PUZOLANICO Fuente: Herwing López-Calvo, Curso en Materiales Avanzados de Concreto ● Humo de Sílice (Silica Fume) < 1 μm Fuente: Silica Fume User Manual, SFA, 2005 Herwing López-Calvo, Curso en Materiales Avanzados de Concreto Materiales suplementarios de origen natural “Puzolanas” para la producción del concreto sustentable SCM Vidrio en Polvo Cenizas de origen volcánico Ceniza de cáscara de cacahuate Materiales que pasan a través del tamiz de 75 mm para su posible uso como aditivos minerales uso del extracto de nopal como agente modificador de la viscosidad Fuente: Herwing López-Calvo, Curso en Materiales Avanzados de Concreto CONCRETOS PUZOLANICOS (CONCRETO VERDE) Principales características: ● Utilizan adiciones minerales para reducir el uso del cemento hasta en un 56% ● Alta resistencia > 500 -1200 Kg/cm2 ● Fácil colocación y compactación ● Mejoramiento de propiedades mecánicas a largo plazo ● Alta resistencia a edades tempranas ● Resistencia al desgaste ● Estabilidad volumétrica ● Durabilidad en ambientes agresivos. Fuente: Herwing López-Calvo et al. Curso en Materiales Avanzados de Concreto PUENTE DE LA CONFEDERACION CARACTERISTICAS GENERALES: ● 12.9 Km. de longitud y 11 de ancho ● Diseño de vida de Servicio de 100 años ● Concreto de 600 k/cm2 a los 91 días ● Total de HPC usado 478,000 m3 ● Elevación sobre el nivel del Mar 40 metros Source: Federal Highway Administration, CANADA (1999) PUENTE DE LA CONFEDERACION Source: Federal Highway Administration, CANADA (1999) Treat Island Maine, USA exposure site. Fuente: US Army Corps of Engineers - Website: www.wes.army.mil/SL/TREAT_ISL/index.html Treat Island Maine, USA exposure site. 410 mm 340 mm Stainless steel loading frame 1200 mm 1000 mm Crack width ~0.25 mm 10mm stainless steel rebar Stainless steel roller system 10 mm rebar Stainless steel pin 10mm black steel rebar Crack width ~0.25 mm Fuente: Curso en Materiales Avanzados de Concreto, Herwing Zeth López Calvo CONCRETO CON AGREGADOS RECICLADOS Principales características: ● Reduce problemas de contaminación ambiental al usar materiales de demolición ● Reduce gastos de transporte (acarreos), a menor consumo de combustibles, menos producción d eCO2. ● Ahorro de energía, debido a una menor explotación de canteras y lechos de los ríos ● Menor consumo de materiales renovables. Fuente: Herwing López-Calvo et al. Curso en Materiales Avanzados de Concreto CONCRETO PERMEABLE Principales características: ● Permite la infiltración del agua a través de su estructura ● Permite almacenar agua dentro de su estructura para su disposición posterior o infiltración al terreno. ● Disminuye los gradientes térmicos y de humedad ● Permite la infiltración del agua en la superficie del pavimento, con la consecuente disminución del riego de circulación de vehículos en presencia de la lluvia. ● Disminuye los riesgos por inundaciones Fuente: Herwing López-Calvo et al. Curso en Materiales Avanzados de Concreto CONCRETO TRANSLÚCIDO Principales características: ● Es un concreto 15 veces mas resistente que uno convencional y se caracteriza por presentar nula absorción de agua. ● Su peso volumétrico es 30% inferior a uno convencional. ● Permite el paso de la luz solar, lo que contribuye a la disminución en el uso de luz artificial, lo que redunda en un potencial ahorro energético. Fuente: Herwing López-Calvo et al. Curso en Materiales Avanzados de Concreto CONCRETO CELULAR Principales características: ● Es un concreto ligero, con una densidad de 1400 a 1800 kg/m3 ● Permite reducir la carga muerta de una estructura, lo que conlleva a un disminución del tamaño de los elementos estructurales en una edificación, con el consecuente ahorro en los materiales . ● Tiene excelentes propiedades de aislamiento térmico, lo que favorece el ahorro energético, al no requerirse climatización artificial. ● Proporciona a la estructura una mayor resistencia la fuego Fuente: Herwing López-Calvo et al. Curso en Materiales Avanzados de Concreto Materiales Fuente: Curso en Materiales Avanzados de Concreto, Herwing Zeth López Calvo EL FUTURO D EL CONCRETO Concreto de ultra alto desempeño (Ultra-High Performance Concrete/ Reactive Powder Concrete) Proceso de mezclado UHPC 1a adición de agua: 2 min “Breaking-Point”:15 min material segregado a fluido 2a adición de agua: 10 min Colocación: 25 min Fuente: Curso en Materiales Avanzados de Concreto, Herwing Zeth López Calvo Propiedades mecánicas UHPC Fuente: Curso en Materiales Avanzados de Concreto, Herwing Zeth López Calvo Concreto de ultra alto desempeño (Ultra-High Performance Concrete/ Reactive Powder Concrete) Sunyudo puente peatonal: Seoul, Korea Canadian LRT Station, Calgary Alberta, Canada Source: Vicenzio E et al. (2005) PCI Journal PUEDE ENFERMARSE EL CONCRETO? PATOLOGIAS DEL CONCRETO ● PERO, CARBONATACION CO2 REACCION ALAKALI-AGREGADO ASR ATAQUE BACTERIOLOGICO CORROSION DEL ACERO Fuente: Curso “Procesos de Corrosión”, Facultad de Ingeniería Química, University of New Brunswick PATOLOGIAS DEL CONCRETO CARBONATACION CO2 Photo taken from report by THOMAS Concrete Inspection, April 10, 2008. Fuente: Curso en Reparación de Estructuras de Concreto, Herwing Zeth López Calvo PATOLOGIAS DEL CONCRETO REACCION ALAKALI-AGREGADO ASR Water 2OH 1 O2 H 2O 2e 2OH 2 Cathode Iron Fe(OH)2 2e- Fe 2+ Fe Fe 2 2e Anode Fuente: Curso “Procesos de Corrosión, Facultad de Ingeniería Química, University of New Brunswick 2e- PATOLOGIAS DEL CONCRETO CORROSION DEL ACERO DE REFUERZO EN EL CONCRETO varillas de Fibra de Polipropileno (Fuente: D. Gremmel, Hughes Brothers) Varillas con recubrimiento epoxico Fuente: http://www.epoxyinterestgroup.org Curso en Reparación de Estructuras de Concreto, Herwing Zeth López Calvo PATOLOGIAS DEL CONCRETO CORROSION DEL ACERO Crack Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Concrete surface Cl Cl Cl Cl Anode CORROSION EN CONCRETO AGRIETADO Chloride diffusion Cl _ Fe Fe2++ 2e Fe 2+ FeCl 2 Cl _ Reinforcing bar HCl Cathode H2 O + _12 O2 + 2e _ 2OH O2 O2 OH OH e e Porous crust Fe3 O4 Concrete 1a) 2a) Crack Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Concrete surface Cl Cl Cl Cl Cl Chloride diffusion Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Anode _ H2 O + _21 O2+ 2e _ 2OH _ Fe2++ 2e Fe Cl Cathode O2 O2 OH OH e Reinforcing bar e corrosion products Cl Cl Fe2 O3 .H2O +2H 2O Concrete (rust) Cl 1b) 2b) Crack Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Concrete surface Cl Cl Cl Cl Cl Chloride diffusion Cl Cl Cathode Cl _ H2 O + _12 O2 + 2e O2 _ 2OH Cl Cl Anode O2 OH Fe _ Fe 2++ 2e e General corrosion Fe2 O3 .H2O +2H 2O (rust) O2 Reinforcing bar OH OH e Cl Cl Cl Chloride diffusion e Concrete Cl Cl Cl Fuente: Curso en Reparación de Estructuras de Concreto, Herwing Zeth López Calvo PATOLOGIAS DEL CONCRETO Cl ¿Preguntas o comentarios?
