1 20 4 https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/248/19916/Ciencia_FIC_Revista_de_divulgacion_cientifica_y_tecnologica_2010_No_1_Enero-Junio.ocr.pdf 1a7c00850ea3466af688005df003bfc9 PDF Text Text ,\\E.ST �CONSEJO ED ITORIAL ---------- - Rl V I ST A DE D I VULG A CI O N Cl lNT l l· I C A Y 7 EC NO L Ó G I C A FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL UNIVI RSIOAD AUTONOMA Df N\Jl\'O 11 ON NO. 1 SIMHTR,\l [NíRO IUN!O lolO Dr. Jesús Áncer Rodríguez RECTOR lng. Rogelio G. Garza Rivera SECRETARJO GENERAL Dr. Mario César Salinas Carmona SECRETARIO DE INVESTIGAC IÓN, INN OVAC IÓN Y POSGRADO Dr. Ubaldo Ortiz Méndez SECRETARJO ACADÉMICO M./. Luis Manuel Aranda Maltez D I RECTOR DE LA FACULTAD DE INGEN I ERÍA CIVIL Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez SUBD I RECTOR DE ESTUDIOS DE POSGRADO E IN VEST IGACIÓN. FIC lng. María Inés Fuentes Rodríguez SECRETARIA ACADÉM ICA DE LA FACULTAD DE I NGENIERÍA C IV I L Dr. Luis Francisco Chapa González COORD INADOR GENERAL DEL INSTITUTO DE IN GEN I ERÍA CIVI L "RRV" Dr. Gerardo Fajardo San Miguel COORDINADOR DE IN VEST IGACIÓN. FIC Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Dr. Gerardo Fajardo San Miguel ED ITORES Portado: Presa Rompepicos, Corral de Palmos, Santo Calorina, ~uevo león, México Diseño: Armando londois Formato: M.C. José Alejandro Herrera Gonzólez El contenido de los artículos finnados e s lllicanente responsabil idad del autor{es) y no de los editores. El mate rial impreso puede rep roduarse mientras sea sin fines de l uc ro y citando la fuente. ■--- CIENC IA FIC No.l ENERO · JUNIO 20 10 e �CONTEN I DO ·· - - .... ., e-·- 6 ----------- • Editorial 4 Control de inundaciones en zonas urbanas, caso de estudio: Presa Rompe Picos "Corral de Palmas" ubicada en Santa Catarina, Nuevo León (México). 5 ADRIAN LEONARDO FERRIÑO· FIERRO. VICTOR H UGO GUERRA· COB IÁN . JOSE LUIS BRUSTER· FLORES. GERARDO D E LIRA· REYES. RICARDO ALBERTO CAVAZOS· GONZÁLEZ Efecto de la temperatura sobre los parámetros reológicos de morteros para hormigón auto compactante. J. RO NC ERO. B. BARRAGÁN Y R. ZERB INO. 10 Stability characteristics of hydraulically placed mine tailings and power station fly ash. 19 o +--,-......,..........,,..._.,.....--,-....,.., O 25 50 75 100 VelOcid~ (rpm) 125 150 16 C.A. CHA RLES· C RUZ. Construcción de curvas 1-D-Tr, a partir de registros pluviométricos. 32 GU ERRA·CO BIÁN V H .. FERRIÑO· FI ERRO A. L., CAVAZOS-GONZÁLEZ R. A.. BRUSTER· FLORES J. L. 22 Estudio comparativo de dos métodos de preparación de soportes de y-Al 2O3 para su impregnación con metales. 40 A. CRUZ· LÓPEZ. O. VÁZQ1JEZCUCH ILLO. H . A. H ERNÁNDEZ JIMÉNEZ. L. BAUTI STA CARRI LLO. L. M. TORRES MARTÍN EZ. 37 Noticias 48 Información para autores 51 45 CIENCIA FIC es una revist a semest ral , de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil , sin fines de lucro, editada por la Subdi rección de Estudios de Posgrado e Investigaci ón a t ravés de l a Coordinación de Investigac ión. CI ENCIA FI C N o.l ENE RO · JUNIO 2010 --■ �EDITORIAL ------------ • EDITORIAL Las grandes ciudades modernas se enfrentan a la problemática del manejo sostenible de sus recursos hídricos. por lo ~,e el desarrollo de la infraestructura hidráulica adecuada y eficiente se hace indispensable para ello. El caso de Monterrey y su área metropolitana se encuentra inmerso en esta realidad. Urbe industrial por excelencia con más de 4 millones de habitantes. se enfrenta al reto diario de abastecer más de 250 litros diarios a cada uno de sus habitantes (Servicios de Agua y Drenaje de Monterrey I.P.D.). Para ello, se cuenta con fuentes de abastecimiento superficiales. las cuales constan de cuatro presas: así como subterráneas Q.Ue son básicamente 120 pozos y otras fuentes. El vital IÍQ.Uido se bombea de las fuentes de abastecimiento a más de 200 m de altura, lo Q.Ue significa un gran consumo de energía empleada en las estaciones bombeo. Aunado a lo anterior; rvtonterrey se localiza en un va lle rodeado de montañas con una orografía accidentada, lo cual genera gran cantidad de escurrimientos con velocida d importante de flujo Q.Ue llegan, en ciertos lugares, a desbordar los afluentes naturales (ríos y arroyos) Que cruzan la ciudad. Esta situación se v uelve cada vez más crítica, ya Que la mayor parte del suelo de la ciudad esta urbanizado, dejando insuficiente área para Que se absorban los escurrimientos y se recarguen los acuíferos. Por ello. se hace imprescindible Que la ciudad cuente con instituciones educativas y centros de investigación ~te generen los estudios necesarios para desarrollar la infraestructura adecuada para enfrentar este tipo de problemática. Como parte de una solución integral, los gobiernos federal y estatal construyeron la llamada presa "Rompepicos", ubicada en el cañón de la HLk1steca, su función principal consiste en controlar y retardar los escurrimientos en el río Santa Catarina Q.Ue cruza el área metropolitana de Monterrey. Esta estructura hidráulica permite contener y regular las crecientes provocadas asociadas a eventos climáticos extremos como por ejemplo los huracanes. Para su construcciónse diseñó un concreto especial compactado con rodillo, conocido como CCR, el cual tiene una mayor rapidez de colocación, bajo calor de hidratación, menor costo Q.Ue los concretos convencionales. Para incrementar su durabilidad se emplearon adiciones minerales. La cortina es de tipo piramidal con una altura de 70 m y 240 m de corona. con capacidad para retener hasta 90 millones de metros cúbicos. Esperamos ~,e las autoridades continúen constn~endo obras hidráulicas Q.Ue minimicen los riesgos provocados por lluvias intensas, lo anterior en base a un plan integral reg ional. y Que a la vez puedan beneficiar a la pobla ción, asegurando principalmente el consumo humano. sin dejar a un lado la sustentabilidad del ecosistema. DR. PEDRO LEOBARDO VALDEZ TAMEZ DR. GERARDO FAJARDO SAN MIGU EL ■'---- C IENC IA FIC No. l ENERO - JUNIO 2010 �fERRINO FI ERRO GUERRA COB IAN. i) RUSTER·fLORES . DE LIRA REYES. CAVAZOS GONZALEZ ,.~, • • ''4 CONTROL DE INUNDAC IONES EN ZONAS URBANAS, CASO DE ESTUDIO: PRESA ROMPE PICOS "CORRAL DE PALMAS" UBICADA EN SANTA CATARINA. NUEVO LEÓN (MÉXICO). ADRJAN LEONARDO FERRIÑO· FIERR0 1• VÍCTOR H UGO GUERRA-COBIÁN 2• JOSÉ LUIS BRUSTER- f LORES 1• GERARDO DE LIRA- REYES 2. RJCARDO ALBERTO CAVAZOS·GON ZÁLEZ 1• RESUMEN Las Presos Rompe Picos (PRP) noson muy comunes, yo que su finalidad no es almacenar aguo, sinoevitar que esto cause daños olos centros de población. Enelpresenteartículose describede manero general la PRP Corral de Palmo ysu funcionamiento hidráulico. Además, se do informaciónsobre el funcionamiento de la PRP durante elevento extremo del huracán Emilydel 2005. Palabras clave: Presa Rompe Picos, Huracán Emily, RíoSanto Calorina. 1. INTRODUCCIÓN En México como en otros países. la fa lta de conocimiento del peligro por inundación en zonas urbanas alientan la ocupación de zonas aledañas a ríos (p. e. llanuras de inundación). Los asentamientos humanos Quedan dentro de estas zonas. lo cual ocasiona Q.Ue la población sea vulnerable a los fenómenos hidrometeorológicos, y en particular a los eventos extremos o atípicos. Las inundaciones por desbordamientos de ríos son fenómenos normales Que forman parte del comportamiento de los mismos, y se incrementan cuando el hombre altera, interfiere o invade el curso natural de estos. Una inundación es el aumento acelerado del nivel de agua a lo largo de un río. Ocurren con gran rapidez generando caudales a gran velocidad Que arrasan lo Q.Ue encuentran a su paso. Ademís, pueden producir rompimientos de estructuras de control como por ejemplo las presas. También, pueden ocasionar el desgajamiento de laderas Que pueden generar represamiento de aguas, así como el colapso tota l de los sistemas de alcantarillado pluvial en las ciudades (Berga. 2006). Por ejemplo, el área metropolitana de Monterrey (AMM) se ha desarrolk1do en ambas mírgenes del río Santa Cata rina,y a través de su historia se ha visto afectada por inundaciones (González, 1973). A pesar de no encontrarse cerca de la costa es azotada eventualmente por huracanes, Que han dejado incalculables pérdidas humanas y materiales, tal es el caso del huracán Gilberto ocurrido en Septiembre de 1988, el huracán Emi[y en 2005 y rnís recientemente el huracán Alex. Una manera de contener los escurrimientos pluviales provenientes de zonas de montañas (caso del AMl\tl), es a través de estructuras reguladoras como las presas. En particular. el tipo de presas construidas para este íln son las llamadas Presas Rompe Picos (PRP), las cuales están diseñadas para regular la crecida disminuyendo el pico del hidrograma. 1 Departamento de Hidráulica del Instituto de lng. Civil.' Centro Internacional del Agua. Facultad de lngenier/a Civil de la UANL, Av. Universidad s/n Ciudad Universitaria. San Nicolás de los Garza C.P. 6645 1 Nuevo León. México. aferrino@prodigy.net.mx. victor.guerracb@uanl.edu .111x. joseluisbruster@prodigy.net.111x. gdelira@prodigy.net.mx. rcavazos@fic.uanl .mx CIEN CIA FlC N o .l ENERO - JUNI O 2010 --■ �CONTROL DE INUNDACIONES EN ZONAS URBANAS. CASO DE ESTUDIO: l'RESA ROMl'E l'ICOS "CORRAL DE !'ALMAS' UB ICADA EN SANTA CATARINA. NUEVO LEON (ME XICO l. _ _ _ Por otro lado. debido a la posición geográfica del AMM y a los fenómenos mencionados. se construyó una PRP sobre el río Santa Catarina con la finalidad de amortiguar el pico de las avenidas provocadas por eventos asociados a huracanes. El objetivo principal de los autores es dar a conocer la información sobre el diseño y construcción de la PRP. así como el comportamiento de la misma durante el evento ocasionado por el huracán Emi!), de 2007. 2. METODOLOGÍA El río Santa Catarina se origina en la Sierra Madre Orienta l en los cañones de la Purísima. el Álamo y San juan Bautista en el estado de Nuevo León (Figura 1). El río corre por un cañón con dirección Noroeste, hasta las proximidades de Santa Catarina , de la cua l torna el nombre. En este punto cambia bruscamente de dirección hacia el Sureste pasando por la Ciudad de Ntonterrey hasta su confluencia con el río San juan. El río Santa Catarina pertenece a la cuenca del río San luan en la región hidrológica RH-24. El área de la cuenca hasta la salida del cañón de la Huasteca tiene una superficie aproximada de 1.050 km2 y hasta la estación hidrométrica Cadereyta 11 1,804.7 km2 , tiene una pendiente media de 39.75 %. El río principa l tlt!}'e a través de una longitud de 158.4 km con una pendiente media de 0.9 %. La precipitación media anual en la cuenca varía entre 400 y 800 mm de lámina de agua. soo o soo 1 ooo 15 00 2000 2500 Kllometim l!!!!!!!!!!liiiiiiil!!!!---------------f iguro 1. Zona de esllldio ríoSantoCotarina. Con respecto a las lluvias máximas en 24 h ocurridas durante el huracán Gilberto, datos oficia les de la CONAGUA (Comisión Nacional del Agua) registraron en k,s estaciones climatológicas Las Camitas. El Pa¡onal. La Cruz y Agua Blanca lluvias del orden de 3 58. 3 26. 280 y 485 mm respectivamente. Así mismo. las estaciones Laguna de Sánchez y San losé de las BoQ.uillas registraron lluvias de 345 y 260 mm, todas estas dentro de la cuenca del Río Santa Catarina (Figura 2). • --- CIENCIA FJC N o.1 ENERO · JUN IO 2010 ,.:,¡; . •'• �fERRINO- f l ERRO. GUERRA COBIAN. ~ RUSTER-fLORES . DE LIRA- REYES. CAVAZOS-GONZALEZ ,.:,¡; • • ''4 Huracan Gilberto 500 400 300 200 100 o las El Pajonal la Cruz ( omitas Agua Bla nca lagu na de la Boq uilla Sánchez ■ P recipitación (mm) Figura 2. Precipitaciones extremas enla cuenca del rio Santa Calorina. El objetivo específico de la presa es amortiguar las crecientes {disminuir los picos de las avenidas) provocadas por huracanes o lluvias de alta intensidad, con lo cual se pretende mitigar los daños a la población, y evitar inundaciones en el Al'vlM. De acuerdo con la geología del lugar y aprovechando las paredes naturales del cañón, se diseñó una cortina de tipo piramidal con una profundidad de cimentación de 40 my 70 m de altura de pared o cortina, base de 25 m de ancho y 240 m de corona. Cuenta con un dueto bajo rectangular de 6 m por lado Q.Ue regulará las avenidas de mediana intensidad hasta de 860 m3s· 1 y un vertedor de 60 m de ancho en su parte alta Que permitirá regular el flujo hasta de 3,400 m3s· 1 en conjunto. La pared aguas arriba se construyó a base de precolados. y en la pared aguas abajo un talud escalonado de 60 cm de peralte. Esta cortina tiene la capacidad de retener hasta 90 millones de metros cúbicos. La construcción de esta obra se programó en 2 etapas, la primera consistió en la cimentación de 40 m de profundidad considerando la capacidad de soporte del estrato inferior. iniciando en mayo del 2002 y finalizando en marzo del 2003. La segunda etapa. fue la construcción de la pared de la cortina de 70 m de altura iniciando en marzo del 2003 y finalizando en junio del 2004, siendo 26 meses la duración total de la construcción de la presa (DYCUSA. 2005). En la etapa de construcción se presentaron diferentes problemáticas, tales como rocas de gran tarmño en la excavación, las cuales tuvieron Q.Ue ser demolidas a base de explosivos, reubicación de un acueducto de 24" de diámetro y la red de energía eléctrica existente, pero la problemática más importante, fue el surgimiento de aguas subálveas así como la inundación provocada por el hurac'Ín Keith, en plena exc1vación utilizándose eQ.uipos de bombeo de gran capacidad para su desalojo y control. En la construcción de la PRP se utilizó concreto compactado con rodillo (CCR). debido a su mayor rapidez de colocación, bajo calor de hidratación. menor costo Q_ue los concretos convencionales y fácil fubric1ción. Sin embargo. este tipo de concreto re~1irió de un estricto control de la calidad para asegurar Q.Ue k1s resistencias reales fueran las esperadas. Así mismo se puso especial intención en todos los aspectos de unión con los CIENCIA flC N o .l ENERO - JUNIO 2010 --■ �CONTROL DE INUNDACIONES EN ZONAS URBANAS. CASO DE ESTUDIO: l'RESA ROMl'E l'ICOS "CORRAL DE !'ALMAS' UB ICADA EN SANTA CATARINA. NUEVO LEON (ME XICO l. _ _ _ demás elementos integrantes de la cortina para evitar las grietas entre ellos por ser elementos con diferentes módulos de elasticidad, utilizando para esto concreto convencional de resistencia especial Que funcionó como un elemento de unión. La planeación de los procedimientos de construcción, así como la maQ.uinaria utilizada para la fabricación, traslado y vaciado del concreto. hicieron posible llegar a una colocación de 4,500 m3 por día. Otro de los aspectos utilizados en la construcción de esta presa fueron los sistemas de cimbra deslizante en la construcción del vertedor. los cuales se modularon en 6 tramos de I O m de ancho con colados continuos de concreto por espacio de 48 h. estas cimbras estaban eQ.uipadas con bombas hidráulicas Q.Ue permitieron su propia elevación del sistema, lo Q.Ue permitió cumplir con los programas establecidos. 3. RESULTADOS La avenida de diseño de la presa tiene las características de un tiempo pico de 4.30 h. gasto pico de 5943 m s· 1 y tiempo base de 3 1 h y esta responde a un análisis de frecuencias cuyos datos contemplan el generado por el huracán Gilberto. 3 En la Figura 3 se presentan las graflcas del hidrograma de entrada y salida al funcionar la presa , la curva de capacidades área, así como la ley de descargas al conjugarse el orificio bajo y vertedor. La descarga máxima de la presa por sus obras de excedencia es de 3400 m3s· 1, lo cual indica Que reduce el gasto pico en un 43 % y lo retarda alrededor de 12 h. INFORMACIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO DE LA PRESA GRAFICA OEGASTOvs.. TIEMPO - GASTOS vs. ELEVACIONES ,00000 910.00 '' 500000 g 400000 ~ i ~ ) 000 o 20000 ..... 60000 80000 5 - -_.....,,_____ / 100000 z~ ''°'°° § $&0.00 '\. .... ~ 300000 ,00000 100000 ...... ...... HIOIOGRAMA OUNTitAOA - ...... 120000 0..00 HIOflOGAAMA OESAUIM l000.00 1SOO.OO 2000.00 2S00.00 M0.00 no.oo i - - - - - - - - - - - : : : : = - - - - no.oo ..... ¡::t--~-==,. . :::_'---------_.,..,.! ! ..... / ---H0,00 w ...... ¼ 7 " " - - - - - - - - - - - - 940,00 - - ~ - - ~ - - ~ - ~ - ~ ...... ... . ... S00.00 / ANAUSIS DE DATOS DE ALMACENAMIENTO 040.00 i ---- ----- ./ GASTO DE OUCARGA ANALISIS DE DATOS DE ALMACENAMIENTO :i: -- 810.00 TIEMPO {seg} - .,,.. ,00.00 t0.00 .0.00 .0,00 100.00 1.19.00 YOWMEN IMMlt O AIIEAO(ll'llt Figura 3. Funcionamientohidráulico delo PRP para el evento del huracán Emily. • --- CIENCIA FJC N o.1 ENERO - JUN IO 2010 3000..00 ,.:,¡; . •'• �fERRINO- f l ERRO. GUERRA COB IAN. ~ RUSTER-fLORES . DE LIRA- REYES. CAVAZOS-GONZA LEZ ,.:,¡; • • ''4 4. CONCLUSIONES Este tipo de obras hidráulicas son poco comunes por su elevado costo y funcionamiento solo en grandes eventos extraordinarios, no almacenan agua para ningún uso solo la retienen temporalmente para reducir el pico de las crecientes (Figura 4). pero cuando las zonas urbanas Que protegen son tan grandes y motores de desarrollo de un país o región es importante Que se vea como una inversión de seguridad a la comunidad y no como un gasto excesivo. El costo total de esta obra fue del orden de 46 millones de dólares, un costo Que va le la pena. ya Que se han invertido mayores cantidades a lo largo de la historia de esta zona urbana en remediación de daños por inundaciones. -~ - - -- -, .. _. .. r ~--...... ...... wf~ ~ ._... ' .. ' " ....... .-:-, 1 Figura 4. Visto aéreo de la PRP Corral de Palmos después del evento del huracán Emily. Finalmente. la presa cumplió con su objetivo ya Que el 20 de julio del 2005 ocurrió el huracán Emi!), con trayectoria semejante a Gilberto, pero este huracín no se presentó con la intensidad de lluvia reQuerida para hacer funcionar el vertedor y solo se reguló alrededor de 10,000,000 m3 , haciendo descargar la presa sólo por el dueto inferior, regulando la creciente y mitigando totalmente los riesgos de inundación en la AMM. En la Figura 3 se observa una imagen de la presa horas después de este evento. REFERENCIAS l. 2. 3. Berga, l. (2006). "El papel de los presos en la mitigación de los inundaciones. The role of doms in flood mitigotion". Revisto Ingeniería Civil, CEDEX, ISBN 0213-8468, Edición N° 144, pp. 7-13, Enero 2007. Desarrollo yConstrucciones Urbanos, S.A. DEC.V. (DYCUSA), http://www.dycusa.com/ consulta realizadaennoviembre de 2007. González, G. R. (1973). La lluvia en Monterrey, Nuevo León. Estudio cronológico yprobobílistico. Boletín bimestral de la división de ciencias agropecuarias ymarítimas de ITESM. 147: 1-7. CI ENCIA FlC No.l ENE RO - JUN IO 2010 --■ �EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS l'ARAMETROS REOLOGICOS DE MORTEROS PARA H ORM IGON '> AUTOCOMPACTANTE. ~~,, ------------- EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS PARÁMETROS REOLOGlCOS DE MORTEROS PARA HORMIGON AUTO COMPACTANTE. J. RONCER0 1.B. BARRAGÁN2 Y R. ZERBIN0 3 RESUMEN La temperatura ambiental puede alterar significativamente el comportamiento, en fresco, del Hormigón Autocompactante (HAO y, por tanto, afectar la calidad durante la producción. En este trabajo se presentan los resultados de un estudio experimental en el que se evaluó el efecto de la variación de la temperatura dentro de un amplio intervalo (10-40º (), sobre las propiedades del mortero en estado fresco Para ello se tomaron como referencia las proporciones de los materiales componentes empleadas para preparar HAC. La evaluación contempla el análisis de los parámetros reológicos básicos (tensión umbral y viscosidad) y ensayos ingenieriles (mesa de sacudidas modificado). Los resultados muestran una gran influencia de la temperatura, tanto en la viscosidad plástica, coma en el valor de la tensión umbral, lo que permite concluir que su efecto no debe despreciarse ala hora de producir HAC. 1 INTRODUCC IÓN Al igual Que en el hormigón convencional, en el hormigón autocompactante (HAC) la temperatura, el tiempo de espera y las condiciones en las Que se mantiene el material durante ese tiempo de espera {reposo o agitación), afectarán significativamente la trabajabilidad o autocompactabilidad del hormigón. Al estudiar los efectos de estos parámetros. conjunta o separadamente, se observó una notable iníluencia de dichos condicionantes sobre diferentes tipos de HAC (Zerbino et al., 2006). Es habitual Que, debido fundamentalmente a los distintos tipos de cementos, adiciones y aditivos Químicos Q.Ue pueden emplearse en la fabricación del hormigón, no pueden generalizarse los diferentes comportamientos recogidos en la bibliografía, siendo necesario realizar evaluaciones en función de los materiales con los Que realmente se trabajará. En este sentido, los ensayos sobre morteros representan una herramienta sencilla para poder eva luar rápida y efectivamente la respuesta de las diferentes combinaciones. Los efectos de la temperatura sobre la tensión umbral y la viscosidad de los morteros, y la iníluencia del tipo de cemento y superplastificante, han sido estudiados anteriormente; por ejemplo se ha verifkado una importante iníluencia de la temperatura sobre los parámetros reológicos, incluso mostrando resultados ambiguos para diferentes combinaciones superplastifica nte-cemento (Golaszewski, 2006 ). A partir de otros estudios (Hammer y Wallevik, 200S) surgió Que no se debe esperar Que la consistencia de una pasta esté directamente relacionada con la del hormigón obtenido con la misma, sin embargo es de esperar una mejor correlación entre los parámetros reológicos del mortero y del hormigón elaborado con el mismo conjunto de materiales. ' BASF Construction Chemicals Espal'!a S.L.. ' Opto. de Ingeniería de la Construcción. Universitat Politecnica de Catalunya. Espana. 'CONICET-LEMIT-Facultad de Inge niería UNLP. La Plata. Argentina. ■--- CIENC IA FJC N o.J ENERO - JUNIO 2010 �J. RONCERO. B. BARRAGÁN Y R. ZERB INO ------- Si bien la potencia de las medidas reológicas obtenidas mediante viscosímetros es indiscutible (aún con la variabilidad Que existe entre los resultados de diferentes e~tipos). los ensayos ingenieriles resultan de gran interés práctico, ya ~•e muchas veces brindan valores posibles de ser relacionados con los parámetros reológicos básicos. como lo son la tensión umbral y la viscosidad plástica. En este trabajo se estudia k, influencia de la temperatura, el transcurso del tiempo y las condiciones de mantenimiento. sobre la fase mortero de dos mezclas de HAC. Cabe notar ~•e sobre dichos hormigones se realizaron estudios eQ!Jivalentes, Que se presentan en forma paralela (Zerbino et al., 2008). trabajando con va lores de temperatura similares y los mismos tipos de materiales componentes. Entre los resultados se incluyen los parámetros reológicos obtenidos mediante un reómetro y se analizan conjuntamente con el comportamiento observado en el ensayo de la mesa de sacudidas. pero, en este caso, sin imprimir golpes. De manera general. se ha observado Que la temperatura ambiental y de los materiales tiene una gran influencia sobre las propiedades en fresco del mortero y especialmente sobre su evolución en el tiempo; Que los parámetros reológicos varían significativamente en el tiempo por el efecto de la temperatura y Que la presencia de agitación modifica las propiedades en estado fresco. 2 DETALLES EXPERIMENTALES Los morteros fueron preparados empleando los mismos materiales y tomando en consideración las proporciones utilizadas en dos HACs (Zerbino et a l.. 2008). Según se indica en la Tabla 1. estas mezclas difieren básicamente en el tamaño ITTÍXimo del árido utilizado. Se emplearon áridos calizos de machaQueo, cemento CEM 14 2. 5 Ry dos superplastifica ntes diferentes, ambos de base polica rboxilato, designados como SP 1 (Glenium C3 55) y SP2 (Glenium C303 SCC). La principal diferencia entre ambos aditivos radica en ~•e mientras SP 1 es un superplastificante puro, SP2 incorpora en su formulación un aditivo modificador de viscosidad (cohesionante) con el fin de mejorar la estabilidad frente a segregación y/o exudación. Conforme muestra la Tabla 1. para fabricar los HAC se había empleado una mezcla de dos arenas de tamaños 0-2 mm y 0-4 mm en las proporciones 64 %y 36 %, respectiva mente. La granulometría de dichas arenas y la curva compuesta se muestran en la Figura 1. Para realizar los estudios sobre morteros. las arenas se mezclaron en la proporción indicada y. posteriormente, la mezcla se tamizó con un tamiz de 2 mm. ya Q!Je es el tamaño ITTÍXimo de partícula Que admite el reómetro. Tabla l. Proporciones(kg/m3) de los hormigones (Zerbino et al. 2006) empleados como referencia poro preporor losmorteros. Tipo deHormigón HAC-12 HAC·20 CEM 142.SR 362 334 Filler 109 l 00 Areno 0·2 mm 71O 602 Areno 0·5 mm 398 337 Gravo5·12mm 526 447 Gravo l 2·18 mm Aguo CIENCIA FlC 328 181 No.l 167 ENERO - JUNIO 2010 ~;i, �EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS l'ARAMETROS REOLOGICOS DE MORTEROS PARA H ORM IGON '> AUTOCOMPACTANTE. ~~,, 100 .. "" •• 90 80 .. .. 70 ¡ • 60 ,!. 40 , Lirrite superior EHE •. ... • ....._ Arena 0-2mm ·.• _,._ '• .. ....._ Arena0-4mm '•'· compuesta •. •. '·•. •. • Q. :, ------------- 50 CT 30 10 •. • •. •. •.•. .' 20 • .. Limite infenor EHE • · •• -.•. . o 4,000 2,000 1,000 0 ,500 0,250 0 ,125 0,063 Tami ces UNE-EN 933-2 Figura l. Distribución granulométrico de los arenas poro fabricar los morteros. Tablo 2. Composiciónde los morteros {kg/ m3). CEM l 42.5R Mezclode Arenas 0·2/ 0·5 mm con 0 < 2 mm filler 527 1449 Aguo Superplostificonte 255 {o/c= 0.48) 11 {sp/c = 2.09%) 158 Para evaluar los parámetros reo lógicos de los morteros se empleó un reómetro Viskoma t NT de Schleibinger, con control de temperatura mediante recirculación de agua. La Tabla 2 muestra la dosificación de los morteros obtenida con base en la de los hormigones indicados en la Tabla 1, considerando la fracción de las a re nas menor Q.Ue 2 mm. Se adoptaron corno temperaturas de ensayo las de I O, 20, 30 y 40 °C. Los materiales se mantuvieron 24 horas a la temperatura de ensayo, previo a la realización de los mismos. Los morteros se prepararon a la temperatura ambiente y, una vez fabricados. se mantuvieron a la temperatura reQ.uerida en nevera o estufa. según procedía. Se evaluó la evolución. durante 60 minutos, de las propiedades en fresco, considerando dos situaciones diferentes: agitación constante y reposo. Los morteros mantenidos en reposo fueron agitados durante I minuto, antes de cada medida. La íluidez se determinó empleando el método de la mesa de sacudidas (UNE 83811 ). midiendo el diámetro medio del mortero una vez levantado el cono. con la diferencia de Q!Je el mortero no fue compactado ■--- CIENC IA FJC No.J ENERO - JUNIO 2010 �J. RONCERO. B. BARRAGÁN Y R. ZERB INO ------- ~;i, mediante golpes, como se describe en la norma. Los resultados se expresan como porcentaje de consistencia, tal y como indica la norma. En los ensayos con el reómetro, el mortero se somete a una velocidad de giro creciente , hasta 150 rpm en 3 minutos; donde, adernís, se consigue estabilizar la temperatura mediante recirculación de agua. La medición de los parámetros reológicos se realizó empleando la rampa decreciente, cuya duración es también de 3 minutos. Todas las determinaciones, tanto la mesa de sacudidas como los parámetros reológicos, se realizaron al finalizar el mezclado, a los 30 y a los 60 minutos. 3 RESULTADOS Y DISCUSION 3.1 Lo consistencia Los resultados de consistencia obtenidos con la mesa de sacudidas, para los dos superplastificantes estudiados y su evolución en el tiempo, se muestran en la Figura 2. Es posible observar Q.Ue, con ambos aditivos, se da el fenómeno de refluidificación a bajas temperaturas, siendo mís acusado en presencia de agitación, especialmente a 20º C. Este fenómeno se manifiesta por un aumento de la consistencia del mortero, especialmente durante los primeros 30 minutos después de su fabricación y esto se atribl!}'e a una lenta adsorción del aditivo superplastificante sobre las partículas de cemento. En los morteros preparados a 10º C se mantiene la fluidez, aún a los 60 minutos. mientras Q.Ue los expuestos a 20º C comienzan a perder fluidez luego de 30 minutos. También se aprecia Q.Ue la fluidez a I Oº C fue menor Q!.Je a 20º C, lo Q!.Je resulta consistente con las observaciones de otros autores (Pellerin et al. 2005) y con los resultados sobre HACs elaborados con el mismo tipo de materia les (Zerbino et al., 2008). Por encima de los 20º C, la consistencia inicial se mantiene prácticamente constante. A temperaturas superiores a los 3 Oº C no se observa el fenómeno de refluidificación y los morteros experimentan, como era de esperar, una notable pérdida de consistencia con el tiempo. En general, en presencia de agitación constante, la pérdida de consistencia es mucho mayor Q!.Je en el caso de los morteros Que se mantienen en reposo; este hecho ha de tenerse en consideración para el uso y la aplicación del HAC. 3.2 Los parámetros reológicos Los parámetros reológicos se evaluaron al mismo tiempo Q.Ue la consistencia. La Figura 3 muestra el efecto de la temperatura en el comportamiento reológico de los morteros preparados con los dos superplastificantes, justo después de su fabricación. Se observa Que la temperatura influye significativa mente en la viscosidad plástica (relacionada con la pendiente del gráfico momento torsor-velocidad), sin afectar tanto la tensión umbral (relacionada con la ordenada en el origen). Estos resultados siguen una tendencia similar a la anteriormente observada sobre los HAC (Zerbino et al. , 2006 y 2008). CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS l'ARAMETROS REOLOGICOS DE MORTEROS PARA H ORM IGON '> AUTOCOMPACTANTE. ~~,, 300 300 - - 250 l., SP1 , sin agitación - - SP1 , con agitación 250 200 ., ·¡; 200 ! ·¡; ..¡"' ..¡"' 150 150 ·~ 100 ·~ 100 50 so o u o u o o 1o·c 20"C 30"C 40' C 10"C 300 - - ~ l 200 200 ro ·:::; V ..¡"' e 111 150 e o u SP2, con agitación 250 ~ V, 40•c 30"C SP2, sin agitación - - 'o .."' 20"C 300 250 2: ------------- 150 ·~ 100 100 o u so so o o IO'C 20'C 30'C ■ Inicial [Sj 30 min 2o·c 10' C 40'C O 30'C 40' C 60 min Figura 2. Evolución dela consistencia de los morteros, en funciónde la temperatura de ensayo, enpresencia onode agitación ydealgúntipode superplastificante. 120 ~ - - - - - - - - - - - - - -~ 120 ~ - - - - - - - - - - - - -~ SP1 SP 2 ~ ~ ~ E ~ s z 80 L.. L.. o(1) o I!! o .... ~ o 1- -o ~ C! Q) E o 80 ~ C! cu 40 g ::= 40 ::= o 25 50 75 100 125 o 150 25 Velocidad (rpm) 50 75 100 125 Velocidad (rpm) Figura 3. Curvas del momentotorsor vs. la velocidadde giro de los morteros fabricados con los superplastificantes SPl y SP2, justo después de sufabricación. ■--- C I EN C IA FJC No. J EN ERO - JUNIO 2010 150 �J. RONCERO. B. BARRAGÁN Y R. ZERB INO ------- ~;i, En la Figura 4 se muestra. a modo de ejemplo, la evolución durante 60 minutos de la respuesta reológica del mortero preparado con SP I y sometido a de agitación constante. Se aprecian pocos cambios a I Oº C, con ligeras modificaciones en los parámetros reológicos durante la primera hora ; a los 20ºC se verifica un incremento de la viscosidad y de la tensión umbral entre las curvas obtenidas a 30 y a 60 minutos, mientras Q.Ue en los expuestos a 3 O ó 40º C se verifica un cambio substancia I en las medidas del reómetro. Una rápida observación permite verificar Que el efecto de la temperatura en las propiedades en estado fresco es notable, tanto en la consistencia (Figura 2) como en los parámetros reológicos. Como era previsible, el efecto fue mís significativo a altas temperaturas. Para facilitar el análisis, en las Figuras 5 y 6 se representan con base en las curvas del momento torsor vs. la velocidad, obtenidas mediante el reómetro. para los morteros con SP I y SP2 respectivamente. la evolución de la ordenada en el origen (relacionada con la tensión umbral) y de la pendiente (relacionada con la viscosidad plástica). Considerando cada mortero, se observa poca variación en el tiempo de la ordenada en el origen. durante los primeros 30 minutos, en especial, en los morteros a menor temperatura. Posteriormente, el valor se modifica a medida Que pasa el tiempo y a mayor temperatura. Tarrbién se verifica el efecto significativo ~Ie tiene la agitación sobre la viscosidad. Se aprecian diferencias importantes en la pendiente de las curvas momento torsor vs. velocidad. cuando se las compara con los mismos morteros mantenidos sin agitación. Sin embargo, como también lo muestran las Figuras 5 y 6, la agitación no iníll!}'e de forma tan marcada en la ordenada en el origen (tensión umbral), confirmando los resultados obtenidos a nivel de HAC (Zerbino et al. 2006 y 2008). El fenómeno de reíluidificación indicado por un aumento de consistencia de los morteros durante los primeros 30 minutos, Que fuera especialmente observado cuando el material fue expuesto a baja temperatura, se puede relacionar. en el nivel reológico, con una disminución de la tensión de corte umbral. El efecto se observa con claridad en los morteros con SP2 mantenidos con agitación a I Oº C. 1.20 120 SP1 con ag,ítaciólll SP1 con agitación 20° e 100C 'zª' ~ "f E 80 z 'o "''{?. ~ '- o o to V, '- -i E o 80 ~ -o e ~ 40 40 o ~ :E o o o 25 50 75 100 Velocidad (rpm ) 125 o 150 CI ENCIA FlC 25 50 75 100 125 150 Velocidad (rpm) No.l ENE RO - JUNIO 2010 --■ �EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS l'ARAMETROS REOLOGICOS DE MORTEROS PARA H ORM IGON '> AUTOCOMPACTANTE. ~~,, 120 ------------- 120 SP1 con agitación 40º e SP1 con agitación 300 e ........ ........ E ~ - E E o - ~ 1- z 80 z .... ~ o ~ f!? o -i o 'E ~ 80 Q 40 inicial ~ o ~ 40 ~ o 25 50 75 100 125 o -+----.----,--.--.--....----.----,----,----,-..--....----r-' o 25 50 75 100 125 150 150 Velocídad (rpm) Velocidad (rpm) Figura 4. Curvas del momentotorsor vs. la velocidadde giro del mortero fabricado conelsuperplastilicante SPl a l O, 20, 30y40º Cysuevolución durante 60 minutos. Comparando morteros expuestos a diferentes temperaturas, se observa Q_Ue la ordenada al origen tiende a disminuir entre I Oy 40 ° C. En general, no se encontraron marcadas diferencias entre los dos aditivos empleados; sin embargo, mientras la pendiente inicial de las curvas es similar en los morteros con SP 1 (crece ligeramente a 40 °C sin agitar y posee un mínimo para 20 °C agitado, (Figura S) esta muestra una tendencia creciente con la temperatura en los morteros con SP2 (Figura 6 ). En síntesis, los resultados confirman Q.Ue la temperatura constitl!)'e un factor @e puede incrementar cierta variabilidad en k1s propiedades de morteros y HAC. Los carrbios durante la primera hora parecen ser menores a temperaturas intermedias, en este caso. 20 ° C. Para temperaturas más elevadas, se encontraron valores de tensión umbral decrecientes y niveles de consistencia y viscosidad similares; sin embargo, dichas propiedades se modifican rápidamente a lo largo del tiempo; en especial. si las mezclas se mantienen agitadas. En el otro extremo. a bajas temperaturas puede ocurrir una refluidificación Q_Ue se contrapone a la pérdida de fluidez típica de las mezclas con cemento portland. La influencia de ambos fenómenos no es independiente del estado de agitación y. consecuentemente, también es previsible una mayor variabilidad a bajas temperaturas. 2a, .g, 0.6 35 SP1 stn agitación 30 - o a, ai 0,5 e: a, 0,4 "' -o ta 0,3 !ii E 40 ~ - - - - - - - - - - - - - - - ~ 0,8 ~ - - - - - - - - - - - - - - - ~ _ _ SP1 sin ag itación _ 0,1 - ~ 25 - - -O 20 m - S: 15 0,2 10 e: 0,1 5 2 o o 1oo e 20ºC ■--- 30" e 40ºC CIENC IA FJC No.J 10• e ENERO - JUNIO 2010 30°C 40°C �J. RONCERO. B. BARRAGÁN Y ------- ~;i, 0,8 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ 40 SP1 con agitilclón _ 35 --.. R. ZERB INO e SP1 con .igílilción 0,1 4) 30 .g10,6 e 25 .:; (J,5 e: o <11 :¡; .. cu 0,4 ,: 20 °al"'e: .:; 15 J:. ~ 10 0,3 0,2 ~ c: O, 1 - 5 o o 4o•c I 10°c 20ºC 30• e 40ºC ■ inicial~ 30 min □ 60 min 1 Figura 5. Evoluciónen el tiempo de loordenado en el oñgen y de lopendiente de los curvos del momento torsor vs. lo velocidad de giro de morteros fabricados con SPl. 0,7 0,7 .."' . SP2 sin agit3ción "2 06 - - ·e 0.5 o w -- - - -- - - ., ... ...e "O .. "O e, ·e 0,5 o w 0,4 "' .,"'e 0,2 .,e e 0,4 0,3 "O 0,2 "O ... l. ~ 01 e ~ 0.1 e o o 100C 20°C 30°C 100C 40ºC 25 15 ii .e, to 30ºC SP2 con agit.-ción SP2 sin agitación ii 20ºC 25 20 s SP2 con agitación e., o.s 20 .21 e a, ,:, ~ 15 .,e -a. . ¡; .t:. 5 5 o 1 n• r. o ?ílºr. ~n• r. 4n• r. 1 10ºC 20°C 30°C ■ inicial ISl 30 min □ 60 min 1 Figuro 6. Evoluciónen el tiempo de lo ordenado en el origen y de lopendiente de los curvos del momentotorsorvs. lo velocidad degiro de morteros fabricados con SP2. CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS l'ARAMETROS REOLOGICOS DE MORTEROS PARA H ORM IGON ,, AUTOCOMPACTANTE. ~~,, 4 ------------- CONCLUSIONES Se estudió el efecto de la temperatura y de las condiciones de mantenimiento, durante la primera hora, en el comportamiento reológico de morteros característicos de HAC. Dentro del intervalo de los parámetros, los materiales y las va riables estudiadas, se pueden extraer las siguientes conclusiones: - La temperatura ambiental y la de los materiales tiene una gran influencia sobre las propiedades, en fresco, del material y especialmente sobre su evolución en el tiempo. En este sentido, las temperaturas bajas ( < 20 °C) pueden favorecer fenómenos de refluidificación ~Ie pueden justificarse, con base en una menor velocidad de adsorción del aditivo superplastificante sobre las partículas de cemento. Las temperaturas altas(> 30 °C) pueden aumentar la fluidez inicial, pero favorecen la pérdida de movilidad con sus consecuentes implicaciones prácticas, de gran relevancia para el HAC. - Los efectos se verificaron tanto en determinaciones de tipo ingenieril (ensayo de consistencia) como en la respuesta reológica (reómetro). Los parámetros reológicos variaron significativamente en el tiempo, conforme con la variación de temperatura. Tanto la viscosidad plástica como la tensión urrbral aumentaron durante la primera hora, aunQ.ue en los primeros 30 minutos, el efecto sobre la viscosidad fue mís notorio. - Las condiciones de mantenimiento de las mezclas influyen significativamente sobre las propiedades en estado fresco. Se encontró Q.Ue, en especial, la viscosidad plástica se modifica en mayor medida cuando los morteros se someten a agitación periódica. 5 AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el soporte brindado a través del proyecto de investigación "Habitat 2030. l\ilateria les y componentes" (PSS 11 -2005. PSE-380000-2006-4, PSE-380000-2007- 1) financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia. Referencias l. G0LASZEWSKI, J. (2006). Effect of temperature on rheologicol properties of superplosticizedcement mortors, en ACI SP 239, pp. 423·440 2. HAMMER T.A. y WALLEVIK, J.E. (2005). 0n thecorrelotions between rheology of poste, morlor ondconcrete, en Proc2nd North American Conference on !he Design ond Use of Sell· ConsolidotingConcrete ond 4th lnt RILEM Symposiumon Self{ompocting Concrete, Ed. S.P. Shoh,. pp615-620. 3. ZERBIN0, R., AGULLÓ, L., BARRAGÁN, B., GARCIA, T. yGETTU, R. (2006). Corocterizoción reológica de hormigones outocompoctobles, ed. Dept. lngenierío de loConstrucción, Universitol Politécnico de Cotolunyo. ISBN: 84'87 691·4(J.4. 4. ZERBIN0, R., BARRAGÁN, B., GARCIA, T., AGULLÓ, L. yGETTU, R. (2008). Efectos de lotemperatura sobre los parámetros reológicas ypropiedades ingenieri· les del hormigón outocompoctonte, en Proc l er Cong Español sobre Hormigón Autocompactante. 5. PELLERIN, B., MAITRASSE, P.y MICOLUER, S. (2005). lmproving consistency of SCC rheologicol behovior by meons of appropñote odmixturization, en Proc 2nd North American Conference on !he DesignandUse of Self-Consolidoting Concrete and 4th lnt RILEM Symposium on Sell-Compacting Concrete, Ed. S.P. Shah,. pp. 17-23. ■--- CIENC IA FJC No.J ENERO· JUNIO 2010 �.. C.A. CHARLES-CRUZ ,.:¡¡¡_ ' STABILITY CHARACTERL STICS OF HYDRAULICALLY PLACED MI N E TAILLNG S AND POWER STATION FLY ASH C.A. C HARL ES-CRUZ RESUMEN Las partículas de desecho, dentro de los intervalos de tamaño de limo fino, tienenunadisposiciónfinalen la que frecuentementese mezclancon agua para formar un lodo que se bombea adepósitos donde ocurre losedimentaciónde los sólidos. El 'suelo' que resultode esto operación tiene uno estructura muy suelta, que lohace dificil extraer muestras yrealizar pruebas. Existe uninterés diverso en elcomportamiento de estos materiales, por ejemplo, para el desarrollo posteriorde áreas en los que se encuentrandepositados. Este artículo describe la preparaciónde muestras muy sueltos de cenizo volante yde jales de minería de lo producciónde fluorita, enun intento por replicar loestructura de los rellenos depositados hidráulicamente. También se presentanaquí resultados parciales del programa de pruebas trioxiales realizadas en estos materiales. Se describen los dificultades de lo preparaciónde los muestras, así como de lo medición del e . Se discute el uso del índice '" cierto adaptaciónpara de dilotoncio propuesto porBolton (1986) poro describirelcomportamiento de estos depósitos yse concluye que podría n"'ecesitar su uso en estos materiales. Elmaterial presento diversos grados de inestabilidadcuando se sujetoa cargos nodrenados, locual puede dependerdelnivel de esfuerzos normales, de loformo de los partículas yde lodistribuciónde los tamaños. Palabras clave: rellenos hidráulicos, licuación, dilotancia, índice relativo de dilotoncio. ABSTRACT Fine silt·sized waste porticles are often disposed of by beingmixed with water, pumpedtoovoidand ollowedto sediment. The resulting 'soil' has o very loose structure which makes it difficult to sompleond test. There is interest in the behovior of these moteriols, e.g. forredevelopment. This poperdescribes thepreporationof very loose samples of pulverized fuelosh ondminetoilings fromfluorspar production, in anoltemptto replicate the structure of hydraulicallydeposited fills. The preliminaryresults of trioxiol tests are olso presented. Difficulties in somple preporation ond meosuring emax are described. The use of Bolton's (1986) relotive dilotoncy indexto describe the behovior of suchdeposits is discussed and it is concluded thot it moy need adoptingfor use with these moteriols. The moteriols display vorying degrees of instability in undrainedlooding thot moy be dependent on stress level, ondparticle shope and size distribution. Keywords: hydraulic fills, liquefaction, dilotancy, relotive dilotoncy index. INTRODUCCIÓN Hydraulicalty placed fllls are a common form of disposal for industrial operations that generate large amounts of flne-grained inert solid waste. Such wastes are mixed with wa ter. and pumped as flowable slurry into impoundments. An inherent characteristic of the freshty sedimented material is its very open and loose structure. School ol Civil Engineering. Autonomous Uni,-ersity of Nuevo Leon. Mexico (FIC-UANL) Researcher ol the National Researchers Systems-Candidate Level Member of the Concrete Technology A:ademic Body (FIC-UAN L) CI ENCIA FlC No.l ENE RO - JUN IO 2010 --■ �STABILITY CHARACTERISTICS OF HYDRAULICALLY PLACED MINE TAILINGS AND POWER STATION FLY ASH _ _ _ _ _ _ _ _ lnterest arises in the behavior of these very loose deposits both when eva1Lk1ting the stability of impoundment facilities, and when considering the redevelopment potential of disposal siles. For this reason, there is great interest in the classifkation, shear strength and compressibility behavior of such fills. This paper presents the results of index and triaxial tests on two hydraulical!)t placed fill materia Is: calcium íluoride (íluorspar) mine tailings from Glebe IVline, Chesterfield. Derbyshire and pulverized fuel ash (PFA) from Skelton Grange, Leeds, West Yorkshire. These materia Is were selected as representing two extremes of particle sha pe: angular and rounded. Due to the very loose na ture of the deposits it was not possible to recover even notional!)t undisturbed samples for testing: therefore water pluviation of either initial!)t dry material or slurry was used to prepare samples for consolidation and triaxial testing. BACKGROUND lnterest in the geotechnical behavior of hydraulic fills may be broad!)t categorized as design and optimization of production and impoundment siles, environmental impact and environmental risks of impoundments (including embankment safety), l"!}'drogeological issues, and site reuse. These materia Is are typical!)t of silt size. Difficulty in investigating the geotechnical properties of hydraulic fills lies also in their heterogeneity. Variations over time a rise due to cha nges in the minera I composition of the pa rent rock, the minera Is being extracted a nd the methods of separation (crushing. grinding. use of surfactants, etc.). In addition, the type of slurry deposition (single point discharge or multiple point discharge) iníluences spatial variations within the impoundment. This variability will affect the ana!)tsis of one site but also makes comparison between sites very difficult. The geotechnical properties of severa! different types of tailings can be found in the literature, including alumina red mud, copper tailings (Qiu a nd Sego. 2001 ). gold tailings (Stone et al., 1994). and ba uxite (Consoli and Sills, 2000). These papers focus on consolidation characteristics, hydraulic conductivity and liQ11efaction susceptibility, dueto their importance in impoundment design. The study of the engineering characteristics of PFA as a general fill can be traced back to the work on the use of PFA asan embankment rmterial by Raymond ( 19 58) and Knight ( 1960). IVlcLaren and DiGioia ( 1987), Gray and Lin ( 1972), Leonards and Bailey ( 1982). Martín et al. ( 1990), Toth et al. ( 1988), Parylak ( 1992), Okumura et al. ( 1996) and Trivedi and Sud ( 1999b) also describe the use and engineering properties of PFA. There has also been work on the collapse behaviour of loose PFA deposits (Henau and Thijs, 1985: Trivedi and Sud, 1999a). lt can be very difficult to take undisturbed samples of hydraulical!)t placed fill because any disturbance (including stress relief a t the bottom of a cased borehole) can lead to strength loss in loose non-cohesive deposits, and instability of the base of any borehole. Where the fill is very loose it is impossible to recover even notional!)t undisturbed samples for laboratory testing. which can hinder the corred characterization of sucl1 deposits. Correlation between field and laboratory tests has been attempted to overcome this limitation: e.g. seismic cone penetration testing (SCPT) by Woeller. et al. ( 1996), piezocone testing by Davies ( 1999), and cone penetration testing (CPT) by Cousens and Stewart (2003) and Stewart et al. (in press). Another approach to this difficulty has been to calibra te theoretical/ numerical models using either centrifuga! model tests (Stone ■--- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUN IO 2010 ,.,, .~,, �.. ,.~,¡_' C.A. CHARLES-CRUZ et al., 1994) or field studies (Consoli and Sills. 2000). Theoretical modeling studies using large strain consolidation theory have been conducted by Cargill ( 1984) and Seneviratne et al. ( 1996). Hydraulical!Y placed fills and embankments are susceptible to liQJ.tefaction under monotonic or cyclic loads (see e.g. Fourie et al. , 2000; lshihara. 1993 ). As general!>' defined, liQ.uefaction is a sudden loss of shear strength due to a rapid increase in pare water pressure. The study of liQ.uefaction phenomena in sands has been extensive and there are a variery of empirical and theoretical approaches to assess liQ.uefaction potential (Ng et al., 2004; Verdugo and lshihara, 1996). However. there has been less research on the effect of fines in the liQ.uefaction process and on the study of this phenomenon far silry or clayey soils. Finn et al. ( 1994) attempt to summa rise the effects of fines content on liQ.uefaction resista nce far both non-plastic a nd plastic fine grained soils. According to their guidelines, far non-plastic fines, there is an increase in liQ.uefaction resistance far a silry sand compared to clean sand with same normalized standard penetration resistance (N 1)60, there is a decrease in liQ.uefaction resistance with increasing fines content far materia Is with same gross void ratio, and 1mterials with the same void ratio in the sand skeleton have the same liQ.uefaction resistance. For the case of plastic fines, the modified Chinese criteria (after Finn et al., op. cit.) suggest that soils that satis~ all four reQJ.tirements, ie; • • • • % finer than 0.005 mm < 10% LiQ.uid limit < 36% Natural water content > 0.92 LL LiQ.uidiry index, IL < 0.7 are susceptible to liQJ.tefaction. Yamamuro and Lade (1998) suggest that unlike the behaviour of clean sands, where susceptibiliry to liQ.uefaction increases with confining stress, the liQ.uefaction resistance of silry sands can initial!Y increase with confining stress. This is attributed to the silt particles producing meta-stable structures at low confining stress. Thevanayagam ( 1998) suggest a categorisation of behaviour of silry sands with va rying degrees of fines to which different structures a nd gra in to gra in con ta et may lead to different undra ined behaviours, including limited instabiliry and even liQJ.tefaction. Gua and Prakash ( 1999) suggest that soil fabric and aging seem to slow down pare pressure generation and that a higher percent of plastic fines may increase the liQ.uefaction resistance of silry soils. SlTE ANO MATERIAL DESCRIPTION Glebe Mine Tailings Fluorspa r (ca lcium fluoride) is the on!Y majar so urce of fluorine a nd is a Isa used in the production of a wide range of industrial products, such as pharmaceuticals. glass, plastics (Notholt, 1971 ). Glebe l\tline is located in Stoney Middleton, near Chesterfield. Derbyshire. Operations on site consist of fluorspar mining. processing a nd ta ilings disposa l. Fluorspar extraction is undertaken by crushing the parent rock which is then processed as a slurry so that different minera Is can be separa ted gravimetrica l!Y using detergents. The resulting ta ilings a re ma in!}t camposed of barites (40%), limestone (33%) and silica (25%). A summary of the Geotechnical properties of Glebe CIENCIA FlC No .l ENERO - JUNIO 2010 --■ �STABILITY CHARACTERISTICS OF HYDRAULICALLY PLACED MINE TAILINGS ANO POWER STATION FLY ASH _ _ _ _ _ _ _ _ Mine ta ilings is given in Table l. A sea nning electron microgra ph (S EM) is shown in Figure Ia. which shows occasional subangular coarse particles and the predominant[y angular and plate-like flner pa rticles (D 50 =4µrn). The active disposal lagoon at the site is sub-divided. with one half being used asan active sluicing pond, while the partial[y dewatered tailings are being recovered frorn the other half The excavated material is used as back-flll within the active open cast mine. This releases lagoon capacity and crea tes a sustainable waste cycle at the mine. The bulk remoulded ta ilings sa mples used in this study were ta ken from the latter a rea of the lagoon. Skelton Gronge PFA PFA. or fly-ash, is a waste from pulverized coal combustion for electricity generation. lt is the fine residue that is collected by mechanical or static precipitators. PFA is often transported local[>' by producing a waterbased slurry which is pumped into sedimentation lagoons for disposal. Once in the lagoon. the PFA Qpick[y settles out to forma particulate mass while the water drains away. PFA particles are typical spherical, ranging in diameter from > 1µm to l 50µm, and due to the rapid cooling of the flue gases, consist primari[y of noncrystalline particles or glasses (about 80%) and on[y a small arnount of crystalline material (Cabrera et al., 1986). An SEM image of Skelton Grange PFA is shown in Figure I b, where the main[y spherical particles can be observed. Amorphous particles in Figure I b are assumed to be unburned carbon. For this study, PFA was obtained from the Skelton Grange lagoons in Leeds, West Yorkshire, where a landflll is current[y being constructed over the 50 rn deep PFA lagoon. Details of the site a nd previous field investigations are included in Cousens and Stewart (2003) and Stewart et al. (2005). Figure 2 shows an aspect of the Skelton Grange Landflll Site, where PFA is the under[ying strata and the embankment material and of Glebe mine tailings lagoon. (o) (b) figure 1: SEM imoges of (a) Glebe Mine Toilings and (b) Skelton Gronge PFA. • --- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUN IO 2010 ,.... .~,, �.. ,.,,¡_' C.A. CHARLES-CRUZ (a) (b) Figure 2: Photographof (a) Skelton Grange Site, Leeds, UK, November, 2005; (b) Discharge lagoon (active) on Glebe Mine, Chesterfield, UK, April, 2003 (reproduced from Charles-Cruz, 2007). Although in previous investigations this material was cata logued as a low plasticio/ silt (Stewart et al. , 2005). the material used in this investigation was classified as non-plastic silt. Skelton grange PFA is classifled as rype F (low carbonate) according to BS-BN450. A summary of PFA characteristics is included in Table l. Table 1. Material Properties Glebe Tailings Skelton Grange PFA PL/ Ll G ' Dso (µm) D6ofD10 Fines Content (%) emin e emox* Morphology 20.9/23.2 NP/ 41.4 2.90 2.30 4 15 40 7 40 0.51 O.SS 1.38 0.98 1.38 1.62 Angular flakes Sphericalor rounded s l11IJ( em.,* determinad by water sedimentation, othertests conducted in occordonce with BS 1377 (1990): Ports 2 &4 EXPERIMENTAL METHODS AII testing was conducted at 2 1+ 1°C. Classiflcation, consolidation, undrained and drained triaxia l strength tests were performed general!Y in accordance with BS 1377(1990). sections 2, 4, 7 and 8, respective!)!. However, minar variations from the standard procedures were necessary far the consolidation and shear tests so that the very high void ratios found in hydraulic fllls could be replicated using an appropriate deposition process during sa mple prepa ration. Triaxial compression tests were conducted in sta ndard Wykeham Farrance 38mm triaxia l cells eQ.uipped with 3kN submersible load cells. and "Imperial College" rype volume change units measuring the change in cell fluid volume. The accuracy of individual measurements are estirmted to be + 1 kPa far pressure, + 1 kPa CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �STABILITY CHARACTERISTICS OF HYDRAULICALLY PLACED MINE TAILINGS ANO POWER STATION FLY ASH _ _ _ _ _ _ _ _ deviator stress, +0.005 mm for displacement, +0.02Sml for volume change. Hence the accuracy of the axial and volumetric strain measurements is better than +0.03%. Sample preparation was by sedimentation (See Figure 3 ). A rubber membrane was attached to the pedestal and surrounded by a 38 mm split-mould secured with a rubber band. lnstead of adopting the common practice of rolling the membrane back onto the mould, a short 54mm ID metal tube was inserted inside the membrane to sit about 5mm above the top of the mould. SubseQJ.1ent!Y a l S cm long plastic extension tube was inserted through the metal tube to light!Y contact the split mould and rmke a perfect!Y adeQ.uate water seal against the short length of exposed membrane. Fumel'IDd extension tube Se dit1-.el:'ltati on Perspex Load Acetate Extensio:m Í Cap Tube J Eictension collar f (54min diam) ¡r I / A Lif1ing of exteruion collar O-Rings ..,_, Pro-visiona! rubber bmcll: LStre!-chedla!.ex meinbnne Splilmould Fil ter Psper & Porous Stone : i--O-Rings Slutrny p 1uviatfon • "1 --L--11.Jlr--'-'--•,_Triar.ia.1 cell Pedes:tal Sedin1enttat.ion Cap placen1ten tt 1 •• ' V.aicuum applfoatio11 Figure 3. Schemotic of trioxiolsomple preparotionprocedure (reproduced from Charles{ruz, 2007). To avoid size segregation problems that can occur with incremental water pluviation (Vaid et al., 1999), samples were pre pared as a slurry with a moisture content of -52%. This was shaken and rapid!Y poured into the mould and allowed to settle. The volume of slurry reQ.uired for the corred sample height was found by trial and error. Then the cap was very careful!Y placed and initial!Y fixed by a thin rubber band so that a srmll suction could be applied (-1 0kPa). When the suction had been applied for approximate!Y 20 minutes, specimens we re sufficient!Y stable for rubber O-rings to be placed on top-cap. Full width drainage was provided at the bottom of the specimen, and side drains were used with Glebe tailings. Tria Is with other sample sedimentation techniQ.ues demonstrated that this was the most appropriate for preparing loose triaxia l specimens of the rmterials tested in this study. Suetsugu et al. (2000) used a similar procedure to prepare loose PFA specimens for triaxia I testing. ■--- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUNIO 2010 ,.... .~,, �.. ,.~,¡_' C.A. CHARLES-CRUZ Specimen dimensions were measured after removing the mould. After testing, the final void ratio was calculated from specimen dry weight and initial geometry accounting far volume change during testing. Specimen saturation was increased by using a back pressure. A cell pressure lower that the intended minar principal stress was applied to the specimen, and then the cell pressure and backpressure were slow!)t raised together until the desired back-pressure was applied. These pressures were maintained until an acceptable 8-value was measured (99% and 80% far undrained and drained tests, respective!),). After saturation, the specimens were isotropical!Y consolidated to the desired effective stress. Once consolidation was complete, the samples were axial!), compressed using strain rates of 1% and 0.16% per minute far the undrained and dra ined tests. respective!y. The void ratio of PFA specimens prepared far consolidation and shear testing significant!Y exceeded the maximum void ratio measured by the method specified in BS 1377( 1990): Part 4.4. Since the principal difference is that the standard test employs air sedimentation, it was repeated using water sedimentation (the measuring cylinder was complete!), füled with water). The result is reported as emax* in table I. RESULTS Triaxial Testing CD Triaxial tests Table 2 reports the results of the drained triaxial tests. The relative densiry va lues of the Glebe specimens (0.31, 0.29. 0.38) indicates that they were all q_uite loase. Thus the maximum angle of shearing resistance should approxirmte to the critica! state friction angle, suggesting that the angular Glebe tailings have a relative!)t high $c,it value of about 36°. The relative densities of the two PFA specimens (0.26, 0.93) are representative of a loase and dense state. The former test suggests that the PFA has a critica! state friction angle of around 34° (although the specimen was still compressing slight!Y at failure). z Figure 4 shows the triaxial data plotted following the convention of Rowe ( 1962). using axes of stress ratio and rate of dilatanc_y. Rowe proposed that failure is governed by the eq_uation: where $/= $c,it far loase materials where failure is associated with turbulent shear; but $1 ::. $r, far denser materia Is where particle sliding is dominant at failure. Figure 4 indica tes that failure of loase PFA specimen is associated with turbulent shear mobilising $crit = 36°, whereas that of the dense PFA specimen is associated particle sliding mobilising $r, =29°. Failure of Glebe specimen GM-D4 (e= 1.13, ID=0.29) seerns to be associated with turbulent shear mobilising $c,.=36°, but the modes of failure of Glebe specimens GM-D2 and Grvt-D11 (e= 1.11 and 1.05, corresponding to ID=0.31 and 0.38). are unclear; possib!Y representing a transition between particle sliding and turbulent shear. CU Triaxial tests Table 3 reports the results of the undrained triaxial tests. These specimens were intended to be loase; the Glebe specimens had relative densities of 0.48 and 0.54, but the PFA specimens had relative densities of CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �STABILITY CHARACTERISTICS OF HYDRAULICALLY PLACED MINE TAILINGS ANO POWER STATION FLY ASH _ _ _ _ _ _ _ _ 0.21, 0.25, O.SS, 0.57, 0.61 and 0.71. Thus sorne of the PFA specimens should be regarded as moderate!Y dense (although there is sorne uncertainty about the maximum void ratio for the PFA). The stress-paths in the undrained triaxial tests are shown in Figure Sa. The stress-paths followed by the two Glebe tailings specimens are typical of undrained response of loose sands and silts (Yamamuro and Lade, 1998). They start near!Y vertical but increasing!Y curve back towards the Q:-axis, dueto rapid!Y increasing pore water pressure. In one test the stress path curves over with Q.decreasing slight!Y while p' decreases rapid!Y (the stress ratio when doidp' =0 is given as T]flat in table 4 and is e~tiva lent to$:::. 20°). Ata moderate!Y high stress ratio the stress-paths double back (dueto decreasing pore water pressure) towards the direction of increasing Q.a nd p', a nd a pproach a critica Istate stress ratio asymptotica l!Y. The stress ratio when the stress-path doubles back is given as 11.,1,ow in table 2, and was eQ.uivalent to$ -:.27° in both tests. Table 2. Details of the consolidated drained triaxiol tests. Test ID GM·D2 GM·D4 GM-Dll eo 1.11 1.13 1.05 lo 0.31 0.29 0.38 Cell pressure Back pressure (kPa) (kPa) 405 303 250 199 151 150 (cr l·cr3)1 (i:)1 (E)1 (kPa) (%) (%) 650 388 313 9.0 5.9 16.0 1.0 2.0 O.O (·dcv/di:; 1)1 0.08 -0.09 0.08 ~pe<i 37.7° 34.0° 37.6° The relativa density, 10, of the PFA specimens has been calculated using the emo, * (watersedimentation). The stress-paths followed by the PFA specimens are similar to those followed by the Glebe tailings. However the principie difference is that although both materia Is appear to have a critical state friction angle around 36°, llflat is e~1ivalent to$ :::.28° and 11.ibow to$ =-31 °, for the PFA. These are considerab!Y higher than the stress ratios at e~tivalent points in the tests on Glebe tailings. With both materia Is the axia l strain re~tired to mobilise T]fl,t is relative!Y small (around 1%), but more strain occurs as p' decreases (typical!Y (i:; 1)., 00"F 5%). Larger strains arise as the materials work-harden towards a critical state. The end point of the stress-paths shown in Figure S is where non-uniforrn sarnple deformation started to produced erratic data. D lSCUSSION The hydraulic rnethod of disposal of fine materia Is can result in very loose deposits. The preparation of very loose test specirnens, especia l!Y triaxial specimens. was very difficult, as irnrnediate!Y after sedirnentation the sarnples are very sensitive to disturbance and readi!Y collapse. Deposits in the field often settle through relative!Y large bodies of water a nd rnay have a looser structure than that produced by the techniQ.ues described here. although they may be subject to externa! vibration which will affect the structure. Also, sedimented material in the field may be affected by slurnping or flow slides which will affect the final structure. ■--- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUNIO 2010 ,..,, .~,, �.. C.A. CHARLES-CRUZ ,.:,¡¡_ ' The two materia Is respond different!Y to deposition through wa ter. rather than air. With air pluviation, emax is achieved by using high deposition rates and low heights of fall (Kolbuszewski, 1948). High void ratios result from the low kinetic energy of the particles, and from individua l particles not having the freedom to move to a closer packed structure due to the restricting effect of adjacent particles. With water pluviation, particles will tend to a limiting settling velocio/, general!Y lower than in air. which is a function of shape, size and mass. E quati on 1 , 4>1 =36° 5 E quatior, 1 , 4>1=36° 5 ~ ~ 4 4 / / -----.. e=1 .34 3 3 -B e= 1.13 y ;-- i5 2 e=D.62 -~ I i5 2 / f--.e=1.05 1 / ,1 I' • ,/"' * / // \ (/ o 0.5 1.5 ¡ E quation 1, .¡,1=29° o 1.5 1 0.5 (1-ds..,/ds,) (b) Figure 4. Consolidated drainedtriaxial datafor (a) Glebe Mine tailings and (b) Skelton Grange PFA Table 3. Details of the consolidated undrainedtriaxial tests Test ID GM·U 1 GM·U2 PFA·U2 PFA·U4 PFA·U6 PFA-U9 PFA·U 11 PFA·Ul 2 eo 0.96 0.91 1.03 1.35 1.39 1.00 0.96 0.85 ID 0.48 0.54 0.55 0.25 0.21 0.57 0.61 0.71 Effective ConsolidationStress (kPa) 193 382 395 239 49 147 149 53 T]fbl TJ.1,o., Tlmox (EJ)fº' {El~bow . 1.07 1.09 1.34 1.37 1.17 1.19 1.34 1.07 1.41 1.36 1.46 1.47 1.58 1.46 1.72 1.69 . 4.9 2.9 5.1 8.9 5.6 1.6 5.4 2.3 D.77 1.02 1.19 1.08 . 1.1 O 0.98 (¼ 0.8 1.5 2.5 0.8 . 1.1 1.4 (E ) (¾i 20.0 17.9 14.3 14.2 8.3 10.0 10.0 5.0 The relativa density, 10, of the PFA specimens has beencalculated using the e11111,* (water sedimentation). CIENCIA FlC No.l ENERO· JUNIO 2010 --■ �STABILITY CHARACTERISTICS OF HYDRAULICALLY PLACED MINE TAILINGS ANO POWER STATION FLY ASH _ _ _ _ _ _ _ _ The water sedimentation technio..ue used to find emax * has a larb0 e tlow rate with a small heib0 ht of fall, and so individual particle freedom to move to a closer packing will have been restricted. Using a water sedimentation method compared to air sedimentation e""'x for PFA is 1.62 compared to 0.98, whereas for the Glebe rvline ta ilings the va lue is uncha nged at 1.3 8. The lower specific gravity of the PFA may account for the la rge etfect of water sedimentation on the PFA, but the reason for the unchanged ema, value for Glebe rvtine tailings is unclear: The results of the drained triaxial tests suggests that the majority of the samples behaved in a loose fashion, tending to give a maximum mobilised angle of friction eo..ual to the critica! state angle, although the strains necessary to achieve this may be o..uite k1rge. The behaviour ofa soil depends on its packing and state of stress. Bolton (1986) proposed a relative dilatancy index, IR; (2) where p' is the stress at failure. The para meter Q (taken as IO for o..uartz and feldspar sands) is related to the mean etfective stress reo..uired to suppress dilatancy, and is a function of the crushing strength of the particles (McDowell and Bolton, 1998). Bolton used IR to account for the etfect of stress on the measured angle of friction and the maximum rate of dilation. and for triaxial compression proposed that: ,i- _,k 't' max 't' cri1 = 31Rº (3a) = (3b) (-dsv /ds 1) max 0.3 IR Table 5 reports IR values for the drained triaxial tests, tob0 ·ether with predicted values of ,i-'t' max_,i-'t' en.1 and (-dev /di, 1) 111,x assuming Q= 1O. Comparison between the values reported in tables 3 and 5 indica tes that both the peak angle of friction and rate of dilation a re under-estimated by eo..uations (3 ). This may indicated that a value of Q of IO is inappropriate!Y high for the materia Is tested in this programme. 400 9z"' o- 400 ,¡= 14 6 (<)moo=36') 350 350 300 300 250 250 9z"' 200 o- 150 '100 100 50 50 o o 50 100 150 200 250 300 350 .<lOO I ,/ 200 150 o e= I 03 / //;::1.35 /I •=1.00 =0.96 o 50 100 150 p' l<Pa 200 250 300 350 p' kPa Figure 5. Consolidated undroined triaxialdata for (a) Glebe Mine tailings and (b) Skelton Gronge PFA • --- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUN IO 2010 400 ,.... .~,, �.. C.A. CHARLES-CRUZ ,.:¡¡¡_ ' Table5. Predictions bosed on IR p' Test ID ID (kPi) IR GM-02 GM-04 GM-011 PFA-01 PFA-03 0.31 0.29 0.38 0.26 0.93 423 281 204 279 299 0.23 0.26 0.78 0.14 3.00 Predicted <pmox·<pait 0.7º 0.8º 2.3º 0.4º 9.0° Predicted (-dsv/dsl)mox 0.07 0.08 0.23 0.04 0.90 The two undrained Glebe tailing specimens had similar relative densities, but one (e=0.9 1) showed temporary instabiliry during undrained loading, whilst the other exhibited marginal!}' stable behaviour. However with ¡ust two specimens tested, the fact that the sample subjected to the higher effective stress was less stable is not conclusive. Most of the PFA specimens showed temporary instabiliry during undrained loading. The greatest degree of instabiliry (in terrns of reduction in shear stress) was exhibited by specimens PFA-U6 and PFA-U 1 1, where the stress ratio actua I!}' reduced slight!}' during instabilio/ With the exception of PFA-U 12 (which was relative!}' dense). these were the PFA tests where the effective stress was lowest at the onset of instabilio/ lt is interesting to note, but no inference is drawn from the fact that the stress ratio at the onset of instabiliry in PFA is approximate!}' eQ.ual to the stress ratio for "particle sliding" in drained loading. In all the undrained tests, the maximum stress ratio approximates to critical state. However; no apparent correlation a mong the different va lues of E (i. e., corresponding to Efl,t or s.100J defined in undra ined tests a re found with the drained tests stress paths observed. These limited undrained test results appear to indicate that Thevanayagam·s effect of fines (Thevanayagam. 1998) in undrained response may explain the behaviour observed rather than Yamamuro and Lade's concept of ·reverse behaviour'. Further research of samples with varying degrees of fines content is desirable. CONCLUSIONS lt is difficult to measure the maximum void ratio of silt sized materia Is. and particular!}' PFA. lt is thus difficult to calculate absolute va lues of relative densio/ However trends in <!>peak and the maximum rate of dilation during drained loading correlate with dilatancy index, although numerica l values using Bolton·s relationships are over-predicted. The limited undrained triaxial data show that these materia Is display varying degrees of instabiliry dependent on stress level. with the pattern possib!}' influenced by particle shape and size distribution. No apparent correlation among the different values of E (i.e .. corresponding to Efl,t or s.100) defined in undrained tests are found with the drained tests stress paths observed. Further research of samples with varying degrees of fines content is desirable in order to investiga te if Thevanayagam·s effect of fines {Thevanayagam, 1998) may explain the behaviour observed or ifYa rmmuro and Lade ( 1998) concept is applicable. CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �STABILITY CHARACTERISTICS OF HYDRAULICALLY PLACED MINE TAILINGS AND POWER STATION FLY ASH _ _ _ _ _ _ _ _ ACKNOW LEDGEMENTS This research is pa rt of the PhD Thesis work of the author: which was sponsored by the Mexica n Ministry of Education (SEP by its Spa nish initials) under the PROMEP Programme. Va rious portions of this work have been presented in the 5th INTERNATIONAL CONGRESS OF ENVIRONMENTAL GEOTECHNICS, Cardiff. UK, 2006 and in the 12th INTERNATIONAL CONGRESS OF COJ\IIPUTATIONAL GEOMECHANICS, Goa . India, 2008. REFERENCES l 2 3 4 Bolton, M.O., 1986. The strength ond dilotancy of sonds. Geotechnique, 35(1): 65-78. 8S1377, 1990. Methods of test for soils for civil engineering purposes. BSI. Cabrero, J.G. et al., 1986. Evoluation of the properties of British pfa ond theirinfluence onthestrength of concrete, ACI SP-91. Cargill, K. W., 19 84. Prediction of Cosolidation on Very Soft Soil. ASCE J. Geotech. Eng., 11O(6): 775-796. Charles-Cruz, C.A. 2007. The Geotechnical Behoviour of Hydroulically Placed Fills, PhDThesis, University of Leeds, 2007. 5 Consoli, N.C. ond Sills, G.C., 2000. Soil formation from toilings: Comparison of predictions ond field meosurements. Geotechnique, 50(1): 25-33. 6 Cousens, T.W. ondStewart, 0.1., 2003. Behaviour of a trial embankment onhydroulically placed pfa. Eng. Geology, 70(3-4): 293-303. 7 Davies, M.P., 1999. Piezocone Technology for the Geoenvironmentol Choracterizotion of Mine Tailings. PhDThesis, Univ. BritishColumbia, 452 pp. 8 Finn, W.D.L. et al., 1994. Liquefactionin Silty Solis: Designand Analysis, ASCE GSP 44, pp. 51-76. 9 Fourie, A.B. et al., 2000. Static liquefaction as onexplonation fortwo catastrophic toilings dom failures in SA, 7thlnt. Conf. on Tailings and Mine Woste 2000, pp. 14 9-158. 10 Gray, D.H.ond Un, Y.K., 1972. Eng. Properties of CompoctedFlyAsh. ASCE J. Soil Mech. ond Found. Div., 98(4): 361-380. 11 Guo, T. ond Prakosh, S., 1999. liquefaction of Silts and Silt{lay Mixtures. J. Geotech. ondGeoenv. Eng., 125 (8): 706-71 O. 12 Henau, A.O. ond Thijs, M., 1985. Controle de locompocite d'unrembloi en cendres volantes, 11 th ICSMFE. Bolkema, Son Francisco, pp. 867-870. 13 lshihoro, K., 1993. Liquefactionond flow failure during eorthquokes. Geotechnique, 43 (3): 351-415. Knight, P.G.K., 1960. Pulverised Fue! Ash as Construction Material. Proc. ICE, 16: 419-432. 14 Kolbuszewski, J.J., 1948. An experimentalsrudy of !he Mínimum ondMoximum Porosities of Sond, Proc 2ndICSMFE. l S Lambe, T.W. ond Whitrnan, R.V., 1979. SoilMechonics. Wiley. 16 Leonords, G.A. ond Boiley, B., 1982. Pulverised Cool Ash os Structurol Fill. ASCE J. Geotech. Eng. Div., 108(GT4): 517-531. 17 Martín, J.P. et al., 1990. Properties ond Use of Fly Ashes for Embonkments. J. Energy Eng., 116 (2): 71-86. McDowell, G.R.and Bolton, M.O., 1998. Onthe micromechonics of crushoble oggregates. Geotechnique, 48(1 ): 667-679. 18 Melaren, R.J. ond OiGioio, A.M., 1987. Typical Engineering Properties of FlyAsh. Geot. Proctice for Waste Oisposol '87, ASCE GSPl 3: 683697. 19 Mitchell, J.K., 1993. Fundomentols of Soil Behaviour. Wiley. ■-~-------- CIENCIA FJC No.1 ENERO · JUNIO 2010 ,.,, .~,, �C.A. CHARLES-CRUZ "''( . . .! '4 20 Ng, C.W.W. et al., 2004. lnfluence of stress ratioond stress poth on behovior of loose decomposedgranite. J. Geotech. ond Geoenv. Eng., 130(1): 36-44. 21 Notholt, A.J.G., 1971. fluorspor, Mineral Resources Consultotive Committee, London. 22 Okumuro, T. et al., 1996. Geotechnical properties offreshcooloshes from thermol power plants, 2nd lnt. Conf. on Environ. Geotech., Lisbon, pp. 869-874. 23 Porylok, K., 1992. lnfluence of Porticle Structure o Properlies of flyAsh ondSond, ASCE GSP30, pp. l 031-1041. 24 Qiu, Y.ond Sego, D.C., 200 l. LoboratoryProperties of Mine Toilings. Con. Geotech. J., 38: 183-190. 25 Roymond, S., 19 58. Utilizotionof Pulverised fuel Ash, Civil Engineeringond Public Works Review, pp. 1513-1516. 26 Rowe, P.W., 1962. The stress-dilatoncy relotion for staic equilibriumof on assemblyof particles in contact. Proc. Roy. Soc. Lond. A, 269: 500-527. 27 Seneviratne, N.H. et al., 1996. Numericol modellingof consolidotion ondevoporotion of slurried mine toilings. lnt. J. Num.ond Anal. Methods in Geomech., 20(9): 647-671. 28 Stewart, D.I. et al., 2005. The interpretotionof CPT doto from hydroulicollyplaced pfo. Eng. Geology. 29 Stone, K.J.L. et al., 1994. Evoluotion of consolidotion behovior of mine tailings. ASCE J. Geotech. Eng., 120(3): 473-490. 30 Suetsugu, D. etal., 2000. Mechonical property of submerged coolflyosh. In: Nokose andTsuchido (Editors), CoastolGeotech. Eng. in Practice. Balkemo, Rotterdam. 31 Thevonoyogom, S. (1998). "Effect of Fines ondConfining Stress on Undrained Shear Strength of Silty Sonds." Journol of Geotechnicol ond Geoenvironmentol Engineering of the ASCE 124(6): 479-491. 32 Toth, P.S. et al., 1988. Cool ashos structurolfill, withspeciol reference to Ontorioexperience. Con. Geotech. J., 25: 694-704. 33 Trivedi, A. ond Sud, V.K., 1999a. Collopse Behovior of Cool Ash. J. Geotech. ondGeoenv. Eng., Vol. 130(4): 403-415. 34 Trivedi, A. ond Sud, V.K., 1999h. Groin charocteristics ond engineering properties of coolosh. Granular Matter, 4: 93-1 Ol. 35 Void, Y.P. et al., 1999. lnfluence of Specimen-Reconstituting Method on the UndroinedResponse of Sond. ASTM Geotech. Testing J., 22(3): 187-195. 36 Verdugo, R. andlshiharo, K., 1996. The steady stote of sandy soils. Soils ondfound., 36(2): 81-91. 37 Woeller, D.J. et al., 1996. Seismic cone penetrotion testingfor evoluating the compressibility and liquefoctionpotential of mine toilings, 3rd lnt. Conf. on Tailings ond Mine Woste, pp. 1Ol. 38 Yomomuro, J.A. and Lade, P.V., 1998. Steady-stote concepts and static liquefoction of silty sonds. J. Geotech. and Geoenv. Eng., 124(9): 868-877. CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �CONSTRUCCION DE CURVAS 1- D-TR, A PARTIR DE REGISTROS PLUVIOMÉTRICOS. CONSTRUCClON DE CURVAS 1-D-TR, A PARTlR DE REGlSTROS PLUVlOMÉTRICOS. GUERRA-COBIÁN V. H ., FERRIÑO-F IERRO A. L.. CAVAZOS-GONZÁLEZ R. A.. BRUSTER-FLORES J. L. RESUMEN Los Curvos de Intensidad Duración Período de Retorno, mejor conocidos como curvos l·D·Tr representan una formo conjunta de las tres variables con los cuales se define lo lluvia yson indispensables en el dimensionamiento de estructuras hidráulicos, toles como: canales, puentes, alcantarillas, bordos, drenajes pluviales urbanos, determinación de los niveles de inundaciónen las márgenes de los ríos, etc. En el presente trabajo se construyen los curvos l·D·Tr de la estaciónclimatológica 19049 Monterrey DGE (Nuevo León, México) a partir de los datos pluviométricos. Los resultados muestran que, paro uno duración de 30 minutos y un Tr = 20 años, lointensidad es de 85 mm/h. Palabras Clave: Curvos 1-0-Tr, Tormento de diseño, Período de retorno, Drenaje urbano. lNTRODUCCION Debido al gran problema Q_ue generan las inundaciones en las ciudades, el desalojo seguro y eficiente del agua pluvial debe realizarse mediante estructuras hidráulicas correctamente dimensionadas. Para el dimensionamiento de estas estructuras es necesario contar con una tormenta de diseño, la cual debe estar asociada a una probabilidad de ocurrencia (por ejemplo: la probabilidad de Q_ue se iguale o exceda por lo menos una vez en el período de tiempo considerado). La relación de la intensidad de la lluvia con su duración y su probabilidad de ocurrencia, está dada por las curvas de Intensidad -Duración-Período de retorno, conocidas como Curvas 1-D-Tr. Normalmente, las Curvas 1-D-Tr se construyen a partir de los registros de pluviógrafos (figura 1), subdividiendo el registro de las lluvias en intervalos de una duración determinada (Sivapalan, M., Bloschl, 1998). En México, como en otros países, la red de pluviógrafos es escasa; sin embargo, la red de los registros de pluviómetros, Q.Ue registran lluvias máximas acumuladas en veinticuatro horas es rms densa. En estos dispositivos las lecturas se toman todos los días a las 8:00 a.m., como altura de lámina de agua en mm. Por otro lado, debido a Q.Ue la nieve o el granizo no son mL!}' frecuentes en el área metropolitana, de Monterrey. se puede considerar Que la precipitación en su tota lidad, está formada por la lluvia. Ésta se puede definir mediante tres variables: la magnitud, la duración y la frecuencia o período de retorno. La magnitud de la lluvia es la precipitación tota l ocurrida (en milímetros) en la duración de la tormenta; la frecuencia se expresa por el periodo de retorno de la lluvia {Chow et al, 1994). El recíproco de el período de retorno Tr es la probabilidad condicional P tal Q.Ue, la intensidad de una lluvia rmxirm anual para una duración, será igualada o excedida a una magnitud especificada; y se puede expresar de acuerdo con la ecuación I. Facultad de lngenie11a Civil de la UANL. Ciudad Universitaria. San Nicolás de l os Garza . Nuevo l eón, México. victor.guerra@uanl.edu.m.x. aferrino@prodigy.net .mx • --- C l ENC lA FJC No.J ENERO - JUNIO 2010 ,.~, • • ''4 �GUERRA-COBIAN V H .. FERRIÑO- FIERRO A. L.. CAVAZOS-GONZALEZ R. A .. BRUSTER- FLORES j. L. Donde F1 (i, lt, ) ~;i, es la función de distribución acumulada para la intensidad, para una duración. Por ejem- plo, Bell ( 1969) propuso una fórmula general de curvas 1-D-Tr usando como índice la altura de precipitación en una hora y en un período de retorno de I O años (R:º ). Posteriormente Chen ( 1983) desarrolló una fórmula o-eneral usando los índices R1º R1º y R100• I:> 1 ' 24 1 En el presente trabajo se constn~en las curvas 1-D-Tr para la estación clirmtológica rvtonterrey GDE (Nuevo León, /\,-léxico). a partir de los datos de un pluviómetro. MÉTODO APLICADO Curvas 1-0-Tr para períodos de retorno mayores oiguales a 1Oaños. Debido a la escasez de registros de lluvia de corta duración (datos de pluviógrafo). ha surgido la necesidad de utilizar las relaciones promedio entre lluvias encontradas en otros países. las cuales se pueden aplicar en la República Mexicana (Goswami.1972). Los registros de lluvias obtenidos de pluviógrafos son escasos; sin embargo. los registros de pluviómetros {lluvias rníximas en 24 h) tienen gran densidad y períodos de registro aceptables, por lo cual, la lluvia con una duración de una hora y un período de retorno de dos años. se podrá evaluar con una relación a la de veinticuatro horas con igual período de retorno, denominada cociente Rlluvia-duración. Campos { 1998) obtuvo el valor para la ciudad de rvtonterrey de 0.3882. El cociente F lluvia-período de retorno {ecuación 2) , relaciona una lluvia de cien años de período de retorno y una duración de veinticuatro horas, con una lluvia de I O años de período de retorno y una duración de veinticuatro horas. F= p l 00 p l 00 = t lO t P 1440 pi O [21 1440 Donde: P/gJ0 = Altura de precipitación en mm para un período de retorno de 100 años y una duración de la lluvia de veinticuatro horas, en minutos. 10 = Altura de precipitación en mm para un período de retorno de I O años y una duración de la lluvia de P.1440 veinticuatro horas en minutos. Los valores de P¡1gJ0 y P¡;& se pueden calcular utilizando la función de distribución de Gun1bel (1958). CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �CONSTRUCCION DE CURVAS 1- D-TR, A PARTIR DE REGISTROS PLUVIOMÉTRICOS. Chen ( 1983). por su parte desarrolló para el cálculo de alturas de precipitación con períodos de retorno rmyores o iguales a diez años en la ecuación 3. pTr = a-P 1º -log(loJ-F·T F·l)•t 60 60-(t + b t r [3 I r Donde: P ;' = Altura de precipitación en m1n para un período de reto1no Tr y una duración de tonnenta t. Tr = Periodo de reton10 en años. t = Duración de la ton11enta en nrinutos. a,b,c = Pará111etros regionales en función del cociente lluvia - duración R. P&8 = Altura de precipitación en n11n para un periodo de reton10 de diez años y una duración de sesenta minutos, calculada de la fo1mula de Bell (1969): F = Cociente lluvia - período de retomo. Los parámetros regionales a, b,y c, aplicables a la fórmula de Chen (1983) para el cálculo de altu ras de precipitación, se determinan a partir del cociente R lluvia - duración y para rvtonterrey N.L. valen 21.286, 6.642 y 0.700 respectivamente (Campos, 1998). Curvas 1-0-Tr para períodos de retorno menores a 1Oaños Supóngase ~•e se tienen N muestras, cada una de las cuales contiene "n" eventos. Si se selecciona el ITTÍXimo "x" de los n eventos de cada muestra. es posible demostrar Que (Gumbel, 19 58), a medida Que n aumenta, la función de distribución de probabilidades de x tiende a: [41 La función de densidad de probabilidad es entonces: [SJ Donde a, y ~ son los parámetros de la función, ~•e también se conocen como parámetro de ubicación y de forrm, respectivamente. ■--- C lENC lA FJC No. J ENERO - JUNIO 2010 ,.:,¡; • • ''4 �GUERRA-COBIAN V H .. FERRIÑO- FIERRO A. L.. CAVAZOS-GONZALEZ R. A .. BRUSTER- FLORES j. L. ~;i, Los parámetros a y~' estimados por el método de los momentos (Escalante y Reyes, 2002). se expresan como: cr 161 a =' s 171 Dondes es la desviación estándar de la población y es la media aritmética de la población y se obtienen mediante las siguientes fórmulas: )t ¿.X¡ 181 -X _ i=I - , S n 191 = -,,, i =l --1 '¡ n -I Donde n son los años del registro de las lluvias máximas en veinticuatro horas y x; es el i-ésimo dato en el registro. Para muestras relativamente peQ.ueñas cr yµ se obtienen de la tabla 1 (Aparicio, 1996): y y Tablo 1. Parámetros delomuestro. n lO 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 CIEN CIA FlC y µy 0.4952 0.5128 0.5236 0.5309 0.5362 0.5403 0.5436 0.5463 0.5485 0.5504 0.5521 0.5535 0.5548 0.5559 0.5569 0.5578 0.5586 0.5593 0.5600 0.9496 l .0206 l .0628 l.0914 l. ll 24 l. l 285 l.1413 l.1518 l. l 607 l. l 682 l.1747 l. l 803 l. l 854 l. l 898 l. l 938 l. l 97 4 l .2007 l .2037 l .2065 (j No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �CONSTRUCCION DE CURVAS 1- D-TR, A PARTIR DE REGISTROS PLUVIOMÉTRICOS. El método de Bell ( 1969) para el e,1lculo de alturas de precipitación menores o iguales a diez años de período de retorno, está dado por la ecuación I O P ¡' = (0.35Ln (Tr)+0.76) (0.54(t)º 25 -0.S)Pf0 [ 1O] Donde: P ¡' =Altura de precipitación en mm para un período de retorno Tr y una duración de la tormenta t. Tr = Período de retorno en años. t = Duración de la tormenta en minutos. El va lor de ~1 se calcula despejándolo del cociente lluvia - duración R: Pto I 1 11 R= -2 - p 1440 I 121 Donde: R = Cociente lluvia - duración. Plo = Altura de precipitación en un período de retorno de dos años y una duración de la tormenta de sesenta minutos. p/440 =Altura de precipitación para un período de retorno de dos años y una duración de la tormenta de veinticuatro horas en minutos. y se e,1lcula (Chen): = ~ - ¼Ln T ( Ln ( ' ) ) T-1 .. 1131 CURVAS 1-D-TR DE LA ESTACIÓN MONTERREY DGE Los datos del pluviómetro se obtuvieron del Extractor R:1pido de Información Climatológica ERIC 11 (IMTA, 2000), y corresponden a los registrados en la estación 19049 rvtonterrey DGE. de 1945 a 1986 (figura 1). ■--- ClENC lA FJC No.J ENERO - JUNIO 2010 ,.:,¡; • • ''4 �GUERRA-COBIAN V H .. FERRIÑO- FIERRO A. L.. CAVAZOS-GONZALEZ R. A .. BRUSTER- FLORES j. L. ~;i, ,L luvias máximas , estació,n 19049 Monterrey OGE 5 E ,: 41 e :~ " l! ·-'c..." 41 o. 200 180 160 140 120 100 80 80 40 20 o 1944 1954 1974 1964 1984 Año --Lluvias máximas . - . - - - • Promedio 1 Figuro 1. Registro de precipitación de lo estación climatológico Monterrey DGE. Los estadísticos reQ.ueridos para la construcción de las Curvas I-D-Tr de la estación rvtonterrey DGE se muestran en la tabla 2. Tablo 2. Estadísticos de losprecipitaciones. Valor Estadístico Valor Valor Valor Valor 22.3 180 77.3 39.2 Utilizando el método descrito anteriormente, se calculan las alturas de precipitación. de acuerdo con el período de retorno reQ!Jerido y para la duración de la tormenta seleccionada ( P ¡' ). Como la lluvia se presenta en función del tiempo, la intensidad de la lluvia, es por lo tanto. directamente proporciona I a la a !tura de precipitación e inversa mente proporciona I a I tiempo. La intensidad de la lluvia "I " en mrrv'hr (tabla 3) se define mediante la relación 14. p rr Ff = t [ 14] t' Donde: 11! = Intensidad de la lluvia en mrrv'hr. para un período de retorno Tren años y una duración t' en horas. PT' = A ltura de precipitación en mm. para un período de retorno Tren años y una duración t de la tormenta en minutos. t' = Duración de la tormenta en horas. CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �CONSTRUCCION DE CURVAS 1- D-TR, A PARTIR DE REGISTROS PLUVIOMÉTRICOS. Tabla 3. Intensidades calculadas. t' 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 2 102.3 76.5 62.4 53.4 47.1 42.3 38.6 35.7 33.2 31.1 29.3 27.8 26.4 25.2 24.1 23.2 22.3 21.5 20.8 20.1 19.5 18.9 18.3 17.8 5 135.0 101.0 82.3 70.4 62.1 55.9 51.0 47.1 43.8 41.1 38.7 36.7 34.9 33.3 31.9 30.6 29.4 28.4 27.4 26.5 25.7 24.9 24.2 23.5 10 159.7 119.5 97.4 83.4 73.5 66.1 60.4 55.7 51.9 48.6 45.8 43.4 41.3 39.4 37.7 36.2 34.8 33.6 32.4 31.4 30.4 29.5 28.6 27.9 Período de retorno Tr en años 20 50 192.0 230.5 149.2 179.1 123.9 148.7 107.0 128.4 94.7 113.7 85.4 102.5 78.0 93.6 72.0 86.4 67.0 80.4 62.8 75.3 59.1 71.0 55.9 67.1 53.2 63.8 50.7 60.8 48.5 58.2 46.5 55.8 44.7 53.6 43.0 51.6 41.5 49.8 40.1 48.2 38.8 46.6 37.7 45.2 36.6 43.9 42.7 35.5 100 259.6 201.7 167.5 144.6 128.0 115.4 105.4 97.3 90.6 84.8 79.9 75.6 71.9 68.5 65.5 62.8 60.4 58.1 56.1 54.2 52.5 50.9 49.4 48.0 500 327.1 254.1 211.1 182.2 161.4 145.5 132.9 122.6 114.1 106.9 100.7 95.3 90.5 86.3 82.6 79.2 76.1 73.3 70.7 68.4 66.2 64.2 62.3 60.5 curvas 1-D-Tr de la estación 19049 MonterreyOGE 400 O -i::=¡::::¡::::¡=::¡=:¡:::::¡:::::¡::::¡=::¡=:¡:::::¡:::::¡::::¡=::¡=:¡:::::¡::::¡::::::¡:=::¡=:¡:::::¡::::¡::::::¡:::::¡ o.o -1---'-....L....L-.......................¡-'-...........-+-'--'-J-.l-...........................................--l o 20 60 40 80 100 120 Duración de latormenta en minutos - Tr=2 ahos - • • - • Tr=50 anos - - - - Tr=5 a~os ... . . . . Tr=10 anos - . - . - Tr=20 anos - Tr=100 anos - - - - Tr=S00 anos • • .. • • •Tr=1000 años Figura 2. las Curvas 1-D-Tr de la estación climatológica 19049Monterrey DGE se mueslTanenla • --- C lENC lA FJC No. J EN ERO· JUNIO 2010 1000 356.2 276.7 229.8 198.4 175.7 158.4 144.7 133.6 124.3 116.4 109.7 103.8 98.6 94.0 89.9 86.2 82.9 79.8 77.0 74.4 72.1 69.9 67.8 65.9 ,.:,¡; . • ''4 �GUERRA-COBIAN V H .. FERRIÑO- FIERRO A. L.. CAVAZOS-GONZALEZ R. A .. BRUSTER- FLORES 1- L. ~:\ CONCLUS IONES Es indispensable contar con una tormenta de diseño para dimensionar estructuras hidráulicas y una manera de obtener los valores de estas tormentas de diseño es mediante el uso de las curvas 1-D-Tr. Cabe mencionar Q.Ue el método empleado en este trabajo sólo se puede utilizar si se cuenta con datos de un pluviógrafo, para determinar el cociente R, cerca de la estación climatológica donde se encuentra loca lizado el pluviómetro. Se constn~eron las curvas 1-0-Tr para duraciones de la tormenta de diseño iguales o menores Que 120 minutos, bebido a Que los tiempos de concentración de la lluvia para las cuencas urbanas del área de Monterrey, N. L. son, en general, menores Q.Ue 120 minutos. REFERENCIAS Aporicio-Mijores, EJ., (1996), Fundamentos de Hidrología de Superficie, limuso NoriegoEditores, México. 2 Bell, F-C., "Generolized Roinfoll-Durotion-Frequency Relotionships", proc. ASCE, Journolof Hydraulics Div., Vol. 95, No. HYl, 311-327, 1969. 3 Campos-Arando, D. E, (1998), Procesos del ciclo hidrológico, Editorial Universitorio Potosino, México, tercero reimpresión. 4 Chen,C-l, "Roinfoll lntensilyilurotion-frequency formulas", Proc. ASCE, Journol of Hydroulic Engineering, Vol., 1D9, No. 12, poperNo. 18441, 1603-1621 , 1983. 5 Chow, V. T., Moidment, D. R., Moys, l. W., (1994), Hidrología Aplicado, McGrow Hill lnteromericono, Colombia. 6 Escolonte-Sondovol, C. A., Reyes{hóvez, l. (2002), Técnicos Estadísticos en Hidrología, Facultad de Ingeniería, UNAM, México. 7 Goswomi, A. C., "Short Duration Roinfoll Depth-Duration-Frequency Mop of Indio", Proc. of the second lnternotionol Symposium inHydrologic Doto, Fort Collíns, Co., USA, 48-59, 1972. 8 Gumbel, E-J, (l 958), Stotistics of Extremes, Columbio Univ. Press. 9 IMTA, 2000. Extractor Rápido de Información Climatológico (ERIC 11), Instituto Mexicano de Tecnología del Aguo, México. lO Sivopolon, M., Bloschl, G., "Tronsformotion of point roinfoll to oeriol roinfoll: lntensily-durotion-frecuency curves", Journal of Hydrology 204, 150-167, 1998. CIENCIA FlC No.l ENERO - JUNIO 2010 --■ �ESTUDIO COJ\!\PARAT IVO DE DOS METODOS DE PREPARACION DE SOPORTES DE ·1-Al2O, PARA SU IMPREGNACION CON METALES. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ EST UD IO COM PARATIVO DE D OS MÉTODOS D E PREPARAC lÓN DE SOPORTES DE y-Al2 O 3 PARA SU lMPREGNAC ION CON META LES. A. CRUZ- LÓPEZ 1• 0 . VÁZQ\)EZ CUCH ILLO 1• H . A. HERNÁNDEZ )IMÉN EZ2• L. BAUTISTA CARRILLO 1• L. M . TORRES MARTÍN EZ1 ABSTRACT In this work we compare two methods of preporation of Al203• The results by Diffraction of Roy Xhove showed that precursor obtoined by sol-gel method (SG) is bohemite while by coprecipitotion method it is Boyerito. However with both methods is possible to obtoin the y-Al203 ot 600º C. The somple of y-Al203 prepared by sol-gel using ocetic ocid has given the higher surfoce oreo 250 m2.g·1 ond the sorne somple has showed the most porous surfoce by Screening Electronic Microscopy. Finolly, oll the solids hod showed the presence of ocid siteby using the Termodesorption Programmed of NH3. Keywords: y-Al 203, Sol Gel y Coprecipitoción. lNTRODUCClÓN La bohemita (Oxihidróxido de Aluminio, AIOOH) es el principa I precursor utilizado para producir y-Al2 O 3 en polvo, con propiedades controladas y reproducibles, como el tamaño de la partícula, la morfología, el tamaño del poro y la distribución de poro. Por lo tanto, el control y la mejora de las propiedades antes mencionadas es de primordial importancia para potenciar la y -Al 2 0 3 en diferentes aplicaciones, entre ellas, la catálisis. 1 En la bibliografía se han reportado va rios procedimientos de Q.UÍmica húmeda, con base en reacciones en fase líQ.uida , reacciones en fase gas o reacciones hidrotérmicas a altas presiones, con la finalidad de lograr un mejor control del tamaño de la partícuk1 y la morfología. 1• 2 · 3 Varias reacciones en fase líQ.uida como la hidrólisis de alcóxidos de aluminio y la precipitación de soluciones acuosas de sa les inorgánicas se utilizan para sintetizar el precursor bohemita, con propiedades Q.UÍmicas, morfológicas y textura les controladas. 3 Yoldas en 1975, investigó la hidrólisis de aluminio utilizando dos precursores diferentes: butóxido de aluminio e isopropóxido de aluminio, encontrando Q.Ue el precursor de la bohemita (AIOOH) se produce por hidrólisis con agua caliente, mientras Q.Ue la bayerita Al (OH) 3 se precipita a tempera tura ambiente, por medio de la conversión de una fase a morfa. 4 Otro traba jo reporta la síntesis de alúmina utilizando el método de solgel y utilizando como ca talizador acido acético. De acuerdo con el an,í lisis BET. se obtuvo un área específica de 157 m 2.g- 1 ; sin embargo, este valor está por debajo de la ah'.,mina comercial. 5 'Ecomateriales y Energía, Facultad de lngenier/a Civil. Universidad Autóno rm de Nuevo l eó n. Av. Universidad y Av. Fidel \lllásq_uez S/N, Cd. Universitaria. San Nico lás de los Garza, Nuevo León, 66451 México. ' Facultad de Ciencias Químicas, Unive rsidad Autónoma de Nuevo León, Av. Ped ro de Alba S/N, Cd . Universitaria, San Nicolás de los Garza. Nue\'O León, 6645 1 México. *Corresponding autor e-rmil: cruz_lopeza@yahoo.com.m.x ■--- CIENCIA FJC N o.1 ENERO - JUN IO 2010 ,.:,, .•'• �A. CRUZ· LOPEZ. 0. \IAZQlJEZ CUCH I LLO H . A. H ERNANDEZ )1/v\E N EZ. L. BAUTISTA CARRILLO. L. M . TORRE S MARTINEZ ,.:,, • • ''4 El método de sol-gel tarrbién ha sido reportado para la obtención de nanocristales de a-alúmina, de acuerdo con los diferentes ácidos utilizados como catalizadores (ácido tartárico, ácido oxálico y ácido acético) y pudo observarse Que no existen variaciones significativas en el tamaño del cristal (43. 46 y 48 nm). En cambio, el material QJ.Je se sintetizó utilizando ácido tartárico logró obtener la fase de a-alúmina a 925º C. & Dado Q.Ue el método de sol-gel presenta algunas desventajas, debido a la naturaleza de los alcóxidos además del costo elevado y la formación de grietas durante la etapa de secado, se proponen rutas de síntesis más simples utilizando sales inorgánicas, las cuales permiten tener el control de las propiedades Químicas, morfológicas y superficiales. 7 En el caso del método de precipitación. es posible obtener la fase precursora de la y-Alúmina a partir de nitrato de aluminio y un agente precipitante como NaOH. Sin embargo, es importante tener el control de algunos parámetros: como el pH, k1 naturaleza de la sal precursora , así como la secuencia de adición del agente. 8 En otro trabajo se sintetizó la alúmina mediante el método de coprecipitación/digestión a 70º C, pH alcalino y se comparó con una alúmina comercia l (Capta! B) la cual tiene un área específica de 198 m2 .g· 1• De los resultados de fisisorción de Nitrógeno se comprobó Q.Ue por esta ruta se tenían áreas específicas de 220 m2 .b0 - 1. 1 Con la finalidad de sintetizar materiales resistentes a las condiciones reales de reacción, se impregnaron soportes de y-Al2 0 3 con platino y platino-estaño previamente sulfatadas, observando Q.Ue la adición de esta f10 al sistema conduce a un incremento a la estabilidad del catalizador y por consiguiente un aumento a la resistencia a la desactivación. 9 Existen otros reportes sobre la evaluación de sistemas catalíticos soportados en alúmina a diferentes atmósferas de reacción. En el caso del sistema Au/Al 2 0 3 u Au/Si02 , se observó Q.Ue la actividad del sistema fue efectivo en la reducción catalítica selectiva de NOx en condiciones reductoras. En cambio, cuando se trabajó en atmósfera de NH3 , se promovió la reacción a bajas temperaturas. 10 A partir del anterior análisis bibliográfico, aQ.uÍ se propone estudiar el efecto del agente precipitante (método de precipitación) y el efecto del cata lizador (método de sol-gel) con la finalidad de provocar una mejor interacción de las moléculas. para lograr una mejora en las propiedades superficiales y textura les del soporte, con el propósito de establecer una ruta de síntesis Que permita mejorar las propiedades textura les, fisicoQJ.1Ímicas y superficiales, para impregnar una fase metálica. PARTE EXPERIMENTAL Sol-Gel Para la síntesis de los soportes de alúmina por la ruta de sol-gel, se disolvieron 5 g de isopropóxido de aluminio en 291 mi de isopropanol, en un matraz de 3 bocas. En seguida se preparó una solución ácida de acido acético O.O I M la cual se adicionó, gota a gota, con la solución alcohólica, con la finalidad de promover la reacción de hidrólisis. Al terminar la adición, los geles obtenidos se dejaron en reflujo (T =80º C) con agitación vigorosa durante 20 horas. Posteriormente, se dejaron reposar los precursores de alúmina por 2 días. CIENCIA FIC No.! ENERO - JUN IO 2010 --■ �ESTUDIO COJ\!\PARAT IVO DE DOS METODOS DE PREPARACION DE SOPORTES DE ·1-Al2O, PARA SU IMPREGNACION CON METALES. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Una vez QJ.te se recuperan los sólidos, se filtran y se lavan con 2-propa nol. Los sólidos húmedos se coloca ron en la estufa para secarse a 100º C, durante S horas, para finalmente calcinarlos a 600º C, durante S horas, con una ve locidad de calentamiento de 2º C por minuto. Coprecipitoción Los soportes de alúmina preparados por el método de coprecipitación emplean I Sg de nitrato de aluminio disueltos en S00 mi de agua a 30º C. Una vez Que el nitrato de aluminio se ha disuelto completamente, se agrega, gota a gota, en un recipiente de 2 litros, en el cual previamente se habían colocado 200 mi de agua a un pH de 12, con la fina lidad de precipitar al aluminio. Una vez terminada la adición de sales de a lurninio, la solución se dejó reposar por 2 días en completa agitación para posteriormente filtrar a vacío y lava r con agua destilada. Los sólidos húmedos se colocaron en la estufa para secar a 100º C, durante S horas, para finalmente calcinarlos a 600º C, durante S horas, con una velocidad de calentamiento de 2º C por minuto. La caracterización estructural de los materiales sintetizados se realizó utilizando la técnica de Difracción de Rayos-X en Polvos (XRD) en un difractórnetro Bruker íV\odelo D8 Advance. Las características superficiales y textura les de los diferentes catalizadores se realizaron en un eQJ.tipo Quantachrorne NOVA 2000e, utilizando la técnica de Fisisorción de Nitrógeno. Aunado a los análisis anteriores, se rea liza ron Análisis T érrnicos (TDMGA) de las muestras frescas en un eQ.uipo SDTQ600, ajustando una velocidad de calentamiento de 1Oº C / h y una atmósfera de N2 • Para conocer la superficie del sólido fue necesario el uso del microscopio electrónico de barrido modelo NIST SRM 2687. Finalmente, para determinar la naturaleza del soporte, se realizó un análisis de Terrnodesorción Programada de NH 3 • RESULTADOS Y DISCUSIÓN Difracción de Rayos X En k, figura 1 se presentan los resultados de difracción de rayos X para la síntesis de y -alúmina por la ruta de sol-gel. utilizando ácido acético corno catalizador. En la figura IA es posible comprobar la formación de la bohernita a 100º C, ya QJ.te las señales características del material preparado coinciden con las reflexiones de las bases de datos Difract plus Evaluation. En esta misma figura se presentan los resultados del precursor obtenido por la ruta de coprecipitación. Corno se puede observar, las señales características corresponden a la bayerita, segt'm la base de datos mencionada arriba. En k1 figura 2 se presentan los resultados del y-Al 2 0 3 calcinada a 600º C. Ahí se puede observar Que los polvos tienen las señales características de k, y-alúmina ; sin embargo, el material es amorfo. Para los sólidos obtenidos por coprecipitación y calcinados a la misma temperatura, se puede comprobar QJ.Je se obtienen las seí'1ales características de la y -alt',rnina: sin embargo, se tiene una mejor definición, en comparación con los polvos obtenidos por Sol-gel (véase Figura 2b). ■--- CI ENCIA FJC No.1 ENE RO · JUN IO 20 10 ,.:,¡; .•'• �A. CRUZ·LOPEZ. 0. \IAZQlJEZ CUCH I LLO. H. A. H ERNANDEZ )1/v\ENEZ. L. BAUT I STA CARR ILLO . L. M. TORRES MARTINEZ ,.:,¡; • • ''4 b oh e mita • so 1-g el-H OAc 9 . , .. ~ . . . . . . . . . - ... ,. , ••. , .....u.,,, •. ¡¡,. 9 ··.-· - - - · ..... . ~ ......... ,. .. ~ ................ , . ' ' ~ (o) (b) Figuro 1.-Resultodos de difracción de royos Xdel soporte de precursores de Al203 preparado por diferentes rutas de síntesis ysecados o lO0ºC. o) Sol-Gel, b) Coprecipitoción. c o pre c ip it ac i ó n 60 0 Al2O3-sol-gei-HOAc-600 ........o..,. ~ ~ ,~ ...... ~ !• o,i,.,,~ .,,-.; .... ~........ (iJ , ,,.,., ,, • .,..,........ ,......... 'I, ... ,P<.hn-.... >-• w. ,,_, WlltL!> .......... ..,, "' •• < • ...~ , 1•~ l.+ 1 , . . . . ~, - ,,,_,._ "' ,...,._ > O<• C) :-;.:::.: ',. ti/ • • ,. :·.. ...... • ....... .. ' .. ~ .. J ...,. .... r "" ,.. ,, '" ...... (o) (b) Figuro 2.- Resultados por difracción de royos Xde los soportesde y·Alp 3 calcinados a 600º Cdurante5 horas. al Sol·Gel, b) Coprecipitación. Análisis Térmicos Al efectuar los análisis térmico gravimétrico (Figuras 3 y 4, línea verde) de los precursores obtenidos por sol-gel y coprecipitación, se ve Que presentaron pérdidas en peso de alrededor del 40%y la mayor parte se llevó a cabo a baja temperatura (véase Figura 3). Del an,'Ílisis térmico diferencial (línea azul) para ambas rutas de síntesis se observan diferencias importantes; ya Q.Ue, por el método de sol-gel sólo se presentan dos picos endotérmicos correspondientes a la evaporación de alcohol y deshidratación de la muestra entre 75-100º C y la segunda señal endotérmica se presentó alrededor de 430º C y se atribuye a la eliminación de agua estructural. Con este análisis se comprobó Que el soporte de alúmina es estable a temperaturas por arriba de 700º C. Para el precursor obtenido por coprecipitación Con el an,'Ílisis térmico diferencial (Figura 4 línea azul) se pueden observar tres seña les importantes: la primera seña I endotérmica se presenta a !rededor de 7 Sº C y CIENCIA FIC No.! ENERO - JU N IO 2010 --■ �ESTUDIO COJ\!\PARAT IVO DE DOS METODOS DE PREPARACION DE SOPORTES DE 't·A12O, PARA SU IMPREGNACION CON METALES. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Que está relacionada con la deshidratación de la muestra. La segunda serla! se presentó a!rededor de 27 5º C y se atribuyó la atribuimos a la evaporación de amoniaco y la tercera señal, alrededor de los 450º C, indica la transforrmción del precursor Bayerita a la fase y-alúmina. Con este análisis se comprobó ~•e el material es estable a temperaturas por arriba de 550º C. J;¡m ~l(I ~ li:0$ fl.l ') tl M ~I»! l;!tC: 9 ~U~ rno ( DSC-TGA mo \SOT\111 ,;,ioMJt O) U\J t ll\ 1,1~0• GO 1 O!Hl't!W f r JAI; Ru" Ool • : 1:> -Sa ¡,,2 CO;>(líl ~2 U •-.,.. • d R• m1> ~•1N"l•nl: sor Oíua w 1 &u ,1<1 ->íl >00 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - , : : : : = =¡-'(I.CHI " " + - - - - ~ - - ~ - - ~ - - ~ - - ~ - -+.. , 01s O 100 "l! O 000 &00 100 0 HOO f e m ¡,e ~ l...-e ('>C ) Figura 3.·Resultados obtenidos de los análisis térmicode los soportes de alúmina preparados por Sol-Gel empleando ócido acético comocatalizador. s, rn,p!c· o ~~c,11., rt, C !\H\\!1010¼ OT 'tl, Ol< o'>e f )C lllf HJI O~c •Uu: f J ....'J D SC -TG A S e • : 1i.1J,$O "' ~ 1.1 ♦,h ot•lh "I' 1'¡11~ ll n •· n ,Nov,;-e1>1 1-,•01 i'>flf~ m Q~1: $ Ol 0~00 V & 1 $ 11114 1H 00 0 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - ~0J) t .$ (l ¡) Jt) 1C o, +,---~¡,----,~,---,-,,- - - ~.,-, - - - - + l l(i l OH Tt lfl l)~fOt111c ("C) Figura 4.-Resultados de onólisis térmicos del precursor de alúmina preparadopor coprecipitoción. Fisisorción de Nitrógeno En la tabla I se presenta urla comparación de las áreas especifkas de los materiales preparados por vía sol-gel y por coprecipitación. Para el caso de la y-alúmina, preparada por coprecipitación, se obtuvo un área específica de 141 m2 .g· 1: en cambio, por la ruta de sol-gel, el mejor soporte presentó un área específica de 252 m2 .g· 1• En consecuencia, con este resultado se evidencia Q.Ue el método de sol-gel mejora las propiedades textura les del soporte, como consecuencia de lllla mejor interacción de los reactivos durante la reacción. De acuerdo con los resultados de distribución del tarmño del poro, se pudo confirmar Que los rmteriales presentan poros en el intervalo de 5-1 O nm. Lo cual los describe como materia les mesoporosos. ■--- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUN IO 2010 ,.:,¡; .•'• �A. CRUZ·LOPEZ. 0. \IAZQlJEZ CUCH I LLO. H. A. H ERNANDEZ )1/v\ENEZ. L. BAUTISTA CARRILLO. L. M. TORRES MARTINEZ ,.:,¡; • • ''4 Tablo1.-Resultodos obtenidos del análisis de fisisorción de N2 de lo soportes. , Síntesis Sol-Gel Coprecipitación Temperotura (º() 600 600 Area superficial (m2.g·l) 252 141 Tamaño de poro (nm) 7 6 Volumen de poro (cm3g·l) 9.724E-01 8.058E-01 Microscopía electrónica de barrida En la figura 5 se presentan los resultados de microscopía electrónica de barrido de los soportes preparados por coprecipitación y Sol-Gel. Las figuras SA y SB, QJ.1e fueron preparados por sol-gel. presentan una topografía semi-porosa, pero ml!)' similar entra ambas; en contraste, el soporte preparado por coprecipitación presenta un tamaño de partícula mayor q_ue 100 µm. Lo anterior evidencia q_ue la ruta por sol-gel presenta una mayor área superficial. (a) (b) (e) Figuro 5.-Microgrofíos obtenidos poro los soportes de alúmina preparados por sol gel y coprecipitoción. o) Ácido acético, b) Ácido nítrico yc) Coprecipitoción. Desarción a Temperatura Programada de NH3 Del análisis de deserción a temperatura programada de NH3 se comprobó q_ue los soportes de alúmina poseen naturaleza ácida (Véase Figura 6). Sin embargo, esta naturaleza ácida se presentó en dos regiones. La primera zona de deserción de NH 3 se presentó en el intervalo de 100 a 300º C y corresponde a sitios ácidos débiles. La segunda se presentó a mayor temperatura (400-600º C) y corresponde a sitios ácidos fuertes ya q_ue reQJ.Jieren mayor energía para ser liberados. Con este resultado es posible podemos establecer QJ.Je las reacciones Químicas q_ue se deseen llevar a cabo sobre k1 superficie de estos materiales, debe tener una afinidad, de lo contrario existe poca probabilidad de éxito. CIENCIA FIC N o.! ENERO - JUN IO 2010 --■ �ESTUDIO COJ\!\PARAT IVO DE DOS METODOS DE PREPARACION DE SOPORTES DE ·1-Al2O, PARA SU IMPREGNACION CON METALES. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3)0 100 400 &JO Ten-.,ernturn rq EOO 700 800 Figura 6.-Resultados del análisis dedesorción otemperatura programadode NH3, de los soportes preparados por sol11ely coprecipitación. Caracterización del catalizadores dopados con platino (Pt) Para identificar la distribución de platino y el tamaño de las partículas de Pt en los soportes de Al2 O3 se realizó un a11<1lisis de microscopia electrónica de barrido. En las Figuras 7A se muestra el soporte cargado con Pt y se compara con el soporte (Figura 78). Como se puede observar, la primera fotografía muestra tamaños de grano mís grande Q.ue el soporte. Sin embargo. por las características del e~iipo utilizado, además de las carga de platino. no fue posible por esta técnica ver la distribución del meta l noble. Cataliza.dor 1% Pt Figuro 7. Micrografías del catalizador calcinado o600º C/ 5 h. a) l%Pt/ Al203, b) Al203• CONCLUSIONES Por medio del análisis de DRX se comprobó la formación de y-alúmina a 600º C para coprecipitación y Sol-Gel (HOAc.). ■--- CIENCIA FJC No.1 ENERO · JUN IO 2010 ,.:,¡; .•'• �A. CRUZ LOPEZ. O. VAZQYEZ CUCH I LLO H A. H ERNANDEZ )1/\\ENEZ. L. BAUTISTA CARRILLO. L. M. TORRES MARTINEZ ,.~, • • ''4 Se evidencia un efecto del tipo de catalizador utilizado durante la síntesis por Sol-Gel. Utilizando ácido acético se logra la obtención de la y-alúmina desde 550º C, mientras Q.Ue con ácido nítrico se retarda la formación de k1 fase. De los análisis de flsisorción de N2 se observó una área específica de 252 m2 .g- 1 a 600º C cuando se utilizó como catalizador ácido acético, con respecto a la síntesis por coprecipitación 141 m2 .g -1• Mediante los análisis térmicos se confirmó Que para arrbos métodos de síntesis del soporte posible obtener la y-alúmina a temperaturas menores Q.Ue 600º C. Los análisis de desorción a temperatura programada-NH 3 confirman la presencia de sitios ácidos en la superficie de la y-a lúmina. Por Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) se observó Que a 600º C hay diferencia en la topografía de la y-alúmina preparada por coprecipitación y por Sol-Gel. Los soportes de y-alúmina preparado por coprecipitación presentan partículas mayores Q.Ue I 00µm mientras Q!Je los sólidos preparados por sol-gel presentan una superficie sólida porosa. REFERENCIAS 1 2 3 4 5 H. Potdar et al., Synthesisof nano-sized porous y-alumina powder via aprecipitation/digestion route, Applied Catalysis A: General, 32 1, (2007), 109-116. L. Guangshe et al., Synthesis and thermal decomposition of nitrate-free boehmite nanocrystals by supercritical hydrothermal canditions, Materia Is Letters, 53, (2002), 17 5-179. S. Music et al., Hydrothermal crystallization of boehmitefrom freshly precipitated aluminium hydroxide, Mater. Lett. , 40, (1999), 269-274. B. Yoldas et al., Alumina gels that form porous transparent Al203, Mater. Lett,. l O, (197 5), 1856. M. Seung et al., Synthesisof thermo-estable high surface orea alumina powder from sol-gel derived boehmite, Materials Chemistry and Physics, l 04, (2007), 51-56. H. Gocmez et al., Low temperatura synthesis of nanocrystalline y-alumina by a tartaric acid gel method, Material Science and Engineering 203, (2007) ,234-236. 7 D. Mishra et al., Hydrothermal preparation and characterization of boehmites, Mater. Let., 42 (2000) 38. J. Hochepied et al., Effect of the mixing procedure on aluminium (oxide)-hydroxide obtained by precipitation of aluminium 8 nitrate withsoda, Mater. Lett, 57, (2003), 2817-2822. G. Corro et al., lmproved sulfur resistance of pt-Sn / y-alumina catalysts for C3H8-N0-02 reaction under lean conditions due 9 to Pt-Sn surface interactions, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 228, (2005) , 275-282. J. Goo et al., Effects of N02 and S02 on selective catalytic reduction of nitrogen oxides by ammonia, Chemosphere, 67, 10 (2007), 718-723. 6 CIENCIA FIC No.! ENERO - JUN IO 2010 --■ �NOT ICIAS .. NOTICIAS LA SOCIEDADMEXICANA DE INGENIERIAESTRUCTURAL Tiene el ogmdo de invitarlo al 111Simposio de &lificios ydiseño de Eshucturos Prefob,icodos Curso Anánsis y Diseño de Estructuras Prefob,icodos Que se llevara ocabo del 25 ol 27 de febrero del 201Oen el Hotel Comino Real Tuxtlo Gutiérrez, Chiapas. Pmo moyo, información Ano Nosser. Sociedad Mexicano de Ingeniería Estructural, A.C. Teléfono: (SS) 55.28.59.75 fax: (01 55) 55 28 59 75 Correo electrónico: smie l@prodigy.net.mx SMIE Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, A.C ACI SPRING 201 OCONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito oprofesores, alumnos, profesionales de lo industriodel cemento y conaeto ypublico en gene,ol olo Convención de P,imovero del ACI, que se celebrara en Chicogo, IL, E. U.los días 21 de marzo ol 25 de marzo. 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Poro mayor información: http://www.consec10.com/index.php ■'---- CIENCIA FIC No. l ENERO - JUNIO 2010 �é NOTICIAS UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facultad de lngenie1ía Civil Subdirección de Estudios Posgroda Acontinuación se presentan los Programas de Posgrado de nueslloDependencia: Doctorodo en lngenie1ío de Materiales de Construcción y Esllucturos* Moestrio en Ciencias con orientación en: Materiales de Consllucción* lngenie1ío Estructural lngenie1ío Ambiental Moestrio en Ingenieríacon orientación en: lngenie1ío Estructural Ingeniería Ambiental lngenie1ío de Trónsitoy Transporte Hidrológico Subtenónea *Programas inscritos al Padrón Nocional de Posgrodos de Calidaddel CONACYT. Poro mayorinformación: Dr. Pedro Leobmdo Voldez Tomez Subdirector de Estudios de Posgrado eInvestigación Teléfonos/Fax : (81) 8332-1902 ;(81)8376 3970 Correo elecllónico: Posgrado e Investigación: pvaldez@fic.uonl.mx subpos@fic.uonl.mx http://w1wi.ingenieriocivil.uonl.mx/esp/posgrodo/principol/ ConsejoNocional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) http://w1W1.conocyt.mx/ http://w1W1.conocyt.gob.mx/becas/Aspirontes/Becas_AspirontesPois.html Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologfa CIENCIA FIC No.1 EN ERO - JUNIO 2010 - -• �NOT ICIAS .. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DEINGENIERÍACIVIL SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIOS POSGRADO COORDINACIÓNDE EDUCACIÓNCONTÍNUA CURSOS DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL201 O CURSO DE A CURSO DE A Audito,íolé(nicode ConstruccióndeObm Público 3-nov 7-nw Esrudios, Proyectos yTmmítoción de V-IViendo 9-oct 6-oov Uso de Nuevos hloteóoles po10loConstrucción 10-nov 14-nov Geodesia 11-oct 15-oct ConseJVOciónde Autopistas y/oConeteras 24-nov 28·nov lobomto,iode Mecánico de Suelos 1 18-oct 22-oct El Peritaje Topog,ófico l 8i!OV 22-nov Diseñode Pavimentos flexibles 25-oct 30-Cct ControlTopog¡áficoenObmCivil 23·nov 27-nov Sistemas de lnforma<iónGeogrófico 1-nov SilOV Proyecto de Akontorillodo 8-dic 12-dic PmyectoyObroCivil de lnstolociones Hospitoloños 6-nov 4-dic Proyecto de lnstolociones Hid1óulicos poroEo4icios 1-dic 5-dic Diseñode Estructuras de Concreto Relo,zodo 8-nov ]2ilOV Sistemas de Posicionamiento Global (GPS) !Heb 12-feb Administración de Contratos de ObmPúbico 16-nov 20-nov Proyecto de SisteJOO de Aguo Potoble 22-feb 26-feb ValuacióndeInmuebles U1bonos 22ilov 26-nov Diseño de h\ezclos Asfálticos l·mor s-.oo, Normas fé(nicos Complemento1ios poro DiseñoyConstrucciónde Estructuras Metálicos 29i!OV 3-dic Controlde Colidoden Mezclas Asfólticos 22-ma, 26-nlor lobomto,iode h\ecónico de Suelos 11 13-dic 17-díc Diseño de Emulsiones Asfálticos yPolímeros /Aodaicodores 12-obr 16-obr Estooios de Impacto Vid 26-obr 30.0hr Violidod Urbano 27-cbr 6-JOOy Introducción olo Adminislioción poro lo looustriode lo Construcción 3-moy 7100y Proceso de Liátoción deObro Público l7·moy 21-moy Introducción alAnálisis de Precios Unitarios 7-jun lliJn Análisis, Diseño yOpe,aciónde Sistemas de Abastecimientode A¡¡uo Potablecon énfasis enredes de distribución 14iun l8iln Diseño por viento 9-ogo 13-ogo Lewntomientos Top091óficos 23-ogo 28-ogo Topogrofio Modemocon Est0<iónTotal 30-ogo 3-sep Desmrollodorde Viviendo 51ep l01ep ObmporAdministración 20-sep 24-1ep Análisis Estructuro! 25-sep 23-oct AnálisisyDiseño de Cimentociones 4-oct 8-oct Incluyen: · tnstrllCcioo {onstoncio de osistencio ·1/~nucl de apuntes · Ejercioo5 Atenlamente, 'ALERE FAMMAM YERITATIS' /,\.l. luis l,\onuelA,ondo /,\oltez DIREODR Costos: · Alumos de lo fl( · Alumnos '/ Maestros de lo UAll l · Externos okl UAHl • Todo5 los 011w1 son de 20 ho!o1 ' lunes o\/',emes de 17:00 o21:00 lloros 01. Ped,oL. Voldez lomez SUBDJRl{!OR DE POSGRADO EINVffilGAOÓN M.C. Edgm Amou,i Arteogo Bolderos COORDINADOR DE IOUCA(IÓII (ONIÍNUA ■'---- C l ENC l A FfC No. l ENERO - JUNIO 2010 S800.00 S1,600.00 S2.800.00 �INFORMACIÓN PARA AUTORES --------- • INFORMACIÓN PARA AUTORES Acontinuación se presenta la guía para redacción de los artículos. 1. Extensión eidioma de documentos Los trabajos deberán presentarse en español o inglés entre 5 y 12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficas eimágenes. 2. formato El artículo será presentado en tamaño 21.6 x 27.9 cm (carta). El margen superior e inferior deberá ser de 2.5 cm, el izquierdo de 3cm y el derecho de 3cm. 2.1 Título Máximo 2 renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 14 puntos, con interlínea normal y centrado. 2. 2 Autor o autores Nombre o iniciales y apellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipografiado en altas y bajas, tipo Arial o 12 puntos, en negritas. Al final de cada nombre se colocará un número superíndice para especificar su adscripción. 2.3 Adscripción Colocarla al pie de página; incluir su filiación, departamento o Cuerpo Académico oque pertenecen, correo electrónico y número telefónico. Al inicio, colocar un superíndice en negritas para correlacionarlo con el autor, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial o 1Opuntos, con interlínea normal y alineación a la izquierda. 2.4 Resumen Deberá presentarse de manera concisa sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tanto en español como en inglés, con un mínimo de 100 palabras y un máximo de 300 palabras (cado uno). Tipografiado en altos y bajas, tipo Arial a 1Opuntos, con interlinea normal y justificado. 2. 5 Palabras clave Representarán los términos más importantes y específicos relacionados con la temática del articulo. Se colocarán debajo del resumen (o abstract) respectivamente, con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen. 2.6 Cuerpo del texto Auna columna, con tipografía en altas y bajas, tipo Arial a 11 puntos, interlínea normal y justificado. Se procurará que la redacción sea lo más concisa posible, con los siguientes apartados: 2.6.1 Introducción Deberá suministrar información suficiente que sea antecedente del tema desarrollado, de tal forma que permita al lector evaluar y entender los resultados del estudio sin necesidad de tener que recurrir a publicaciones previas sobre el tema. Deberá contener además, las referencias que aporten información sobresaliente acerca del tema y evitar presentar una revisión exhaustiva. 2.6.2 Metodología o parte experimental Deberá describir el diseño del experimento y contener suficiente información técnica, que permito su repetición. En esto sección deberá, pre· C IENC IA FIC No.1 ENERO· JUNIO 2010 --■ �INFORMACIÓN PARA AUTORES --------- e sentarse cualquier condición que se considere relevante en el estudio. También, deberán presentarse las técnicas olos métodos empleados. No deberán describirse detalladamente las técnicas ométodos de uso general; la descripción de métodos deberá limitarse aaquellassituaciones en que éstos sean novedosos omuy complicados. 2.6.3 Resultados y discusión Esta sección deberá contener los resultados de los experimentos y la interpretación de los mismos. Losresultados deberán presentarse con un orden lógico, de forma clara y concisa, de ser posible en forma de tablas ofiguras. Deberá evitarse presentar figuras de resultadas que quizás podrían tener una mejor presentación en forma de tablas y viceversa. Cuando sea necesario presentar figuras ofotografías, su número deberá limitarse a aquellas que presenten aspectos relevantes del trabajo o de los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberán incluirse losresultados relevantes. 2.6. 4 Conclusiones Deberán emanar de la discusión y presentarse en forma clara y concisa. 2.6.5 Reconocimientos Incluir el reconocimiento a las instituciones o personas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del trabajo. 2.6.6 Referencias bibliográficas Deberán citarse en el artículo con un número al final del párrafo (a 1). Deben estar numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, con la siguiente información: Autores o editores, titulo del articulo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. 2.6.7 Tablas, gráficas, imágenes, figuras y fórmulas Deberán ser numeradas secuencialmente cama aparecen en el texto, con números arábigos y haciendo referencia a ellos como Tabla 1. A, fórmula 1. B... etc. Tipografiado en altas y bajas, Arial a 1Opuntos y cursiva con interlineado normal. En el caso de tablas, el titulo deberá indicarse en la parte superior. En el caso de las gráficas, imágenes y figuras, su titulo debe colocarse en la parte inferior y deberán tener calidad para impresión láser. Las gráficas, imágenes y figuras deben ser también incluidas por separado, sin editar y en su resolución original. 3. Responsabilidad y Derechos de Autor El contenido de los articulas firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no representan necesariamente los puntos de vistade los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente. 4. Envío de artículos Los artículos deberánser enviados alos editores alas siguientes direcciones electrónicas: pedro.valdeztz@uanl.edu.mx gerardo.fajardosn@uanl.edu.mx óentregados en la Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de la facultad de Ingeniería Civil de la UANL. ■--- CIENCIA FJC No.1 ENERO - JUN IO 2010 �NOTAS ------------- e NOTAS C IENC IA FIC No.1 ENERO - JUNIO 2010 --■ �NOTAS ■'---- C IENC IA FIC No. l ------------- ENERO - JUNIO 2010 e �CICLO DE SEMINARIOS DE INVESTIGACIÓN UNIVERSIDAD AUTÓMONA DE NUEVO LEÓN ' ,. fi~· FACULTAD DE I NGENIERÍA CIVIL ·~ .,j • $ SUBDIRECCIÓN DEESTUDIOS DEPOSGRADO EINVESTIGACIÓN ,•, ;.>•• CALENDARIO ENERO - JUNIO 201 O Seminaria Ponente Efecto del ogrietomiento en la determinaciónde las deflexiones de vigas conti· nuasdeconcreto parcialmentepresforzodo con tendones no adheridos_ MC. Adolfo Arturo Elías Chóvez Doctorado en Ingenieríade Materiales deConstrucción y Estructuras Simulación hidrológico deríoEscondido utilizando datosdeprecipitoción estimadospor rodar. lng. Francisco MagañaHernóndez CI RA·FocultaddeIngeniería Universidad Autónoma del Estado de México 11 Análisisdela arena de fundición de oluminio gastada en concretos sustentables con ceniza volanteactivadamecónicomente. lng. Jorge Alberto Jacques Moestría enCiencios con Orientación enMateriales deConstrucción 17 (Miércoles) CONFERENCIA MAGISTRAL Prof. KyuchiMaruyama Universidad de Nagaoko 18 CONFERENCIA MAGISTRAL Prof. Dale P. BenlZ Nationallnstituteof Stondardsand Technalogy 15 Comporación demétodos anolíticos para el diseño de puentes curvos obase de trobes y !osos deconcreto. lng. Wolter Ornar Vélez Rodríguez Maestría en Ciencias enlngeniería estructural 22 Eliminoción degosesde tipo invernaderomediante técnicos foto cotalíticos empleando nanoestructuras deSi01 dopadocon Ge, Ga yLn: Experimentoye studio por teoría del funcional de la densidad(DFI). lng. Jasé deJesús Quijano Briones. Moesl!íaen Ciencias con Orientación en IngenieríaAmbiental Métodosparo la evaluación de puentes vehiculares. lng. Ricordo GallardoRodriguez Maestria en Ciencias enlngeniería estructural Modelo onalítico del comportamientodemuros de mampostería confinada sujetos acorgaslateroles. lng. Jafet Escobar Martínez Maestría en Ciencias enlngeniería estructural Conl!acción enmateriales cementantes fibroreforzodos. lng. Sandro NayeliMonroyLazcono Maestría en Ciencias con Orientación enMaterialesdeConstrucción ReduccióndeC01 hacia productosdealto valor agregado. L.M. Adrián Trejo Osario Maestría en Ciencias con Orientación en Ingeniería Ambiento! Fecha Febrero Marza Abril 29 Mayo 13 Coordinador Dr. Gerordo Fajardo San Miguel gfojardo@fic.uonl.mx Tel: 83524969ext. 288 Lugar: Auditorio lng. Manuel Mortínez Carranza, FIC Horario: 17:00-1 8:00 �REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA ,,. FACULTAD DE INGENIE RIA CIVIL UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN No. l SEMESTRAL ENERO - JUNIO 2010 "NEZAHUALCÓYOTL Y El AGUA". MURAL UBICADO tN EL ~RON'( 1s1•1c 10 DE lt\ FACU LTAD DE INGEN I ERIA CIV IL DE LA Ut\NL. REt\LIZADÓ l'OR tl ESCU LTOR FtDERICO CAN rú tN 1%2. CIENCIA FIC · 11 - ;,.J z . ,d. NO.I ENERO· JUNIO 20!0 ISSN: EN TRAMITE de . g ., e, ? "Educación de calidad, un compromiso social" Cd. Universitaria S/N, Apdo. Postal No. 17 San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450 Tels. y Fax: (81) 8376 3970, 8332 1902 www.ingenieriacivil.uanl.mx 2010. Bicentenario de la Independencia, Centenano de la Revolución Con orgullo umversitano festejamos México � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Año de publicación El año cuando se publico 2010 Número Número de la revista 1 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Tetramestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1753745&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC, Revista de divulgación científica y tecnológica, 2010, No 1, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource Valdez Tamez, Pedro Leobardo, Coordinador de Investigación FIC Subject The topic of the resource Materiales de construcción Ingeniería civil Concreto Efectos de la arquitectura Sustentabilidad Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Fajardo San Miguel, Gerardo, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2010 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource text/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020076 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Dilatancia Drenaje urbano Huracán Emily Índice relativo de dilatancia Lucuación Período de retorno Presa Rompe Picos Rellenos hidráulicos Río Santa Catarina Tormenta de diseño https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/248/19915/Ciencia_FIC_Revista_de_divulgacion_cientifica_y_tecnologica_2007_No_3_Septiembre-Diciembre.ocr.pdf 5a3f7b8a1fc5ea5918d87840c48b9f6d PDF Text Text .. r i I - �A CONSEJO EDITORIAL CIENCIA FIC REVISTA D E D I VULGACIÓN CJENTIFJCA Y TEC N OLÓG I CA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL No. J CtMTIUMUTL\t lfN"lvt:R.SllMD AUTONOMA Oí Nurw> 1OON SUTlfMU.E • DICIU.tHf 2007 lng. José Antonio González Treviño RECTOR Dr. Jesús Áncer Rodríguez SECRETARIO GEN ERAL Dr. Uba/do Ortiz Méndez SECRETARIO ACADÉMICO M.I. Luis Manuel Aranda Maltez DIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez SUBDIRECTOR DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN. FIC lng. Ma. Inés Fuentes Rodríguez SECRETARIA ACADÉMICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lng. Rodolfo Meza Salas COORDINADOR GENERAL DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA CIVIL . RRV" Dr. Gerardo Fajardo San Miguel COORDIN ADOR DE INVESTIGACIÓN. FIC Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Dr. Gerardo Fajardo San Miguel EDITORES Portado: Puente Confedemción, Isla Príncipe Edword, Conodó Diseño: Armando Londois Formato: José Alejandro Herrera González El contenido de los articutos firmados es únicamente responsabilidad del autor{es) y no de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente. ■-- CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A CONTENIDO Editorial 4 Comportamiento en compresibilidad y 'creep' de materiales de relleno depositados hidráulicamente: Ceniza volante y Jales mineros 5 CA. CHARLES-CRUZ Y T.W. COUSENS Efectos de la temperatura sobre los parámetros reológicos y propiedades ingenieriles del hormigón autocompactante R. ZER.BINO, B. BAR.R.AGÁN. T. GARCÍA. l. AGULLÓ Y R. GETIU 17 Ánodos galvánicos para la protección de estructuras inmersas en agua de mar 27 9 R. OR.OZCO-CR.UZ, E. A. MAR.TiNEZ Y R. GALVÁN-MAR.TÍNEZ Materiales Porosos de Carburo de Silicio (SiC) con Cero Expansión Térmica 35 ISAiAS )UÁR.EZ RAMiREZ. ANTONIO A. ZALDIVAR. CADENA. LETICIA M. TOR.R.ES-MAR.TÍNEZ. AR.Q!)iMEDES CR.UZ LóPEZ. KOJI MATSUMAR.U Y Kozo ISHJZAKI 17 Metodología para la Evaluación Socioeconómica de Proyectos para la Construcción de Infraestructura Hidráulica Pluvial 43 SALAS DANIEL Y FER.RIÑO ADRIÁN Noticias 50 Información para autores 53 28 36 CIENCIA FIC es una revista cuat rimestral , de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil , sin fines de lucro, editada por la Subdirección de Estudios de Posgrado e Investigación a través de la Coordinación de Investigación. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A EDITORIAL EDITORIAL La ingeniería del siglo XXI se enfrenta a más de una decena de desafíos principales. Cada uno de estos desafíos está basado en cuatro importantes pilares: el desarrollo sustentable, la salud, la reducción de la vulnerabilidad y la calidad de vida. Al respecto, durante la celebración del segundo Seminario de Vivienda Sustentable-Cambio Climático y Desarrollo Habitacional. Que formó parte del WORLD OF CONCRETE México 2007, diversos investigadores de talla internacional, discutieron la importancia Que tiene la tecnología para hacer Que las viviendas se conviertan en espacios "más habitables". con el confort necesario para el bienestar del ser humano y con los elementos tecnológicos Que impidan la degradación del medio ambiente y el exagerado consumo de los recursos naturales no renovables. No obstante, a reserva de Que un extenso grupo de especialistas ya se encuentra afrontando los retos mencionados, se ha detectado la importancia de contar con instrumentos Que permitan reconocer cuando una tecnología o un material utilizado merecen poseer el título de ·sustentable', más allá de las buenas intenciones Que se tengan cuando se habla de materiales ecológicamente amigables o ecomateriales. En este sentido es de suma importancia conformar un sistema de indicadores, Que de manera grupal e integral. permita evaluar los aspectos más significativos Que determinan el nivel de sustentabilidad de un proyecto. En materia de vivienda y desarrollo urbano; y basado en los principios de la sustentabilidad, se ha propuesto. una estructura con ocho indicadores generales, Que cuenta además con un subsistema de indicadores particulares. atributos y parámetros de evaluación. Dentro de esta estructura. el primer gran indicador mencionado es el Que respecta a los materiales de construcción. En efecto, el indicador llamado "Incidencia de los materiales de construcción", evalúa a través de sus seis indicadores particulares aspectos como: la disponibilidad de materia prima y componentes productivos para la producción del material; características del eQuipamiento y fuerza de trabajo; características energéticas del proceso de producción del material; características ecológicas del proceso de producción; comportamiento del material producido y la incidencia sociocultural del material o producto seleccionado. Es decir. abarcando las tres dimensiones de la palabra sustentabilidad: la ecológica, la económica y la social. A través de la historia. los ingenieros han marcado los avances de la civilización, y en este sentido. este llamado reQuiere Que los ingenieros del país, se conviertan en verdaderos protagónicos en esta estructura. Por lo tanto, los fu tu ros profesionales reQuieren de sólidos conocimientos en ciencias básicas, y en sus respectivas especialidades, pero sin perder de vista las exigencias como las habilidades sociales, las capacidades de emprendimiento, el dominio de un segundo y tercer idioma, la capacidad para innovar y trabajar en eQuipo. etc. DR. PEDRO LEOBARDO VALDEZ TAMEZ DR. GERAR.DO FAJARDO SAN MIGUEL ■-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CRE EP' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADOS HIDRÁULICAMENTE: CENIZA VO LANTE Y JALES MINEROS C.A. CHARLES-CRUZ' Y T.W. COUSENS 2 RESUMEN Una gran variedad de procesos industriales conllevan a la generación de residuos sólidos granulares que corresponden altamaño de suelos limosos. la disposición de estos residuos es en la mayoría de las veces como lodos que son transportados (por medio de bombeo) a lagunas de sedimentación donde los sólidos se asientan, resultando en depósitos de material suelto con una relación de vacíos alta. Estos depósitos son conocidos generalmente como rellenos hidráulicos. Este tipo de procesos se encuentran comúnmenteen la generación de energía carboeléctrica y en los procesos de extracción mineral, entreotros. El comportamiento geotécnico de dichos depósitos es de interés dada la necesidad de evaluar la integridad yseguridad de los rellenos yde su posible uso ydesorrollo posterior. la obtención de muestras inalteradas para este tipo de depósitos es muy difícil, sino es que imposible, por loque es necesorio el preparar muestras en el laboratorio que intenten simular condiciones de depósito in situ. Este estudio describe los resultados de una serie de pruebas edométricas, realizadas hasta esfuerzos verticales de alta magnitud en ceniza volante yen jales de fluoruro de calcio (fluorita) en sitios en los cuales dichos materiales fueron depositados hidráulicamente. las técnicas de preparación de muestra que intentan recrear la estructura ydensidad de los depósitos in situ son descritas detalladamente. los resultados que se presentan incluyen las etapas de compresión ydescarga unidimensional. Se trata de determinar la línea de compresión normal yla importancia que guarda la relación de vacíos inicial en estos especímenes de baja densidad (alta relación de vacíos). Se propone un modelo conceptual de compresión unidimensional. El comportamiento a la compresión secundaria, i.e. creep, se estudia a detalle y aunque se trate de rellenos relativamente jóvenes en el marco geológico, se puede considerar de importancia. los resultados muestran que el comportamiento en creep es lineal en un espacio e-logaritmo t. Se determinaron curvas de igual tiempo de creep (isotacas) las cuales son apreciablemente paralelas a la línea de compresión normal. Este estudio intenta explicar el comportamiento de estos materiales en base a las características de sus partículas y a su grado de densificación. Palabras clave: rellenos hidráulicos, consolidación, compresibilidad, asentamientos, compresión secundaria ABSTRACT Many industrial processes result in the production of silt sized waste materials which may be disposed of by being pumped as a slurry to settling lagoons where the solids settle to form fills which often hove a high voids ratio. These are described as hydraulic fills. These processes are commonly found in the coal based powergeneration and mining and mineral process industries, amongst others. The geotechnical behaviour of such deposits is of interest with respect to the integrity and safety ofthe impoundment systems and possible future use and redevelopment of the sites. Such deposits are very difficult to sample and in many cases it is almost impossible toobtain notionally undisturbed samples, and so it is necessary to prepare samples in the laboratory using techniques which simulate field conditions. The paper describes the results of a series of oedometer tests, up to very high stress levels, on pulverised fuel ash (PFA) and fluorspar mine tailings, from sites where they were disposed ofas hydraulic fills. Sample preporation methods attempting to recreate the in-situ structure and density are described. The results presented consider the initial 1-dimensional loading ofthe initiallyloose specimens, their unloading response and their creep behaviour. An attempt is made to deProfesor Asociado. Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Autónoma de Nuevo León. México y Candidato a Doctor por la Universidad de Leecls. Leeds. Inglaterra 2 Senior Lecturer. Civil Engineering Department. University of Leeds. Leeds. United Kíngdom 1 CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS fine the normalconsolidation line for these materia Is and the importance ofthe initial voids ratio is discussed. Ageneral conceptual model ofone dimensional compression hehaviour is presented. The secondary compression, creep, response is discussed ot depth, as in geological terms these material are very recent, and creep hehaviour may he important in considering their hehaviour. The creep hehaviour displays a linear relation in e-log(t) space. Contours of equal time of creep (isotaches) are suggested which are paralleltothe normal consolidation line. The paperattempts to explain the compressihility hehaviour of the materials hased on the packing and particle characteristics. Keywords: Hydraulic fill, consolidation, compressihility, slump, creep 1 1NTRODUCCIÓN l. l Rellenos hidráulicos En actividades de extracción de minerales o en el manejo de residuos pulverizados, la disposición final del material puede ser mediante su mezclado con agua en forma de lodos, los cuales son bombeados a cavidades (naturales o realizadas ex profeso) o bien en embalses con diQues creados para contener dichos materiales. En dichos depósitos los lodos se sedimentan y el agua se decanta, generalmente con un simple mecanismo de desagüe. Dichos métodos de disposición de residuos son comúnmente utilizados en la industria minera y en la generación de energía carboeléctrica, entre otras. Las cavidades, Que pueden ser el resultado de explotaciones mineras a cielo abierto o bien específicamente construidas con diQues de contención, llamados estos últimos presas de jales. Los procesos mencionados regularmente conllevan la generación de grandes volúmenes de material, llamados genéricamente rellenos depositados hidráulicamente. Dichos rellenos consisten de materiales con partículas con una gran variedad de tamaños (variando desde arenas finas hasta arcillas) los cuales son depositados en la manera expuesta anteriormente. Estos depósitos de suelos artificiales son considerados como normalmente consolidados o sedimentarios. por su tipo de formación. La edad geológica de estos depósitos, sin embargo, es su diferencia principal con respecto a depósitos naturales, ya Que en estos últimos la escala de tiempo es de miles o millones de años (con la obvia excepción de los depósitos naturales en deltas de ríos), mientras Que en los primeros se trata de decenas de años apenas. Algunos ejemplos de rellenos precipitados hidráulicamente son los depósitos de ceniza volante, los jales mineros. o el material de dragado. El enfoQue geotécnico Que se le da a estos tipos de suelos artificiales es el de catalogarlos de acuerdo a su tamaños de partículas ya sea en suelos gruesos (arenas) o suelos finos (arcillas). El comportamiento de los limos, de tamaño intermedio entre arenas y arcillas. es generalmente considerados como intermedio entre ambos suelos. No obstante, varios estudios recientes [e.g, Martins et al. (200 1) y Nocilla et al. (2006)] argumentan la existencia de un tercer tipo de comportamiento para los limzos y no un comportamiento intermedio como lo es en la acepción actual. 1.2 Compresihilidad yfracturamiento de partículas De manera general el comportamiento lineal de la compresibilidad de materiales normalmente consolidados es entendido como resultado de un deslizamiento y rotación de las partículas en el material y el aplastamiento de partículas individuales a esfuerzos elevados (Marsal, 1967; Vesic & Clough , 1968; Miura & Yamanouchi, 1973; Hardin, 1985; Hager~ et al., 1993 Yamamuro, et al., 1996, Nakata et al., 200l ay Nakata et al. 2001 b). Varios autores (Marsa!, 1967; Vesic & Clough. 1968, Fukumoto, 1992) han estudiado •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 ~ ~ �C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS A la iníluencia de la forma de las partículas y de la granulometría de las mismas en el aplastamiento observado y han sugerido medidas cualitativas para tal fenómeno basados en las curvas de distribución granulométrica. Muchas de las investigaciones citadas anteriormente coinciden en señalar Que el inicio de la línea de compresión normal (LCN) ocurre después de Que se alcanza cierto esfuerzo de cedencia o íluencia. Este esfuerzo de fluencia se considera relacionado con el inicio del aplastamiento de las partículas individuales del material. A su vez. dicho aplastamiento es influenciado por la mineralogía. la forma y tamaño de las partículas. entre otros factores. Hager~ et al. ( 199 3) encontraron Que el aplastamiento de las partículas aumentaba con un incremento en la angularidad de las mismas y con un aumento en su tamaño medio. Yamamuro et al. ( 1996) determinaron Que el esfuerzo de íluencia al cual se alcanzaba la LCN dependía de la dureza del mineral del suelo, sin embargo. sus resultados no concluyeron ningún otro factor de iníluencia en la compresibilidad de las arenas estudiadas. Nakata et al. (2001 a) y Nakata et al. (2001 b) han propuesto una correlación entre el esfuerzo de tensión diagonal de aplastamiento de partículas individuales con respecto al mismo esfuerzo para toda la matriz granular. Nakata et al. (200 1a) verificaron Que el mayor grado de partición de partículas por aplastamiento en compresión unidimensional coincide con el punto en el Que el índice de compresión alcanza un valor máximo. Nakata et al. (2001 b) determinaron Que el logaritmo de la resistencia a la tensión diagonal de una partícula contenida en una matriz granular podría evaluarse a partir del logaritmo de la resistencia a la tensión diagonal de una partícula individual multiplicada por un factor de proporcionalidad. La necesidad de este factor de corrección viene dada. según los autores. por la distribución no uniforme de los esfuerzos entre partículas dentro de la masa de suelo. McDowell et al. ( 1996) y McDowell & Bolton ( 1998) sostienen. basados en resultados experimentales y de modelación numérica. Que el aplastamiento de partículas es un fenómeno de tipo fractal y Que dicha fractalidad proporciona una explicación fundamental al desarrollo de la LCN en los suelos tanto granulares como finos. Se presume Que con el uso de modelación de elemento discreto (DEM. por sus siglas en inglés). de gran versatilidad. se obtendrá un mejor entendimiento del papel Que juega el aplastamiento de las partículas en el comportamiento del suelo tal y como lo evidencian, por ejemplo. las investigaciones de: Robertson & Bolton (2001). McDowell & Harireche (2002), Cheng et al. (2003),y Cheng et al. (2005). 1.3 Compresión secundaria (creep) La compresión secundaria es la deformación del suelo bajo una carga sostenida después de la finalización de la consolidación primaria. AunQue el mecanismo causante de la compresión secundaria no se ha definido todavía (Mitchell. 1992). generalmente se conceptualiza Que en este proceso las partículas se rearreglan hasta alcanzar una disposición más estable entre ellas mismas o entre paQuetes de las mismas. Mas recientemente Bowman & Soga (2003) llegaron a conclusiones similares al estudiar el creep y la deformación microestructural de materiales granulares densos. Uno de los conceptos fundamentales del creep en suelos fue sugerido inicialmente por Taylor ( 1948) y posteriormente expandido por Bjerrum ( 1967) en su explicación del comportamiento de las arcillas noruegas como una familia de curvas de igual tiempo de creep. Bjerrum denominó dichas curvas como 'isotacas·. La compresión secundaria de los materiales depositados hidráulicamente es por lo regular excluida de las CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS consideraciones de diseño de los embalses dado Que se asume Que el factor primordial en ellos es la consolidación primaria (SchilTman et al.. 1988) y dado Que por consideraciones practicas se le asume insignificante (Vick. 1990). Sin embargo, el hecho de Que la compresión secundaria no se considere importante en las primeras etapas de la consolidación del depósito no significa Que sus efectos sean irrelevantes durante toda la vida del depósito. 1.4 Alcance delestudio El muestreo de material depositado hidráulicamente solo es posible mediante técnicas elaboradas y costosas (e.g.. Yoshimi & Goto, 1996: HofTman et al., 2000). Debido a ello, es más común el estudiar el comportamiento de estos depósitos a través de muestras reconstituidas. En este caso, se han utilizado especímenes elaborados mediante materiales (ceniza volante y jales de fluorita) sedimentados en agua para pruebas de consolidación unidimensional. En algunas de las pruebas realizadas se ha incluido etapas de compresión secundaria (creep) a diversos niveles de esfuerzos para evaluar dicho comportamiento en los materiales mencionados. 2 MATERIAL UTILIZADO La ceniza volante utilizada en el presente estudio se obtuvo de un depósito en desuso. parte de la antigua carboeléctrica de Skelton Grange, en Leeds, Inglaterra y Que actualmente se utiliza como relleno sanitario. El depósito del cual se extrajo la ceniza fue acumulado hidráulicamente. según consta en la historia del lugar. Una descripción detallada del sitio se puede encontrar en Cousens & Stewart (2003). Asimismo, una descripción de la ceniza de Skelton Grange se encuentra en Stewart et al. (2006a) y también en Stewart et al. (2006b). La ceniza volante de este sitio se caracteriza como de bajo contenido de carbonato (CaO < 2%). o ceniza bituminosa. Una imagen electrónica de barrido (SEM, por sus siglas del inglés) se presenta en la Figura 1(a). En dicha imagen se pueden apreciar partículas en su mayoría esféricas: esferas huecas (denominadas cenoesferas) y partículas huecas conteniendo partículas esféricas de menor tamaño (pleoesferas). Los diámetros Que se observan van de 1µm a 20µm. El material amorfo en la imagen se considera Que es probablemente residuos de carbón no incinerados. La Tabla I presenta propiedades y características de la ceniza volante la cual se considera, para efectos prácticos, como una arena limosa. Los jales de fluorita obtenidos para este estudio fu eron recolectados de la laguna activa de las instalaciones de la mina Glebe, en Derbyshire, Inglaterra. Dicha mina se encuentra localizada dentro del parQue nacional Peak District. El fluoruro de calcio (CaF) se extrae en este sitio en un yacimiento de roca caliza del período Carbonífero (Dunham, 1952). La composición de dicha roca. una vez extraído el mineral, indica la mineralogía de los jales: barita, roca caliza, cuarzo y trazas de plomo (Dunham, 1952: Notholt, 197 1). Una imagen SEM de los jales se incluye en la Figura 1(b). En dicha imagen se pueden apreciar partículas de forma subangular y angular: de igual modo se aprecia una aglomeración de partículas adheridas a la superficie de partículas de mayor tamaño. El tamaño de las partículas visibles en esta imagen varía de I mm hasta 15 a 20 mm. Algunas propiedades y características de los jales se incluyen en la Tabla 1. Los jales de fluorita se pueden caracterizar geotécnicamente como limos arenosos de baja plasticidad. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS (o) (b) Figuro 1. Imágenes de SEM: (o) Cenizo volante de Skelton Gronge, y (b) Jales de fluorita. Tablo 1. Característicos de los materiales ensayados. Cenizo Volante Jales de fl uorita Gs 2.30 Cu 4 d50 (mm) 0.090 %finosº 2.90 17 0.012 LP 43 LL 41.3 89 26.6 21.8 IP 4.8 e 1.62 e. 0.50 1.43 0.53 b ºº/ofinos: Partículas que posan lo mallo de 63µm. b Determinado por medio de sedimentación en aguo. 3 MÉTODOS EXPERIMENTALES Tres aparatos de consolidación de anillo fijo (Marca ELE. Modelo EL25-0402) se utilizaron en las pruebas. La aplicación de las cargas fue por medio de pesas Que se aplicaron a la muestra por medio de un brazo de palanca (en general con una relación 1: 1O. aunQUe en algunas pruebas de 1: 11). Las deformaciones se registraron manualmente mediante un micrómetro con un recorrido de S mm y una resolución de 0.001 mm. Se utilizaron dos diámetros diferentes de muestras: 38 mm y 70 mm. la de menor diámetro empleada con el fin de alcanzar esfuerzos elevados en los especímenes (> 1O MPa). Las pruebas fueron realizadas en un cuarto con temperatura controlada de 21 º C +/- 1º C. Los métodos de prueba utilizados fueron los sugeridos por las normas británicas BS 1377-2 y BS 1377-5 (BSI, 1990). con excepción de las determinaciones de: relación de vacíos máxima (e"'"). la cual fue realizada por sedimentación hidráulica, mientras Que la relación de vacíos mínima (emin) fue adaptada del procedimiento sugerido por Head ( 1992). Como se mencionó anteriormente, en un intento por representar el proceso de formación de suelo in situ y reproducir la estructura y relación de vacíos inicial del suelo se optó por la reconstitución de especímenes por medio de la sedimentación de material en agua. La celda de consolidación fue modificada para albergar dos mangas de plástico como extensión para proporcionar un tirante de agua de aproximadamente 15cm para CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS la sedimentación (Ver Figura 2). Estas mangas, de acetato, se ajustaron al diámetro del anillo y al exterior de la celda. cuidando de Que se lograra un sello adecuado. En el caso de la ceniza volante, el material sedimentado se tamizó preliminarmente por la malla No. 200 para eliminar partículas gruesas. El material se esparció con una espátula en movimientos circulares a intervalos regulares. La cantidad de material para obtener un espécimen de grosor adecuado resulto ser de alrededor 80 gramos. Para el caso de los jales de íluorita, se observó Que con el uso de material seco durante la sedimentación el material se precipitaba en grumos, por lo Que se opto por mezclar el material con agua, con consistencia de lodo espeso, precediendo a sedimentar dicha mezcla en agua. El grado de saturación alcanzado en ambos materiales fue superior al 99%. dicho valor obtenido mediante comparación de las relaciones de vacíos calculadas por peso y volumen por separado. Pluviation of dry material Externa! tube ..,......-- lnner acetate sleeve t Loading cap (a) Pluviación de material (b) Sedimentación (e) Especimen preparado figura 2. Preparación del espécimen para la prueba de consolidación unidimensional El tiempo de sedimentación fue de 2 horas para la ceniza volante y de menos de una hora para el material de jales. Una vez transcurrido el tiempo de sedimentación se procedió a drenar el agua por medio de un sifón. cuidando de no provocar un tirante diferencial entre el tubo de acetato interior y el exterior. Una vez retiradas las mangas de acetato, se colocó cuidadosamente el cabezal para aplicación de carga. el cual tiene una masa de 250 g. Posteriormente se procedió a la aplicación sucesiva de cargas, guardando una proporción de 2 en el incremento de las mismas aunQue debido a las combinaciones de pesas disponibles se tuvo Que aceptar ligeras variaciones a dicha proporción. El orden típico de incremento utilizado comenzó en 2.S N, alcanzando hasta ~ 1.56 kN). La etapa de descarga se realizó en al menos 3 pasos para poder trazar la recuperación elástica de los especímenes. Se observó en cada periodo de descarga qµe el movimiento registrado en el micrómetro duraba por un tiempo máximo de I S minutos. Dentro de los ensayos de consolidación realizados, se intercalaron etapas de ·creep· con periodos de más de 30 minutos de aplicación de carga. Las etapas de creep se extendieron por 24. 48, y 72 horas, y para el caso de jales hasta por 576 horas (24 días). En vez de incrementar al doble la carga al final de cada etapa de creep. se procedió a incrementarla gradualmente en etapas. para poder registrar el proceso de recomprensión en la curva de compresibilidad. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE · DIC IEMBRE 2007 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS 4 RESULTADOS En la Figura 3 se presentan varias curvas típicas de compresibilidad para la ceniza volante y para los jales de fluorita. La Figura 3(a) muestra Que para el caso de la ceniza volante la relación de vacíos inicial fluctúa entre 1.06 y 1.04. El valor más bajo corresponde a la prueba PFA-8, la cual. al contrario de las demás. se preparó vertiendo un lodo espeso sedimentado en agua en vez de material seco. AunQue se pudiera deducir un comportamiento Quasilineal de las pruebas iniciales de ceniza volante. por ejemplo de las pruebas 8 y 9. aQUellas realizadas a esfuerzos más elevados realizadas en el anillo de 38 mm (representadas con los sufijos B en su identificación) indican Que la LCN para la ceniza volante se alcanza con un esfuerzo de fluencia de más de I MPa. A esos niveles de esfuerzo vertical se encuentra Que el coeficiente de compresibilidad es de ~0.44. Por otro lado. los resultados de los jales de fluorita, presentados en la Figura 3(b). indican Que la relación de vacíos inicial para este material varía de 1.2 a 0.90. En este material, la etapa de compresión inicial es notablemente curvilínea, tendiendo hacia una porción lineal a esfuerzos de alrededor de 3 MPa. El gradiente (Ce) para los jales es de ~0.3 9. En ambos materiales. el coeficiente de recomprensión elástica (Ce) es de aproximadamente 0.04. Los resultados de las etapas de creep muestran Que existe una relación lineal entre la variación de relación de vacíos y el logaritmo del tiempo transcurrido. La Figura 4 muestra curvas representativas de estas etapas de compresión secundaria para ambos materiales. Estas etapas de creep se pueden apreciar en las curvas de compresibilidad de la Figura 3 como trayectorias verticales a los niveles de carga correspondientes a la etapa de creep. De las curvas de la Figura 4 se puede determinar el coeficiente de compresión secundaria (C0 ) a los diferentes niveles de esfuerzos. Dichos valores se encuentran resumidos en las Tablas 2 y 3. En mecánica de suelos es de uso común el reportar la relación Cj Cc, contando con valores típicos para diversos tipos de suelos. Para el caso de los materiales en cuestión dichos valores se encuentran muy por debajo del rango mas bajo de valores encontrado en la literatura, ya QUe por ejemplo para limos orgánicos el valor de Cj Cc es de Tablo 2. Resumen de los resultados de creep poro lo cenizo volante de Skelton Gronge. Ensoyo PFA-4 PFA-6 PFA-7 PFA-9 Esfuerzo Vert. [MPo) 0.238 3.297 0.203 3.380 0.204 3.380 0.204 0.408 1.642 3.256 CIENCIA FIC Coeficiente de Compresión Secundario {C )[x 10·3] 4.140 4.600 4.375 3.684 4.140 4.830 4.835 4.145 3.684 4.374 N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 Cj Cc 9.41 X10-3 1.05 xl0-2 9.94 xl0-3 8.37 X10-3 9.41 xl0-3 1.10 xl0-2 1.10 xl0-2 9.42 xl0-3 8.37 xl 0-3 9.94 xl0-3 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS Tablo 3. Resumen de los resultados de creep poro jales de fluorita. Ensayo Esfuerzo Vert. [MPa] 1.630 3.410 0.206 0.410 0.851 1.690 3.840 0.102 0.408 1.639 3.323 GM-041-01 GM-041-04 GM-041-05 Coeficiente de Compresión Secundario (C ) [x 10-3] CjCc 4.140 1.06 xl 0-2 1.18 xl 0-2 l.18xl0-2 1.00 xl 0-2 1.12x10-2 1.18 xl0-2 1.30 xl0-2 7.67 xl 0-3 6.49 xl 0-3 5.90 xl0-3 6.49 xl 0-3 4.600 4.610 3.910 4.380 4.610 5.070 2.990 2.530 2.300 2.530 0.03 - 0.06 (Holtz & Kovacs. 1981 ). La variación de Cª para los diferentes niveles de esfuerzos ensayados no se puede deílnir en base a los resultados obtenidos. De igual manera un mc!)'Or número de pruebas se reQUiere para obtener una evaluación más detallada de la relación Cj Cc Que se desprende de los resultados actuales. Una característica importante de los ensayos de creep es la determinación de las isotacas. Para efectos de facilitar la visualización de las mismas. en la Figura 5 se incluyen dichas curvas para un solo incremento de esfuerzos. Dichas gráficas muestran Que las curvas isotacas Que se distinguen son paralelas entre ellas con un gradiente menor Que el de Ce. Dichos gradiente (Cis) son de 0.30 y de 0.225 para la ceniza y los jales respectivamente. 2 ~ 2 - 0 - GM-41-01 -• & •• PFA-8 LCN 'real' 1.8 PFA-4 1.8 -· c ·-GM-41-03 1.6 - - GM-41-04 -• o- • PFA-9 c.= .« _.,_ PFA-8-01 - - PFA-8-02 - - PFA-8-03 - - GM-41-b02 .. .... .., ~ 1.4 - - GM-41-b03 .2 u > 1.2 i . . ... GM-41-b04 1 0.8 0.6 0.6 0.4 10 100 1000 10000 100000 Esfuerzo vertical efectivo (kPa) 1 10 100 10000 1000 Esfuerzo vertical efectl·vo (kPa) (b) (a) figuro 3. Curvos de compresibilidad: (o) Ceniza volante de Skelton Gronge, y(b) Jales de fluorita •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 100000 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS ◊ 204 1.050 kPa 1.000 o 816 kPa o 102 kPa " 3,385 kPa 0.950 0 408 kPa 0.900 el··· · ····· ....... ·········· •3 · •• · G· ~ -G.o o 1639 lt:Pa b 3323 k:Pa 0.800 ., 0.850 o 0.100 G··· ················· ·······G····G····O~ 0.750 o ····· ···t.· ·6 · ·· ··· · · •·· •· •·· ·· · 6 tto 0.1 1 t. ··· · ·······················6····1:.··t:,,·t:.•Jl 0.600 10 100 0.1 lag t (hr,;J 10 100 1000 /og t (hr,/ (b) {a) Figura 4. Resultados típicos de creep para: (a) Ceniza volantede Skelton Grange {Prueba PFA-04) y (b) Jales de fluorita (Prueba GM-041-5). 1,642 kPa l ', ' '\ . 0.91 0.89 ', í C,.=0.30 0.85 '' . C.=0.26 0.92 '' '' '3,~kPa ' 1 '' '' o 0.83 0.81 \, \, \ (ensayo.- 0.79 o.n prosigue) 0.75 . . .r lnlcfa l ', 0.87 ¡1-s~-t • 0. 94 Compreslon .. ISOTACAS: C,.=0.225 ' '\ 0.86 '\ ' . . . . . . _.__, +-- - - - - - ~ -~ - ~__._ 1000 c,-0.230 0.88 ' ', ' 0.9 Compreslon lnlcfal Estuorzo vertteal efectivo (kPa) 10000 24dlas (ensáyo prosgue) 0. 84 +----~-~--.;.._...,__~-'-t 1000 10000 Esfuerzo vertfcal efectivo (kPa) {a) lb) Figura 5. Gráfico de isotocas típicas para: (a) Ceniza volante de Skelton Grange, y (b) jales de fluorita 5 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS El comportamiento en consolidación unidimensional observado para la ceniza volante y los jales de íluorita ensayados es compatible con el comportamiento observado en materiales granulares gruesos. Es notorio Que las relaciones de vacíos iniciales obtenidas para ambos materiales íluctúan muy cerca de los valores de ema., determinados para ambos materiales. lo Que indica Que la preparación de las muestras fue efectiva. La comparativa de los valores de Ce de este estudio con determinaciones anteriores para la ceniza volante. algunos de ellos incluidos en la Figura 6. sugieren Que ocasiones anteriores los niveles de esfuerzos utilizados en consolidación unidimensional no resultaban ser lo suficientemente elevados para definir con claridad la LCN. sino Que se trazaba un gradiente Ce dentro de la parte de compresión inicial de la curva de compresibilidad. Para el caso de los jales de íluorita, no se cuenta con información previa, con excepción de resultados preliminares de este estudio incluidos en Stewart et al. (2006b). Sin embargo, si se comparan los resultados con CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS otros materiales de jales, el Ce obtenido es compatible con los rangos para lodos de jales de oro (Cc=0.35) y jales de bauxita (Ce entre 0.26 y 0.38) reportados por Vick ( 1990). Una representación esQuemálica del comportamiento a la compresibilidad de dichos materiales basada en los resultados de las pruebas realizadas se presenta en la Figura 4(b). En la Figura 6(b) se presenta una versión esQuematizada de la compresibilidad de los materiales estudiados y Que se puede extender a materiales granulares dentro del mismo rango de partículas. Dependiendo del valor de relación de vacíos inicial, las curvas de compresibilidad mostráran una porción de compresión inicial, tendiendo a un incremento en el valor de Ce hasta llegar a la porción lineal al alcanzar un gradiente homólogo al de la LCN. La tr<!)'ectoria de recomprensión elástica, ignorada generalmente para suelos granulares gruesos, corresponde en estos suelos a una línea con gradiente Ce. -·O- ·- PFA4 ----......_, • --. - · O- · PFA•t - ~ PFA-8-02 •- DiGlola & M.a.zo, 1972 ( Mat. suelto) o DIGlola & Nuuo., 1f72 ( Mat. denso) '... 2.50 - "' .. ..~ ~ ~ . _ TriYedl &Sud, 2002 {MaL denso) .2 2.00 '0 e o ~ o 1.50 a: 1.00 o.so.¡......~....,_~........~~..........~ - ~ 1 10 100 1000 10000 log cr\ 100000 Esfuerzo vertical efectivo (kPa) (a) (b) Figura 6. (a) Comparativa de estudios previos para ceniza volante y (b) representación esquemótico de la compresibilidad de rellenos depositados hidráulicamente. 6 CONCLUSIONES Los resultados de las pruebas de laboratorio para la ceniza volante y para los jales de íluorita indican QUe la compresibilidad de los mismos es compatible con la Que se observa en materiales granulares gruesos. Se considera indispensable Que en la realización de pruebas edométricas se apliQuen esfuerzos lo suficientemente elevados para garantizar la localización de la LCN. La compresibilidad en dichos materiales se observa como una curva inicial cuya posición es muy sensible a la relación de vacíos inicial. La LCN se alcanza a esfuerzos elevados, después de rebasar un esfuerzo de íluencia Que para la ceniza volante es de alrededor de I MPay para los jales de íluorita de ~ 3 MPa. Los resultados sugieren Que dicho esfuerzo de fluencia esta relacionado con la granulometría y la mineralogía de las partículas. La recomprensión elástica de este tipo de materiales es por lo general ignorada pero aparenta ser de una magnitud apreciable para los materiales estudiados. De igual manera. los resultados de creep sugieren Que la compresión secundaria para estos depósitos. aunQue •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS jóvenes, puede resultar en una aportación significativa a los asentamientos totales de estructuras soportadas en terrenos de este tipo, por lo Que deberían tomarse en cuenta dentro de su diseño. 7 AGRADECIMIENTOS Los estudios incluidos aQuí constituyen una porción del trabajo de tesis doctoral del primer autor, financiados por el Programa al Mejoramiento del Profesorado (PROMEP) de la Secretaria de Educación Publica (SEP) a través de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). De igual manera, se contó con el financiamiento parcial por parte del Proyecto TAILSAFE de la Comunidad Económica Europea como parte del 5th Framework Research Programme. Se agradece el apoyo técnico del personal de la Universidad de Leeds en la obtención de las imágenes SEM y de las compañías Biffa Waste lnc. (por acceso al sitio de Skelton Grange) y a Glebe Mines Ud. (por acceso a los depósitos de jales de íluorita). 8 NOMENCLATURA Ce Ci.s C; Cª Ce emin Índice de compresibilidad Índice de compresibilidad de isotacas Índice de compresibilidad inicial Índice de compresión secundaria Índice de recomprensión elástica Relación de vacíos mínima emax Relación de vacíos máxima Gs Gravedad especíílca Cu Coeílciente de uniformidad d50 Diámetro eQuivalente del 50% de partículas Referencias 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Bowmon, E. T., ond Soga, K. (2003). "Creep, ogeing ond microstructurol chonge indense granular materiaIs." Soils ond Foundotions 43(4): 107-117. BSI (1990). BS 1377-2:1990. Methods of test forSoils forengineering purposes • Port 2: Clossificotion tests. BSI (1990). BS 1377-5: 1990. Methods of test forSoils forengineering purposes • Port 5: Compressibility, permeobility ond durobility tests. Cheng, Y. P., Bolton, M.O., ond Nokoto, Y.(2005). Groincrushing ond uiticol stotes observed inOEM simulotions. 5th lnternotionol Conference on the Micromechonics of Granular Medio, PowdersondGrains (2005). H.García-Rojo, ond McNomora. Sttutgort, Toylorond fra ncis Group: 13931397. Cheng, Y.P., Nokoto, Y., ond Bolton, M.O. (2003). "Oiscreteelement simulotionof crushoble soil." Geotechnique 53(7): 633-641. Cousens, T. W. C., ondStewort, 0.1. (2003). "Behoviour of otriol embonkment on hydraulicolly placed fill." Engineering Geology. Ounhom, K. C. (1952). Memoirs of the Geologincol Survey Speciol Reports on theMineral Resources of Greot Br~oin (Vol. IV): fluorspor, HMSO. fukumoto, T. (1992). "Porticle breokoge choracterisitcs of granular soils." Soils ond foundotions 32(1 ): 26-40. Hogerty, M. M., Hite, O.R., Ullrich, C.R. ond Hogerty, O.J. (1993). "One-dimensionol high-pres.sure compression of granular medio." Journol of Geotechnicol Engineering 119(1 ): 1-18. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS 1O. Hardin, B. O. (1985). "Crushing of soil partidas." Journal of Geotechnical Engineering of the ASCE 111 (1 O): 11 77-1192. 11. Head, K.H. (1992). Manual of Soil Laborotory Testing {Vol. 1), Pentech Press, London. 12. Hoffmann, B. A., Sega, D.C., and Robertson, P.K. (2000). "In situground freezing toobtoinundsturbed somples of loase sand." Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering 126(11 ): 979-989. 13. Holtz, R. D., and Kovacs, W.D. (1981 ). An introductionto geotechnical engineering. Englewwod Cilffs, N.J., Prenlice-Hall, lnc. 14. Marsa1, R. J. (1967). "Large scaletesting of rockfill materia Is." Journal of Soils Mechanics and Foundations Oivision, Proceedings of the American Society of Civil Engineers 93(SM2): 27-43. 15. Martins, F. B., Bressoni, LA., Coop. M.R. and Bico, A.V.O. (2001). "Sorne aspects of the rnmpressiblity behaviour of a dayey sond." Canadian Geotechnical Journal 38: 11 77-1186. 16. McDowell, G. R., and Bolton, M.O. (1998). "On the Micromechanics of crushable aggregates." Geotechnique 48(5): 667-679. 17. McDowell, G. R., and Harireche, O. (2002). "Discreta element modelling of soil portide fracture." Geotechnique 52: 131 -135. 18. McDowell, G. R., Bollan, M.O. and Robertson, D. (1996). "The fractal crushing of granular materiaIs." Journal of Mechanics and Physics of Solids 44(12): 2079-2102. 19. Mitchell, J. K. (1992). Fundamentals of Soil Behaviour, JohnWiley and Sons, lnc. 20. Miuro, N., and Yamanouchi, T. (1973). "Compressibility anddroined shear characteristics of a sond under highconfining pressures." Technology reports of the Yamaguchi University 1(2): 271-290. 21. Nakata, Y., Hyodo, M., Hyde, A.F.L, Kato, Y., and Murota, H. (2001a). "Microscopic partide crushing of sond subjected to high pressure one dimensional compression." Soils and Foundations 41(1): 69-82. 22. Nakata, Y., Kato, Y., Hyodo, M., Hyde, A.F.l. and Murota, H. (2001 b). "One-dimesional compression behaviour of uniformlygroded sond related tosingle partide crushing strength." Soils and Foundations 41 (2): 39-51. 23. Nocilla, A., Coop, M.R.and Colleselli, F. (2006). "The Mechanics of an ltalianSilt: An Example of 'Tronsitional' Behaviour." Geotechnique 56(4): 261 -271. 24. Notholt, A. J. G. (1971). Fluorspar. D. E. Highley. London, Mineral Resources Consultative Committee. 25. Robertson, D., and Bollan, M.O. (2001). DEM simulations of crushable groins and solids. Powders and Gro is 2001. Sendai, Jopan: 623-626. 26. Schiffman, R. l., Vic~ S.G., and Gibson, R.E. (1988). Behaviorand properties of hydroulic fills. Hydroulic Fill Structures. D. J. A. VanZyl, andVick, S.G. (Ed.), ASCE, New York: 166-202. 27. Stewart, D. l., Charles-Cruz, C.A. and Cousens, T.W.C. (2006b). Stability and settlement characteristics of hydroulicolly placed mine tailings and pawer station fly ash. 5th ICEG EnvironmentalGeotechnics: Opportunities, Challenges and Responsibilities far Environmental Geotechnics. H. R. Thomas (Ed.). Cardiff, Thomas Thelford. Vol. 2: 966-975. 28. Stewart, D. l., Cousens, T.W.C. and Charles-Cruz, C.A. (2006a). "The interpretation of CPT data fromhydroulically placed PFA." Engineering Geology. 29. Taylor, D. W. (1948). Fundamentals of Soil Mechanics. New York, JohnWiley and Sons. 30. Vesic, A. S., and Clough, G.W. (1968). "Behavior of granular materials under high stress." Proceedings of the AmericanSociety of Civil Engineers Soils Mechanics and Foundations Division 94(SM3): 661-688. 31. Vic~ S. G. (1990). Planning, design and analysis of tailing dams, BITech Publishers, LTO. 32. Yamamuro, J. A., Bopp, P.A. and Lade, P.V. (1996). "One dimensional compression of sonds al high pressures." Journal of Geotechnical Engineering, ASCE 122(2): 147, 154. 33. Yoshimi, Y., and Gota, S. (1996). "Liquefaction resistance of silty sond based on insitu frozen somples" lnternational Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstrocts 33(8): 357. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU EFECTOS D E LA TEMPERATURA SOBRE LOS PARÁMET ROS REOLÓG ICOS Y PROPIEDADES INGENIERILES D EL HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE R. ZERBIN0 1, B. BARRAGÁN 2 • T. GARCÍA2 • L. AGULLÓ Y R. GETTU 3 RESUMEN Las condiciones ambientales pueden favorecer a la variabilidad de las propiedades en estado fresco del hormigón autocompactante (HA() y, consecuentemente, afectar la calidad durante la producción. Aunque en general se recurre a ensayos de tipo ingenieril para valorar las características del HA(, los estudios reológicos posibilijan una mayor comprensión de su comportamiento; contribuyendo, de este modo, a un diseño más racional del material. Se desarrolló un amplio programa experimental para analizar las propiedades reológicas del HAC, los factores que las influencian ysu vinculación con los resultados de los ensayos ingenieriles. Los resultados de este trabajo ponen de manifiesto el efecto de la temperatura del hormigón yel de la temperatura ambiente sobre las propiedades en estado fresco del HA(, verificándose que no puede minimizarse la atención a esta variable en el control de producción. l. INTRODUCCIÓN El Hormigón Autocompactante (HAC) constituye probablemente el mayor desarrollo de la tecnología del hormigón en los últimos 15 años. Se define al HAC como un hormigón Que es capaz de íluir en el interior de los encofrados y pasar a través de las armaduras logrando la compactación por la acción de su propio peso. sin presentar signos de segregación (Gettu y Agulló. 2004a. 2004b). Los estudios reológicos han permitido comprender el comportamiento del HAC y de ese modo han contribuido a un diseño más racional de este nuevo hormigón. En términos reológicos un HAC se caracteriza por poseer tensión umbral de cizallamiento (-r0) muy baja y una viscosidad plástica (µ) capaz de garantizar el transporte. llenado y posterior endurecimiento del material sin segregación. Como se desprende de la definición, las propiedades en estado fresco son determinantes en un HAC pues de ellas depende la calidad final de los elementos estructurales; la íluidez. la capacidad de paso y la resistencia a la segregación son fundamentales. pero en general las dos primeras se oponen a la última. Un HAC reQuiere una adecuada combinación entre la tensión umbral y la viscosidad plástica para lograr movilidad sin riesgos de segregación; en mezclas muy viscosas se reQUiere una tensión umbral prácticamente nula. mientras QUe en un HAC de baja viscosidad es conveniente Que dicho parámetro aumente. Una combinación donde ambos parámetros (-r0 y µ) fueran extremadamente bajos podría implicar riesgos de segregación (Nielsson y Wallevik. 2003). De acuerdo con las características del elemento a llenar se recomiendan diferentes clases de HAC. Que son definidas en base a ensayos de tipo ingenieril como el escurrimiento. el embudo en V o la caja en L (SCCEPG. 2005). Los cambios en la composición del hormigón modifican su respuesta reológica (Beaupré et al. 1998). El contenido de agua afecta la viscosidad plástica y la resistencia al ílujo. a mayor contenido de agua ambos 'CONICET-LEMIT. Facultad de Ingeniería UNLP. La Plata. Argentina 'Opto. de Ingeniería de la Construcción. Universilat Politécnica Caialunya. España 3 Civíl Engineeñng Oepartment. Indian lnstitute oí Technology Madras. Chennai. India CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE ~ parámetros se reducen en forma significativa. Los aditivos reductores de agua, en especial los superplaslificantes. reducen ligeramente la viscosidad plástica pero disminuyen en gran medida la resistencia al ílujo. El aire incorporado reduce ambos parámetros, en general a medida Que aumenta el contenido de aire los efectos sobre la viscosidad son menores. El tipo de cemento y las adiciones minerales también afectan la respuesta reológica. No es sencillo acotar el efecto del tipo de árido. ya Que cuando éste se modifica también cambian otras variables como el contenido de agua o el volumen de pasta, pero se ha encontrado Que las partículas con formas redondeadas reducen significativamente la viscosidad plástica y. en parte, la tensión umbral. Sin embargo para el mismo conjunto de materiales existen otros factores Que modifican la respuesta reológica. entre ellos se destacan el paso del tiempo y los cambios de temperatura. Estos factores poseen una gran importancia desde el punto de vista de las aplicaciones: las condiciones ambientales podrían contribuir a la variabilidad en las propiedades y afectar la calidad durante la producción del HAC. En términos reológicos la pérdida de trabajabilidad en el tiempo se traduce en cambios en la tensión umbral y la viscosidad. Que se ha observado son más importantes en la primera. Un estudio reciente (Griesser et al. 2005) donde se compararon morteros elaborados a temperaturas entre 8 y 30° C con diferentes tipos de cementos y aditivos. se concluye Que prácticamente cada combinación cemento-superplastificante posee características reológicas particulares para una temperatura dada. Otros autores han observado Que el tipo de cemento puede cambiar la respuesta reológica en el tiempo y Que la temperatura afecta la reología del HAC en especial con superplastificantes de tipo policarboxilato (Brameshuber y Uebachs, 2003; Caszewski y Szwabowski, 2004: Grzeszczyk y Sudol, 2005): la adsorción de aditivo en las partículas del cemento es iníluenciada por la temperatura. Por estas razones, en la elección de la combinación superplastificante- cemento se deberán tener en cuenta las condiciones ambientales durante la fabricación y las condiciones de temperatura de la obra. Al respecto, Khrapko (2005) destaca Que los cambios estacionales de temperatura constituyen uno de los mayores factores Que afecta las prestaciones del HAC, lo Que obliga a ajustes en las dosis de aditivos. En este trabajo se presentan resultados de un amplio programa experimental donde se analizaron las características reológicas del HAC y su vinculación con los ensayos de tipo ingenieril (Zerbino et al, 2006). En particular se discute el efecto de la temperatura del hormigón y el de la temperatura ambiente sobre las propiedades del HAC. 2. PROGRAMA EXPERIMENTAL 2.1. Materiales El estudio se realizó sobre dos tipos de HAC Que difieren principalmente en el tamaño máximo de árido ( 12 y 20 mm) identificados como HAC-I2 y HAC-20. Ambos fueron elaborados empleando arenas y gravas de machaQueo. cemento tipo CEM 1 42.5 R. filler calizo y un superplastificante de tipo policarboxílico. La relación agua/(cemento+filler) fue igual a 0.38 y la relación filler/cemento igual a 0.30. A modo de referencia, la resistencia media a compresión a los 28 días fue de 46.4 y 42.6 MPa para HAC-I2 y HAC-20 respectivamente. ■ -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU A 2.2. Metodología de Evaluación El comportamiento reológico fue evaluado mediante un viscosímetro para hormigones BML Viscosimeter 3. El aparato cuenta con un recipiente de aproximadamente 20 litros y proporciona como resultados pares de valores momento torsor - velocidad de giro Que se obtienen a velocidades decrecientes. A partir de los mismos. su software calcula la tensión umbral y la viscosidad plástica aplicando el modelo de Bingham. En forma simultánea a las medidas con el viscosímetro se realizó el ensayo de escurrimiento, obteniendo como resultados el diámetro de escurrimiento, Dr·Y el tiempo en alcanzar un diámetro de 500 mm, t50 , (UNE 83361 :2007) y se midió el tiempo de vaciado en el embudo en V. Tv (UNE 83364:2007). 2.3. Series En la Serie I se estudió el efecto de la temperatura de elaboración sobre las propiedades del HAC. Para ello se emplearon amasadas de 25 litros: una vez acabado el mezclado se realizaron los ensayos de escurrimiento y embudo en V. y luego en forma inmediata y con el mismo material se determinaron los parámetros reológicos. En cada jornada se realizaron varias amasadas de un mismo tipo de HAC variando la temperatura. Se elaboraron seis grupos de HAC (1a IV. Tabla 1). En el grupo I se varió únicamente la temperatura del agua de mezclado. la Que fue incorporada a 37, 22 y 2 °C, obteniéndose mezclas con temperaturas de 27 , 24 y 21 °C respectivamente. En los grupos restantes se acondicionaron todos los materiales componentes (excepto del aditivo), manteniéndolos durante 24 horas en ambientes a distintas temperaturas entre 5 y 40 °C. De este modo se logró una mayor variación en la temperatura de cada HAC. Para evitar diferencias en el contenido de humedad, todos los materiales fueron herméticamente embolsados durante el almacenamiento. En los HAC realizados en invierno fue necesario aumentar el contenido de aditivo con respecto a los hormigones preparados en verano donde la temperatura ambiente era unos I O °C mayor. En el grupo IV se incorporó una dosis mayor a la del grupo 111 a fin de alcanzar los niveles de escurrimiento a temperaturas intermedias previamente logrados en verano. En la Serie 2 se analiza el efecto de la temperatura ambiente sobre los cambios en las propiedades del hormigón durante los primeros 90 minutos posteriores al mezclado. Incluye 3 amasadas de 200 litros de HAC12 y otras 3 de HAC-20. Dentro de los primeros I O minutos después de finalizado el amasado se realizaron ensayos de embudo en V y escurrimiento y se determinaron los parámetros reológicos. El material restante se mantuvo en reposo en recipientes plásticos (muestras de 50 litros) ubicados dentro de una cámara con control de temperatura y humedad. Se realizaron pruebas a temperaturas de 20. 30 y 40 °C, todas manteniendo la humedad relativa ambiente igual a 80 %. Con estas muestras se repitieron medidas simultáneas de los parámetros reológicos y ensayos ingenieriles dentro de los 30 y 90 minutos posteriores a la fabricación. los hormigones fueron ligeramente removidos antes de ser ensayados. En esta serie el material empleado para cada ensayo no fue reutilizado. Como era previsible, varios HAC perdieron tal condición con el paso del tiempo. en especial los expuestos CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE ~ a mayor temperatura. Estas mezclas permiten extender el rango de medidas para analizar la vinculación entre parámetros reológicos y resultados de los ensayos ingenieriles. En varios de ellos no se pudieron determinar los tiempos t50 o T.- 3. RESULTADOS Y ANÁLISIS 3.1. Serie I: Efecto de lo temperatura de lo mezclo La Figura I a muestra las curvas momento torsor (N.m) vs. velocidad (revoluciones por segundo) obtenidas con el viscosímetro BML en los HAC- 12 del grupo l. elaborado con agua a distinta temperatura. Se observa cómo aunQue los hormigones alcanzaron temperaturas apenas diferentes las curvas se modificaron y la m<!}'Or íluidez correspondió al HAC con temperatura intermedia. Por su parte la Figura I b presenta las curvas del grupo VI, donde se alcanzaron temperaturas de 17, 27 y 3S °C; nuevamente la mayor íluidez se obtuvo con la temperatura intermedia y la mayor viscosidad plástica cuando los materiales fueron incorporados con menor temperatura. En la Tabla I se indican para todos los grupos de HAC de la Serie 1. la temperatura del ambiente y el tipo de hormigón, junto con las propiedades en estado fresco de cada hormigón: los resultados de los ensayos de escurrimiento (Dry t50), embudo en V (T) y los parámetros reológicos (-r 0 y µ). En la Figura 2 se representan los resultados de cada grupo en función de la temperatura del HAC. es posible apreciar cómo la mayor íluidez se produjo normalmente en el HAC con temperatura intermedia. Lo expuesto se verifica tanto a partir de los resultados de los ensayos ingenieriles como en los parámetros reológicos. Cabe recordar QUe en los los grupos 111 y IV (más en el último) se aumentó el contenido de superíluidficante con respecto a los otros HAC-12, este hecho justifica las diferencias entre las mezclas. Las tendencias observadas concuerdan con estudios sobre morteros donde se encontró mayor viscosidad ,...._ 7 - , - - - - - - . - - - - - , - - - - - , ,,__7 E. 6 ·-+· ?-ior 5 ..._ 24ºC --- 21°c b.... o ~ 4 o ..... o .)' E b.... :,. .... _/ . ¿ o /, o -~ .J e: 2 <U E o 1 r / ,,,,-" ~ 4 +----+---+➔-----1 .8 o • ..... 0.2 0.4 3 +---+-,,.=-:,+<--+----1 2 +-----,,<~ :;._:_--+-----t ~ 1 +-___..,"--+---+----! ~ .k" ¿ o -+- 35ºC --· 27°C -+-- 17ºC 6 0.6 O + - - - - + - - --+-- -- < o 0.2 0.4 0.6 Velocidad (rps) Velocidad (rps) figura 1. Curvas momento torsor - velocidad en HA( con distinta temperatura. la {izquierda): Grupo I HAC-12 con agua a distinta temperatura 1b {derecha): Grupo IV, HAC-20 con todos los materiales a distinto temperatura • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU Tablo 1. Serie 1: Efecto de lotemperatura de lo mezclo Paró metros Embudo Grupo y tipo de H.AC I HAC-12 11 HAC-12 III HAC-12 IV HAC-12 V HAC-12 VI HAC-20 Temperatura Ambiente HAC ("C) (ºC) 27 24±2 24 21 37 24 ± 2 26 12 20 15 ±2 16 12 20 15 ± 2 13 9 38 29 27±2 26 23 17 35 27 ± 2 27 17 Parámetros reo lógicos 'º (Pa) o 3 4 35 5 o 26 21 21 o 13 10 26 26 17 11 32 12 o o Escurrimiento Embudo en V Tv (lllill) t;o (s) 590 665 635 560 640 640 590 615 600 685 715 683 580 602 635 662 530 575 750 640 2.1 1.7 2.5 2.1 1.7 3.4 2.7 3.0 2.0 2.3 2.0 2.6 2.8 l.2 2.3 1.8 4.4 3.3 1.4 3.3 5.3 4.7 5.0 6.2 5.8 8.3 6.9 6.8 6.8 ~l Df (Pa.s) 69 48 60 48 55 85 71 60 66 79 69 83 63 61 60 71 133 67 76 128 (s) 6.1 7.6 8.1 4.7 6.4 5.9 5.5 11.5 7.2 6.8 8.8 a bajas temperaturas (Caszewski y Szwabowski, 2004). Por su parte Kas:rynska (2005) informa poca variación de trabajabilidad en HAC entre 5 y 25 °C y mayor demanda de superfludificante y pérdidas de fluidez a 30 °C. Otros autores observaron mayor fluidez a 20 °C Que a 10 °C (Pellerin et al. 2005). La influencia de la temperatura depende, entre otros factores. del rango de variación. del tipo de aditivo y de su compatibilidad con el cemento y las adiciones empleadas. z Es evidente Que la temperatura constituye una fuente de variabilidad para un HAC cuya importancia no puede minimizarse. Si bien estas experiencias se realizaron con un único conjunto de materiales, los resultados indican efectos más significativos para temperaturas elevadas, aproximadamente por encima de 25 °C. A menor temperatura, ni la tensión umbral ni el diámetro de escurrimiento muestran tendencias definidas. De todos modos, la viscosidad muestra una tendencia decreciente con la temperatura. lo propio parece ocurrir con el tiempo t50; en el Tv el efecto fue menos marcado. Se detectó un aumento de viscosidad cuando se incorporó el agua a muy baja temperatura. 3.2. Serie 2: Efecto de la temperatura delambiente Esta serie fue realizada para estudiar el efecto de la temperatura ambiente sobre los cambios en las propiedades del hormigón luego de la fabricación. Incluye medidas simultáneas de los parámetros reológicos y ensayos ingenieriles al finalizar el amasado y determinaciones posteriores en mezclas expuestas a temperaturas entre 20 y 40 °C. La Figura 3 representa la variación en el tiempo de los parámetros reológicos en HAC-12 y HAC-20, mientras Que la Fig. 4 incluye los resultados de los ensayos ingenieriles. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE 20 ¡:; -o V, 5 E-< • ♦ .... .D • "'º V, ~ .- •- • .ei-. ~cf -i:,:s • ◊ 10 t i:,:i D • ca... 30 ::s 140 o.. 120 .__, Cll u .... 100 80 o. 60 -o ·--oo 40 20 u V, '2' o.. .__, E o • V i:,:s o □ cf - V V, 20 o > ' 40 o ' o Temperatura (ºC) 20 40 Temperatura (ºC) 800 6 E E .__, o 5 ◊ cae 700 . Q) ♦ E ¡¡¡ o u ◊ 2 o . D ~ ,-, º• ' o 40 • n OJ o ' 20 o 1 • o V ....,V> ·Cll 500 o o V, {J o º □ ♦ ....o'"" 600 • 4 ___, 3 ,,....__ ◊ ◊ t.¡:: o o . V, o ,,....__ ~ ,,..._ 40 20 40 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) 15 • 10 ◊ º◊ ♦ 5 o ♦ ♦ ◊ º• 1!11,. -u o o D • ' o 20 40 Temperatura (ºC) o 1 o 11 • Ill o IV • V o VI Figura 2. Serie 1, Grupos Ia VI: Variación de las propiedades con la temperatura del HAC; tensión umbral {-t 0), viscosidad plástica(µ), diámetro de escurrimiento (D1), tiempo en escurrir 500 mm (150 ) ytiempo de pasaje en el embudo en V(Tvl •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU Se observa una pérdida de autocompactabilidad en el tiempo. en especial al superar los 30 minutos luego de finalizado el amasado. Como era de esperar. los cambios fueron mayores en los hormigones expuestos a temperaturas más elevadas. Considerando los parámetros reológicos. los cambios son inicialmente menos evidentes en la tensión umbral Que en la viscosidad plástica. a la vez Que el efecto de la temperatura ambiente sobre la viscosidad fue menor. ----o. '-' '«! HAC-12 ctl ca,_ 120 .D .D ♦ 80 § "' e ·O 40 ♦ ~ ¡.... 80 ♦ e e ·O HAC-20 o. '-' ca.... 120 E ::l o i!I o o o o ' ' 30 60 "'e o o 40 ♦ ¡.... o o 90 ----120 "' (d o. 100 HAC-12 '-' ctl o ·.;::: 80 "' o. 60 "O o ctl 40 "O ~ o"' 20 o "' o - -{lj o r:Jt ' ' 30 60 □ o ' ' 30 60 120 ----"' ctl HAC-20 p., '-' 100 octl ·.;::: 80 o "' o. 60 "O o• ctl 40 "O 19 ¡¡; oo 20 "' o 90 o o ♦ -{lj > 90 Tiempo (minutos) o 20 ºC ♦ Tiempo (minutos) n j] u a a) Tiempo (minutos) --> -- 160 160 30 ºC • 40 ºC o ' ' 30 60 90 Tiempo (minutos) o 20 ºC □ 30 ºC • 40 ºC Figuro 3. Serie 2: Variación en el tiempo de los parámetros reológicos en HAC-12 y HAC-20 expuestos a diferentes temperaturas En lo Que respecta a la variación en el tiempo de los ensayos ingenieriles. se observa la mayor pérdida del diámetro de escurrimiento para las mayores temperaturas. También se aprecian m~ores cambios en el tiempo de vaciado Tv en el HAC-20, lo Que puede asociarse a una menor capacidad de paso en los HAC con áridos de mayor tamaño. Finalmente en la Figura 5 se representan, en base a los resultados de ambas series. la variación de la tensión umbral con el diámetro de escurrimiento y las vinculaciones entre la viscosidad plástica y el tiempo t50 o el tiempo en el embudo en V. Es posible apreciar QUe las relaciones entre estos parámetros reológicos y los resultados de los ensayos ingenieriles no se modifican substancialmente por efecto de la temperatura. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE --§ '-' ca e <;:: ........o ~ _§ o 800 700 600 500 400 300 200 -E ,... r,. ~ ♦ e '-' n O ♦ o o (-:! e <;:: o ♦ b ~ E -C-:! o HAC-12 o ' ' 30 60 800 700 600 500 400 300 200 151 u ♦ ♦ Tiempo (minutos) 3.0 2.5 2.0 V > .__, 1.5 o ....."' 1.0 0.5 o -- - 3.0 2.5 2.0 V> '-' 1.5 o ....."' 1.0 0.5 00 -- -- ♦ HAC-12 O.O o 1 1 30 60 60 - u 1 1 30 60 16 -- .__, V> 8 •o □ ♦ o □ T o 1 ' 30 60 20 ºC o o o 8 t □ ♦ o o 90 Tiempo (minutos) □ 12 4 ~ o 90 HAC-20 12 4 90 Tiempo (minutos) HAC-12 -- 30 HAC-20 o 90 16 .__, ' --• Tiempo (minutos) V> ' Tiempo (minutos) - o o HAC-20 o 90 □ ♦ o 30 ºC • 40 ºC o ' ' 30 60 90 Tiempo (minutos) o 20 ºC o 30 ºC • 40 ºC Figuro 4. Variación en el tiempo de los resultados de los ensayos de escurrimientoy embudoen Ven HAC-12 y HA(•20 expuestos a diferentes temperaturas •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU ~ E E ._., "',:: ;,:: o p "'E 800 600 5 \ y. 4 400 o o 3 .§. 2 • ! 200 ' ' ' O 40 80 120 160 Tensión umbral (Pa) • HAC- 12 o HAC-20 D 16 ~ 12 o º· ºº~ 8 • •t5 • ar:P : o - 1 ~~ o • •• •• - •• o 3-' ~ º•o • . ' 40 80 o O 120 160 Viscosidad plástica (Pa.s) • HAC-12 o HAC-20 D a-&•• - 4 ' • . o O 40 80 120 160 Viscosidad plástica (Pa.s) • HAC-1 2 o HAC-20 Figura S. Series l y 2: Vinculaciones entre los resultados de los ensayos ingenieriles en función de los parámetros reológicos en hormigones elaborados yexpuestos a diferentes temperaturas 4. CONCLUSIONES En este trabajo se analizó el efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico del hormigón autocompactante (HAC) empleando dos HAC. con áridos de 12 y 20 mm de tamaño máximo. las principales conclusiones se presentan a continuación. Se verifica Que la temperatura del hormigón puede constituir una causa importante de variabilidad en el HAC. En mezclas fabricadas a distintas temperaturas con el mismo conjunto y proporciones de materiales componentes. se observó una mejor respuesta reológica en el HAC con temperaturas intermedias. en el entorno de 20 ºC. Que en los hormigones con temperaturas extremas (cercanas a 10° o 40 °C). Se comprobó Que los parámetros reológicos pueden variar significativamente durante los primeros 90 minutos por efecto de la temperatura del ambiente. Los resultados de los ensayos ingenieriles. como el escurrimiento o el embudo en V, mostraron tendencias semejantes. Para el mismo conjunto de materiales. las vinculaciones entre la tensión umbral y el diámetro de escurrimiento y entre la viscosidad plástica y el tiempo t 50 o el tiempo en el embudo en V. no se modificaron substancialmente por efecto de la temperatura. AGRADEClMl EN TOS Los autores agradecen al Ministerio de Educación y Ciencia la financiación a través de los Proyectos. MAT2003-05530, PSE-380000-2007-1: HABITAT 2030 y BIA2006-15471-C02-0 1. y el apoyo del Programa Al~an. Programa de becas de alto nivel de la Unión Europea para América Latina. beca nº E04E047473AR (primer autor). CIENCIA FlC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE REFERENCIAS , l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll 12 13 BEAUPRE, D. yMINDESS, S. (1998). Rheology of fresh Concrete: Principies, Measurement, and Applications, en Materials Science of Concrete V, (Ed. Skalny, J. and Mindess, S.), pp 149-, 190, American Ceramic Society, USA. BRAMESHUBER, W. y UEBACHS, S. The influence of the temperature on the rheological properties of self-compacting concrete, en Proc. Third lnt. RILEM Symposium (Ed. Wallevik, O. and Nielsson, 1.), pp. 174-183, Reykjavik, lceland. CASZEWSKI, J. G. ySZWABOWSKI, J. (2004). lnfluence of superplasticizers on rheological behaviour of fresh cement mortars, en Cem. and Conc. Res 34, pp. 235- 248. GETTU, R. yAGULLÓ, L. (2004a) Estado del arte del hormigón autocompactable ysu caracterización - Parte 1, en CementoHormigón 861, pp. 37-47. , GETTU, R. yAGULLO, L. (2004b) Estado del arte del hormigón autocompactable ysu caracterización - Parte 11, en CementoHormigón 862, pp. 9-31. GRIESSER, A., JACOBS, F. and HUNKELER, F. (2005). lnfluence of different super-plasticizers on the rheological properties of mortars, en Admixtures - Enhancing concrete performance, Proc. lnt. Conf. Univ. of Dundee, (Ed. Dhir, R.K., Hewlett, P.C. and Newlands, M.D., Thomas Telford Pub), pp. 141-148, Scotland, UK. GRZESZClYK, S. ySUDOL, M. (2005). The influence of tempernture on the fluidity of fresh self compacting concrete, en Admixtures - Enhancing concrete performance, Proc. lnt. Conf. Univ. of Dundee, (Ed. Dhir, R.K., Hewlett, P.C. and Newlands, M.D., Thomas Telford Pub), pp. 165-170, Scotland, UK. Kaszynska, M. (2005). Earlyage properties of SCC en Sec. North Am. Conf. on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete (SCC) and the Fourth lnt. RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, (Ed. Shah, S.P., Hanley Wood Pub.) pp 905-910, Addison, 1L, USA. KHRAPKO, M. (2005). Experience withsupplying SCC, en Sec. North Am. Conf. on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete (SC() and the Fourth lnt. RILEM Symposium on Sett-Compacting Concrete, (Ed. Shah, S.P., Hanley Wood Pub.) pp 1189-1194, Addison, ll USA. NIELSSON, l. yWALLEVIK, 0.H. (2003). Rheologycalevaluation of sorne empirical test methods-Preliminary results- en Proc. Third lnt. RILEM Symposium (Ed. Wallevik, O. and Nielsson, 1.), pp. 59-68, Reykjavik, lceland. PELLERIN, B., MAITRASSE, P. yMICOLLIER, S. (2005). lmproving consistency of SCC rheological behavior by meons of appropriate admixturization, en Sec. North Am. Conf. on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete (SC() and the Fourth lnt. RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, (Ed. Shah, S.P., Hanley Wood Pub.) pp 17-23, Addison, ll USA. SCCEPG (2005). The European Guidelines for SCC Specification, Production and Use, httpJ/www.efnarc.or¡vpdf/SCCGuidelinesMay2005.pdf ' , , ZERBINO, R., AGU LLO, L. BARRAGAN, B., GARCIA, T. yGETTU, R. (2006). Caracterización reológica de hormigones autocompactables, Dto. Ingeniería de la Construcción, Universidad Politécnica de Catalunya, pp. 83. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. GALVAN-MARTINEZ ÁNOD OS GALVÁNICOS PARA LA PROTECC IÓN DE ESTRUCT URAS INMERSAS EN AGUA D E MAR R. 0ROZCO-CRUZ1 • E. A. MARTiNEZ1 Y R. GALVÁN· MARTiNEZ1 RESUMEN La gran mayoría de estructuras que contengan un componente metálico son susceptibles de presentar daños y deterioro por el fenómeno de corrosión. Existen diferentes métodos de control y prevención de este fenómeno y uno de los mayormente utilizados es la de Protección Catódica. En años recientes, las aleaciones base aluminio se han utilizado en sistemas de protección catódica como ánodos de sacrificio. Este trabajo presenta el análisis electroquímico comparativo entre una aleación AI-Zn-ln, de naturaleza comercial, yuna aleación AI-Zn-Mg, de nueva generación, inmersas en agua de mar natural. Se hizo un seguimiento del potencial de corrosión, se aplicaron las técnicas de Resistencia a la polarización (Rp) y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIE), así como microanálisis con Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) para llevar a cabo la evaluación de cada una de estas aleaciones. Los potenciales de corrosión que presentaron las aleaciones estuvieron en el intervalode - 950 a - l 017 mV vs ECS. Apesarde que la aleación con In es comercial, no presenta grandes atractivos en comparación con la aleación, de nueva generación, con contenido de Mg. Palabras clave: protección catódica, ánodo galvánico, aluminio, AI-Zn-Mg, impedancia electroquímica. l. INTRODUCCIÓN El concreto reforzado utiliza acero para aportarle las propiedades de resistencia a la tensión QUe es necesaria en el concreto estructural. Esto evita la falla de las estructuras de concreto Que están sujetas a esfuerzos de tensión y ílexión debido al tráfico, los vientos, las cargas muertas y los ciclos térmicos. Sin embargo. cuando el refuerzo se corroe, la formación de óxido conduce a la pérdida de adherencia entre el acero y el concreto y la consecuente delaminación y exfoliación. Si no se lleva a cabo una inspección adecuada, la integridad de la estructura puede verse afectada. La reducción del área de sección transversal del acero reduce su capacidad de carga. El acero en el concreto se encuentra usualmente en condición pasiva, no corroído. Sin embargo. el concreto reforzado con acero es frecuentemente utilizado en ambientes severos donde está presente el agua de mar. Cuando los cloruros se mueven dentro del concreto, provocan la ruptura de la capa pasiva de protección del acero. causando Que éste se oxide y se delamine. Los pilotes de puentes fabricados con estos materiales presentan deterioro por corrosión. y día con día investigadores llevan a cabo esfuerzos por tratar de controlar. de alguna manera, este fenómeno. Una alternativa de control y protección de la corrosión de estructuras sumergidas es la protección catódica (PC). Esta técnica se ha utilizado en el campo del concreto reforzado primeramente como un método para alargar la vida en servicio de estructuras ya deterioradas. Su uso tradicional es el de prevenir la corrosión del acero ya sea enterrado o sumergido y su aplicación abarca desde buQues, puentes y hasta tuberías de gas y petróleo. En los últimos 50 años. la PC ha dejado de ser una simple técnica y se ha hecho uso de la ciencia para desarrollar mejoras a este método. De esto, se pueden encontrar excelentes referencias Que cubren los aspectos teóricos y prácticos [ 1-7]. ' C. A. Ingeniería de Corrosióny Protección. Unidad AntiCorrosión. Instituto de Ingeniería. Universidad \k!racruzana. S. S. Juan Pablo JI s/n. Zona Uni\oersitaria. Región Wracruz. C. P. 94294. Email: rorozco@uv.mx. riorozcoc@yahoo.com.mx. Tel. + (S2) 229 77 S2-000 ext. 222 14. 2222 3. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR • La corrosión es un proceso electroQuímico de gran importancia económica.ya Que se estima Que el 4 % de Producto Interno Bruto de los Estados Unidos de América se consumen en el combate contra este fenómeno 191. Este porcentaje tiende a ser constante o mayor globalmente. Para Que existan reacciones de corrosión es necesario Que exista una celda electroQuímica. Esta celda comprende un ánodo, un cátodo. un electrolito y una unión metálica. La base de la PC es lo Que ocurre en una celda electroQuímica. La estructura a proteger será el cátodo. Que estará unido eléctricamente a un material anódico. Que se corroerá preferencialmente y ambos. deberán estar inmersos en un electrolito. A este sistema se le llama "protección catódica por ánodos galvánicos". Estos ánodos galvánicos son aleaciones de Mg. Zn yA1[7.81. La gran mayoría de ensayos de ánodos galvánicos se enfocan a estudiar los siguientes parámetros: 1.- Potencial electroquímico (E) 2.-Capacidad de drenaje de corriente ((OC) 3.- Morlología y característicos de corrosión 4.- Metalurgia del ánodo El potencial electroQuímico es una función de la aleación y su ambiente. Un dato numérico activo. de este parámetro. es deseable debido a Que un potencial noble estaría indicando la presencia de pasivación. Las normas NACE (National Associalion of Corrosion Engineers) 11 O] y DNV (Det Norske Veritas) [ 1 11 especifican Que un ánodo de aluminio debe tener un potencial de circuito cerrado activo aproximadamente a -1000 mV (vs ECS). La CDC representa un factor de la efectividad de las aleaciones anódicas. Las dos normas anteriores. especifican Que la eficiencia electroQuímica debe oscilar entre 2300 y 2700 Ah/kg. Finalmente. un tercer factor importante Que siempre es valorado es el comportamiento a la corrosión y los productos resultantes. Por otro lado, heterogeneidades y variaciones de la metalurgia de la aleación en su microestructura reflejan el comportamiento y la eficiencia electroQuímica de estos materiales. Las aleaciones base aluminio han sido utilizadas en ambiente marino desde hace algunas décadas. esto con el objetivo de tener alguna alternativa después del zinc. Diferentes aleaciones base aluminio han sido estudiadas desde 1966. tales como AI-Zn-ln. AI-Zn-Sn y AI-Zn-Hg l 121. La influencia Que tienen algunos elementos de aleación como el zinc. titanio. mercurio e indio han sido estudiados por algunos investigadores 11 3. 141. Cada uno de estos elementos ha demostrado ser muy bueno como agente activador del aluminio. sin embargo. los buenos resultados Que se han obtenido contrastan con el aumento en el daño del ambiente. Debido a esta problemática, se han desarrollado una serie de nuevos materiales AI-Zn-Mg Que han sido estudiados y evaluados como ánodos galvánicos con el objetivo de obtener una nueva generación de ánodos de sacrificio base aluminio 11 S-1 71. De estas investigaciones se han obtenido diferentes resultados, siendo algunas de las más importantes la obtención de una eficiencia electroQuímica de 75%. la aleación con mayor contenido de magnesio, 8.5% atómico. Así como la obtención de aleaciones Que no contengan elementos contaminantes. • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. A GALVAN-MARTINEZ El objetivo del presente trabajo es el análisis comparativo de dos aleaciones: la primer aleación es un material conocido. el ánodo de aluminio AI-Zn-ln. y el otro es el material con contenido de magnesio de la aleación AI-Zn-Mg. 2. CONDICIONES EXPERIMENTALES La aleación AI-Zn-Mg fue preparada en un horno de inducción al vacío y colada por gravedad en un molde de acero. Los elementos metálicos utilizados en la aleación fueron de pureza comercial (99.5%) previamente pesados. La aleación AI-Zn-ln es una aleación comercial adQuirida para esta evaluación. La composición Química fue determinada mediante la técnica de espectroscopia de emisión, y los resultados se presentan en la tabla 1. Cada espécimen fue seccionado y preparado mediante un desbaste con papel de carburo de silicio comercial de 240. 320. 400 y 600 µm. con el objetivo de obtener una superficie homogénea y libre de impurezas. para posteriormente ser lavados y desengrasados con acetona. La evaluación electroQuímica de estas aleaciones. Que se llevó a cabo en agua de mar natural de la costa del Golfo de México, se realizó utilizando la técnica de Espectroscopia de Impedancia ElectroQuímica (EIE) y Resistencia a la polarización (Rp) así como un seguimiento constante de los valores del potencial de corrosión (E corr) a través del tiempo de exposición. El eQuipo utilizado para los experimentos fue un potenciostato Gill AC (ACM lnstruments) con las siguientes características utilizadas en la prueba de EIE: intervalo de frecuencias de I O KHz a I O mHz ( 1O puntos por década) e imponiendo una señal de I O mV. Para la prueba de Rp . se tomo como base lo mencionado en la norma ASTM G59-97 [ 18] donde después de tener establecido el Ecorr durante 15 minutos. se polarizó 30 mV catódicos y 30 mV anódicos con una velocidad de barrido de 60 mV/min. El eQuipo utilizado fue controlado con una computadora utilizando un software de la misma compañía. El tiempo de exposición de las dos muestras en agua de mar fue de 29 días. El arreglo experimental utilizado fue una celda de tres electrodos. Un electrodo de referencia de calomel saturado (ECS), un electrodo auxiliar de grafito (EAG) y el electrodo de trabajo, Que fue la muestra en cuestión. Durante todo el tiempo de exposición, se hizo un seguimiento del valor de Ecorr en función del tiempo. Después del tiempo de exposición. las muestras fueron retiradas, lavadas con agua destilada y secadas para observar la morfología de las fases presentes en los productos mediante la técnica de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Tabla 1- Composición química de las aleaciones base Al (%). Aleación Al Zn Mg In AI-Zn-ln Bol. 1- 3 0.5 - 1 0.2 AI-Zn-Mg Bol. 12.08 wt. 5.33 at. CIENCIA FIC 5.57 wt. 6.61 ot. N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 Cu fe 0.10 max 0.010 max. 0.0093 wt. 0.2106 wt. --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR • 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la figura la se presentan los resultados obtenidos de las mediciones de potencial, Ec0 ,,. en función del tiempo de exposición (29 días). Se logra observar como al inicio de la exposición existe una peQueña diferencia en los valores. La aleación AI-Zn-ln presenta un valor de - 1OI O mV. mientras QUe para la aleación AI-ZnMg presenta -955 mV. estos valores son referidos contra un electrodo de calomel saturado. Al inicio de la exposición la aleación con In presenta valores más activos Que la aleación con Mg. En ningún caso el potencial llegó a un estado estable, siempre estuvo en un intervalo entre -9 50 y - l OI O mV Cabe mencionar Que la aleación con In presenta un aumento en el valor del Ecorr en los días 15 y 16. Para esta aleación. la razón por la Que se esta presentando corrosión por picado es la disminución localizada de In y sería la responsable de no desarrollar potenciales más activos Que -950 mV vs ECS, según lo encontrado por Attanasio y col. l 19]. En ensayos de laboratorio, con solución de NaCI al 3%, Orozco-Cruz y col.120] obtuvieron resultados de una aleación con mayor contenido de Mg presentando valores de Ecorr en el intervalo de -1 O12 a -1 O17 mV (ECS). De la misma manera . Barbucciy col. 12 1]. Foley y Trazskoma 122]. Talavera y col. 123] obtuvieron valores del mismo orden de magnitud trabajando con aleaciones semejantes. La peQueña diferencia en los valores de Ecorr, sería las condiciones del electrolito, Que para las evaluaciones actuales fue agua de mar natural. En la figura 1b. se presenta los resultados obtenidos con la técnica de Rp. Se observa una inestabilidad de los valores de Rp para ambas aleaciones. La aleación con In presenta los valores menores. indicando con esto una velocidad de corrosión mayor. El comportamiento Que tiene a través del tiempo es de aumento y disminución Que se observan por los picos. no hay una estabilización en algún valor. Esto estaría indicando la posible pasivación y activación de las aleaciones. mediante corrosión por picado, ya Que un problema Que presentan estas aleaciones es precisamente la formación de una capa pasiva debida al aluminio [ 12]. 1- AJ-Zn.fn - - AI-Zn-Mg j 1- w ., ...E -900 . E u .!. -950 8000 7000 6000 5000 Q. 4000 Q. a: 3000 2000 1000 g -1 000 l: .,: o ~ ! 10000 9000 -850 ~ AI-Zn.fn - - AI-Zn-Mg -1050 -1 100 -1 150 ..........~.........._~........._~..........,~~................................ ......... ~ o 5 10 15 20 25 30 o o 5 15 10 20 25 30 tiempo (días) tiempo (días) b) o) figuro 1.-o) Desempeño del Ecorr de los aleaciones duranteel seguimiento en función del tiempo que estuvieron inmersos en agua de mor natural por 29 días, b) Comportamiento de lo Rp en función del tiempo de exposición de los dos aleaciones en agua de mor natural durante 29 días. En la figura 2 y 3 se presentan los resultados obtenidos mediante la técnica de EIE mostrando los diagramas de NyQuist y Bode para las dos aleaciones en cuestión. La forma de los diagramas presenta diferencias • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. A GALVAN·MARTINEZ importantes. Para la aleación con Mg. se logra observar una forma de arco semicircular. Este semicírculo tiene un comportamiento diferente al paso del tiempo. Se logra observar como aumenta y disminuye el diámetro. tendiendo a disminuir comparativamente desde el inicio hasta al final de la exposición. Estos cambios en el diámetro del semicírculo son indicios de cambios en el mecanismo de corrosión así como de la posible activación y pasivación de la aleación. 10' -7000 ,--- - - - - - - - - - - - - - - - , -0- 1 d - . - 7d -<r 14d -_,, _· 22d 29d -5000 8' _, 102 10' 10'' Ñ' E -4000 y 10" 10' 10 2 1o' 10' Frecuencia (Hz) E N - - - - 7d -O- 14 d 22 d ~ - 29d -N 1o' -6000 8::-" --o- 1 d -3000 -2000 "' -50 ~ - -1000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -25 o L......JL....L.I.LUJl.1...--L..J..Ju.LLl.<L-L..J..JU.WJL-.L..L.U.W"--.L..L.UJ.WI 10·• 1cf 1 o' 10 2 10' 1o' 7000 Z: (Ohm-cm2) Frecuencia (Hz) figuro 2.- Diagramas de EIE de lo aleación AI-Zn-Mg sumergido en aguo de mor del Golfo de México durante 696 h. Por otro lado. para la aleación con In. se logra observar un comportamiento inductivo de los semicírculos. Se puede observar como al paso del tiempo. el diámetro de los semicírculos disminuye. exceptuando el obtenido al día 22. Esto podría ser atribuido. como se ha comentado constantemente. a la corrosión por pi-7500 ~ --------------~ -0- 1d ........ 7d -0- 14d - -<7 10' - N 22d 29d 1o' a, .3 -5000 1o' 10' 1...--JL...U.LUJI.I...-L..J..Ju.LLl.<L-L..J..JU.WJL-.L..L.- - - - ' 10'' 10' 10 2 \ • Frecuencia (Hz) o 2500~--~---~---~---~ o 2500 5000 7 500 10000 Frecuencia (Hz) Z: (Ohm-cm2) CIENCIA FIC 25 =-L..J..JLi.llJJ.L_.L..L..1.J..LUJ.l.._.L..L..LI..J.JJ"'---.J...J...------' 1()'' 10' 102 N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR • caduras [24J. La existencia del ataQue por picado es consistente con la noción de Que el agotamiento de In es responsable del comportamiento presentado. esto de acuerdo a las investigaciones obtenidas por Uruchurtu [25 ]y Reboul et al [26J. En la figura 4. se puede observar el comportamiento del modulo de la impedancia, IZI. en función del tiempo tomado a un valor constante de 0.2 Hz. Para la aleación con In existe una serie de variaciones mientras Que para la aleación con Mg después de los primeros 5 días tiende a estabilizarse en un intervalo peQueño. 30000 25000 i . 20000 u E 15000 .e Q. !::j 10000 5000 o o 5 10 15 20 25 30 tiempo (días) Figura 4.- Grófico del módulo de la impedancia en función del tiempo de exposición de las dos aleaciones sumergidas en agua de mar del Golfo de México durante 696 h. Después de los 29 días de exposición. la morfología de la superficie de la muestra fue examinada visualmente. Los productos de corrosión Que se obtuvieron fueron de color grisáceo. de apariencia gelatinosa y con formación de cristales adheridos a la superficie. En la Figura Sa se presenta la morfología resultante de la muestra con In y la Sb es la correspondiente a la muestra con Mg. En la figura 6 se presenta el análisis realizado con la técnica de EDX mediante microanálisis. a la aleación con Mg, y de esto se puede pensar Que se encuentra algún producto de aluminio así como algún cloruro. ya Que los picos de gran intensidad son de Al. CI, O y Zn: este producto sería Al 20 3 • xAJCl 3 y H20 l 16]. El metal de aluminio reacciona rápidamente con a) b) Figura 5.- Observación visual de las aleaciones después de 29 días de exposición, a) aleaciónAI-Zn-ln, b) aleaciónAI-Zn-Mg . • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. A GALVAN-MARTINEZ el ión CI· en una solución líQuida Que contiene NaCI. Se puede crear una hipótesis en Que la barrera natural de óxido de la aleación es transfarmada en forma gradual en una capa de sal hidratada en la interfase óxidosolución. Para las dos aleaciones se pudo observar un producto blanco parecido a un gel. Para la aleación con In. se encontró Que la eficiencia electroQUímica alcanza un 86 % [24J. mientras Que para la aleación con Mg alcanza una eficiencia de 73% [ 161. cps o 25 20 CI 15 10 5 s o o Zn 10 5 En ergy (keV) Figuro 6.- Microanólisis mediante EDX de los productos de corrosión formados sobre la aleación AI-Zn-Mg después de 29 días de exposición en agua de mar natural del gotto de México. 4. CONCLUSIONES a) La aleación AI-Zn-ln, como aleación comercial no presentó buen comportamiento electroQuímico en agua de mar natural. Del mismo modo, la nueva aleación. Que esta siendo estudiada y evaluada de acuerdo a cantidad de magnesio presenta condiciones parecidas a la aleación anterior. la Que la hace como una buena aleación candidata para obtener una nueva generación de aleaciones galvánicas. b) El seguimiento del Ecorr presentó Que los valores encontrados están en el valor mínimo necesario. de acuerdo a los parámetros Que marcan las dos normas internacionales más conocidas. NACE y DNV. c) La técnica de EIE arroja resultados valiosos respecto a información de formación de capas o productos de corrosión. d) Los productos de corrosión de la aleación con Mg presentaron una fase Que no contiene elementos contaminantes para el ecosistema marino. REFERENCIAS 1. 2. 3. Peobody, A.W. (1967). "Control of Pipeline Corrosion", NACE lnternotionol, Houston. Porker, M.E. ond Peattie, E.G. (1984). "Pipeline Corrosion ond Cothodic Protection", Third Edition, Gulf Publishing Co., Houston. Morgon, J.H. (1987). Cothodic Protection, Second Edition, NACE lnternotionol, Houston. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. Von 8oeckmonn W., Schwenk, W.and Prinz, W.Editors, {1997), "Handbook of Cathodic Corrosion Protection. Theory and Practica of Electrochemical Protection Processes", Third Edition, Gulf Publishing Co., Houston. Code of Practica CP1021, Cathodic Protection, 8SI, London {1973), NACE RP 01-69, "Control of Externo! Corrosion on Underground or Submerged Metollic Piping Systems", NACE lnternotional, Houston {l 969), Avila, J. ond Genesco, J. {l 991 ). Mas Allá de la Herrumbre 11. La lucha contra lo corrosión, FCE, México, D.F. Ashworth, V.(1986). "The Theory of Cothodic Protection and its Relotion to the Electrochemical. Theory of Corrosion inCathodic Protection: Theory and Practica", V. Ashworth and C.J.L 8ooker Editors, Ellis Horwood Ltd., Chichester, England, p. 13-30. 8ennett, L. H. {1978), "Economic Effects of Metollic Corrosion inthe US", N8S Special Publication 511-1, Washington OC. Standard Test Method "lmpressed Current Laborotory Testing of Aluminum Alloy Anodes", NACE Standard TMOl 90-98. NACE lnternationol, Houston, 1998. DNV Recommended Proctice RP 8401 {1993): «Cathodic Protection Design», Det Norske Varitas lndustry AS, Hovik1993. Reading, J. T., Newport J. J. (1966). Moler. Protect. 5, 15 - 22. Despic A.E. {1976) J. App. Electrochem. 6, 449- 504. Solleh, M. {l 978). Ph. D. Thesis, UMIST, Monchester. Orozco-Cruz, R., Genesco J. y Juórez-lslos, J.A. {2004) Memorias del XIX Congreso de loSociedad Mexicano de Electroquímico. Corr. 11-1. pag. 1-9. Son Luis Potosí, S. L P. Orozco-Cruz, R., "Desarrollo y Evaluación Electroquímico de Aleaciones AI-Zn-Mg como Ánodos de Sacrificio". Tesis Doctoral. Facultad de Químico. UNAM. Cd. Universitario. México, D. f. Enero de 2006. Orozco, R., Genesco, J ond Juórez-lslos, J.A., Journol of Moteriols Engineering ond Performance, JMEPEG {2007). Vol. 16 {2). pp. 229-235. ASTM 659-97, "Standard Proctice for Conducting PotentiodynomicPolarizotion Resistonce Meosurements", Annuol 8ook of ASTMStandards, Vol. 03.02, Philodelphio, Pennsylvonio: ASTMlnternotionol, 2000. Attonosio, S.T., Murroy, J.N. ond Hoys, R.A., {1996), "Non-Uniform Electrochemicol 8ehovior of lndium-Activated Aluminum Alloy Anodes", Corrosion/96, NACE lnternotional, Houston, Poper No. 00546. Orozco-Cruz R., Genescó J, y Juórez-lslos J. A. {2003) Desarrollo y Evaluación Electroquímico de una Aleación AI-Zn-Mg, XVIII Congreso de la Sociedad Mexicano de Electroquímico. Tópico 1. Tl-8P. Chihuahua, Chih. 8arbucci A, Cerisolo G, 8ruzzone G, Soccone A. {l 997) Electrochim. Acta 42, 2369. Foley R.T, Trzoskomo P.P (1978), in Possivity of Metols, R.P. Fronkentol ondJ. Kruger Editors, The Electrochemicol Society, New Jersey, pp. 337. Calaveras M.A., Voldez S., Juórez-lslos J.A., Genescó J. (200 l) "Development ond Testing of Aluminum Socrificiol Anodes ln/Hgfree". Corrosion/2001, NACE lnternotionol, Houston, Poper No. 01508. Suarez, M., Rodriguez, C., Rodriguez, F.J., Juárez, J. ond Genesco, J., {1999), "EIS Testing of on lndium ActivotedAluminiumAlloy Socrificiol Anode Using DNV RP 8401", EUROCORR'99. Symposium: Marine Corrosion. Dechemo, Fronkfurt, p.l-9. Uruchurtu, J. (1991), "Electrochemicol lnvestigations of the Activotion Mechanismof Aluminum", Corrosion 47, 6, 472-479. Reboul, M.C., Gimenez, P. ond Romeou, J.J., {1983), "A Proposed ActivotionMechonism forAI-Zn-ln Anodes", Corrosiorv'83, NACE lnternotionol, Houston, Poper No. 00214. • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 • �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI ~ ~ MATERIALES POROSOS D E CARBURO D E SILICIO (SIC) CON CERO EXPANS IÓN TÉRMICA ISAÍAS )UÁR.EZ RAMiREZ 1• ANTONIO A ZALDIVAR CADENA' . LETICIA M . TORRES- MARTiNEZ 1, ARQJJiMEDES CRUZ LóPEZ, KO)l MATSUMARU 2 Y Kozo ISHIZAKl 2 RESUMEN En el presente trabajo se llevó a cabo la fabricación de materiales porosas de Carburo de Silicio (Si() con cero expansión térmico a temperatura ambiente. Estos materiales fueron preparados a 850º( a partir de una mezcla de una mezcla de Si(, un material vítreo enlazante (VBM) y Alumino Silicato de litio (LiAISi04) . El compuesto LiAISi04 fue adicionado en diferentes proporciones, yse encontró que un cambio en la cantidad de LiAISi04 da como resu~ado un material con cero expansión térmico. LiAISi04 fue también adicionado con diferente tamaño de partícula yse encontró una ligera variación en el valor de expansión térmico yun aumentoconsiderable en elmodulo de Young. la porosidad de estos materiales fue de oprox., 50%yvalores de modulo de Young de modulode entre 14 GPa y27 GPa. Mediante dttracción de rayos-X(DRX) ymicroscopia electrónico de barrido (MEB) se determinó que no existe una reacción entre el Si( yLiAISi04 durante el proceso de sinterizado, y que las fases se unen por elVBM, el cualfunde a la temperatura de sinterizado. En conclusión, la adición de LiAISi04 yVBM al Si(, permitió la fabricación de materiales porosas de Si( con cero expansión térmico a temperatura ambiente yalta resistencia mecánico. Palabras clave: Materiales porosos; Cero expansión térmico; Si(; material vftreo enlazante (VBM); LiAISi04; modulode Young. ABSTRACT In the present work it wos corried out the fabricotion of silicon corbide (Si() porous material having zero thermal expansion around room temperature. These materials were prepared at 850º( storting from a mixture of Si(, vitrified bonding material (VBM) ond lithium aluminum silicote (LiAISi0J LiAISi0 4 compound wos added in different weight proportions, and it was found that a change in the amount of LiAISi04 leods to a material with cero thermal expansion at room temperature. LiAISi04 wos olso added with different particle size and it was found a slight variation of the thermalexpansion coefficient, but a considerable increase of Porosity ofthese materia Is was around 50%, and Young's modulus values between 14 GPa and 27 GPa. Through X-ray dttfraction (XRD) and sconning electron microscopy (SEM) it wos determined that no reaction occurred between Si( and LiAISi01 during sintering, and they are joined by the VBM, which melted at the sintering temperature. In conclusion, the oddition of LiAISi04 and VBM toSi(, allowed the fabricotion of porous Si( materials withzero thermal expansion at room temperature ond high mechanicol resistance. Keywords: Porous materials; Cero thermal expansion; Si(; vitrified bonding material (VBM); LiAISi0¡ Young's modulus. INTRODUCCION Los materiales porosos han atraído la atención de muchos investigadores debido a Que la formación de poros tiene como consecuencia un cambio en las propiedades de los materiales. y los materiales porosos formados pueden ser usados como filtros. purificadores de agua. sensores de gases. aislantes térmicos. ruedas para molienda. y juegan un papel muy importante en la producción de hidrogeno y protección del medio 'Departmento de Ecomaleriales y Energía, Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Autónoma de Nuevo l eón.644 51. México. Mechanical Engineering Department. Nagaoka UniversityofTechnolo¡;y. 1603- 1 Kamitomioka, Nagaoka. Niigala 940-21 88. Japan. E-mail correspondign autor: ijuarez@fic.uanl.mx 2 CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • ambiente entre otras aplicaciones debido a su bajo coeficiente de expansión térmica y resistencia al choQue térmico [ 1,2]. Generalmente la fabricación de materiales porosos reQuiere del uso de agentes formadores de poros, como "binders" orgánicos (PVA, alcohol polivinílico o PVB), carbón (C) en polvo, materiales vitrificados, o por un proceso de sinterizado parcial. El carburo de silicio SiC poroso ha adQuirido considerable atención debido a Que puede ser utilizado como sustrato para dispositivos semiconductores u ópticos [3]. dispositivos de vacío "chuck" para herramientas de molienda industrial [4].y como filtro para procesos Químicos [5]. Las propiedades del SiC lo hace uno de los materiales industriales más importantes y Que ha sido extensamente estudiado y usado como material abrasivo, electrónico. óptico entre otras aplicaciones [6-9]. Las mejoras en los métodos de fabricación del SiC poroso así como la fabricación de materiales porosos de SiC con bajo coeficiente de expansión y alto módulo de Young pueden incrementar su aplicación. Además, considerando la importancia Que la nanotecnología ha alcanzado dentro de la ciencia de los materiales en los últimos tiempos. se plantea en el presente trabajo Que el uso de reactivos con partículas de tamaño nanométrico es efectivo para mejorar la resistencia mecánica y obtener una mejor distribución del tamaño y forma de poro. mejorando las propiedades considerablemente. En este trabajo se presenta el desarrollo de materiales porosos de SiC sinterizado a 850ºC usando un material de enlace vitrificante LiAISiO4 (Eucriptita). el cual se adiciona para obtener materiales con muy baja expansión térmica. El LiAlSiO4 ha sido extensivamente utilizado para modificar la expansión térmica de ciertos materialesya Que tiene un coeficiente de expansión térmica negativo (en inglés NTE) (auAIS;o 4 = -6.2x 10·6 K 1) [ 1O]. Su uso ha hecho posible controlar la expansión térmica para producir materiales con muy baja expansión térmica. Normalmente para desarrollar un material con baja expansión térmica. el coeficiente de expansión térmica debería ser modificado mediante una mezcla de un material con expansión térmica positiva (en inglés PTE) con otro material Que tenga expansión térmica negativa (NTE). otra forma es mediante dopado de algunos elementos en la estructura del material. o por selección la esteQuiometría adecuada de materiales de partida [ 11-16]. En este trabajo se presentan los resultados del comportamiento de la expansión térmica de materiales porosos Que contienen SiC, VBM y LiAlSiO 4 , así como los resultados del modulo de Young. Además. también se muestran los resultados de los análisis de caracterización estructural a través de rayos-X y microscopía electrónica de barrido de los materiales porosos fabricados. PARTE EXPERIMENTAL Sinterizado Los polvos utilizados fueron SiC grado comercial, Que contiene una mezcla de polimorfos con estructura cúbica y hexagonal, con tamaño de partícula Que pasa malla 600 (20µm). polvos de VBM con tamaño de partícula de Sµm, Que están compuestos principalmente por SiO2 y Al 2O3 (NanoTem Co.) , y polvos de LiAISiO4 con tamaño de partícula de 18 µm, preparado por reacción de estado sólido como se describe a continuación . • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI ~ ~ Se mezclaron cantidades esteQuiométricas de Li 2CO3 , SiO2 y Al 2O3 par producir LiAISiO4 de acuerdo a la siguiente reacción: - - - > 2LiAISiO4 + co2 Inicialmente la mezcla fue calcinada a I 000ºC en una mufla eléctrica para eliminar el CO 2 , posteriormente la muestra fue tratada a 1100ºC por 12 horas, con molienda intermitente para homogenizar y un tratamiento final a 1200ºC por 12 horas. La caracterización de los productos de reacción fue mediante difracción de rayos-X y el tamaño de partícula fue medido por un método de centrifugación_ Después de la síntesis de LiAISiO4 , una porción de éste fue colocada dentro de un molino de bolas con la finalidad de reducir el tamaño de partícula_ Una vez realizado lo anterior, se prepararon 5 muestras mezclando SiC { 10g). VBM (Sg). y LiAISiO4 , este último añadido en diferentes proporciones (0, 2.5, 5, 7.5 y I0g). Todas las muestras fueron preparadas en forma de barras rectangulares con dimensiones de 70 mm de largo y 20 mm de ancho utilizando una presión uniaxial de 6 MPa por I minuto_ Las muestras fueron calentadas a una temperatura de 8S0ºC utilizando una velocidad de calentamiento de 132 K/h y manteniéndolas a esta temperatura durante I hora. Difracción de rayos-X(DRX) El análisis por difracción de rayos-X se llevó a cabo para identificar los materiales después del proceso de sinterizado a 8S0ºC_ El análisis fue realizado utilizando un difractómetro Shimadzu XRD-6000™ con radiación CuKcx,_ Porosidad La porosidad fue medida utilizando el método de ArQuímedes_ Todas las muestras fueron calentadas a ebullición por 3 horas en agua destilada, para luego ser enfriadas a temperatura ambiente por 24 horas antes de la medición. Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) Las micrografías de MEB fueron tomadas en un microscopio electrónico de barrido KEYENCE VE 7800TM para observar las características estructurales de los materiales porosos después del proceso de sinterización; las muestra a analizar fueron cubiertas con una película de carbón. Expansión Térmica El análisis de expansión térmica se llevó a cabo en un dilatómetro ULVAC DLY9200TM desde -20ºC hasta 200ºC utilizando celdas de cuarzo como soporte en una atmósfera de helio aplicando una velocidad de calentamiento y/o enfriamiento de 12 K/min; el tamaño de la muestra fue SO mm x S mm x S mm CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • Modulode Young El modulo de Young fue medido mediante un método de frecuencia resonante (RF) utilizando un eQuipo JE_RT3 Nippon Techno.Plus Co., LTD. Las muestras con dimensiones SO mm x S mm x I mm fueron mediadas en el intervalo de frecuencias 1000 Hz a 3000 Hz. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DRX En la figura I se muestran los patrones de difracción de cada uno de los materiales porosos sinterizados. Se puede observar Que la intensidad de los picos de la fase LiAISiO4 aumenta a medida QUe se aumenta el contenido de LiAISiO4 , mientras Que la intensidad de los picos de la fase de SiC no cambian; el material vítreo (VBM) se funde durante el proceso de sinterización provocando únicamente Que se enlacen físicamente los granos de LiAISiO4 y SiC. De acuerdo con estos resultados. durante el proceso de sinterizado a 850ºC no existe reacción alguna entre SiC. LiAISiO4 y VBM. Porosidad La figura 2 muestra la variación de la porosidad a medida Que la cantidad de LiAISiO4 se incrementa. Los materiales Que contienen SIC y VBM muestran valores de porosidad cercanos a 40%, y con la adición de LiAISiO4 • la porosidad aumenta en un 10% aproximadamente. Todos los materiales sinterizados en este trabajo mostraron valores de porosidad cercanos al 50%. El material vítreo se agregó para sinterizar el material poroso a temperaturas bajas (menores a I 000ºC). y controlar la porosidad. Sin embargo. la adición de la fase LiAISiO4 causo un incremento de sitios vacíos en la muestra. con casi todos los poros abiertos, esto debido a la formación de puentes de la fase VBM entre los granos de SiC y LiAlSiO 4 y como consecuencia la porosidad aumenta. SEM En la figura 3 se muestra un par de micrografías de lo materiales cerámicos porosos sinterizados a 900°C preparados en a) con SiC y. Además, Se puede observar Que la fase de SiC y LiAISiO4 están enlazadas por la fase VBM y se muestra la presencia de grandes poros entre los granos. Es importante mencionar QUe los materiales cerámicos porosos presentaron una porosidad del 40%. Las micrografias muestran claramente Que el material vítreo fundió durante el proceso de sinterizado y esta disperso entre las fases SiC y LiAlSiO 4 mojándolos y enlazándolos. Estas micrografías muestran la presencia de microfracturas así como también poros de diferentes formas y tamaños, Que se formaron entre los granos de LiAISiO4 y SiC cuando se conectaron a través de puentes de VBM. Expansión Térmica La adición de LiAISiO4 reduce la expansión térmica y es posible obtener materiales con valores de expansión térmica muy bajos, por lo tanto se espera QUe los materiales Que contengan mayores cantidades de la fase • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI S=SiC L = UAISiO , V = VBM ~ ~ X = Grams of UAISiO, in SiC-VBM-LiAISiO, ::, x = 10 ro ~ >- .'::::'. x= 7.5 1 V, e (IJ .., e x=5 L L L s ss 20 40 30 L s x=2 .5 s s x=O 60 50 70 29 Figuro 1. Patrones DRX de materia Is porosos de Si( después del sinterizado a 850° C. #...... Q.. - 52 48 - >- -~ "' 44 - a.. 40 - ...oo .. 36 o ' ' ' 2.5 5 7.5 ' 10 Grams of LIAISI04 in SIC-VBM-LiAISI04 Figuro 2. Variación de lo porosidad con la cantidadde LiAISi04 en SiC-VBM-LiAISiOr Figuro 3. Miuogrofias de los materiales porosos de Si( o850ºC. o) Preparados con LiAISi04de tamaño de partícula de 18 micros y b) Preparodos con Si( de tamaño de partícula de 4 micros. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • LiAISiO4 den como resultado un material con NTE. En este trabajo. los valores de coeficiente de expansión térmica (TEC) se midieron en el intervalo de temperatura de -20ºC a 200ºC. La Figura 4 muestra los valores de TEC experimentales y calculados. incluyendo y excluyendo la porosidad con la cantidad de fase LiAISiO4 • La expansión térmica dismin~e a medida Que el contenido de la fase LiAISiO4 aumenta. obteniéndose un material con NZTE a temperatura ambiente cuando se añadieron altas concentraciones de LiAISiO4 • Además. los materiales Que contienen mas de 7 .5 g de LiAISiO4 mostraron alta porosidad, -50%. De acuerdo a estos resultados. es claro Que la cantidad de la fase LiAISiO4 y la porosidad son factores dominantes para controlar el TEC de materiales porosos de SiC sinterizados en este trabajo. pero la porosidad tiene un menor efecto en el intervalo. 5 .... @TEC including porosity DTEC excluding porosity @TEC experimental 1 !lo:: 4 ·~ '°o 1 .... ....>< 3 ·~ 'IS - 2 1 - u o - w 1- -1 o t •• • t ' ' ' ' 2.5 5 7.5 10 G ram s ofL I AI Si04i n SIC -VBM-LIAI Si0 4 figuro 4. Valores experimentales ycalculados de TE( que incluyen yexcluyen lo porosidad vs lo cantidad de LiAISi04 en SiC-VBM-LiAISiOr Por otro lado. se encontró Que el comportamiento de la expansión térmica de los materiales porosos de SiC en donde se varió el tamaño de partícula del LiAISiO 4 no se ve afectado considerablemente. y su valor se mantiene cercano a cero, ver figura 5. Módulode Young El modulo de Young disminuye a medida Que la porosidad y la cantidad de LiAISiO4 aumenta como se muestra en la figura 6. La muestra Que contiene solo SiC y VBM presentan valores de módulo de Young alrededor de 45 GPa, pero con la adición de LiAISiO 4 el módulo de Young disminuye a valores de entre 27 GPa y 14 GPa. Al realizar la medición del modulo de Young de los materiales porosos donde se utilizó LiAISiO4 con diferente tamaño de partícula. se encontró Que el modulo de Young se incrementó en aprox.. 50% (22 GPa cuando se utilizó LiAISiO 4 con tamaño de partícula de 4 micras. y 15 GPa cuando se utilizó LiAISiO 4 con tamaño de partícula de 18 micras). ver figura 7. ■ -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI 1.5 o e " -.... "'e )( 1.25 - 1 ~ 111 0. ~ ~ '9 1 o h) Á ~ -~ )( 111 .. e" E 0.75 - " a) ~ Á 0 .5 ' 40 ' ' ' ' ' ' ' ' ' 42 44 46 48 50 52 Poros lty, P /% Figuro 5. Variación del coeficiente de expansión térmico de los materiales porosos de Si( a 850°(. a) Preparados con liAISi04 de tamaño de partícula de 18 micros y b) Preparados con Si( de to moño de partícula de 4 micros. 111 50 • 0,. e, ...... A ...., 40 ,- x =O - "' ..:! ,ij 30 ,_ x = 2.S tA o E e ::::, x =1 0 x =7.S 6Á & ■ ., = Grams of LiAISiO , in SiC-VBM-LiAISiO , o >- 10 36 . . 40 44 • x =S "' 20 ,"c:,1 . 48 . 52 Poroslty, PI% Figuro 6. volares de modulo deYoung paro los materiales porosos de Si( preparados a 850º( variando el contenidode LiAISi04 111 E!:. ......., e, 24 21 - - "' ::, ::, i:, 18 - - a) o ~ "' CI e ::, o > i 15 - - . . 12 ' 40 42 . . . ' ' ' ' 44 46 48 50 52 Poros lty, P /% Figuro 7. Valores de modulo deYoung de los materiales porosos de Si( a 850°(. a) Preparados con liAISi04 de tamaño de partícula de 18 micros y b) Preparados con Si( detamaño de partícula de 4 micros. De acuerdo a estos resultados, otros factores diferentes a la porosidad y la cantidad de LiAISiO4 están afectando el coeficiente de expansión térmica y los valores de módulo de Young de los materiales porosos de SiC. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • CONCLUSIONES A través de la sinterización a 850ºC de una mezcla de SiC, un material vítreo enlazante (VBM) y LiAlSiO4, es posible fabricar materiales porosos con cero expansión térmica a temperatura ambiente. Un cambio en la cantidad de LiAISiO 4, así como su variación en el tamaño de partícula da como resultado materiales porosos con expansión térmica cercana a cero y alto modulo de Young. La presencia del material vítreo enlazan te es fundamental en la fabricación de materiales cerámicos porosos y además permite Que el LiAISiO4 pueda estar enlazado al SiC sin reaccionar durante la sinterización. Tanto la cantidad de LiAISiO4como la porosidad son factores dominantes en el control del coeficiente de expansión de materiales cerámicos porosos, pero la porosidad tiene menor efecto en este intervalo de temperatura. Mientras Que la variación en el tamaño de partícula de LiAISiO4 es factor determinante en el aumento del modulo de Young. • • • • REFERENCIAS l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll 12 13 14 15 K. lshizaki, S. Komarneni and M. Nanko., Porous Materia Is. Process Technology and Applications. Kluwer Academic Publishers. The Netherlands (l 998). Mana bu Fukushima, You Zhou, Yu-lchi Yoshizawa, "Fabrication and microstructural characterization of porous silicon carbide with nano-sized powders", Materials Science and Engineering B, In Press 2007, doi: 10.1016/j.mseb.2007.09.026 Shor, Joseph S. and Antonhy D. Kurtz., United Stotes Potent 5,569,932. October 29 (l 996). Fabrication of Dicing blades devices. NanoTem lnc., Japan. http://www.nano-tem.com Exchange Filters. www.notoxfilters.corwtechnology.htm Timothy J. Perham, Lutgard C. De Jonghe and Warren J. MoberlyChan., Joining of Silicon Carbide witha Cordierite Glass-Ceramic. Journal of the American Ceramic Society 82 (2), pp. 297-305 (l 999). Ruishou Li., Temperature-lnduced Direct Casting of SiC. Doctor Thesis Dissertation, Max-Planck lnstijut Für Metallforschung, Stuttgart, Germany (2001). Suyama, T. Komeda and Y. ltoh., Development of High-strength Reoction-sintered Silicon Carbide. Diamond and Reloted Materials 12, pp. 1201-1204 (2003). J. C. Zolper and M. Skowronki; Advances in Silicon Carbide Electronics. MRS Bulletin, Volume 30, pp. 273-278 (2005). Rustum Roy, D. K. Agrawal and H. A. McKinstry., Very Low Thermal Exponsion Coefficient Materia Is. Ann. Rev. Mater. Sci. 19, pp. 59-81 (1989). Deon-Mo Liu ond Jesse J. Brown, Jr., Thermal Exponsion of Porous (Ca l-x,Mgx)Zr4(P04)6 ceramics. MateriaIs Chemistry and Physics 33, pp. 43-49 (l 993). Evans J. S. O., Negative Thermal Expansion Materia Is. Journalof Chemical Society Dalton Transijion 19, pp. 3317-3326 (l 999) Technical Glasses., Types of TechnicalGlasses. Research ond Technology development. Schott Glass Company. Germany (200) Nippon Steel ComponyTM, Technical Report No.84 (2001 ). Basovaraj Angadi, V.M. Jali, M. T. Lagare, N.S. Kini and A.M. Umarji., Synthesis and Thermal Expansion of Ca l-xSrxlr4P6024. Bull. Moter. Sci., Vol. 25, No. 3, pp. 191-196 (2002) . • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A SALAS DAN IEL v rERR1Ño ADRIÁN METODOLOGÍ A PARA LA EVALUACIÓN SOClOECONÓMICA DE PROYECTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE INFRAESTRUCTURA H IDRÁULICA PLUVIAL SALAS DAN IEL Y FERRJÑO ADR IÁN RESUMEN Dada la escasez de recursos para satisfacer las necesidades de la población que son de carácter ilimitado, la Secretoria de Hacienda y CréditoPúblico a través de su unidad de inversiones ysus programas de inversión anual para proyectos relacionados con la protección de centros de población (PCP) referente a inundaciones, establece que se deben aplicar metodologías para la evaluación socioeconómica de proyectos que permitan orientar los recursos federales disponibles a aquellas acciones que garanticen la mayor rentabilidad. En este contexto se presenta una metodología con sustento robusto, tanto en lo socioeconómico como en lo técnico, que permije distinguir de manera suficientementeclara, la rentabilidad socioeconómica asociada a un proyecto de inversión en infraestructura hidráulica pluvial ofreciendo a las autoridades una herramienta confiable para la toma decisiones ante proyectos de esta índole. Palabras clave: Inundaciones, marco-lógico, rentabilidad, vulnerabilidad. Given the shortage of funds available to satisfy the everlasting needs of the community, the Secretary of Property and PublicCredit, through their investments unit and its annual investments for Protection of Population Centers (PP() against floods program; establishes the methodologies for the socioeconomic evaluation of projects that allow to bring the available federal funds to those actions that guarantee greater profits. In this context, they presenta methodology with strong supports, both in socioeconomics and technicalactivities, which allows to distinguish with clority the socioeconomic profitabil~ of the investment project in a pluvial hydraulic infrastructure, orming the authorities with a reliable tool forthe decision-taking regording projects of this nature. Keywords: Floods, logicalframeworks, profitability, vulnerability. INTRODUCCIÓN En los últimos 20 años, las inundaciones en centros de población urbana se han convertido en un problema tanto en el territorio de la república Mexicana como en muchos países del mundo. Esta problemática se ha traducido principalmente en: pérdida de vidas humanas, pérdidas parciales o totales de viviendas. pérdida de menaje y tiempo productivo de la población afectada entre otros daños. Esta situación debe analizarse en el contexto del rápido crecimiento poblacional experimentado por ciudades medianas y grandes en el caso de México desde los años 50' s. y Que se ha traducido no solo en el crecimiento horizontal de los desarrollos habitacionales sino en el desarrollo de zonas industriales y comerciales CUERPO ACADÉMICO CIENCIAS DELAGUA Av. Pedro de Alba S/N. Ciudad Universitaria. San Nicolás de los Garza Nuevo León daniel.salaslmn@uanl.mx. aferrino@fic.uanl.mx CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �METODOLOGIA PARA LA EVALUACION SOCIOECONOMICA DE rRoYECTO, PARA LA CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA H tDRAULICA PLUV IAL ~ dentro de las propias zonas urbanas. Este hecho, en conjunto con una deficiente planeación urbana, se ha traducido en obstrucción de cauces naturales y menor permeabilidad del suelo. En un contexto de Marco Lógico [Ort-20051. puede pensarse en una problemática definida de la siguiente manera: 1 1---+ Efecto 1 1 1---+ Problema 1 1 1 1 1 1--+ Causas 1 1 1 1 Figura 1. Ejemplo de morco lógico aplicado a un coso de Inundación. Las causas refieren a la mala planeación urbana y a la baja o nula rigidez en las normas y lineamientos para los nuevos desarrollos urbanísticos . precipitación intensa. falta de cultura en la población sobre el manejo de la basura, ingeniería mal diseñada, construida o supervisada así como nulo mantenimiento a la infraestructura pluvial existente; PROBLEMA Que es justamente la inundación y la velocidad del agua y el EFECTO QUe son las perdidas de vidas humanas. daños a vivienda . pérdida de menaje etc.). Este mismo marco da pie a distinguir los frentes para la resolución de la problemática y. por tanto. para erradicar la pérdida de vidas humanas y económicas. ocasionada por ésta. Puesto Que ya la problemática existe en las ciudades, aun si su población dejara de crecer, la planeación urbana es la clave. Este ejercicio. visto desde una óptica Que busca eliminar las inundaciones. debe prever la construcción de infraestructura hidráulica pluvial. En esta línea. la naturaleza siempre insuficiente de los recursos exige un análisis riguroso de rentabilidad social esperada de cada proyecto hidráulico. AunQue es evidente Que cualQuiera de éstos Que evite inundaciones traerá beneficios sociales. es menester preguntarse si dichos beneficios son los máximos Que pueden ser recogidos con los recursos invertidos. • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �SALAS DAN I EL v rERR1Ño AoR1AN A En este contexto, se presenta una metodología con sustento robusto tanto en lo socioeconómico como en lo técnico (hidrológico-hidráulico) QUe permite distinguir de manera suficientemente clara, la rentabilidad socioeconómica asociada a un Proyecto de Inversión en infraestructura hidráulica pluvial ofreciendo a las autoridades una herramienta confiable para la toma decisiones en proyectos de beneficio social de protección a centros de población. METODOLOGÍA La Secretaría de Hacienda y Crédito Público a través de su unidad de inversiones para proyectos de agua potable, alcantarillado, saneamiento y protección a centros de población establece la siguiente metodología [CNA, 2007] y Que con la experiencia de los autores se ha aplicado con éxito en diferentes centros urbanos del país.Como ejemplo se puede mencionar la factibilidad socioeconómica de la construcción de mas de 25 importantes obras pluviales ya ejecutadas en el área metropolitana de la ciudad de Monterrey durante el 2005 al 2007. Evaluación Socioeconómica La principal característica Que debe ser tomada en cuenta para la evaluación de este tipo de proyectos es Que sus beneficios son contingentes. Es decir. los beneficios se presentan si, y sólo si, se presentan lluvias de determinada intensidad. En ausencia de lluvias, y por tanto de inundaciones. el beneficio es nulo. Pensando en estos términos, y como es conocido Que la intensidad de la lluvia es inversamente proporcional a su probabilidad de ocurrencia como se aprecia en la figura 1, puede distinguirse Que los beneficios son una función creciente de la intensidad de las lluvias y. por tanto los beneficios asociados a un proyecto de inversión en infraestructura hidráulica para la Protección de Centros de Población, son una función decreciente de la probabilidad de ocurrencia de las lluvias conocido como periodo de retorno. De esta manera, el área bajo la curva de la figura 2 es un reflejo de los beneficios asociados a un Proyecto de este tipo. También puede ser visto como un promedio de todos los beneficios Que ocurrirían bajo precipitaciones de diferentes intensidades ponderadas por su probabilidad de ocurrencia. .. ,g o DI PI P robab ilidad ( 1 /T r) Figuro 2.- Curvo de probabilidad de ocurrencia contra daño esperado. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �METODOLOGIA PARA LA EVALUACION SOCIOECONOMICA DE rRoYECTO, PARA LA CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA H tDRAULICA PLUV IAL ~ Existen tres factores determinantes para la estimación de los beneficios: • • • El tirante Que alcanza la zona de inundación El área Que alcanza la zona de inundación La velocidad Que alcanza la corriente Estos factores deben ser estimados para la zona Que se busca beneficiar. bajo diferentes escenarios de intensidad de lluvia. idealmente cuatro las cuales son: • • • AQuella precipitación Que genera los tirantes mínimos causantes de daños {alrededor de 20 cm.). AQuella precipitación necesaria para Que genere los tirantes para los cuales estará preparada la infraestructura Que busca construirse. Dos precipitaciones intermedias entre las anteriores. En la figura 3 se puede distinguir justamente la definición de una zona de inundación bajo cuatro precipitaciones tipo de diferentes intensidades y periodos de retorno). figura 3.- Manchas de Inundación. Habiéndose obtenido el mapeo de las zonas de inundación. incluyendo la cuenca de la Que forma parte. puede procederse a una evaluación socioeconómica formal. Los daños Que suelen encontrarse. y medirse. de manera más recurrente son: • Daños a la estructura de las viviendas .,_ _ CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 ~ �A SALAS DAN I EL v rERR1Ño AoR1AN • • • • • • • • • • • Pérdida de menaje en las viviendas Horas-hombre perdidas por ausencias en el Lrabajo Mayores costos de traslado Daños a vehículos. Daños a las viviendas o reducción sus afectaciones. Pérdidas económicas de los negocios ubicados denlro de la zona de inundación. Coslos en manlenimiento de calles y avenidas por concepto de reparación o reposición de la carpeta asfállica. Número de accidentes viales por las inundaciones. Incidencia de enfermedades gastrointestinales y de la piel. Costos para la implementación de operalivos de rescate durante y después de las lluvias. Coslos por asistencia social para dar ayuda a los damnificados. La experiencia ha demostrado Que los beneficios más importantes son los daños a la estructura de las viviendas y la pérdida de menaje en las viviendas. Su estimación descansa en una función de vulnerabilidad. construida por el Fondo Nacional de Desastres. [FONDEN-20041. para cinco diferentes lipos de vivienda, asociados cada uno a un nivel de riesgo diferente. En este caso la figura 4 muestra los porcentajes de los daños Que se esliman para una vivienda de clase media-baja. en función del nivel de agua (tirante) generado durante una lluvia. En esle caso los daños más severos comienzan a darse a partir de un nivel tirante de 0.40 a 1.00 metro y además en la figura 5 se ilustra el tipo de menaje para la vivienda lipo 1(una sola planta). 100 90 80 r¡ ,e 70 60 .a 50 'O 40 •~ 30 20 10 .. ,.... o - - - ~ ,_ } ,_ - - - / -- .. g g Q o ~ g " o _) ~ .,g o / ~ g "l o 8 6"! o g 6Q ~ ~ 6 6., " 8 'l' o "! ~ N 8 Q N :'.l ó ¿; Rango de tirante (m) figuro 4. función de vulnerabilidad poro uno viviendotipo 111{medio-bojo) Criterios de decisión El Valor Actual Neto Social (VANS). Uno de los criterios empleados para medir la rentabilidad de cada proyecto se mide por el crilerio del valor actual neto social (VANS) . el cual está definido por la diferencia de la suma de los beneficios anuales (Bi). menos la suma de los costos (Ci) de las obras obtenidos duranle el horizonte de vida del proyeclo y CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �~ METODOLOGIA PARA LA EVALUACION SOCIOECONOMICA DE rRoYECTO, PARA LA CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA H tDRAULICA PLUV IAL ~ descontados por la tasa de retorno social. La expresión matemática de la función de VANS Queda definida de la siguiente manera. VANS = ¿(Bi - Ci) (l -rs)1 En donde: VASN = Valor actual social neto Bi = Beneficio anuales sociales Ci = Costos anuales sociales rs = Tasa social de descuento i = Periodo t = Año calendario, en donde en el año O, se inician las erogaciones de las inversiones --- ' .20 2.00 200 2.00 ,~o ·- l .80 1.60 1.60 lAO ' .. ' .. 2.20 120 - IDO 0.80 1.00 0.80 0.60 0.60 º·'° 02 - - r = l .60 'w , í\ ", l.. 1 y-=- Á / \ 1 \ ft l 040 ._ !1é 1 l.40 l .20 \ J l.00 ~.80 ~.60 ~.40 02 1 Figura 5.-Menaje para lo viviendo tipo 1(uno solo planto). El criterio de decisión es: invertir sólo si el VANS es positivo. Por tal motivo resulta conveniente considerar todos beneficios y costos atribuibles a la realización del proyecto. con la finalidad de tomar la mejor decisión. Si el VANS es positivo significará Que el valor presente de los beneficios atribuibles al proyecto excede a la totalidad de sus costos. incluyendo el costo de oportunidad de los recursos invertidos. La Tasa Interna de Retorno La Tasa Interna de Retorno Social (TIRS) es la tasa de descuento Que iguala el valor presente de todos los costos y beneficios asociados al Proyecto. La expresión matemática de la función de VANS Queda definida de la siguiente manera. O = ¿(Bi - Ci) ( I -TIRS)1 En donde: Bi = Beneficio anuales sociales Ci = Costos anuales sociales TIRS = Tasa Interna de Retorno i = Periodo t = Año calendario. en donde en el año O. se inician las erogaciones de las inversiones ■ -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A SALAS DAN I EL v rERR1Ño AoR1AN La TIRS representa la tasa a la Que la sociedad recupera los recursos invertidos; y puesto Que la Tasa Social de Descuento (TSD) representa el costo alternativo de los recursos. un proyecto debe ser realizado sólo si esta última es menor a la TIRS. Es decir, se recomienda la realización de un proyecto sólo si el Rendimiento del Proyecto representado por la TIRS es mayor a sus costos de oportunidad. representados por la TSD. Para Que este tipo de estudios tengan éxito es muy recomendable tomar en cuenta los siguientes aspectos: • • • • • • Considerar Que la evaluación socioeconómica no es un reQuisito si no una herramienta. Siempre utilizar fuentes oficiales, por ejemplo: INEGI, CONAPO. CENAPRED-2005. Incluir un adecuado análisis de alternativas. Deben de analizarse los proyectos para dar solución a cuencas de manera integral ya QUe al segmentarlo se separan los beneficios y existe la posibilidad de Que el proyecto no sea rentable. Es muy conveniente Que las dependencias solicitantes trabajen sobre un programa multianual regido por un plan maestro o rector del manejo de aguas pluviales para la zona urbana. Deben de planearse la realización de estos estudios. CONCLUSIONES Como se ha mencionado la evaluación socioeconómica permite determinar el proyecto de inversión más conveniente para resolver la problemática presentada determinando la rentabilidad positiva o la más rentable. AunQUe este parámetro es el Que rige la realización del proyecto con recursos del país. debe estar sustentado en una factibilidad técnica. ambiental y legal. Es decir la evaluación socioeconómica puede determinar la alternativa más rentable pero esta no necesariamente cumple con todas las factibilidades. Un proyecto debe ser factible en todos los aspectos para Que sea realizable. especialmente para Que sea muy unida la parte técnica y la evaluación socioeconómica. REFERENCIAS l 2 3 4 5 [(NA, 2007] Gerencia de Estudios y Proyectos de Agua Potable y Redes de Alcantarillado, 2007," Metodologías de Evaluación Socioeconómico para proyectos de Agua Potable, Alcantarillado, Saneamiento y Protección a Centros de Población", SEMARNAT. [ORT-2005]0rtegón, Pacheco, Prieto; 2005. "Metodología del Marco Lógico para la planificación, elseguimientoyla evaluación de Proyectos yProgramas ILPES". [CNA-1999], GASIR 1999."Manual de lineamientos para la elaboración de estudios y proyectos de agua potable alcantarillado y Saneamiento". SEMARNAT. [CENAPRE0-2005] Cenapred 2005 "Guía Metodológico para la Elaboración de Mapas de Riesgo por Inundaciones, con arrastre de Sedimentos". [FONDEN-2004], FONDEN, 2004 "Atención a las Viviendas, Reglas de Operación del Fondo Nacional para Desastres Naturales", publicadas en el Diario Oficial de la Federación del día 22 de octubre de 2004. Informe de daños a viviendas en par inundaciones en el 2003. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �A NOTICIAS NOTICIAS IX LATIN-AMERICAN CONGRESS OF PATHOLOGY AND XI CONGRESS OF QUALITY CONTROL IN CONSTRUCTION Se invito oprofesores, alumnos, profesionales de lo industrio de lo constrncción y publico en generalol IXLotin-Americon Congress of Pothology ond XICongress of Ouolity Control in Construction, organizado por CONPAT, que se celebraró en Quito, Ecuador, los días 24 al 27 de Septiembre de 2008. Poro mayor información: www.conpot2007.com ACI SPRING 2008 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito o profesores, alumnos, profesionales de lo industria del cemento yconcreto y publico en general o la Convención de Primavera del ACI, que se celebrará en Los Ángeles, CA, E. U. los días 30 de Marzo al 3 de Abril de 2008. Para mayor información: http//www.oci-int.org/generoVhome.osp http//www.concrete.org/EVEHTS/EV_CONVENTIONS.HTM American Concrete lnstitute• Advandng cont:11!/e Ju101Liedg,! 4th CONCRETE BRIDGE CONFERENCE 2008 Se invito a profesores, alumnos, profesionales del área de estrncturos, tecnología del concreto ycorrosión, así como publico en general alConcrete Bridge Conference 2008 organizada por lo PCA, que se celebrará en St. Louis, Mi.ssouri, E. U. los días 4 -7 de Moyo de 2008. Paro mayor información: http//www.nationolconcretebridge.org UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facultad de Ingeniería Civil Subdirección de Estudios Posgrado Acontinuación se presentan los Progromasde Posgradode nuestro Dependencia: Doctorado en Ingeniería de Materiales de Construcción y Estructuras Para mayor información: Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Subdirector de Estudios de Posgrado e Investigación Tel/Fax8376-3970, 8332-1902 Email: subpos@ficuanl.mx ópvaldez@fic.uanl.mx Maestría en Ciencias con orientación en: • Materiales de Constrncción • Ingeniería Estructural • Ingeniería Ambiental Maestría en Ingeniería con orientación en: • • • • Ingeniería Estructuro! Ingeniería Ambiental Ingeniería de Tránsito yTransporte Hidrológica Subterránea •-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DIC IEMBRE 2007 �A NOTICIAS UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIOS POSGRADO COORDINACIÓNDE EDUCACIÓN CONTÍNUA CURSOS DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL 2008 de CURSO 03 roo, 31 roo, 07obr 26 roo, 02jun 14obr Diseño de ioodos oslólli<os Conrrol de co lidod en mel(los o4ólli<os Diseño de emul!iooes oslóbicos ypolímeros modiftodores fguóJOSde impoC!O viol V-,oJidod utbono lnrroducción o lo odminislrO<ión porolo ind,griode lo conS!Jucción l'to<eso de füiroción de obro público lnrroducción ol onólisisde precios unñorios Anólisi~ diseño y Of)e<O<ión de lisiemos de obagecimienlo de oguo pololie ron énfOlis en ,edes de dislribución Diseño por vielllo tt.on1omien1os 1opogrolicos lopog,ofío moderno con est0<ión 1010] Deso rrollodor de vivielldo Obro por odminigroción Anólisis estiuaurol Anólisis ydiseñode cimenrociones fguó!O!, proye<1os yrromirO<ión de 'IÍl'ienoo 6eodesio Loba,oro,io de mecónico de suelos 1 Diseño de povimenros Hexibles Si!leroos de inlonooci6n geogró6co l'ia¡ecto yob,o civilde insllllociones hospilolorios Diseño de estruouros de concll!IO rel0120oo Mminislroción de conr,oros de obro público VolU<Kiónde inmuebles urbanos llormos lécnicos complemen!orios poro diseño y coestrucción de eg,uouros meiólicos Loba101orio de mecónico de suelos 11 AudilOIÍO !écnico de (OOSIIUC(ión de obco público Uso de nuevos molerilles poro lo1ong1ucci6n ConseJVOci6n de outopislos y/oconer~os El peritaje IOpogrófico Si!leroos de posicionomienro global (GPS) l'ia¡ecto de olmniorillodo ~o,¡ecto de inslOloc~ hidNiulicos poro edificios Control 1opog1ó6co en ob,o civil ~o,¡eao de si~emo de oguo poroble 21obr 28obr 08 moy 09 jun 19 rooy 23 jun 30 jun IOroor 07 jul 04 ogo ll ogo 19 ogo 2Sogo 01 sep 08sep 22 sep 29sep 0600 1300 2000 27 oo 03nov 10 nov 24 nov 18 nov ISsep 08di< 01 die 28 jul ISdie A1entamen1e, Informes e inscripciones, lnduyen, 'AlERE FAMMAM VERITATIS' SUBDIRECCIÓtl DE ESTUDIOS DE POSGRADO EINVESTIGACIÓtl -lns!ruccioo M.I. luis Manuel Arando Moltez COORDINACIÓN DE EDUCACIÓN CONTÍNUA DIIIKlOtl Tel/Fox: 83321902 83763970 llt. PedroLVoldez Tomez SUIIDIIIKlOtl Df POSGUDO I IIM5TIGACIÓtl emd, educiv@lic.ua nl.m1 dedicuonl@hotmoil.rom M.C. EdgorAmouri Aoeogo Bofde\os COOIDIIW)C)I Df IDUCACION CONTINUA CIENCIA FIC N0.3 ""°' ll obr 30 mor 06jun 18obr 2Sob, 07IOOy 14 rooy 13jun 23 IOOy 24 jun 04jul 14 mor 11 jul 08ogo !Soga 22ogo 29ogo OS sep 12 sep 26 sep 0300 IOOC! 17 OC! 24 OC! 31 OC! 07 nov 14 nov 28 nov 22nov 20 sep 12 die OS die 01 ogo 19 die 'lodos las soo de 20 horot 'Do t.soViernesde lHIOo 21,00 h,s -(ongoncio de IISÍSlencio -Manual de apuntes - Ejercicios Costos, -Alumnos de lo fl( 5800.00 -Alumnos y rmestros de lo UANl S1,600.00 - Externoso lo UAHl S2,800.00 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 a 07 mor 04 ob, �INFORMACIÓN PARA AUTORES A INFORMACIÓN PARA AUTORES Acontinuación se presenta la guía para redacción de los artículos. l. Extensión e idioma de documentos Los trabajos deberán presentarse en español oinglés entre 5y 12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficas e imágenes. 2. Formato El artículo será presentado en tamaño 21.6 x27. 9cm (carta). Elmargen superioreinferior deberá serde 2.5cm, el izquierdo de 3cm yel derecho de 3cm. 2.1 Título Máximo 2 renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 14 puntos, con interlínea normal y centrado. 2.2 Autor oautores Nombre o iniciales yapellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 12 puntos, en negritas. Al final de cada nombre se colocará un número superíndice para especificar su adscripción. 2.3 Adscripción Colocarla al pie de página; incluir su filiación, departamento o Cuerpo Académico a que pertenecen, correo electrónico y número telefónico. Al inicio, colocar un superíndice en negritas para correlacionarlo con el autor, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a l Opuntos, con interlínea normal yalineación a la izquierda. 2.4 Resumen Deberá presentarse de manera concisa sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tanto en españolcomo en inglés, con un mínimo del 00 palabras yun máximo de 300 palabras (cada uno). Tipografiado en altas ybajas, tipo Ariala l Opuntos, con interlinea normalyjustificado. 2. 5 Palabras clave Representarán los términos más importantes yespectticos relacionados con la temática del artículo. Se colocarán debajo del resumen (o abstract) respectivamente, con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen. 2.6 Cuerpo deltexto Auna columna, con tipograffa en altas ybajas, tipo Arial a l l puntos, interlínea normal yjustificado. Se procurará que la redacción sea lo más concisa posible, con los siguientes apartados: 2.6. l Introducción Deberá suministrar información suficiente que sea antecedente del tema desarrollado, de tal forma que permija al lector evaluar yentender los resultados del estudio sin necesidad de tener que recurrir a publicaciones previas sabre el tema. Deberá contener además, las referencias que aporten información sobresaliente acerca del tema y evitar presentar una revisión exhaustiva. 2.6.2Metodología oparte experimental Deberá describirel diseño del experimento ycontenersuficiente información técnica, que permitasu repetición. Enesta sección deberá, presentar- •-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �INFORMACIÓN PARA AUTORES A se cualquiercondición que se considere relevante en elestudio. También, deberán presentarse las técnicas olos métodos empleados. No deberán describirse detalladamente las técnicas o métodos de uso general; la descripción de métodos deberá limijarse a aquellas sijuaciones en que éstos sean novedosos omuy complicodos. 2.6.3 Resultados ydiscusión Esta sección deberá contener los resultados de los experimentos yla interpretación de los mismos. Los resultados deberán presentarse con un orden lógico, de forma clara yconciso, de ser posible en forma de tablas ofiguras. Deberá evitarse presentar figuras de resultados que quizás podrían tener una mejor presentación en forma de tablas yviceversa. Cuando sea necesario presentar figuras ofotografías, su número deberá limitarse a aquellas que presentenaspectos relevantes del trabajo o de los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberán incluirse los resultados relevantes. 2.6.4 Conclusiones Deberánemanar de la discusión ypresentarse en forma clara yconcisa. 2.6.5 Reconocimientos Incluir el reconocimientoa las instituciones o personas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del trabajo. 2.6.6 Referencias bibliográficas Deberán citarse en el artículo con un número al final del párrafo (al). Deben estar numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, con la siguiente información: Autores o editores, füulo del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa edijorial, año de publicación, volumen y número de páginas. 2.6.7 Tablas, gráficas, imágenes, figuras yfórmulas Deberán sernumeradas secuencialmente como aparecen en el texto, con números arábigos yhaciendo referencia aellas como Tabla l. A, Fórmula l. B... etc. Tipografiado en altasybajas, Arial a l Opuntos ycursiva con interlineado normal. En elcaso de tablas, el título deberá indicarse en la parte superior. En el caso de las gráficas, imágenes yfiguras, su títulodebe colocarse en la parte inferior ydeberán tener calidad para impresión láser. Las gráficas, imágenes yfiguras deben sertambién incluidas por separado, sin editar yen su resolución original. 3. Responsabilidad yDerechos de Autor El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no representan necesariamente los puntos de vista de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro ycitando la fuente. 4. Envío de artículos Los artículos deberán ser enviados a los editores a las siguientes direcciones electrónicas: pva ldez@fic.ua nl.mx gfajardo@fic.uanl.mx óentregados en la Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de la Facultadde Ingeniería Civilde la UANL. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �NOTAS NOTAS •-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DIC IEMBRE 2007 A �A PATROCINADORES ='~:~~~~ ·· - i• ~'111111 ----~~ ---~ ----~ DYCUSA y. . . . . . . . . . Empresa Certificada ISO 9001 :2000 í1111ovacró11 y Caridad en LIEBERMAN 1996 2005 Premios CEMEX 1995 1996 2000 2005 www.dycusa.com CALIDAD, EXPERIENCIA, SEGURIDAD Y ENTUSIASMO Proyectos de Infraestructura Edificación Comercial Industrial Av. Manuel J. Clouthíer No. 3112 Col. Santa Maria C.P. 64650 Monterrey, N.L. México Tel. 01 (81) 1158 4200 Fax 01 (81) 1158 4221 01800 813 OYCUSA www.ductocret.com • ventas@ductocret.com S D UBERIA O CON RE O • Tubería de Concreto Simple de 4'1f (10 cm) hasta 24"8' (61 cm). • Tubería de Concreto Reforzado de 12•1 (30 cm) hasta &4•lf (213 cm). • Dlsponlbles en longitudes •• 1 m a 2.5 m • Productos E•peclales de Concreto como: Pozos de Visita y Brocaln con Tapa. • Fabricamos cualquier especltlcacl6n: SCT; ASTM; AASHTO; NOMC9; NOMC20; NOM401; NOM402 • los Tubos pueden ser Fabricados con Junta de Mortero o Junta de Hule • Cumpllmos con un Slstoma do Aseguramiento de Calidad que cumple con la NOM-CC-4·1 990 OFICINAS: RIO GRIJALVA No. 112 NTE. COL. OEL VALLE, C .P. 66220 (81) 378 - 09 83 S 2 3 6818 PLANTA: CARRETERA A SALTILLO KM. 61.5 SANTA CATARJ NA, N.L 1 CIENCIA FIC ~1&- N0.3 8 ti• 9 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA ~ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSI DAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN NO. 3 CUATRIMESTRAL SEPTI EMBRE - D JCIEMBRE 2007 MURAL UBICADO EN El FRONTISPICIO DE lA FIC- UAN L AUTOR DEL MURAL: FEDERICO CANTU VOLUMlN I NUMrnO 3 SEP rllMBIU - DICIEMBRE 2007 ISSN: EN TRAMITE � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Año de publicación El año cuando se publico 2007 Número Número de la revista 3 Mes de publicación Mes cuando se publicó Septiembre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Tetramestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1753745&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC, Revista de divulgación científica y tecnológica, 2007, No 3, Septiembre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource Valdez Tamez, Pedro Leobardo, Coordinador de Investigación FIC Subject The topic of the resource Materiales de construcción Ingeniería civil Concreto Efectos de la arquitectura Sustentabilidad Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Fajardo San Miguel, Gerardo, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/09/2007 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource text/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020075 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Aluminio Ánodo galvánico Asentamientos Cero expansión térmica Compresibilidad Creep Hormigón autocompactable Impedancia electroquímica Materiales porosos Protección catódica https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/248/19914/Ciencia_FIC_Revista_de_divulgacion_cientifica_y_tecnologica_2007_No_2_Mayo-Agosto.ocr.pdf 2fb0e72c5c06fa84ad9711dd9b5d6da7 PDF Text Text , _ AGOSTO �A CONSEJO EDITORIAL CIENCIA FIC REVISTA D E D I VULGACIÓN CJENTIFJCA Y TEC N OLÓG I CA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL No. l lfN"lvt:R.SllMD AUTONOMA Oí Nurw> 1OON CtMTIUMUTL\t MAYO · AGOSTO 2007 lng. José Antonio Gonzá/ez Treviño RECTOR Dr. Jesús Áncer Rodríguez SECRETARIO GEN ERAL Dr. Uba/do Ortiz Méndez SECRETARIO ACADÉMICO lng. Osear J. Moreira Flores DIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Dr. Guillermo Vil/arrea/ Garza SUBDIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lng. Justino César Gonzá/ez Álvarez M. en l. SUBDIRECTOR DE ESTUDIOS DE POSGRADO, FIC lng. Ma. Inés Fuentes Rodríguez SECRETARIA ACADÉMICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lng. Rodo/fo Meza Salas COORDINADOR GENERAL DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA CIVIL "RRV" Dr. Pedro Leobardo Va/dez Tamez COORDINADOR DE INVESTIGACIÓN , FIC Dr. Pedro Leobardo Va/dez Tamez Dr. Gerardo Fajardo San Miguel EDITORES Portado: Viaducto de Millo u, Aveyron, fmncio Diseño: Armando Londois formato: José Alejandro Herrero González El contenido de los articutos firmados es únicamente responsabilidad del autor{es) y no de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente. ■-- CIENCIA FIC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A CONTENIDO Editorial 4 Producción científica de alto impacto sobre la corrosión del concreto armado en lberoamérica y en el resto del mundo. Pasado, presente y futuro. 5 PEDRO CASTRO BORGES Decloruración de concreto reforzado sometido a dos modos de exposición en de agua de mar artificial. 20 G. FAJARDO. G. ESCADEILLAS. ARLIGUIE. P. VALDEZ 21 Oxidación selectiva del butano en un reactor a membrana adaptado para trabajar en condiciones ricas en butano. 32 ARQ_\JÍMEDES CRUZ-LóPEZ, LETICIA M. TORRES-MARTiNEZ. ISAiAS )UÁREZ RAMÍREZ. LORENA GARZA TOVAR Y ELVIRA ZARAZÚA MORiN. Metodología sobre el manejo, tratamiento y reuso del agua en instalaciones industriales y su aplicabilidad en un caso práctico. 41 GODINES ARREDONDO ENRIQ\JE Modelación hidrológica distribuida: Análisis del efecto en la variación del tamaño del cuadro que discretiza una cuenca. 50 55 GUERRA-COBIÁN. V. H .. BÁ. K. M .. DÍAZ- DELGADO. C. Capacidad de carga de ángulos cargados excé ntricamente utilizando AISC-LRFD, ASO y teoría elástica. 63 GUILLERMO V ILLARREAL GARZA. RICARDO GONZÁLEZ ALCORTA Noticias 77 Información para autores 79 60 65 CIENCIA FIC es una revista cuatrimestral, de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil , sin fines de lucro, editada por la Coordinación de Investigación. C I ENCI A f l C NO2 MAYO - AGOSTO 2007 �A EDITORIAL EDITORIAL La educación superior a nivel mundial vive un proceso globalizado de transformación y las universidades mexicanas no están ajenas a él. Esta transformación empieza con un reordenamiento de las actividades académicas y de investigación. No es obligatorio para las instituciones adoptar las normas y valores de este nuevo modo, sin embargo, lo Que se reQuiere son programas transparentes Que permitan la compatibilidad, comparabilidad y la competitividad entre las mismas. Al respecto, en el proyecto Tuning-América Latina se proponen cuatro líneas generales Que buscan ser puntos de partida facilitadores del proceso de consenso a nivel interamericano. De ellas podemos resaltar la medición del trabajo del estudiante y su conexión con el tiempo traducido en unidades comprensibles y comparables: EL CRÉDITO; y un término Que involucra la transparencia y el soporte de los programas de estudio de cualQuier universidad: LA CALIDAD. En este sentido, algunas universidades han dado el primer paso con la certificación y acreditación de algunos de sus procesos y programas de estudio (por ejemplo, certificación ISO 9001-2000, CACE!, ABET. etc.), en aras de incorporar la calidad, o al menos asegurar QUe se cuente con el marco propicio para su cultivo. En México, existe una línea indirecta marcada por las instancias gubernamentales (SEPy CONACYT, principalmente) Que inducen a operar en este esQuema si se Quiere acceder a recursos federales (vía PIFI, fondos mixtos. sectoriales. PNP. etc.) El funcionamiento en este nuevo modo depende de la ílexibilidad de las instituciones para permitir la interacción entre sus principales actores (llámense estudiantes. profesores. investigadores. cuerpos académicos. etc.) tanto a nivel local. regional. nacional e internacional. En este sentido, en septiembre del presente año. David Darwin Presidente de la American Concrete lnstitute (ACI). hizo una reílexión acerca del tema de las acreditaciones en las Facultades de Ingeniería Civil de los Estados Unidos. En dicha reílexión. menciona Que los organismos acreditadores han mantenido una presión constante en relación con el número de créditos o cursos técnicos con el objetivo de otorgar o renovar la acreditación correspondiente. Esta presión ha conducido generalmente a la reducción de créditos y asignaturas "difíciles" para los estudiantes lo Que conlleva al incremento en los índices de titulación. Por otro lado. el propio Darwin ha escuchado las inQuietudes de los industriales de la construcción, y la mayoría versa sobre la necesidad de profesionales con una mayor capacidad de comprender tanto el comportamiento de los materiales. así como el comportamiento estructural de los mismos. Basado en lo anterior. es necesaria una revisión constante de los planes de estudio incorporando las opiniones de la sociedad, de los industriales y de los propios egresados, Que a su vez son parámetros Que dependen del contexto en el Que se desarrollan. Por lo tanto. lo Que se reQuiere ahora es una currícula ílexible Que responda en el corto plazo a las demandas cambiantes de estos sectores. Así mismo, se abre un área de oportunidad para las instituciones de educación superior promuevan cursos de especialización Que atiendan coyunturas en las diferentes áreas de la Ingeniería Civil. DR. PEDRO LEOBARDO VALDEZ TAMEZ DR. GERAR.DO FAJARDO SAN MIGUEL ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PEDRO CASTRO BORGES A PRODUCCIÓN CIENT ÍFICA DE ALTO IMPACTO SOBRE LA CORROSIÓN D EL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMÉRICA Y EN EL RESTO D EL MUNDO. PASADO, PRESENT E Y FUTURO PEDRO CASTRO BORGES 1 RESUMEN Este trabajo presenta los resultados de una investigación bibliográfica cuyo objetivo principal ha sido la identificación de investigaciones publicadas por investigadores iberoamericanos en revistas con factorde impacto según elScience Citation lndex y hacer un análisis de estas publicaciones en términos de su evolución en cantidad con eltiempo, procedencia, tipo de revista ytendencias a futuro. Como resultado delanálisis, se pudo observar que las tendencias a publicar temas de corrosión en concreto armado van hacia arriba con una presencia cada vez mayor en una cantidad mayor de revistas, pero en un número reducido de países Iberoamericanos. Se muestra una proyección a futuro estableciendo posibles fechas en las que en determinados países se llegará a un estándar supuesto. Se aclaran las limitaciones de estas tendencias de crecimiento. La investigación se amplió a países desarrollados delresto del mundo haciéndose una comparación entreellos e lberoamérica en los términos anteriores, pero únicamente en las revistas de mayor impacto en el tema. Palabras clave: Publicaciones, Science Citation lndex, Corrosión. ABSTRACT This paper presents results on a bibliographical investigation which main objective was the identification of research published by Latín American researchers in journal with high impact according to the Science Citation lndex and made an analysis of these publications in terms of its evolution in quantity through time, source/origin, type of journal, and tendency tothe future. As a result of this analysis it can be observed that the tendency to publish papers on reinforced concrete corrosion is growing, appearing in big number of journals, but in a reduced number of Latín American countries. Afuture projection is shown establishing possible dates in which sorne countries will arrive ata supposed standard. Limitations of these growing tendencies are clarified. The investigation was extended todeveloped countries around the world, comparing them and Latín American countries, but only in the higher impact journals on the subject. Keywords: Publicotions, Science Citation lndex, Corrosion INTRODUCCIÓN Jberoamérica se enfrenta al problema de corrosión en concreto armado como en otras partes del mundo. Existen Universidades. Centros de Investigación y algunas entidades privadas Que por resolver los problemas QUe se presentan en su región o por contribuir al conocimiento universal. hacen investigación relacionada con la corrosión del concreto armado. Para ello se auxilian de los estudiantes de pregrado y posgrado, y para difundir su investigación utilizan los medios de los Que disponen o aQuellos en los Que, por política de su Centro laboral, tienen Que publicar. ' Investigador Titular del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN. Unidad Mérida. Km. 6. Antigua Carretera a Progreso. C. P. 9731 O, Mérida, Yucatán, México CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO En opinión del autor. es ideal publicar directamente en una revista indexada y después divulgar los resultados en congresos. Sin embargo. en el área de corrosión del concreto armado.y específicamente en lberoamérica, esto no ocurre por diversas causas: los autores no saben redactar en otros idiomas diferentes al suyo. no tienen revistas indexadas en su idioma. no les interesa porQue tienen otras prioridades. no se dan cuenta de la necesidad de hacerlo. etc. Según las tendencias del mundo, se reconoce Que una gran parte del trabajo de investigación de la humanidad se presenta en Congresos. Sin embargo, fijándose netamente en objetivos académicos y de avance de la Ciencia. existen organismos QUe filtran de manera natural la información Que se genera a nivel mundial. AunQue hay excelentes investigaciones presentadas en Congresos. la gran parte de ellas. en la forma en Que se presentan, no cubren los reQuisitos de rigurosidad. originalidad y otros parámetros de perfección Que la harían más universal y de mayor aceptación. como en el caso de una revista de alto impacto donde la revisión anónima e independiente por expertos en la materia, garantiza la calidad científica del trabajo publicado. Por lo general, un investigador asiste a un congreso. presenta su(s) trabajo(s). y después de oír las críticas en varios foros y de obtener una gran cantidad de datos adicionales intenta entonces publicar en una revista especializada. Así como hay congresos de muy buena y de muy mala calidad, también hay revistas de muy buena y de muy mala calidad. Un investigador puede acumular una gran cantidad de trabajos en revistas malas. pero su trabajo no será tan leído ni tan citado como si o hubiese publicado en una revista más apropiada. Cuando un investigador selecciona una revista de las mejores en su área. se encontrará con arbitrajes estrictos QUe sin duda le ayudarán a elevar la calidad de su trabajo antes de ser publicado. pero. lo más importante. es QUe garantizará Que su investigación tenga una mayor probabilidad de ser leída y usada como referencia. La revista dedicada al reporte internacional de citas. o Journal Citation Report (ICR). es una revista del Instituto de Información Científica (151) Que se dedica a evaluar y ordenar el impacto de los mejores trabajos del orbe. publicados en revistas de alto impacto. Si se desea asegurar la divulgación apropiada de un trabajo y su trascendencia. debe pensarse entonces en una revista indexada. En este trabajo se muestra y se discute la tendencia Que existe en lberoamérica a publicar en revistas de alto impacto en áreas relacionadas con la corrosión del concreto armado. Adicionalmente. se realiza una comparación con varias naciones del resto del mundo. con el objeto de ubicar a lberoamérica en el contexto mundial en cuanto a este tipo de productividad científica. CR1TER10S DE CONSU LTA En el área de la corrosión del concreto armado se tiene una lista de revistas con diversos factores de impacto de acuerdo al JCR. En este trabajo. el factor de impacto Que se maneja está definido como el número promedio de veces Que un artículo reciente de una revista específica ha sido citado en la literatura Que el JCR incluye en su revisión. Se define como artículo reciente aQuel Que tiene dos años de antigüedad previa a la publicación del JCR. La Tabla I muestra las revistas Que se consultaron para poder realizar este trabajo. su procedencia. su factor de impacto.y el período Que se logró consultar con la información disponible. La Tabla 1 se usó para analizar los datos de España e lberoamérica. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �PEDRO CASTRO BORGES A Se consultó el material Que se tuvo a disponibilidad durante los rangos de tiempo Que se mencionan. Esto tiene limitantes al momento de hacer el análisis. Sin embargo. poco a poco se está obteniendo esta información, con la Que se corroborarán las tendencias mostradas. Al momento de decidir a Que país atribuirle determinado trabajo. se tomó en cuenta la afiliación perma, nente de los autores. Unicamente se consideraron trabajos en revistas indexadas. Se tomaron en cuenta. estrictamente las revistas indexadas Que se señalan, de autores Iberoamericanos o del resto del mundo según correspondiese. y en temas relacionados explícitamente con la corrosión del concreto armado. El hecho de Que en algunas Figuras no aparezca determinado país no significa Que no hayan habido publicaciones indexadas en el tema. sino Que probablemente la revista no era de alto impacto o no se tomó en cuenta en esta revisión por carecer de su información Para la comparación entre lberoamérica y otras naciones del resto del mundo se tomaron en cuenta únicamente las cuatro revistas en las Que se publica más en el tema. Que son las de mayor impacto en la Tabla l ,y se utilizó el mismo rango de revisión en años para las Que se compararon. La Tabla 2 muestra esta información. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Publicaciones por país La Figura I muestra, por país, la producción reportada. Se puede ver la tendencia a la publicación de excelencia en cada país producto de varias circunstancias como número de instituciones e investigadores, problemas a resolver, situación de la ciencia en el país, tamaño y grado de desarrollo, etc. Publicaciones por año La Figura 2 muestra, por país, el número de artículos publicados por año desde 1988 a la fecha. Se pueden notar máximos entre 1996 y 1998 con un aparente descenso en 1999 y un repunte a partir del 2000. El descenso después de los máximos puede deberse a Que la investigación se haya centrado a otros temas Que hayan sido de interés o necesidad de los autores y no necesariamente a Que los problemas o la línea de investigación estén decayendo. Se nota un liderazgo de España y un aumento paulatino en la producción de América Latina en los últimos I O años, producto Quizá de la formación de recursos humanos en el tema y posiblemente de la repatriación de jóvenes investigadores. PUBLICACIONES POR REVISTA CONSULTADA La Figura 3 muestra la productividad en el tema en función de la revista y por país. Son 6 países los QUe aparecen con frecuencia en esta figura. Se puede notar QUe las revistas preferidas son Cement and Concrete Research. Corrosion. Corrosion Science y Materials and Structures. De igual manera se puede apreciar Que CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO ~ ~ los autores Que utilizan una mayor variedad de revistas para publicar son los españoles, seguidos de los mexicanos y venezolanos. PUBLICACIONES POR PAÍS Y POR REVISTA CON EL TIEMPO España La Figura 4 muestra la productividad de España en el tema con el tiempo y por revista. Se aprecia Que en los 80's los autores españoles publicaban únicamente en Cement and Concrete Research y en Corrosion Science. QUe hasta el momento son dos de las de más alto impacto en las áreas de Construcción y de Corrosión. Con el paso del tiempo, bajó la productividad en éstas revistas, pero aumentó la variedad de revistas en las Que están publicando. México La Figura 5 muestra la productividad de México en el tema con el tiempo y por revista. Se aprecia una tendencia similar a la de España, iniciando una productividad en Cement and Concrete Research y Corrosion, Que luego se fue expandiendo a otras revistas, pero conservándose o incrementado la productividad en CCR. Venezuela La Figura 6 muestra por su parte la productividad de Venezuela en el tema con el tiempo y por revista. Se aprecia una productividad incipiente pero creciente en el tema dominando en las revistas de CCR y Materials Performance. Perú La Figura 7 muestra Que la productividad Peruana inició y estuvo constante entre 1996 y 1998 pero se detuvo en los años posteriores. Brasil y Argentina En la Figura 8, por su parte. Brasil y Argentina muestran una productividad esporádica a lo largo de los años en revistas indexadas Que no es representativa de su capacidad y productividad científica. CONSIDERACIONES IMPORTANTES AunQue son muchos los factores Que intervienen para Que los investigadores publiQuen en revistas indexadas, lo cierto es QUe éstas son una medida utilizada a nivel mundial para medir el grado de desarrollo científico en determinadas áreas de la ciencia. El hecho de Que en el área de corrosión en el concreto armado lberoamérica no tenga una presencia significativa en la literatura indexada puede deberse, entre muchos otros factores, a Que los investigadores no están motivados por sus sistemas de evaluación a hacerlo. Otras razones pueden ser Que haya un sesgo m~ fuerte hacia actividades tecnológicas sin Que haya un eQuilibrio con las científicas. o Que las políticas para la ciencia estén basadas en necesidades diferentes, pero Que están afectando indirectamente el futuro de la ciencia en este tema y su impacto internacional. Inclusive, puede deberse a la urgencia o importancia en desarrollar el conocimiento de la corrosión para resolver problemas muy locales pero Que afecten a gran parte de un país. En este último caso se recomendaría mucho la publicación en revistas técnicas de alto impacto. Ahora bien. si se toma en cuenta Que muchas Universidades exigen, como un •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PEDRO CASTRO BORGES A medio para validar los resultados de la investigación y añadir prestigio a la Universidad, la publicación o su aceptación para publicación de un artículo en revista de alto impacto antes de otorgar el doctorado, , entonces ésta es una herramienta Que se debería de usar en lberoamérica con los mismos fines. La publicación científica en revistas indexadas, en la medida en Que la propiciemos más en lberoamérica, permitirá demostrar al mundo Que hacemos investigación de calidad a través del instrumento con el Que se mide ésta, y atraerá la atención internacional. Que se traducirá en mayores inversiones extranjeras, coadyuvando a la mejoría económica de nuestros países. Es complicado entender como la calidad de la investigación atraerá las inversiones extranjeras pues esto no se da en forma directa sino indirecta. Las buenas investigaciones publicadas en revistas de alto impacto son leídas por gente Que puede aplicar esos resultados y Que puede tener o interesarle los medios para generar riQueza a través de ellos. Un ejemplo en el área de la corrosión podría ser el de una ensambladora de coches o una manufacturera Que antes de instalarse en determinado país o ambiente se preocupará e invariablemente preguntará Que tipo de atmósfera hay en ese sitio para Que sus costos por corrosión sean mínimos. Si los científicos de ese país tienen hecho y publicado en revista de alto impacto ese estudio, la empresa podrá decidir mejor. Si no lo tiene, la empresa se irá a uno Que sí lo tenga. PROYECCIONES A FUTURO EN lBEROAMÉRICA Con los datos modestos con los Que se realizó este análisis, se realizó una proyección hacia el año 201 O sobre la productividad de nuestros países en el tema La Figura 9 muestra la información obtenida. Suponiendo Que la tendencia sea lineal (a pesar de la dispersión), es preocupante QUe en I O años no podamos más Que duplicar. en algunos casos nuestra productividad científica. si se toma en cuenta la necesidad de desarrollo en infraestructura y rehabilitación Que se reQuerirá para entonces. La idea de este trabajo es sembrar la reílexión y orientar a Quienes esté en sus manos, las políticas de ciencia y su impacto de nuestros países, para Que, tomando las acciones pertinentes, se logre encausar el QUehacer científico en esta área. Que redunde en mejores beneficios a mediano plazo. lBEROAMÉRICA VS RESTO DEl MUNDO La Figura I O muestra la productividad científica de lberoamérica y algunos países del resto del mundo en las revistas y períodos Que se indican en la Tabla 2. Puede observarse Que España se mantiene entre los primeros lugares y Que México es el primer lugar de América Latina, incluso por encima de Australia, país con gran tradición en el área. Sin embargo. la mejor manera de hacer una comparación es a través del número de artículos por cada millón de habitantes. La Figura 11 muestra este tipo de comparación tomando como base la población QUe se reporta en la Tabla 3. Se observa a España Que continua en los primeros lugares a nivel mundial, pero, sorprendentemente, Estados Unidos reporta una producción parecida a la de México. Por supuesto, debe enfatizarse Que solo se está evaluando un período y revistas específicas, Que son aQuellas en las Que más se publica CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO sobre el tema y Que tienen un factor de impacto importante. Como punto de reflexión es importante decir Que, a pesar de haber revistas especializadas en corrosión, como Corrosion Science. Corrosion, Materials Performance, Corrosion Reviews. British Corrosion Journal, etc, es obvio Que los autores buscan las revistas en las Que tendrá un mayor efecto su trabajo, es decir, en las revistas del área de los materiales y la construcción. Esto se puede apreciar en forma más explicita en la Figura 12, en la cual se analiza la productividad de España y México (los más productivos en lberoamérica con los criterios seleccionados) vs la de varios países del resto del mundo. pero por revista. Se nota con claridad una m~or preferencia en las revistas del Area de Construcción y Concreto Que en las de Corrosión. También se observa QUe los Árabes no publican en las de Corrosión, los Canadienses muy poco y los Estadounidenses publican mayoritariamente en las revistas de su país. Mientras Que España y México publican en cualQuiera de estas revistas. Hay factores QUe influyen también en las decisiones de los autores de publicar en determinadas revistas. como los temas de actualidad Que pueden tener cabida o no en las revistas Que ahora se están comparando. Por ejemplo. la Figura 13 muestra como en los países representativos del resto del mundo hay picos en las publicaciones reportadas en los períodos y revistas reportadas en la Tabla 2 hacia 1994 y 2000. Esto significa únicamente Que hubo cambio de interés cíclico Que, entre otras causas. pueden deberse a grandes avances en el área. Que motiva una disminución de la investigación en ella y un re-enfoQue hacia nuevos temas en los países industrializados. De igual forma, se aprecia QUe los estadounidenses mantuvieron constante su interés en el tema, sin olvidar Que tres de las revistas son de su país. Si se hace de nuevo la comparación entre países representativos de lberoamérica y del resto del mundo con el mismo tipo de proyección Que el de la Figura 9. se puede construir la Figura 14. A pesar de la dispersión, se alcanza a valorar Que, a pesar de tener pocos artículos por habitante. los Estadounidenses dominarán el sector los próximos años en las revistas Que se evaluaron. España y México. por parte de lberoamérica. tendrán una productividad creciente pero con una pendiente más baja Que los países anglosajones. Sin embargo. hay varios factores Que no se están tomando en cuenta con relación a los países emergentes, como por ejemplo el personal Que se está farmando en otros países y Que vendrá a reforzar la planta. Por lo anterior, las tendencias observadas pueden cambiar radicalmente. Hay puntos importantes a destacar en esta revisión y análisis, como por ejemplo Que no aparezcan datos de japoneses y países nórdicos con una gran influencia en los desarrollos tecnológicos en el área de la corrosión. Generalmente, lo autores de estos países realizan muchas investigaciones sobre el tema. pero la publican en revistas especializadas en sus idiomas o de muy poco impacto en la comunidad internacional. Sin embargo, ellos han desarrollado capacidades tecnológicas para transmitir sus conocimientos a través de otros medios. RECOMENDACIONES De acuerdo a los datos Que se han planteado aQuí. se tiene la necesidad de conseguir información complementaria Que permita la ratificación o rectificación de las tendencias observadas, así como ampliar el análisis de la información. Ello permitirá incluir un número mayor de revistas. más años de rango y otros factores como la formación de recursos humanos, artículos en congresos y número de citas de los trabajos producidos. De esta manera no sólo se podrá conocer lo Que hacemos sino también su impacto en el mundo. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES Se recomienda a los organismos relacionados con el área, el fomento de convenios de colaboración con los países Que no están produciendo trabajos de excelencia o. Que estando haciéndolo. no cuenten con la motivación. los medios, la preparación o la experiencia para transferir su trabajo a revistas indexadas. CONCLUSIONES La producción científica del área de corrosión en concreto armado en revistas indexadas de alto impacto en lberoamérica se centra en pocos países. En éstos ha habido en general una tendencia hacia el crecimiento en número de publicaciones y en revistas en las Que se publica. Sin embargo. las proyecciones de crecimiento basadas en los datos obtenidos, y con las debidas reservas por la dispersión QUe presentan, muestran un panorama desalentador y Que no corresponde con las necesidades y con los retos Que se habrá de afrontar con la globalización. En la medida en Que lberoamérica publiQue sus investigaciones sobre corrosión del concreto armado en revistas indexadas, habrá mejor oportunidad de QUe los resultados de investigación sean más y mejor utilizados en el mundo. La comparación entre los países sobresalientes de lberoamérica y del resto del mundo demuestra Que hay el mismo nivel en cantidad y calidad según los criterios Que aQuí se reportan. entre unos y otros. aunQue la proyección a futuro parece seguir favoreciendo a los países anglosajones. RECONOCIMIENTOS Este autor reconoce el apoyo de M. Balancán en la fase de recopilación de información de este trabajo. Se agradece a CINVESTAV y a CONACYT el apoyo parcial para realizar este trabajo. Los puntos de vista expresados aQUí son los del autor y no necesariamente los de los organismos Que patrocinan. Bibliografía l JournalCitation Report, Science Edttion, lnstitute far Scientific lnfarmatian lnc., ISSN 15245047, 2001. liJ 50 ..., ~ 40 ~ ~ ...,"'"' l) !e! ~ -~ = 20 10 o Es¡xiño México Perú Venezuela Brasa Aigemno figura l. Artículos relacionados explícitamente con lo corrosión del concreto armado en revistas de altoimpacto poro los períodos y revistas reportados en lo Tablo 1. C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO 10 ■ 8 España □ México □ Perú □ Venezuela ■ Brasil □ Argentina V, :2 ::::, .., i:: ::::, 6 :l> ::::, = :l> 5 4 2:: 2 o 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Figuro 2. Artículos anuales por país, relacionados explícitamente con la corrosión del concreto armado en revistas de altoimpacto poro los períodos y revistas reportados en lo Tablo 1. Werkstoffe und Korrosion Moterials Performance - Moterioles de Construcción Moterials ond Structures - Magazine of concrete research 7 Corrosion Science L Corrosion ~ 7 Construction and Building Materiols Concrete lnternotionol _____. - Cernen! ond Concrete Reseorch Building ond Environment L ACI Moteriols Joumol ' ' ' ' ' o 2 4 6 8 ' ' ' 12 14 16 Número de artículos ■ EsJX)ñO O Venezuela □ México □ ■ □ Argentino Brasil Perú Figuro 3. Productividad por revisto, relacionada explícitamente con lo corrosión del concreto armado en revistos de alto impacto paro algunos países de España e lberoamérico. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 o ,e; <I: o 2 3 4 5 6 7 8 9 Número de artículos (España) O ACI MateriaIsJoumol ■ Cernen! and Concrete Reseorch □ Corrosion ■ Magazine ol Concrete Reseorch O Materiales de Construcción ■ Buikling and Environment O Constructionand Building Materiols O Corrosion Science ■ Moterials ondStructures ■ Werkstoffe und Korrosion figuro 4. Productividadde España en artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde la revista 2001 2000 1999 1998 ,eo < 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 o 3 Número de artículos (México) ■ Building ond fnvironment O Construction ond Building Moteriols □ Corro5ion Scieoce ■ Moteriolsood Structures ■ Cernen! ond Concrete lteseorch □ Corrosion ■ Mogozine ol Concrete lteseorch ■ Moteriols Performance Figuro 5. Productividadde México en artículos indexados en el SCI en funcióndel tiempoy de la revista. C IENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 10 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO 2000 1998 1996 ,g <C 1994 1992 1990 1988 o 3 2 Número de artículos (Venezuela) ■ ■ □ Cement and Concrete Research Materials and Structures Corrosion ■ Moterials Performance Figuro 6. Productividadde Venezuela en artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde la revista. 2000 1998 ~ 1996 1994 1992 1990 1988 o 2 Número de artículos (Perú} ■ Cement and Concrete Reseorch ■ Magazine of Concrete Reseorch □ Materials Performance 3 □ Corrosion ■ Materials and Structures Figuro 7. Productividad de Perúen artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde lo revista. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 4 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES 2001 2000 1998 1991 o 2 Núrrero de artículos ■ Cement ond Concrete Reseorch (Brasil) O Couosion (Brasil) O Concrete lntemotionol (Argentino) Figuro 8. Productividad de Brasil y Argentino en artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde lo revisto. 10 9 8 7 "' -s 6 o -'=' t: 5 o 4 o ...."' as ,E ::, :z: ◊ España ◊ ◊ España .,- ■ México O Perú / / / ◊ / )1( Venezuelo b. Brasil / / -- ■ ◊ ■ 3 o 3 - :; ~·· - - -<5---=-;(- ~ -~ -:. ~ - •• Bra~I México ■ 2 1 / Perú .... -- --Venezuela 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Año Figura 9. Proyección de lo producción científico de España y de algunos países iberoomericonos hacia el año 201 O CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO 70 60 50 lS :5 -'=' t: o 40 <I) -.:, e ~ •::> = 30 20 10 o USA Canadá España Reino Unido Arabio Saudita México Venezuela Australia Pe1ú Argentino País Figuro l O. Artículos totales por cado país, relacionados explícitamente conlo corrosión del concretoarmado, y publicados en el ACI MateriaIs Journol., Cement ond Concrete Research., Corrosion Journal y Corrosion Science, en los períodos reportados en lo Tabla 2. 1.4 1.2 ..ci _g -$ ,:: •O 0.8 .E ~ -o ·o "' ·'=' 0.6 :l5 :::, o... 0.4 0.2 o Canadá ArabioSaudita Espoiio Australia Reino Unido USA México Venezuela Argentino Perú Brasil País Figuro 11. Artículos por cada millón de habitantes, relacionados explícitamente conlo corrosión del concretoarmado, y publicados en el ACIMoteriols Journol, Cement and Concrete Reseorch, Corrosion Jorurnol yCorrosion Science, en los períodos reportados enla Tabla 2. ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES CouosionScience Corrosion Cernen! ond (Ofl(rete Reioorch ACI MoteñolsJoumal o 20 15 Número de artículos 5 25 ■ USA ■ Conoció 0 EsfXJñO ■ Reino Unido O Arobia Soudito O México 30 O Austrolio figura 12. Productividad por revisto, relacionado explícitamente con lo corrosión del concreto armadoen revistas dealtoimpacto poro los períodos y revistas reportados en la Tabla 2. 10 9 8 7 ~ 6 ~.,ª 5 t e, ,:, e ~ 4 ,: , :z: 3 2 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Año ■ USA ■ Conodó ■ Reino Unido □ Aromo Soudito O AUSlrolio Figura 13. Artículos anuales en países no iberoamericanos, relacionados explícitamente conla corrosión del concretoarmado en revistas de alto impacto para los períodos y revistos reportados en la Tablo 2. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO JO 9 7 6 O México 8 ~ ♦ USA O Canadá A Reino Unido X Arobio Saudita )K Auslrolio -ª s e kpoño t: e, "' 4 ~ o • •• • • E -=z: • USA D.D. · !"";! ~ -e, X • ■ 111 O Reioo Unido ---- -- - • • . - -• • h¡x,oo Cooodó 3 2 o 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Año Figura 14. Proyecciónde lo producción científico de España yMéxico hacia el año 201Ovs. lo proyección de algunos países del resto del mundo poro los períodos yrevistos reportados en loTablo 2. Tablo 1. Tabla de revistos con factorde impacto, consultados poro realizar lo primera parte de estetrabajo. ■ Revista País de origen Área Lugar Factor de impacto Rango consultado ACI Moteriols Journol Estados Unidos de Norteomérico Construction &Building Technology 7 0.531 1988-2001 Building ond Enviranment Cernen! and Concrete Reseorch Construction ond Building MateriaIs Reino Unido Construction &Building Technology 13 0.330 1995-2001 Estados Unidos de Norteomérico Construction &Building Technology 3 0.733 1986-2001 Reino Unido Construction &Building Technology 24 0.156 1995-2001 Corrosion Estados Unidos de Norteomérico 15 0.695 1989-2001 Corrosion Science Reino Unido 9 0.881 1989-2001 Magazine of Concrete Reseorch Reino Unido 8 0.506 1998-2001 Moterials and Structures Francia 17 0.291 1993-2001 Materia les de Construcción España 20 0.219 1996-2001 Materials Performance Estados Unidos de Norteamérica 17 0.175 1992-2001 Werkstoffe und Korrosion Alemania 18 0.569 1998-2001 Metallurgy &Metallurgicol Engineering Metallurgy &Metallurgicol Engineering Construction &Building Technology Construction &Building Technology Construction &Building Technology Materials Science Charecterization &Testing Metallurgy &Metallurgicol Engineering CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES Tablo 2. Revistos y períodos de revisión poro comparar productividad científico entre lberoamérico yel resto del mundo. Criterios de Consulto Revisto ACI MateriaIs Journal Cement and Concrete Reseorch Corrosion Años de revisión 1988-2002 1986-2002 1989-2002 1989-2002 Corrosion Science Tabla 3. Población por país (http/www.lonelyplonet.com) Número de habitantes (millones) 285 31.28 39.7 56.7 21.5 100.29 19.2 172 23.54 27.01 36.96 País Estados Unidos (USA) Canadá España Reina Unida Arabia Saudita México Australia Brasil Venezuela Perú Argentina CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A DECLORURACIÓN DE CONCRETO REFORZADO - EN AGUA SOMETIDO A DOS MODOS DE EXPOSIC ION DE MARARTIFIC IAL G. FAJARDO', G. ESCADE ILLAS 2 , G. ARLI GUIE 2• P. VALDEZ 1 RESUMEN La decloruración o extracción electroquímica de cloruros (EEC) fue analizada en probetas de concreto reforzado expuestas a dos modos de penetración de cloruros. Dos series de probetas cilíndricas teniendo 20 y 50 mm de recubrimiento de concreto fueron fabricadas con cemento portland ordinario y una relación A/( de 0.65. Una serie fue expuesta a una penetración representativa de la zona de marea. Otra serie fue colocada en inmersión permanente, simulando la zona situada pordebajo del nivel medio del mar. Una solución de agua de mar artificialfue utilizada en ambos casos. Posteriora la exposición, la EEC fue aplicada utilizando l A/m 2 de acero desnudo durante 21 y90 días. Medidas de la cantidad de cloruros extraídos, del perfilde cloruros al interiorde las probetas ydel estado de corrosión del acero de refuerzo fueron registradas antes, durante ydespués de la EEC. Los resultados muestran que, para las probetas de 20 mm, el modo de exposición no tiene influencia sobre la capacidad de extracción de la técnica de EEC. No obstante, en el caso de 50 mm, existe un marcado efecto deltipo de exposición. Desde el punto de vista de la corrosión, los valores muestran dílerencias entre los modos de exposición, antes de la aplicación de la EEC. Sin embargo, en el periodo post tratamientoypor efecto de la disminución de los cloruros, el estado de degradación disminuye en los dos casos. Palabras clave:Corrosión; cloruros; concreto reforzado; extracción electroquímica de cloruros ABSTRACT The influence of the chloride penetration mode in concrete on the electrochemical chloride extraction efficiency was analyzed in this work. For that, two types of chloride profiles, one characteristic of the splash and the tidal zones and the other characteristic of the immersion zones, were studied. Electrochemical chloride extraction technique was applied in laboratory to cylindrical reinforced concrete specimens having 20 and 50 mm of cover depth, made with OPC cement and having a w/c ratio of 0.65. Specimens were saturated with chlorides either by imposition with cycles of wetting (in a solution of artificial seawater) -drying (in a drying oven), or by totalimmersion in artificial seawater. At the time of extraction, a current density of l A/m 2 ofsteel surface was applied for 21 and 90 days. Measurements of the quantity of chloride extracted, the chloride profiles, the polarisation resistan ce and the corrosion potential, were token during or after the treatment. Results show that the penetration mode has no influence on the chloride extraction efficiency for the specimens of weak cover depth, but its influence on the specimens of SO-mm cover depthwas observed. From the point of view of the polarisation resistance and the corrosion potential, the values before electrochemical treatment are very different between the two saturation modes of the specimens, beca use of the dílference in the accessibility of oxygen during the chloride saturation phase. After electrochemical treatment, the corrosion rafe ofsteel decreases considerably but the difference between the two saturation modes remains constant. Keywords:Chloride, Corrosion, Electrochemical chloride extraction, Reinforced concrete 'Facultad de Ingeniería Civil. Departamento de Tecnología del Concreto, Universidad Autónoma de Nuevo León Av. Uni,oersidad s/n, Cd. Universitaria. San Nicolás de los Garza. N.L. CP 664S0 'Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions. INSA-UPS Complexe Scíentiílq_ue de Rangueil. 3 1077 Toulouse Cedex 4, France •-- C I ENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. A I'. VA LDEZ l. INTRODUCCIÓN La degradación por corrosión del acero de refuerzo de las estructuras de concreto debido a la exposición de cloruros provenientes de ambientes marinos o de sales de deshielo es considerada como la causa primordial de su deterioro prematuro [ 1]. La Extracción ElectroQuímica de Cloruros (EEC) o decloruración es un método curativo recientemente propuesto para tratar estructuras de concreto reforzado con problemas de corrosión del acero provocada por el ingreso de cloruros. La técnica se basa en la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico (por medio de una fuente de poder) entre el acero de refuerzo (Que se comporta como cátodo) y un ánodo metálico localizado sobre la superficie del concreto (frecuentemente, este suele ser de un material inerte o bien inatacable en el medio electrolítico utilizado). La polarización del acero, crea un exceso de cargas negativas motivando el movimiento de aniones (o portadores de carga negativa, como los Cl· y OH·. principalmente) a través de la matriz de concreto hacia la superficie del mismo, donde son atraídos por el ánodo (polarizado éste a su vez positivamente) provocando eventualmente su salida del interior del concreto, disminuyendo de esta forma la concentración en el interior. En la Figura I a, se observa el procedimiento de la aplicación en una estructura de concreto reforzado. En la Figura I b, se muestra una representación esQuemática del movimiento iónico generado por el campo eléctrico. '01\,.¡--+ l llf>co C\w • ••• 01¡..i • '\w • •• lHf'r¡; • lC11..i - • Clzcc1 • , •. IXIDINAL Al'ODE I\IIIONS (CI. OH ) l'OWOt Sl11'1'LY ll j j j + 21tp,n • C\cc1 • • •· Hf'1Q • l • Figuro la. Aplicación de la técnica de decloruroción. -+ CONCRL1t •014i,..¡ • l º'\..i • K2, !el Figuro lb. Representación esquemática de lo aplicación de la dedoruroción o EEC No obstante, aún si los principios de funcionamiento del método están bien establecidos [2-4]. existen algunos aspectos Que no han sido esclarecidos y Que están relacionados con la capacidad de extracción de cloruros en condiciones susceptibles de ser encontradas en la práctica; y con el comportamiento post tratamiento del acero de refuerzo, netamente en lo Que respecta a su estado de corrosión posterior a una aplicación de este tipo. En este sentido. existen resultados contradictorios en la literatura. Por un lado, algunos investigadores han observado una disminución del estado de degradación por corrosión del acero de refuerzo, afirmando con ello incluso un posible restablecimiento de las condiciones de pasividad del acero [5-7]. Por otro lado, otros han notado incrementos en la degradación del acero, indicando Que estos efectos podrían resultar del propio aumento de alcalinidad en la zona cercana a la superficie del acero (interface acero - concreto) 18]. En la mayor parte de los trabajos aQuí mencionados, la introducción de los cloruros fue favorecida durante la etapa de fabricación de las probetas utilizando para ello cloruro de sodio en el agua de mezclado, Que difícilmente reproduce el mecanismo de ingreso de los cloruros y el deterioro por corrosión del acero de refuerzo. Con el presente trabajo se pretenden obtener datos experimentales Que conduzcan no sólo a un mejor entendimiento de la técnica de EEC, sino a la consecuente evaluación del comportamiento esperado cuando es aplicada en estructuras Que presentan dos tipos de perfil de cloruros: uno característico de zonas de inmersión y otro representativo de las zonas de marea, considerando además el hecho de tener una exposición multi-iónica. CIENCIA FIC NO.2 MAYO · AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A 2. MÉTODO EXPERIMENTAL 2.1. Fabricación de las probetas Fueron fabricadas probetas cilíndricas de concreto de 50 y 11O mm de diámetro y 11O mm de alto. con una varilla corrugada de acero de I O mm de diámetro embebida en el centro de las mismas (Fig. 2). La superficie del acero fue limpiada Químicamente, antes de su colocación en los moldes. con el objetivo de garantizar un estado inicial de referencia. Un sólo tipo de concreto fue analizado. La proporción de los diversos componentes utilizados es presentada en la Tabla 1. La composición Química del cemento es dada en la Tabla 2. Después de haber sido fabricadas las probetas. éstas permanecieron sin intercambio de humedad durante 24 horas en un cuarto mantenido a 20ºC. Posteriormente. fueron desmoldadas y antes del primer contacto con la solución de agua de mar. permanecieron en un cuarto a 20º + 1ºC y 100% HR durante 28 días. La penetración de cloruros fue asegurada hasta lograr una saturación máxima del concreto de las probetas. Por un lado. fueron expuestas a una condición de exposición permanente (CI. i.e. Conlinuous!}, lmmersed). y por otro, por medio de ciclos de tres días de inmersión y cuatro días de secado a 40ºC (ciclos de WD, i.e. Wetting - Drying cycles). La composición de la solución de inmersión se describe en la Tabla 3. 2.2. Aplicación de la EEC La aplicación de la técnica de EEC se puede describir como sigue. Setenta probetas fueron colocadas en contenedores de PVC. después de haber fijado una malla de titanio activado sobre su superficie y haber producido los contactos eléctricos (Fig. 3). Se utilizó agua destilada como electrolito (anolito) para seguir el movimiento iónico hacia el ánodo. Una corriente constante de I Nm 2 de acero fue aplicada entre el ánodo y el cátodo (acero de refuerzo) durante 21 y 90 días. Una resistencia eléctrica de I n fue conectada en serie Tabla l. Componentes y composición del concreto de las probetas. Cemento Portland Ordinario, CPO Areno de sílice, #4 Grava (tomoño máx= 15mm) Agua 310 k¡v'm3 850 kw'm3 l 050 k¡v'm3 201 Vm3 0.65 36MPo fv( Resistencia o lo compresión, 28días Tablo 2. Composición química del cemento utilizado. CPO (%) CoO 61 ,8 so SiO 18,4 3,2 MgO 2,75 AIO 4,9 Fe O 2,4 No O O, 13 KO 0,68 Tabla 3. Composición promedio del agua de mor del Océano Atlántico de acuerdo con [9]. mmoVL 460,0 •-- Mg2 ( a2+ 52,0 14,2 CIENCIA FIC 2,0 NO.2 (1- so 2• 538,0 27, l MAYO - AGOSTO 2007 HCO · 2,0 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. A I'. VA LDEZ Elí!Cl~ Rttlmr,u - -......_ /\,A ¡ r -J\~\r-- , Rubber Coated Steel Rod - + EltctrolY1t f-- Pw'C .-,ul , -- - '- Aa.-31,d Too,um cover depth = 20 or 50 mm fig. 3. Celda tipo utilizada poro la aplicación de la EEC. fig. 2. Representación esquemótica de un corte transversal de los probetas utilizados. con las probetas con el objetivo de verificar constantemente la cantidad de corriente (por aplicación de la ley de Ohm) aplicada a la celda. Un reóstato fue conectado también en serie para regular la corriente preestablecida. La EEC fue aplicada por un periodo de 5 días. seguidos por un paro de 2 días (sin cambio del anolito). Este tipo de proceso simula una intervención en la cual los trabajos son conducidos generalmente de lunes a viernes con posibilidad de supervisión y verificación de los eQuipos. Al final del proceso. el total de carga aplicada fue de 360 y 1536 A-h/m 2 • para 21 y 90 días, respectivamente. Con el objetivo de evaluar el efecto del campo eléctrico. para cada serie analizada, se colocaron probetas en celdas de extracción sin aplicación del mismo. Estas probetas de referencia fu eron referidas en las gráficas como C-WD y C-CJ. 2.3. Técnicas aplicadas Se obtuvieron perfiles de concentración de cloruros en el concreto a partir de corazones extraídos de las probetas antes. durante y después del tratamiento de EEC. Los corazones fueron de 20 mm de diámetro y aproximadamente 25 o 55 mm de largo. dependiendo del recubrimiento de concreto de las probetas. Las Figs. 4 y 5 ilustran la extracción de los corazones y el procedimiento para la obtención del perfil de cloruros. Debido a la geometría cilíndrica de las probetas, los corazones fueron rectificados como lo muestra la Fig. 5. La concentración de cloruros totales (obtenidos previa digestión ácida) a una profundidad dada de concreto fue determinada a través de titulación potenciodinámica con una solución O.O I M de nitrato de plata (AgN03) y utilizando un titulador automático Metrohm DMS 71 6 Ti trino [ 1O]. Antes, durante y después de la EEC. medidas del voltaje aplicado, del potencial de corrosión del acero de refuerzo, de la resistencia de polarización (Rp) y de la resistencia eléctrica del concreto de las probetas fueron obtenidas. El potencial de corrosión. la Rp así como la resistencia eléctrica del concreto fueron obtenidos con ~uda de un sistema VoltaLab One para mediciones electroQuímicas. Durante la EEC. éstas medidas fueron aplicadas al final del periodo de paro. es decir. al final del segundo día. Los resultados de Rp fueron transformados a icorr con la relación icorr = B/Rp [ 11 ]. Se utilizó una configuración a tres electrodos. empleando un CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A electrodo de referencia de calomel saturado o ECS y un electrodo auxiliar de acero inoxidable 304. Debido a Que B depende de las pendientes de Tafel [ 12]. las cuales toman diferentes valores en función del estado de corrosión del acero, diferentes valores de B fueron considerados si el acero estaba en un estado pasivo (si el Ecorr > -200 mV. B = 52 mV) o en estado activo (si el Ecorr < -300 mV. B = 26 mV). El potencial y la velocidad de corrosión fueron observados después del corte de la corriente durante 4 meses bajo condiciones Que favorecen la posible repasivación del acero, de acuerdo con resultados previos [ 13]. Cuts ·m+: Co,e (➔ (( ( ( ( ~ i -i_wµ------➔ ~ ) 1 1 1 ..l. 1 ,..k:, 1 1 1 1 1 1 : : : 1 1 1 1 [Cr) (.,, ) : : : 1 1 1 1 1 1 • 1 1 : +! : :: Co11c1ere s1>e clmen ~ Chlo rhle 1>rofile x (rnrn) Se9rnent Fig. 5. Representación esquemático de la rectificación y procedimiento poro lo obtención de los perfiles de cloruros. Fig. 4. Procedimientoparo la obtenciónde los corazones de concreto. 3. RESULTADOS 3.1. Parámetros eléctricos y electrolíticos La resistividad del concreto, justo antes del inicio de la EEC, medida con la técnica de Espectroscopía de Impedancia ElectroQuímica (o simplemente Impedancia). en el rango de 100 kHz a I O Hz. estuvo entre 4 y 7 kQ.cm, para las probetas sometidas a WD, y entre 17 y 20 kQ.cm para aQuellas en inmersión permanente (CI). Durante la EEC, los voltajes aplicados para obtener la corriente preestablecida varió entre 1.5 y 3 V. lo cual muestra el comportamiento relativamente estable de la celda de extracción en su conjunto (probeta, malla de titanio. anolito). Como era de esperarse, por efecto de la electrolisis y la saturación de agua de la probeta, la resistividad de las mismas disminuyó entre 50 y 60%. El pH del anolito varió entre 6.5 y 8. Finalmente. el desprendimiento de cloro gaseoso fue observado, especialmente al final de cada ciclo de aplicación del tratamiento (a partir del cuarto día). 3.2. Movimiento de los cloruros al interiordel concreto Las Figuras 6a, 6b, 7a y l b muestran la evolución del contenido de cloruros como una función del recubrimiento de concreto para 2 1y 90 días de tratamiento, en lo Que respecta a las probetas Que fueron expuestas a WD yCI. •-- C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. A I'. VA LDEZ 6~--------------------~ -+- CONTROL WD 21 DAYS WD 90 DAYS WO ~ -O- 5 s T E E L 1 O+-----~----~-----~----~ 0-5 5-10 10-15 15 - 20 Depth (mm) a) Ciclos de WD 6 -+-CONTROLCI ~ 2 1 DAYSa -0--90DAYSa 5 -~3 ~ !:2. ~ o~ 4· 3 2 - ♦ s ti T ~-=-===-:::';,~ t----' . 0--_ L --o-o 1 o o 0-5 E E 5-10 10 - 15 - 15 - 20 Depth (mm) a) CI figuro 6. Evolución de la concentración de cloruros como una función deltiempo de aplicación del tratamientoparo 20 y 50 mm de recubrimiento de concreto y paro los probetas expuestos en o) WD ciclos y b) (l. Antes del tratamiento de EEC. el promedio de la concentración de cloruros fue cercano a 4% por peso de cemento (ppc o by wt. c., como designado en las gráficas). para las probetas en WD (designadas en la gráfica como Control WD).y alrededor de 3.7% (ppm) para aQuellas en CI (designadas como Control CI). Después de 90 días de aplicación de la EEC, se puede constatar Que el modo de penetración de cloruros utilizado durante la etapa de exposición no presenta un efecto sobre la capacidad de extracción de la técnica para las probetas de 20 mm de recubrimiento (Figs. 6a y 6b). debido a Que se observan reducciones similares en el contenido de cloruros (la concentración disminuye hasta 1% ppc en las proximidades de la interface acero - concreto). En contraste. para las probetas de 50 mm de recubrimiento (Figs. 7a y 7b). se observa una reducción más significativa en el caso de las probetas en el modo de CI. alcanzando valores ligeramente inferiores a 1% ppc comparado con aQuellas en ciclos de WD . cuyos valores alcanzaron alrededor de 2.5% ppc. 3.2 Efecto de la EEC en el comportamiento de corrosión del acero Las Figs. 8a y 8b muestra el comportamiento promedio del potencial de corrosión del acero medido en cada serie de probetas antes. durante y en la etapa de post tratamiento, para los dos modos de penetración CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A 6-r-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - , 5 ~~---o! ¡ L 1 --OONlROL WD -t.-21 DAYSWO -<>-90 DAYSWD O+-- - - - - - ~ - - - - - - ~ - - - - - - - < 8 - 16 0-8 16- 24 24 - 32 32-40 40 - 50 Depth (mm) o) Ciclos de WD 6-r-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ - -COl'ITROL a 5 -t.- 21 DA YS a -0-90 DAYS CI s T t:,.,--_ _..,..4--- --_..,.Y:._ _ _ 4---- =---t.-tr~---1,4 1 E E L 0+-- - ~ - - - ~ - - ~ - - - ~ - - ~ - - - - - - - - 1 0-8 8- 16 16- 24 24- 32 32-40 40- 50 Depth (mm) o) CI Figuro 7. Evolución de la concentroción de cloruros paro diferentes tiempos de oplicoción de la EEC paro los probetas de 20 y 50 mm de recubrimiento y expuestos en o) ciclos de WD y b) ( l. analizados. La línea horizontal punteada en las gráficas indica los umbrales comúnmente aceptados para diferenciar entre estados de corrosión activos y pasivos de acero de refuerzo. Se constata Que la EEC tiene un efecto sobre el potencial de corrosión: Para las probetas en WD y antes de la EEC se registraron potenciales de corrosión muy activos. cuyos valores estuvieron cercanos a -580 mV vs ECS. Durante el tratamiento. los potenciales oscilaron entre -1025 y -1085 mV vs ECS, causados por el efecto del campo eléctrico aplicado. Después de la aplicación de la EEC. durante el post tratamiento. los potenciales se desplazaron hacia valores más positivos. entre -317 y-414 mV vs ECS . para 20 y 50 mm de recubrimiento de concreto. respectivamente Para las probetas en CI. los potenciales del acero antes de la EEC fueron de igual forma negativos. variando entre -5 18 y -334 mV vs ECS. para 20 y 50 mm respectivamente. No obstante. durante el tratamiento de EEC. se constata Que los potenciales difícilmente alcanzan los -900 mV vs ECS. Este efecto es probablemente debido a la alta resistividad Que presentaron estas probetas antes de la aplicación de la EEC. por lo Que la polarización alcanzada fue menor. Después del tratamiento. los potenciales se desplazaron hacia la zona Que indica la posible pasividad del acero con valores más positivos QUe -100 mV vs ECS, para los dos recubrimientos de concreto. ■ C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. o I'. VA LDEZ A : before ~ -200 (f) ü -> w -400 E -600 ~ -a; E 2 o o. ----,-- ---- -~----------------------------------' 1 - - - 0 - - --0- - during -800 after -1000 -□ - - o - -WJ Cycles ■ CI ~C-Wll Cycles - 0--C-CI -1200 21d Od 90] 7 dat 21dat 36dat 51dat 126dat 135dal 157dal lime (days) d= days oftreatment dat= days after treatment a) 20mm o before éii ü w >E ~ -200 during 1 • --- ---, -- --- -- --- --- r - -- --- --- --- --- -- --- --- --- --- -- --· -400 -600 -a; :;:; e -800 oo. -1000 Q) after - -WJCycles ■ Cl ~ C-WJCycles - 0 - -C-CI -1200 Od 21 d 90 d 15 dat 36 da! 48 dat 108 da! 142 dat lime (Days) a) 50mm Figuro 8. Comportamientodel potencial de corrosión del acero de refuerzo en probetas con a) 20 mm y b) 50 mm de recubrimiento de concreto. 3. 4 _Velocidad de corrosión La evolución de la velocidad de corrosión del acero. medido en la forma de densidad de corriente por medio la técnica de Rp, antes y después del tratamiento de EEC son presentados en las Figs_ 9a y 9b {la Rp no pudo ser obtenida durante el tratamiento de EEC. debido a la polarización remanente de las probetas en el modo de WD)- La línea horizontal punteada mostrada en las gráficas indican los umbrales comúnmente aceptados para diferenciar entre aceros considerados como pasivos o activos_ Antes del tratamiento de EEC, la velocidad de corrosión medida fue alta para las probetas en WD, con valores de 9 y 3 µNcm 2 para 20 y SO mm de recubrimiento de concreto respectivamente. Por otro lado. en el caso de CI, la velocidad de corrosión fue cercana a 0.1 µNcm 2 indicativos de pasividad del acero para los dos recubrimientos de concreto analizados. Para las probetas en WD Que recibieron 90 días de aplicación de la EEC. las velocidades de corrosión obtenidas demuestran una disminución del proceso de degradación {icorr disminuyó en 50 y 20%. para las probetas de 20 y SO mm de recubrimiento, respectivamente). Para las probetas en CI, las reducciones de icorr no fueron tan significativas no obstante permanecieron en la zona QUe indica pasividad del acero. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A 100,0 befare ~ 10,0 E t.) ¡ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ 1,0 t:: o u ! - - - - - - - - _,_ - - - - - - - - - --- -r- - - - --- - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - . ! ■ 0 ,1 ■ ■ ■ ■ 1 , 0 ,0 afler +--------,- ------.------,------.------,-------, ♦ ~Cycles Od 21 dat 42 dat 54 dat 113dat 147 dat TIME (days) ■ CI d= days of treatment dat= doys ofiertreotment o) 20mm 10,0 ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ i:.- E 1,0 t.) i 1 ~ t:: o o 0,1 ---------·--------------■----------------------------------• ! • • • 1 before 0,0 afler +--- - - + - - - - - ~ - - - ~ - - - ~ - - - ~ - - ~ Od 15 dat ♦~Cycles 36dat 48 dat 108 dat 142 dat TIME (days) ■ CI o) 50mm Figura 9. Evolución de la i.., para probetas cona) 20 mm y b) 50 mm de recubrimiento de concreto. 4. DISCUSIÓN 4.1. Extracción de cloruros En el caso de probetas con 20 mm de recubrimiento los contenidos de cloruros fueron drásticamente reducidos, independientemente del modo de penetración de cloruros seguido antes del tratamiento. En contraste, para las probetas teniendo 50 mm de recubrimiento. algunas diferencias fueron observadas. En las Figs. 1Oa y I Ob se presentan los contenidos de cloruros totales obtenidos en la interface acero concreto. después de 90 días de tratamiento. En todos los casos. se constata Que el contenido de cloruros disminuye hasta 1% ppc, valor cercano al umbral considerado como potencial para provocar la corrosión del acero. Mientras Que para las probetas de SO mm en ciclos de WD, el contenido de cloruros permanece cercano a 3% ppc. Suponiendo Que la capacidad de enlace de cloruros por parte del cemento es constante e independiente del modo de penetración de los mismos y si la carga total aplicada al final del tratamiento de EEC es la misma ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. s~ - - - - - - - - - - - - ~ □ Belore ■ 21 days s~ - - - - - - - - - - - - - ~ D 90 days - A I'. VA LDEZ e - 01.loride o Belore ■ 21 days o 90 days 'ci; 4 - ~i lhreshold o E 3 u -e ., -o - Oiloride Threshold Q) ·e E 2 .Q ~ .e O~ 1 0-1'--'--....J IMJ cycles O+--'-\/\{) cycles C.Ontinuoosly irrrrersed (CI) Type of penetration C.Ontiruously irrrrersed (CI) Type of penetration - - Umbral de cloruros, i.e. chloride threshold, según [14]. Figura 1O. Variación del contenido de cloruros en la interface acero - concreto poro probetas con a) 20 mm y b) 50 mm de recubrimiento de concreto. en los dos modos de penetración, se esperarían contenidos de cloruros eQuivalentes el final tratamiento. Sin embargo, los resultados muestran diferencias Que pueden explicarse a través de las siguientes aseveraciones: - Una parte de la corriente es consumida en la superficie del acero (cátodo) en la forma de reducción de óxidosy generación de OH·. - Una parte de esta corriente es usada por otros aniones diferentes de los cloruros. por ejemplo los OH·. - la caída del potencial producto del campo eléctrico entre el ánodo (malla de titanio) y el cátodo (acero de refuerzo) es significativa en el caso de recubrimientos superiores a 20 mm Sin embargo. los resultados del contenido de cloruros no permiten concluir cuál de estas aseveraciones controla el proceso de extracción de cloruros. 4.2 Efecto de la EEC sobre el comportamiento de corrosión del acero En el caso de ciclos de WD. el potencial y la velocidad de corrosión. antes de la EEC. corresponden a un estado avanzado de degradación del acero de refuerzo. Para las probetas en CI, aún si los potenciales de corrosión son muv negativos. las medidas de icorr indican un estado de pasividad del acero. De hecho, en con:, diciones de inmersión permanente o CI. los potenciales del acero pueden ser más negativos Que -300 mV vs ECS sin presencia de un proceso de corrosión significativo. De acuerdo con Arup 11 5]. Elsener y 86hni l 16]. este efecto estaría relacionado con el fenómeno de acceso limitado de oxígeno el cual induce una polarización negativa del acero. sin embargo. el proceso de corrosión no se desarrolla. aunQue las medidas de potencial pueden alcanzar -1 000 mV vs ECS. Las condiciones de post tratamiento usadas en este trabajo (probetas al aire libre) permiten afirmar Que la EEC influye de manera significativa, debido a Que conduce a un desplazamiento del potencial de corrosión del acero hacia valores más positivos. por lo Que se infiere Que el estado de degradación tiende a disminuir. No obstante, en el caso de ciclos de WD. aún si el potencial y la velocidad de corrosión después del tratamiento indican disminución de la degradación del acero. no es posible afirmar una repasivación del mismo. contrariamente a las observaciones de ciertos investigadores [5-8]. Por otro lado. en el caso de probetas en CI. el conjunto de valores después de la EEC localizan al acero en la zona de pasividad con valores de -90 mV vs ECS y 0.1 µNcm 2 • Que sustentan bien la inferencia anterior. C IENCIA FIC NO.2 MAYO · AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A Es así Que. la rehabilitación de una estructura, precedida de un tratamiento de EEC. no puede ser considerada únicamente por la reducción del contenido de cloruros. una evaluación completa del estado de corrosión se asevera primordial. Tal y como lo confirman los resultados obtenidos por Elsener et al. [61 y aQuellos expuestos en un trabajo previo publicado por los autores de este artículo [ 171. En este sentido. se ha encontrado Que el estado inicial de corrosión del acero tiene un efecto sobre la capacidad de remoción de cloruros de la EEC [ 181. Dado Que el acero localizado en el interior de las estructuras de concreto es utilizado en la mayoría de los casos como cátodo, es válido pensar Que su estado de degradación. en particular su estado de corrosión tendría una influencia en el proceso de extracción de cloruros (o transferencia de carga). En efecto. cuando el acero presentó un estado avanzado de corrosión. como en el caso de probetas en ciclos de WD donde existieron productos de corrosión visibles en la superficie de las mismas, es probable Que una parte de la corriente fuese usada para reacciones locales como, reducción de productos de corrosión y generación de hidroxilos. principalmente. Una parte de esta corriente usada para estas reacciones podría no participar en la extracción de cloruros. lo Que explicaría las diferencias en los resultados obtenidos. En este sentido, trabajos realizados sobre los cambios morfológicos del acero de refuerzo embebido en probetas sometidas a decloruración han evidenciado como los óxidos inicialmente presentes en la superficie del acero. sufren un cambio de coloración. lo cual se atribuye a la formación de magnetita alrededor del acero [ 191. 5. CONC LUS IONES La capacidad de extracción de la técnica, en función del modo de penetración de cloruros (ciclos de WD y CI) fue estudiada en probetas de concreto reforzado con recubrimientos de concreto de 20 y 50 mm. Las principales conclusiones obtenidas fueron: - Para 20 mm de recubrimiento de concreto. el contenido de cloruros después de la EEC son eQuivalentes para ambos modos de penetración. - Para SO mm. la extracción de cloruros fue más efectiva en el modo de C/. - Después del tratamiento de EEC, ambos valores de Ecorr e icorr muestran una reducción en el proceso de degradación del acero. sin embargo para el caso de ciclos de WD, la reducción no es suficiente como para afirma la repasivación del acero. - Las diferencias observadas están relacionadas con el estado de corrosión presente en el acero antes de la aplicación del tratamiento de EEC. De esta forma. la rehabilitación de estructuras presentando un alto contenido de cloruros y altas velocidades de corrosión. características de zonas de marea. no puede ser garantizada con la aplicación de la EEC. 6. AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su más profundo agradecimiento por los recursos económicos aportados a este trabajo de investigación por parte del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología a través de la beca CONACYT - SFERE 115325. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. I'. VA LDEZ Referencias l. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. l l. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. P. Bamforth, W. F. Price and M. Emmerson, lnternational review of chloride ingress into structural concrete, Contractor Report 354, Edinburgh, Scotland, Transport Research laboratory, 1997. P. Schiessl, Draft recommendation for repair strategies for concrete structures damaged by reinforcement corrosion, Material.s Structures, 27, pp. 415 - 436, 1994. R. B. Polder, H. J. Van der Hondel, Electrochemicalrealkalisation and chloride removal of concrete, State ofthe art, laboratory ond field experience, Proceedings of RI LEM conference, Rehabilttotion of Concrete Structures, Melbourne, pp. 135 - 14 7, 1992. J. Tritthort, K. Petterson and B. Sorensen, Electrochemical removal of chlorides from hardened cement poste, Cement and Concrete Research, Vol. 23, No. 5, 1993. R. B. Polder, Electrochemical chloride removal from concrete prisms containing chloride penetrated from seo water, Construction ond Building MateriaIs, Vol. lO, No. l, 1996, pp. 83 - 88. B. Elsener, M. Molino ond H. Bohni, The electrochemical removal of chlorides from reinforced concrete, Corrosion Science, Vol. 35, Nos. 5- 8, pp; 1563 - 1570, 1993. W. K. Green, S. B. lyon and J. D. Scantlebury, Electrochemical chonges in chloride - contaminated reinforced concrete following cathodic polarization, Corrosion Science, 35 (5 - 8), 1993, pp. 1627 - 1631 . T. O. Marcotte, C. M. Honsson ond B. B. Hope, The effect of the electrochemical chloride extraction treotment on steel - reinforced mortar, Port l : Electrochemical meosurements, Cement and Concrete Reseorch, Vol. 29, 1999, pp. 1555 - 1560. J. Baron and J. P. Ollivier, "lo durabilité des bétons", Presses de l'Ecole Nationole des Ponts et Chaussées, 1992, ISBN 2-85978-184-6. Extraction et dosage des chlorures libres et totaux dons le béton, in: Projet mode opératoire recommondé por l'AFREM, 1996. M. Stern, A.L Geary, J. Electrochem. Soc. l 04 (56) (l 957). J. Gonzalez, S. Algaba and C. Andrade, British Corrosion Journol, No. 15, p. 135, 1980. J. C. Orellan, G. Fajardo, G. Escadeillas ond G. Arliguie, The effect of electrochemicalchloride extraction treotment on electrochemicalcomportment of the steel reinforced in concrete, 11NACE Mexican Section Corrosion Congress, Concun, Qroo., Mexico, 2002, ISBN 970-18-8178-8. C. Alonso, A. Andrade, M. Costellote and P. Castro, Chloride threshold volues to depassivate reinforcing bars embedded in o stondardized OPC mortar, Cement and Concrete Reseorch, Vol. 30, 2000, pp. l 047 - l055.H. Arup, In : A. P. Crane, editor, Corrosion of reinforcement in concrete construction, U. K. london, p. 151, 1983. B. Elsener ond H. Bohni, Materials Science Forum, l l l/112, p. 635, 1992. G. Fajardo, G. Escadeillas ond G. Arliguie, Electrochemical chloride extraction (ECE) from steel reinforced concrete specimens contaminoted from "artificial" seowoter, Corrosion Science 48, pp. 110 - 125, 2006. G. Fajardo, "Technique d'extraction électrochimique des chlorures: Contribution ala connaissance de san do maine d' efficocité, PhD Thesis, Université Paul Sabotier, Toulouse, France, 2004. J. B. Miller, Structural ospects of high powered electrochemicaltreatment of reinforced concrete, Proceedings of the lnternational Conference on Corrosion ond Protection of Steel in Concrete, 24 - 28 July, Sheffield, 1994. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 A �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ OXIDACIÓN SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDICIONES RICAS EN BUTANO ARQ11iMEDES CRUZ- LÓPEZ12 • LETICIA M . TORRES - MARTiNEZ 1, ISAiAS ) UÁREZ RAMiREZ 1, LORENA GARZA TOVAR1 Y ELVIRA 2ARAZÜA MORiN 1 Resumen La oxidación parcial de butano se realizó en un reactor catalítico a membrana de tipo distribuidor, donde la membrana porosa se utilizó para distribuir el oxígeno hacia el lecho catalítico: VPO o 3%Co-VPO. En la primera parte del trabajo se utilizaron condiciones estándar (T =400º(, O/C4 = 12 y presión atmosférica) yse evaluó el efecto de la distribución del oxígeno hacia el lecho catalítico con la ayuda de un diferencial de presión. Alestudiar la relación O/C4 se muestra que los catalizadores dopados con Co mantienen altos niveles de selectividad (75%) con respecto a los VPO tradicionales cuando la relación O/C4 disminuye. lo anterior los identifica como candidatos ideales para realizar la oxidación de butano en condiciones fuertemente reductoras. Finalmente, se llevó a cabo la reacción de oxidación sobre el catalizador 3%Co/VPO a altas concentraciones de butano (15% Vol.) en un reactor a membrana utilizando relaciones O/C4 menores a los valores estándares. Gracias a esta configuración, es posible trabajar en condiciones ricas en butano sin riesgo de caer en lazona de explosividad. Lo anteriores imposible de realizar en un reactor convencional. Los resultados muestran productividades de hasta 430 mol.m3.h·1• los cuales son más importantes (x3) con respecto a las productividades en condiciones tradicionales. Palabras claves:Oxidación parcial de butano, reactor catal~ico con membrana, productividad en Anhídrido Maléico. Abstract The n-butane selective oxidation has been studied in a membrane reactor, using high butane concentrations. Thanks to the oxygen distribution by the membrane, it is possible to keep the local composition outside the flammability zone. AMFI ceramic membrane wos used to distribute oxygen (or part of it) in the catalyst bed, made of a VPO mixed oxide, either conventional or Co-doped. In a first step, the effect of the oxygen distribution has been studied, showing that, under standard reactant mixtures (0/butane= 12, low butane concentration), the membrane reactor performed very dose tothe conventional one. Under high butane concentrations, the VPO system suffered from a drastic decrease of the selectivity towards maleicanhydride (MA). The addition of cobalt to the VPO catalyst allowed keeping the MA selectivity ata high level (75%). The combination of the Co/VPO catalyst and the MFI membrane was used to explore the membrane reactor performance with high butane concentrations in the feed, corresponding to the flammability zone in a conventional reactor. Forthese conditions, the MA productivity was 3 times higherthan that observed with the conventional reactor. Keywords: Butane selective oxidation, catalytic membrane reactor, maleicanhydride productivity. l. INTRODUCCIÓN Durante las primeras décadas del desarrollo de la industria petroQuímica la producción de Anhídrido Maleico (AM) se llevó a cabo a partir de la oxidación parcial de benceno con catalizadores de óxidos mixtos 'Departamento de Ecomateriales y Energía, Facultad de Ingeniería Civíl-UANL. Av. Universidad y Av. Fidel 'vl!lázQllez SIN. Cd. Unh-ersitaria. San Nicolás de los Garza. N.l. México. 2 1nstitul de Recherche sur la Catalyse. CNRS. 2 av. Albert Einstein. 69626 Villeurbanne. Cédex, Francia. •-- C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN A V2O3-MoOr A través de este sistema catalítico se obtuvieron conversiones del 95% y selectividades del AM de 75% además de la presencia de subprouctos de reacción principalmente C02 y CO.. Sin embargo. en la década de los 70's se presentaron dos fenómenos Que provocaron el remplazamiento progresivo de la ruta del benceno por la oxidación parcial del butano. El primer evento fue el aumento del precio del benceno debido a uso como dopante en gasolinas aunado al establecimiento de reglamentaciones ambientales más estrictas sobre las emisiones de benceno. Hoy en día el rendimiento del AM no sobrepasa el 60%, la conversión de butano no es mayor del 80% aunado a la formación de productos secundarios (C02 y CO) Que conllevan a una selectividad de 75% en AM .. Desafortunadamente los límites de flamabilidad del butano no permiten trabajar con concentraciones mayores al 2% en volumen lo Que conduce a Que la mezcla de productos de reacción no contenga más del 1% de AM y por consecuencia, los costos de separación y recuperación del producto en interés aumenten. Actualmente a nivel industrial existen diferentes tipos de reactores para la síntesis de AM. estos procesos presentan conversiones muy próximas a las mencionadas en el párrafo anterior sin embargo cada tecnología presenta diferentes desventajas: el reactor de lecho fijo está limitado a trabajar a bajas concentraciones de butano (< 2%) además de presentar problemas de exotermicidad y puntos calientes .. El reactor de lecho fluidizado y el reactor con recirculación de sólidos permiten trabajar con mas altas concentraciones de butano, ya Que el lecho fluidizado inhibe la propagación del fuego. mientras Que en el reactor con recirculación de sólidos el butano y el oxígeno nunca están en contacto. Con este último sistema es posible regenerar el catalizador resultando en un incremento de la selectividad. Sin embargo, ambas tecnologías presentan problemas de atrición del catalizador. Lo anterior justifica los esfuerzos permanentes en la búsQueda de mejores tecnologías de oxidación. Ante esta perspectiva, los reactores a membrana se presentan como una opción interesante 1·2 • El objetivo de este trabajo es el estudio de la oxidación parcial de butano en un reactor catalítico a membrana de tipo distribuidor. Este reactor está constituido de un tubo cerámico con diferente porosidad a lo largo del eje radial. El catalizador de óxidos mixtos vanadiofósforo (VPO) o el catalizador VPO dopado en cobalto (Co) se coloca como lecho fijo al interior de la membrana. Los reactivos butano y oxígeno se introducen separadamente: el butano se alimenta por la parte interna en contacto con el sólido mientras Que el oxígeno se distribuye por permeación hacia el compartimiento interno a través de la membrana. Es decir, el papel de la membrana es controlar la concentración del oxígeno en el lecho catalítico. Gracias a esta opción los reactores a membrana son capaces de utilizar alimentaciones con altas concentraciones de butano sin riesgo de caer en la zona de explosividad3 • De hecho, la distribución de oxígeno permite mantener en cualQuier punto del lecho catalítico una relación O/C4 fuera de la zona de explosividad.. Con respecto al sistema catalítico la necesidad de modificar el catalizador convencional (VPO) es consecuencia de la distribución de oxígeno Que produce una gradiente en las propiedades óxido-redox a lo largo del lecho catalítico, lo cual modifica notablemente la actividad del VPO . Además el uso de altas concentraciones de butano refuerza este aspecto. De ahí el interés de dopar los catalizadores con cobalto los cuales son más estables en condiciones reductoras3·4 • En este trabajo. los catalizadores VPO y VPO-Co con diferente contenido de Cobalto fueron preparados por la ruta hemi-hidratada y caracterizados desde el punto de vista de su estructura y textura .. Posteriormente se probaron en la reacción de oxidación parcial de butano en las diferentes configuraciones del reactor a C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ membrana y en diferentes atmósferas O/C4 con el fin de determinar las condiciones óptimas Que permitan mejorar la productividad en AM. 2. PARTE EXPERIMENTAL Preparación de los catalizadores Mediante la ruta orgánica se preparó una serie de catalizadores de óxidos mixtos VPO y CoNPO. El precursor se obtuvo al mezclar el pentóxido de vanadio (V2O5) con ácido fosfórico (H3PO4 al 85%) con relación atómica PN= 1. en isobutanol. Este último. funciona como disolvente de la reacción además de ser agente reductor del V2O5. Para las diferentes preparaciones con cobalto, se utilizó acetil acetonato de cobalto como precursor y se añadió in-situ con relaciones CoN=0.5, 1.0 y 3,0% respectivamente. La síntesis se realizó bajo reílujo de isobutanol durante 20 h en atmósfera de Nitrógeno y con agitación mecánica (500 rpm). Los precipitados obtenidos se lavaron en etanol para eliminar el exceso de solvente y enseguida se secaron en una estufa a I 00ºC durante 24 h. Posteriormente se procedió a darle una forma tisica (pellets) al precursor hemihidratado de vanadio (VO(HPO4).0,5 H2O) con diámetro de partícula entre 0,2 y 0,3 µm. Los sólidos obtenidos se calcinaron en atmósfera de reacción ( 1.5% vol. de butano en aire) a 470ºC durante 72 h. para finalmente probarlos en la reacción de oxidación parcial de butano en las diferentes configuraciones del reactor. Preparación de la Membrana La membrana consiste en un tubo poroso dividido en capas de diferentes diámetros de poro (de afuera hacia adentro: 1O, 0,9 y 0,2 µm), 150 mm de longitud, un diámetro interno de 7 mm y un diámetro externo de I O mm. El tubo se utiliza para soportar una capa de zeolita MFI preparada por síntesis hidrotérmica. Esta técnica consiste en colocar una capa delgada de zeolita dentro de los poros de a-alúmina de forma Que la membrana sea selectiva a la molécula de interés (véase figura 1). Cristales de MFI Poros de 0.55 nm - Soporte de Alúmina macroporosa - ftllffl- \ •••••••••••• •••••••••••• Figuro 1. Membrana de alúmina mocroporoso, los poros son cubiertos concristales de zeolito MFI. Dispositivo experimental El reactor catalítico es la combinación de la membrana MFI y 2.5 g de catalizador (VPO o CoNPO) en forma de lecho fijo (véase. Figura 2). Los extremos del tubo están esmaltados y un par de juntas de carbón en los extremos soportan la membrana para mantener hermético el interior de la carcaza del reactor. Un medidor •-- C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN A de presión monitorea cada lado de la membrana y envía la señal al controlador diferencial de presión Que mantiene una consigna (LlP) con la ayuda de una válvula neumática.. El gradiente de presión entre ambos lados de la membrana forzó la entrada de oxígeno al lecho catalítico. Como se mencionó anteriormente. las características del reactor a membrana son las diferentes configuraciones para alimentar los reactivos: par el caso del reactor convencional (RC), los reactivos se alimentan simultáneamente del lado interno de la membrana. En el caso del reactor catalítico a membrana (RM). el butano entra del lado interno mientras Que el oxígeno se distribuye del compartimiento externo hacia el compartimiento interno por medio de un gradiente de presión . Finalmente en el reactor catalítico a membrana mixto (RMM) una parte del oxígeno entre en coalimentación con el butano. En nuestro trabajo el butano siempre se alimentó del lado interno de la membrana. La alimentación de los reactivos se realizó por medio de medidores de ílujo tipo Brooks 5850. Las condiciones estándar de operación fueron: temperatura de reacción 400ºC. O/ C4 = 12. presión atmosférica y tiempo espacial de butano = 15 h- 1• El análisis de los reactivos y de los productos de la reacción tuvo lugar en 2 cromatógrafos conectados en línea detectores FID y TCD, respectivamente. Oxigeno Membrana • Productos n-Butano -. = :: : - . CJ Cuarzo • Catalizador Figura 2. Reactor catalítico con membrana Caracterización de Catalizadores La cuantificación de la composición Química de los óxidos mixtos. se realizo por medio de un eQuipo de Emisión Atómica de Plasma a fin de comprobar las relaciones V/P y CoN deseadas . La difracción de rayos X de los hemi-hidratos y de los catalizadores se llevó a cabo en un eQuipo Bruker D5005 a fin de asegurar la presencia de las fases cristalográficas de interés en nuestro estudio. La medición del área específica de los catalizadores se determinó a partir de la técnica de fisisorción de Nitrógeno (BETI en un eQuipo de construcción artesanal. Los análisis de Reducción a Temperatura Programada (TPR-H) se realizaron bajo atmósfera de hidrógeno con una velocidad de calentamiento de I 0ºC/min . desde temperatura ambiente hasta I 000ºC. El objetivo del análisis fue explorar el efecto de la incorporación de Cobalto en la estructura del VPO y su posible efecto en la reacción de oxidación. Para cuantificar la cantidad de oxígeno Que va a permear la membrana se efectuaron mediciones de permeación a 400ºC a diferentes presiones diferenciales . 3. RESULTADOS Y DISCUSIONES Caracterización de los catalizadores y de la membrana Del análisis de absorción atómica se obtuvo la composición QUímica de los catalizadores. lo cual confirma Que los sólidos preparados mantienen la relaciones atómicas PN= 1.O y CoN deseadas (ver tabla 1) . Según CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �~ ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ Hodnett5 • la relación atómica PN tiene un papel determinante sobre las propiedades redox del catalizador y sobre la composición de la fase cristalina. lo QUe asegura el buen funcionamiento del catalizador. De acuerdo con los resultados BET el catalizador VPO reportó un área específica 20 m2 .g· 1; lo cual lo coloca ligeramente por arriba del valor reportado por esta vía de síntesis ( 12 m2 .g· 1) 6·7 . En el caso de los catalizadores dopados se presentó una disminución del área específica cuando la carga de de cobalto aumentó ( 15. 13 y 9 m2 .g· 1). El análisis de DRX mostró Que las señales del precursor seco a I 00ºC corresponden al vanadio hemi-hidratado (VO(HPO.J.0.5H2O), Quien representa la fase principal 4 . Los sólidos calcinados en atmósfera de reacción presentaron únicamente la fase (VO) 2 P20 7, la cual se señala como la fase característica para llevar a cabo la reacción de oxidación. Es importante remarcar Que la presencia de cobalto desarrolla la cristalinidad en el catalizador VPO. Los análisis de TPR-H2 permiten estudiar el efecto del cobalto sobre la reducción del catalizador vro. Los resultados prueban Que a 805ºC. el Co lleva a una reducción importante de vanadio entre 25 y 60% para cargas de 0,5 y 3% de Co. En la Tabla 1. se resumen las características mencionadas anteriormente. Las permeación de oxígeno y contrapermeación de butano se presentan dentro del intervalo 1.4E-07 y 3 .2E-08 mol.m2 .s·•.pa·•. respectivamente. Catalizador Relación Atómica (o/V VPO %de Reducción de Fases Permanentes ' Area Específica m2.g-1 100º( 470º( Vanadio (T =805º() 20 VO(HPOJ0,5H 20 (V0}2Pp7 20 0.5% Co/VPO 0.5 15 VO(HP04}.0,5H20 (V0}2Pp7 35 0.5% Co/VPO 1.0 13 VO(HPOJ0,5H 20 (V0}2Pp7 48 0.5% Co/VPO 3.0 9 VO(HP04).0,5H20 (V0)2 Pp7 62 Estudio Termodinámico (riesgo de inflamación del butano) A partir del modo de operación del RM es posible probar nuevas condiciones de experimentales (alta presión parcial de butano) con la idea de aumentar la producción del AM. Sin embargo. existe el riesgo de Que el perfil de concentración Que se presenta en el lecho catalítico entre el butano y el oxígeno se desplace hacia la zona de inílamabilidad. Para tal efecto, se calculó y se instaló un sistema contraincendios Que permite trabajar en condiciones seguras. El sistema describe el calor generado por la reacción considerando la esteQuiometria de la reacción y las propiedades termodinámicas por medio de la ley de Hess. El aumento de la temperatura en el reactor se calculó utilizando la primera ley de la termodinámica. considerando un sistema isométrico. Finalmente, la diferencia de presión Que se genera toma en cuenta la variación en el número de moles y el efecto de la temperatura por medio de la ley de gases ideales. Estudio de la oxidación de butano en un reactor a membrana Efecto de la distribución de Oxígeno La primera parte de nuestro estudio consiste en comparar el efecto de la distribución del oxígeno a partir de las configuración del reactor (RC. RM y RMM) a condiciones estándar (T=400ºC. O/C4 = 12. P= 1,2 bar. 1% C4H 10 volumen y GHSV= 15 h· 1) en un catalizador vro. En la figura 3 se presentan los resultados de conversión y selectividad del catalizador VPO en función de la cantidad de oxígeno coalimentada con el butano. Las configuraciones RC y RM presentaron niveles de conversión de butano alrededor de 40%, sin embargo • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN A cuando una parte del oxígeno se coalimentó con el butano, la conversión aumentó ligeramente hasta 45%. La selectividad en AM en el RM fue del 70% pero no resultó mejor Que el RC o el RMM los cuales presentaron una mayor selectividad (75%). Si comparamos el rendimiento de los 4 experimentos encontramos la siguiente clasificación: RMM(33) > RC(3 I) > RM(28). Lo cual confirma Que el RMM es más activo en congruencia con trabajos publicados anteriormente 3• 100 100 90 90 80 80 70 o e -.,"' o □ □ 70 • '.2 ~ 60 60 50 50 => .s::,_ -o E e ♦ •O .f/. ·¡:;¡ - ., i: o t V, 40 _J ú - ~] "'> ~ ~* .; "' ♦ ~ 40 .; 30 30 20 20 10 10 o 12 6 Oxígeno coalimentado con butano (ml) figura 3. flujo de oxígeno coolimentodo con butano a la entrada del lecho catalítico VPO. Efecto de la distribución de oxigena (T =400º(, O/C4= 12, GHSV = lSh·1) sobre la conversión (símbolo negro) yselectividad del AM (símbolo vado) paro RC, RM y RMM. El hecho Que el catalizador VPO sea menos selectivo en la configuración RM posiblemente está ligado a una mayor concentración de butano a la entrada del reactor Que el catalizador VPO no resiste. Es decir. a la entrada del reactor hay una reducción de los sitios activos v +s Que desfavorecen la formación del AM 3 • La configuración en RMM permite mejorar esta situación sin perder el efecto positivo de la distribución del oxígeno. Otra posibilidad Que permite mejorar el funcionamiento de los catalizadores VPO es dopándolos con cobalto, ya Que estos sólidos mantienen una buena selectividad aún bajo las condiciones reductoras Que existen a la entrada del reactor. Efecto de la Relación O/C4H10 sobre los catalizadores VPO y 3%Co/VPO El estudio del efecto de la atmósfera de reacción sobre los catalizadores VPO y 3%CoNPo se Realizó en reactor convencional y en reactor a membrana. En ambos casos se mantuvo constante la concentración de butano en la alimentación ( 1% vol.) mientras Que el ílujo de oxígeno distribuido disminuyó en el lecho catalítico. En la figura 4 se muestra Que para cualQuier tipo de reactor o cualQuier tipo de catalizador hay una disminución progresiva de la conversión, mientras QUe la presencia oxígeno disminuye. Lo anterior muestra CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ Que si se eligen condiciones ricas en butano (objetivo de este trabajo) el hecho de utilizar un RM no es un problema. Con respecto al catalizador (véase, Figura 4), se muestra igualmente Que no hay efecto significativo de la formulación sobre la conversión. 50 ÁD t:-.C 40 -o Á •o E 30 ~ ~ t:-. o e j9 ::, ~ 20 "0 e -o -~ ~ 10 o • Re, VPO ORM, VPO e (J □ RMM, VPO • RC, 3%CoNPO t,RM, 3%CoNPO O.O 2.0 4.0 6.0 8.0 Relación o;c.H10 10.0 12.0 Figuro 4. Valor medio de la conversiónde butano en los diferentes atmósferas de reacción con los catalizadores VPO y 3%Co/VPO (T = 400º(, GHSV = ISh·1). En cambio la figura S muestra el efecto de la presencia de Cobalto, el cual permite aproximarse a condiciones ricas en butano con una selectividad alta en AM (75%) Que es similar a las observadas en condiciones estándares (O/C 4 = 12). La figura S. también muestran QUe en condiciones ricas en butano el efecto del promotor Cobalto es mucho más importante con respecto a la configuración del reactor (efecto de la distribución de oxígeno). En condiciones reductoras, el rendimiento en AM esta en el rango de I O para el catalizador 3%CoNPO y entre 4 y S para el catalizador VPO. independientemente del tipo de reactor. Efecto de la alta concentración de Butano A partir de las limitaciones en condiciones estándar del RC se visualiza la posibilidad de estudiar la oxidación parcial de butano en condiciones reductoras a partir del aumento de la presión parcial de butano en un RM con un catalizador CoNPO. La productividad se define como las moles de AM producidas por unidad de volumen y de tiempo y se utilizará en este trabajo como base de comparación entre los diferentes experimentos. En la figura 6 se presentan los resultados de productividad en AM en función de la relación O/ C4 para diferentes concentraciones de butano o del tiempo espacial. La productividad a baja presión de butano ( 12 mbar) varía en el rango de 25 a 180 mol.m·3 .h· 1, en función de la relación O/C 4 • Si se mantiene la GHSV de ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN 100 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ ~~ - - - -.-~ - - - - -- - - -.--:- .-:-.-:~ _<-:----o · · · ··· · ·· · ··· · · ·· o 80 -o E e, -- 60 · ' i 40 · "0 ~ o • > ti .9! G> (/) • R C (VPO) ORM (VPO) 20 · □ RMM (VPO) R C (3,0% CoNPO) A RM (3,0% CoN PO) Á o.o 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 Figuro 5. Valor medio de loselectividaddel Anhídrido Moleico (AM) en las diferentes atmósferas de reacción con los catalizadores VPO y 3%Co/VPO. 500 ....,.. •RC, t:,. RM, ■ RM, 11 RM, Jil<i RM, -.... s=' 400 e¿ E; 12hPa, lSh-1 12hPa, l Sh-1 220hPa, lSh-1 220hPa, 90h-1 220hPa, 180h-1 o iE 300 et G) "0 .,, "0 "0 ■ 200 ~ u ::::1 .. "0 o Q. 100 t:,. ~--- ~--- -■ - - - - - - - - - - - - - - - t:,.-al t:,. o o 2 4 6 8 Relación Oi/C, H1 0 10 12 Figuro 6. Productividad del AM del catalizador3%Co/VPO con diferentes GHSV. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 14 A �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ butano ( t sh- 1), y se aumenta la presión parcial a 200 mbar, no se presenta ninguna variación progresiva de la conversión. mientras QUe la presencia de oxígeno disminuye. Lo anterior muestras Que si se eligen condiciones ricas en butano (objetivo de este trabajo) el hecho de utilizar un RM no es un problema. Con respecto al catalizador (véase. figura 4). se muestra igualmente Que no hay efecto significativo de la formulación sobre la conversión. En cambio la figura 5 muestra el efecto del dopar con cobalto Que permite aproximarse a condiciones ricas en butano con una selectividad alta en AM (75%) QUe es similar a las observadas en condiciones estándares (O/C4 = 12). La figura 5 igualmente muestra Que en condiciones ricas en butano el efecto del promotor cobalto es mucho más importante con respecto a la configuración del reactor (efecto de la distribución de oxígeno). En condiciones reductoras. el rendimiento en AM esta en el rango de I O para el catalizador 3%CoNPO y entre 4 y 5 para el catalizador VPO. independientemente del tipo de reactor. 4. CONCLUSIONES En un estudio preliminar. la comparación de los reactores convencional (RC). reactor a membrana (RM) y reactor a membrana mixto (RMM) muestra Que la distribución de oxígeno no afecta de manera notable el funcionamiento del catalizador. Lo anterior. permite explotar la distribución de 0 2 en el reactor a membrana para usarlo en altas concentraciones de butano, prohibidas en un RC por los límites de inflamabilidad. La distribución de oxígeno produce un gradiente óxido-reducción en el lecho catalítico. En este trabajo se muestra Que la utilización de un catalizador dopado con cobalto permite mantener la selectividad en AM cuando se trabaja a fuertes concentraciones de butano. A altas concentraciones de butano la utilización de un RM y del catalizador VPO dopado en cobalto permite multiplicar por 3 la productividad en AM con respecto a un reactor convencional. Bibliografía 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. E. Xue and J. Rosse, (atal. Today, 61 (2000) 3-8. S. Mota, S. Miachon, J. -C. Volta and J. -A. Dalmon, (atal. Today, 67 (2001) 169-176. R. Mallada, M. Menendez and J. Santamaria, Catal. Today, 56 (2000) 191-197. S. Mota, J.C. Volta, G. Vorbeck and J-A. Dalmon, J. (atal, 193, (2000) 319-329. B. K. Honnett, (atal Rev.-Sci. Eng 27 (1985) 373-424 C. J. Kiely, A. Borrows, S. Sajip, G.J. Hutchins, M. T. Sananes, A.Tuel, and J.C. Volta, J. (atal., 162, 31-47 (1996). M. Duarte de Farios, W. A. Gonzales, P. G. Pries de Oliveira, J. -G. Eon, J. M. Herrmann, M. Aouine, S. loridant and J. C. Volta, J. (atal., 208 (1996) 238-246. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �A GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE METODOLOGÍA SOBRE EL MANEJO , TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU APLICABILIDAD EN UN CASO PRACTICO ~ GODINES ARREDONDO ENRIQ!JE 1 RESUMEN El desarrolloindustrial de México ha conducido a teneren operación un totalde 1821 plantas de tratamiento de aguas residuales industriales (PTAR) al año 2005 con una capacidad instalada total de 40.22 m3/s y un caudal tratado de 26.82 m3/s (l ). Clasificándose las PTAR en los diferentes tipos de tratamiento: primario, secundario, terciario yno especificado, respectivamente para la remoción ygastos siguientes: (a) ajuste de pH ymateriales orgánicos y/o inorgánicos (2) 8.53 m3/s, (b) materiales orgánicos coloidales ydisueltos 17.56 m3/s, (c) materiales disue~os que incluyen gases, substancias orgánicas, iones, bacterias yvirus 0.68 m3/s y(d) no especificados 0.06 m3/s (l). Resultade mayorrelevancia el hecho de conocer la forma de llevar a cabo diagnósticos de PTAR en el medio industrial con objeto de optimizar la operación de dichos sistemas de tratamiento, bajo una metodología adecuada en base a una finalidad de los estudios requeridos, previamente establecidos incluyendo el reconocimiento de las instalaciones internas ya manera de caso práctico se presenta el diagnóstico sobre el manejo, tratamientoyreuso de las aguas sanitarias generadas por una industria localizada en la Zona Metropolitana de la Ciudad de Monterrey, N. L Respecto al caso práctico, el tipo de agua residual corresponde a aguas sanitarias, en principio el diagnóstico, delsistema de alcantarillado interno de la industria, presenta interlerencia con aguas de origen industrial y por tal motivo no opera el tratamiento biológico. Se llevó a cabo una estimación de los caudales yse operó el sistema de tratamiento con fines de confirmar el caudal a tratar (0.3 a 0.4 Vs) ypor la capacidad de la estación de bombeo de agua crudas (máximo 0.58 Vs), así como de la evaluación de las operaciones y procesos unitarios mediante la aplicación de los programa CAPDET yGPS-X(6). En conclusión el sistema de tratamiento requiere de rehabilitarse (hidráulica, mecánica yeléctrica) para cumplir con la calidad de agua tratada; en lo referente a la instalación de bombas, al tipo ycapacidad de los difusores de aire yvertedor de salida delsedimentador. Palabras claves:Aereación Extendida, tratabilidad, reutilización ó reuso del agua, programa de caracterización ABSTRACT The industrial development in Mexico Country has 1821 wostewoter industrial treatment plants in operation at 2005 year with a installed capacity total of 40.22 m3/s and 26.82 m3/s (l) as wastewatertreotment flow. There are differenttypes oftreatment: primary, secondary, tertiary and not specific.: (a) pH adjustment and organics and/or inorganic materials 8.53 m3/s, (b) colloidal and dissolve materials 17.56 m3/s, (c) dissolved materia Is with gases, organics substances (2), ions, bacteria! and virus 0.68 m3/s and not specify 0.06m3/s (l ). Therefore is interesting to know how todo PTAR diagnostic in the industrial to obtain a major levelof wostewater treatment plants operation under a methodology (d) adequate in base a purpose in accord the researches to request., previously established as interna! installation recognition and including as a practica! case is presenta collection, treatment and reuse sanitary wostewoter generated for an industrial located in Metropolitan Zone Monterrey, N.L ' Jefe del Departamento de Tecnología del Agua del Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Coordinador del Centro Internacional del Agua de la UANL y Profesor de l.ícenciatura y Postgrado de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. egodines@fic.uanl.lll)( C I ENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO ~ ~ Concerning, practice case, the type of wastewoter is sanitary waste, the flow ond capocity wastewater treatment, is oround 0.3 to 0.4 V sand the capacity pump station influent is 0.58 Vs as moxim flow. The wastewater system requires rehabilitation (hydraulic, mechanical and electrical) to comply with wastewater treatment standard, type and capacity air diffusion system and sorne changes intothe sedimentation unit (etfluent system). Keywords: Aereation Extended, tratability, water reuse and choracterization INTRODUCCIÓN Existe poca literatura respecto a la metodología más adecuada para llevar a cabo un diagnóstico en base a un reconocimiento interno en una instalación industrial con fines de establecer el diagnóstico sobre el manejo. tratamiento y reuso del agua. Esto se debe a la gran diversidad de procesos e instalaciones industriales existentes y por otro lado, Quizá, a Que en la práctica se ha utilizado más el criterio personal Que una metodología determinada. Lo mismo ocurre con los programas de caracterización. Sin embargo la experiencia ha mostrado muchas veces las consecuencias de una deficiente identificación de las fuentes de contaminación y una adecuada planeación de los recursos disponibles. A través de un reconocimiento interno o inspección de una instalación industrial se debe obtener la información Que sirva de base para la revisión del manejo. tratamiento y reuso del agua. En principio se debe establecer un programa de caracterización de las descargas de aguas residuales. Las finalidades de un programa de este tipo, pueden ser muy variadas dependiendo del estudio Que se vaya a realizar. A continuación se presentan algunas de las finalidades Que se persiguen a través de un estudio de las aguas residuales. Finalidades de los Estudios de Aguas Residuales a) Definir los reQuerimientos gubernamentales en los efluentes industriales b) Realizar los estudios de Gobierno: Federal. Estatales y Municipales para establecer: - Levantamiento de inventarios de descargas - Estudio en particular por la importancia de las descargas c) Proponer el reuso interno del agua en la industria. Obtención de agua de proceso cuando existen limitaciones en la región o para conservación del agua cuando ésta se obtiene a alto costo. d) Recuperar los productos existentes en las aguas residuales. cuando es técnica y económicamente factible. e) Reducir la contaminación: Establecer. por parte de la industria, el grado de contaminación para llevar a cabo trabajos internos para su control. f) Diseñar una planta de tratamiento estableciendo: - Parámetros base de diseño - Estudios de tratabilidad g) Realizar una evaluación de impacto ambiental Para llevar a cabo un adecuado diagnóstico. se recomienda realizar un reconocimiento interno Que conduzca a obtener la mayor cantidad de información respecto a todos los procesos Que utilizan agua y producen ■-- CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A aguas residuales. a través de una inspección de la instalación industrial. Esta información, una vez procesada, debe ser la base del programa de caracterización, del balance de ílujo y materia de todos los procesos. Fuentes y Características de los Aguas Residuales en lo Industrio Fuentes (2) Las aguas residuales pueden ser originadas por: - Procesos - Limpieza de eQuipos y pisos - Sanitarios - A¡;uas pluviales (¡;rasas, aceites. desechos sólidos depositados en los patios). Características (2) Las características de las aguas residuales varían de una instalación a otra, por lo Que su descripción debe ser hecha de acuerdo a los procesos utilizados y a su operación. El gasto de descarga debe ser descrito de acuerdo a las variaciones diarias. semanales, mensuales y anuales. Dicha representación deberá ser lo más apegada a la realidad. En el caso de industrias. las variaciones en el ílujo de descarga y sus características de calidad. tienen variaciones significativas durante los turnos nocturnos. los fines de semana y a través del año de acuerdo a la demanda de los productos fabricados. Estas variaciones. deberán ser evaluadas a través de análisis estadístico con el fin de obtener valores representativos. Algunas características indeseables en las aguas residuales son: - Compuestos or¡;ánicos solubles - Sólidos suspendidos - Metales pesados y compuestos or¡;ánicos tóxicos - Colory turbiedad - Grasasy aceites - Materia flotante - pH - Olores desa¡;radab/es por compuestos or¡;ánicos - Sólidos disueltos Se puede encontrar gran variación en el ílujo y características de las aguas residuales entre industrias simi- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO lares (mismo ramo industrial). Esta diferencia se puede deber a: - Mantenimiento - Reutilización del agua - Procesos de producción - Operación de los procesos Por esta razón. un estudio de las aguas residuales puede ser reQuerido en cada caso particular. Programa de Caracterización (3) El programa consiste en un programa de aforos. muestreos y análisis de las aguas residuales con el fin de determinar sus características de ílujo y calidad. así como sus variaciones. establecido de acuerdo a una planeación de los recursos disponibles. de tal forma Que se lleve con el mínimo costo. tiempo y esfuerzo. Caso Práctico en la Zona Metropolijono de lo Ciudad de Monterrey, N. L. El sistema de tratamiento de aguas residuales. considerado en el caso práctico. corresponde a una planta de tratamiento de lodos activados en su variante ''Aereación Extendida"; y para llevar a cabo el diagnóstico. se establecieron los objetivos parciales siguientes: ( 1) Definir la capacidad de tratamiento en función del tipo de planta y (2) Establecer las condiciones actuales y fu turas de generación de caudal y de operación del sistema. El alcance del estudio corresponde es la elaboración de los anteproyectos de rehabilitación para cumplir con la normatividad vigente para el reuso del agua tratada en riego de áreas verdes. DESARROLLO EXPERIMENTAL Procedimiento Experimental (3) a) Obtener y elaborar un plano del alcantarillado, indicando los posibles sitios de muestreo. e/ lipo de aforo. una orden de magnitud del flujo y los posibles contaminantes en las aguas residuales. b) Elaborary llenar una encuesta con el fin de obtener la información existente: - Estudios realizados por la propia industria - Materias primas utilizadas y productos manufacturados - Tipo de operación de la planta - Turnos de trabajo y días de operación al año - Períodos de máxima, promedioy mínima operación - Usos del a.gua y consumos - Reutilización de las a.guas - Disposición final del agua residualy aguas pluviales - Planes de expansión - Planes para controlar la contaminación del a.gua ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A c) Identificación de las fuentes de contaminación d) Análisis y estudio de la in(ormación obtenida a través del reconocimiento interno de la instalación industrial e) Autorización del estudio de caracterización de las asuas residuales por el Director o Gerente de la Industria Una vez determinadas las limitaciones y contando con la información generada a través del reconocimiento interno de la instalación industrial, es necesario establecer: - Período de monitoreo - Sitios de monitoreo y su importancia - Parámetros a analizary capacidad de análisis de laboratorio - Periodicidad de aforosy muestreos - Métodos de aforo - Tipo de muestras a analizar (individualesy/o compuestas) Metodología (3) El período y la frecuencia de muestreo deben establecerse de acuerdo a la disponibilidad económica y de tiempo así como a la naturaleza de las aguas residuales, la operación de los procesos y el número de descargas. La medición del flujo debe establecerse de acuerdo al sistema de drenaje de la instalación, tratando de Que las mediciones rutinarias se simplifiQUen al mínimo sin perder exactitud, aplicando los métodos: secciónvelocidad, volumen-tiempo, vertedores, tablas de operación de bombas, registros de consumo de agua. Los parámetros de calidad (3), varían de acuerdo a la finalidad del estudio, algunos de ellos son: -pH Sólidos suspendidos totales Sólidos sedimentables Metales pesados Materias tóxicas Grasasy aceites - Temperatura - Demanda BioQuímica de Oxít,eno (080J - Demanda Química de Oxi15eno (DQO) - Carbón Or15ánico Total (COT) El muestreo continuo puede proporcionar muestras individuales o compuestas de acuerdo a la capacidad de análisis del laboratorio. Se pueden formar muestras compuestas de 8, 12 ó 24 horas de muestreo con frecuencia de 1. 2. 3, 4. 5 ó 6 horas de acuerdo al flujo instantáneo en cada muestreo. En complemento a las actividades anteriormente descritas, la aplicación de ingeniería de sistemas para modelación y simulación en la revisión de las operaciones y procesos unitarios de tratamiento han tenido un gran auge: y por ello se aplican los programas asistidos por computadora; en el presente caso: CAPDET Work2 y GPS-X de la compañía Hydromanlis, lnc. (6) CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO Para el caso práctico. la información recopilada y evaluada correspondió a: - Datos senera/es - Generación _y variación horaria de caudales - Calidad de las asuas residuales crudas - Calidad de las asuas tratadas - Planos: Conjunto, dimensionales, mecánicos_y eléctricos de la PTAR - Datos de capacidad de la PTAR - Manual de operación de la PTAR ó forma de operar la planta La información proporcionada por la propia industria como es: operación actual (3) turnos por día con un máximo de 280 personas en total. es decir 95 por turno y a corto plazo se incrementará en un máximo de 75 personas por día. eQuivalentes a tener 25 personas adicionales por turno. es decir 120 personas por turno en total. Conduciendo. ello a estimar la generación actual de 30 m3/día. más entre I Oy 15 m3/ día adicionales a mediano plazo. Respecto a la calidad de las aguas residuales, los resultados fisicoQuímicos carecen de la definición de los sitios de muestreo. denotan una baja concentración de parámetros típicos de agua residual sanitaria y una alta iníluencia de agua de origen industrial. altas concentraciones de plomo. bajas concentraciones de D80, SSTy SSe. En relación a la calidad de las aguas tratadas. cabe señalar Que la planta de tratamiento en estudio. no ha sido operada a la fecha y se carece de planos de fabricación o proveedor. Un escrito indica la forma de operación, siendo del tipo continuo por gravedad, recirculación de lodos y purga de los lodos una vez al mes por 5 minutos. El agua de abastecimiento corresponde a aguas salobres de alta conductividad eléctrica (3880 a 7133 micromhos/cm) y alta dureza total (2047 a 2220 mg/L) . Levantamiento de Instalaciones Ante la falta de información se procedió a levantar las instalaciones en relación con la PTAR: - Dimensiones interiores - Ubicación física de la PTAR en relación al predio de la industria - Tuberías de interconexión (trazo, diámetros, material) - Elevaciones del sistema de tuberías _y conexiones - Ubicación de caseta de operación _y control - Inventario hidráulico, mecánico_y eléctrico La información anterior, condujo a elaborar la Figura 1 (Levantamiento físico de la planta de tratamiento) anexa. Que muestra las dimensiones y elevaciones. correspondiente a la planta mostrada en la Figura 2 (Foto: Reactor Biológico-Sedimentador). ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A RESULTADOS Aforos Los aforos realizados en el cárcamo de bombeo variaron entre 0.18 y 1.18 L/s, cabe señalar Que su alimentación es ahogada, sin embargo se logró aforar cada 4 horas. Respecto a las aguas tratadas. eíluente de cloración. las mediciones de caudal a cada 4 horas variaron entre O.O I O a O. 1 L/s Por consiguiente los aforos resultantes no son representativos de la generación de caudal ni de la capacidad de la PTAR. por consiguiente se llevó a cabo un análisis en base a unidades-mueble de los servicios sanitarios y cocina de la industria. Resultando caudales medios. actual 0.30 L/s y a futuro 0.40 L/s, considerando el incremento a corto plazo y un máximo de 0.58 L/s. Calidad del Agua Se llevaron a cabo campañas de caracterización de las aguas crudas (muestras individuales de cada 4 horas y muestra compuesta de 24 horas) así como de las aguas tratadas (muestra compuesta de 24 horas). previamente arrancando la operación de la PTAR 'i\ereación Extendida"; sin embargo los resultados indican presencia de aguas residuales de origen industrial dadas las altas concentraciones de conductividad 2720 a 4040 micromhos/cm. valores de pH entre 7.7 y 8.3 y concentraciones de 080 23.3 mg/L. De acuerdo a lo anteriormente comentado sobre la calidad del agua. se propone establecer una calidad típica de aguas provenientes de servicios sanitarios y cocina. resultados incluidos en las Tablas I y 2 (7). Normatividad En relación a la normalividad a cumplir para disponer las aguas tratadas para reuso en el riego de las áreas verdes se señala en la NOM-003-ECOL- l 997 (8). los límites máximos permisibles de contaminantes Que se reusen en servicios al público; en su sección con contacto directo Que considera el riego de jardines. los límites máximos permisibles mensuales de contaminantes son: - Coliformes fecales: - Huevos de helminto: - Grasasy aceites -DBOS -SST 240 NMP/100 mi -6 < I huevo/litro IS mt,IL 20mt,IL 20mt,IL Para fines de revisar la PTAR (operaciones y procesos unitarios). se consideran: -DBOS -SST - NH3-N IS mt,IL IS mt,IL 0.5 mt,IL CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO Revisión de Operaciones y procesos Unitarios (3) La Tabla 1 (Calidad de aguas sanitarias). muestra la calidad ó caracterización Química de las aguas residuales crudas, del tipo. aguas sanitarias (8) consideradas en la revisión del sistema de tratamiento. dado Que las aguas crudas presentan iníluencia de aguas de origen industrial. La Tabla 2 (Propiedades físicas del agua). relaciona las características físicas del agua residual (8) y la Tabla 3 (Revisión de parámetros de diseño). incluye el cálculo (6), de la capacidad máxima de la PTAR ':A.ereación Extendida". Los cálculos indican el caudal de diseño (0.58 Us) deducido de haber llevado a cabo análisis de sensibilidad para caudales menores. iniciado con 0.3 Us (caudal actual) y a futuro. corto plazo (0.4 Us): es decir el gasto máximo de operación es 0.58 Us. la calidad del agua cruda (típica de aguas sanitarias. la calidad del eíluente (normatividad vigente). el cálculo de masa de contaminantes, las propiedades físicas del agua a tratar. la concentración de contaminantes en el tren secundario (aereación). incluyendo los coeficientes de temperatura y cinéticos, la cinética propia del crecimiento de la biomasa y la revisión del reactor biológico en función de la relación F/M. los Sólidos Suspendidos en el Licor Mezcladoy la carga volumétrica definiéndose los reQuerimientos de oxígeno. la purga de lodos, el volumen de aire reQuerido y cantidad de difusores. Continuando con la definición de la capacidad del soplador y la presión en la descarga y adicionalmente para continuar revisando los procesos de sedimentación y desinfección del eíluente. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Operaciones y Procesos Unitarios Reactor a) limpieza del reactor biológico con arenay terminado interiormente con alQuitrán de hulla de 12 milésimas de pulgada de espesory exteriormente con recubrimiento Amercoat verde / O milésimas de espesor. b) Desmontar difusores metálicos e instalar 30 unidades de material plástico Flex Air 9" tipo disco de burbuja fina. Sedimentador a) Instalar vertedor para un caudal de 0.58 Us Sistema de Interconexión (tuberías) a) Arreglo de trazos y conexiones en eQuipos de bombeo Instalación eléctrica a) Arreglos alumbrados interior (caseta) y exterior b) Distribución de fuerza, sistema de tierras y centro de control de motores • -- CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A CONCLUSIONES 1.- Las aguas residuales a tratar serán exclusivamente las provenientes de servicios sanitarios y cocina. 2.- Se reQuiere. previamente rehabilitar el sistema de alcantarillado para evitar conexiones cruzadas e interíerencia de aguas provenientes de los procesos industriales. 3 .- De acuerdo al estudio y anteproyecto realizado, se recomienda implementar la rehabilitación de la planta de tratamiento 't\ereación Extendida" incluyendo las acciones: procesos. hidráulicas. mecánicas y eléctricas Lo Que conduce a erogar un monto estimado de $275,000.00, incluyendo la adQuisición de eQuipo. materiales e instalación, a llevar a cabo previamente las acciones de limpieza. Debiendo considerar. adicionalmente los honorarios correspondientes al proyecto ejecutivo de rehabilitación y los montos por la administración y supervisión de las acciones a implementar. RECONOCIMIENTOS El caso práctico Que dio lugar al presente artículo correspondió en parte al análisis incluido en el estudio titulado "Diagnóstico Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Planta Reciclaje Enertec-México" realizado por el Departamento de Tecnología del Agua del Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Enero 2006, para la empresa Enertec México, S. de R. L. de C. V. BIBLIOGRAFÍA l. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Estadísticas del Aguo en México. SEMARNAT/CONAGUA, Edición 2006. Preliminory Treotmentfor Wostewoter Facilities, Water Environment Federotion, Manual of Proctice OM-2, 2006. Wostewoter Engineering Treotment, Metcalf &Eddy, Fourth Edition, Me Grow Hill 2003. Operotion of Extended Aerotion Package Plonts, Water Environment Federotion, Manual of Proctice OM-7, 2006. Standard Methods for the Exominotion of Water and Wostewater 21 st. Edition, AWWA, American Public Heolth Associotion ond Water Environment Federotion Hondbook,2005 Programas de simulación y modelación de operaciones y procesos unitarios de tratamiento de aguas residuales poro diseño yoperación de sistemas, CAPOET Work2 yGPS-X de la compañía Hydromontis, lnc., 2005 Estudio de Sistemas Económicos de Tratamiento de Aguas Residuales, SARH/OHTA, 1976. Diario Oficial de la Federación del 21 de Septiembre de 1988, Secretaría de Medio Ambiente, recursos Naturales yPesca, Norma Oficial Mexicano que establece los límites máximos permisibles de contaminantes poro los aguas residuales trotados que se rehúsen en servicio al público. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO TANQUE SEPAAAOOR OELOOOSFLOTAOOS ., ,. 0= 2.03 ., " 5.76 REACTOR 810LOGICO (AEREACIÓN EXTENDIDA) h =3,037 m 1,23 § ,., TAN:IUE DELOOOS S.8.R. IRea®r B~IQ\jco CUARTO OEOPERACION YCONTROL SEOIIIENTAOOR fig. 1. levanto mientofísico de la Planto deTrato miento Fig. 2. PlantodeTratamiento (Reactor Biológico-Sedimentodor), de izq. a der. Reactor biológico 1, Trompo para lodo flotadoyTanque clarificador. Tablo 1. Calidadde aguas sonitaras (7) Resumen del diseño (Caudal 0.58 Us) Caracterización TKN NH3-N Ptot 252.00 g/m3 126.00 g/m3 540.00 g/m3 237.60 g/m3 144.00 g/m3 420.00 g/m3 360.00 g/m3 42.00 g/m3 30.00 g/m3 6.00 g/m3 Alcalinidad, Ca(03 bCOD/B00 pH 300.00 g/m3 1.60 7.20 pH Unit B00 s800 (00 sC00 rbCOO TSS vss •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 ~ ~ �A GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE Tabla 2. Propiedades físicas del agua PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA Invierno Verano Temperatura de proceso Viscosidaddinómica Viscosidad cinemótico Módulo elástico Densidad 20.00 ºC 0.01 poise 0.01 stokes 22,171.16 kg/cm2 1.00 g/cm3 27.00 º( 0.01 poise 0.01 stokes 22,793.04 kg/cm2 1.00 g/cm3 Tabla 3. Revisiónde parámetros de diseño (6) RESUMEN DE DISEÑO (Gasto 0.58 1/s) Flujo promedio Carga de B00 Carga de TKN Nº de tanques Tiempo llenado Tiempo de reacción Tiempo total de reacción Tiempo de sedimentación Tiempo de decantación Tiempo de ocio Tiempo total del ciclo Tiempo de retenciónde sólidos Volumende coda tanque Volumende llenado porciclo Relación vol_llenado/vol_tanque Tirantededecantación Tirante total MLSS MLVSS F/M Carga volumétrico Flujo dedecantación Producción de lodo Yh_obs (Kg VSS/kg BOD) Yh_obs (Kg TSS/kg bCOD) Oxígenorequerido por tanque Tiempo total de reaccióndiaria Transferencia de oxígenopromedio 50.11 12.63 2.10 1.00 2.00 2.50 6.50 1.00 O.SO m3/d kg/d kg/d h h h h h h h d m3 6.00 8.60 41.76 12.53 m3/ciclo 0.30 0.31 m 1.02 m 3,000.00 g/mJ 2,207.02 g!m3 0.14 d-1 302.40 kg/1000m3/d 6.96 Vs 14.57 kg/d 0.85 kg VSS/kg B00 0.72 kg TSS/Kg bCOD 17.60 kg/d 26.00 lv'd 0.68 kg/h CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO APÉNDICE La teoría de la operación del reactor (3). se basa en las ecuaciones siguientes: Oxidación y síntesis: Bacterias COHNS + 0 2 + Nutrientes ➔ C0 2 + NH1 + C5H7 N02 + Otros productos finales Materia orgánica Nievas células de bacterias Respiración endógena: Baterias C5H7 N02 + 502 Células El modelo cinético al considerar la unidad de separación de sólidos, permite asumir en el análisis del proceso completamente mezclado con recirculación lo siguiente: 1.- La estabilización del desecho por los microorganismos ocurre únicamente en el reactor 2.- El volumen utilizado en el cálculo para el tiempo de residencia celular del sistema, incluye únicamente el volumen del reactor. El tiempo de retención hidráulico del sistema: es= Vt = Vr + Vs º 0s en donde: o Vt: Volumen del reactor más volumen del sedimentador Q: Caudal de entrada (iníluente) Vr: Volumen del reactor Vt: Volumen del sedimentador El tiempo de retención hidráulico del reactor 0 es definido como: 0 = Vr o donde Vr es el volumen del reactor Siendo 0c definido como la masa de microorganismos en el reactor dividido entre la masa de organismos removidos por el sistema cada día. está dado por la siguiente expresión: VrX QwX+QeXe 0c= - - - - - en donde: Qw: Es el caudal conteniendo las células biológicas a ser removidas del sistema (reactor) Qe: Es el caudal proveniente del sedimentador Xe: Concentración de micoorganismos en eíluente de la unidad de sedimentación •-- CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A La concentración de masa de microorganismos X en el reactor puede ser obtenida en base a la ecuación siguiente: X= tkY(So - S) 0(1 - Kdtk) (So-S): So: S: Y: Kd: en donde: Concentración del sustrato utilizado (mg/L) Concentración del sustrato en el influente (mg/L) Concentración del sustrato en el efluente (mg/L) Tiempo de retención hidráulico (d) Coeficiente cinético Y = 0.65 lb de células/ lb D80 5 utilizadas 0.06 d· 1 La ecuación correspondiente para observar la pendiente en el sistema con recirculación. reQuiere sustituir 0 por 0c: Y obs= Y/ 1 + kd 0c El diseño del proceso o las relaciones de control corresponden a: U= Q/Vr (So-S) /X donde U: Tasa específica de utilización del sustrato F / M = So /0X, donde F/M es conocida como la relación comida-microorganismos Los términos U y F/M son relacionado en la eficiencia (E): U= (F/M) E /100 ó bien: E= (So-S) /So x 100 donde: E: Eficiencia en por ciento (%) So: Concentración del sustrato en el influente S: Concentración del sustrato en el efluente El caudal de retorno ó recirculación es calculado en base a la siguiente expresión: XO - XrQ'w Xr - X Qr= - - - - - X: Q: Qr: Xr: Q 'w: en donde: Sólidos suspendidos en el licor mezclado (mg/L) Caudal influente del secundario (Mgal/d) Caudal de lodos de retorno (Mgal/d) Sólidos suspendidos en los lodos activados (mg/L) Caudal de lodos residuales (Mgal/d) C I ENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO Los coeficientes típicos (Ref.3). del proceso de lodos activados en aguas residuales (municipales): Valores Coeficiente Unidod k ks d·' m!V'L D805 m!V'LDQO mg SSV / mg d·' y kd Rango 2- 10 25 - 100 15 - 70 DBOS 0.4 - 0.8 0.025- 0.075 Típico 5 60 40 0.6 0.06 DQO: Demanda química de oxígeno; SSV: Sólidos suspendidos volátiles Los parámetros de diseño del proceso de lodos activados en su variante 'iA.ireación Extendida". corresponde a los siguientes valores: 0c (d) = F/ M (lb 0B05 / lb de SSV Licor mezclado d Carga volumétrica (lb 0B05 / pies3.d = SSV (Licor mezclado) mg/L = V/Q (h): Qr /Q: •-- CIENCIA FIC = NO.2 20-30 O.OS - 0.15 1O -25 3,000 - 6,000 18-36 0.5 - 1.5 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GuERRA-C0B1ÁN. v. H .. BÁ. K. M .. D 1Az- DELGA00. e A MODELACIÓN HIDROLÓGICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIACIÓN DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q!)E DISCRETIZA UNA CUENCA GUERRA-COBIÁN, V. H .1, BÁ. K. M. 2, DíAZ- DELGADO. C 2• RESUMEN El presente trabajo muestra los resultados de la simulación hidrológica efectuada en la cuenca del río Santa Catarina en el estado de Nuevo león (México). Se analizó el efecto que tiene la variación del tamaño de cuadro que discretiza la cuenca, utilizando el modelo de parámetros distribuidos CEQUEAU-ONU. la información hidrometeorológica utilizada se obtuvo del Extractor Rápido de Información Climatológica (ERIC 11), así como del Banco Nacional de Datos de Aguas Superliciales (BANDAS). Se plantearon tres escenarios de discretización en los cuales el lado delcuadro se varió de 1,500 mpor lado hasta l0,000 mpor lado. Se obtuvieron valores del coeficiente de Nash de 0.7220 para un tamaño de cuadro de 1,500 mpor lado yde 0.8876 para 5,500 mde lado del cuadro que discretiza la cuenca. Estos resultados sugieren que los tamaños de cuadro menores no producen las simulaciones más satisfactorias. Palabrasclave: Modelo hidrológico, CEQUEAU, discretización espacial, calibración. ABSTRACT The present paper shows the results of the hydrological simulation in the Santa Catarina river watershed in Nuevo leon (Mexico). The discretization effect was analyzed through the variation of the grid cell in the watershed, using the distributed model CEQUEAU-ONU. The hydrometeorological information used was obtained from the Fast Extractorof Climatologic lnformation (ERIC 11), as well as the National Bank of Superlicial Water Data (BANDAS). Three scenarios of discretization were considered in which the grid cell was varied from 1,500 mup to l 0,000 m. The results obtained in the watershed according to the Nash coefficient values were 0.722 and 0.8876 for grid cells of 1,500 mand 5,500 mrespectively. These results suggest that the smaller grid cell do not produce the most satisfactory simulations. Keywords: Hydrological Model, CEQU EAU, spatial discretization, calibration INTRODUCCIÓN La evaluación y el manejo de los recursos hídricos en una cuenca están ligados directamente tanto a las actividades humanas como al uso del suelo. La aplicación de modelos hidrológicos es hoy en día una herramienta indispensable. ya Que pueden ser utilizados para analizar los aspectos de cantidad del agua dentro de una cuenca. como por ejemplo: los escurrimientos, las inundaciones. la operación de los almacenamientos y embalses; el desarrollo y protección del agua subterránea, los sistemas de abastecimiento y el uso del agua entre otros. Actualmente existe la tendencia a nivel mundial en utilizar modelos hidrológicos distribuidos. debido a Que toman en cuenta la variabilidad de las características físicas de la cuenca, mediante la discrelización de la misma (Ba et al. 2001 ). Al aplicar un modelo distribuido, una de las preguntas iniciales es con respecto al tamaño de cuadro QUe se debe utilizar en la discretización de la cuenca en estudio. Sin embargo. no existe una regla general Que indiQue el tamaño o número de cuadros Que deben discretizar una cuenca 1 2 Profesor Investigador de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo l eón. Profesor Investigador del Centro Interamericano de Recursos del Agua de la Universidad Autónoma del Estado de México. C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA hidrológica (Molnar y Julien. 2000). Además, el rango de discretización espacial Que ha sido utilizado en los distintos modelos desarrollados alrededor del mundo es muy grande. debido a Que varía desde el tamaño de un "píxel" con resolución de 50 por 50 m (Su et al. 2003). hasta cuadros de 1O km por lado (Ayadi y Bargaoui, 1998). El presente estudio muestra los resultados obtenidos del análisis del efecto de la variación en el tamaño del cuadro Que discretiza una cuenca hidrológica. cuando se utiliza un modelo hidrológico distribuido. METODOLOGÍA Zona de estudio El análisis del efecto de discretización espacial se llevó a cabo en la cuenca del río Santa Catarina. el cual se origina en la Sierra Madre Oriental en los cañones de la Purísima. el Álamo y San Juan Bautista en el estado de Nuevo León. Corre por un cañón con dirección Noroeste. hasta las proximidades de Santa Catarina. de la cual toma el nombre. En este punto cambia bruscamente de dirección hacia el Sureste pasando por la Ciudad de Monterrey hasta su coníluencia con el río San Juan. La cuenca tiene una superficie de 1.805 km 2 hasta la estación hidrométrica 24327-Cadereyta 11 y el río principal tiene una longitud de 158 km con una pendiente media de 0.9 %. Aplicación del ModeloCEQU EAU La modelación hidrológica en la cuenca del río Santa Catarina se realizó en CEQUEAU. el cual es un modelo hidrológico de parámetros distribuidos (Morin y PaQuet. 1995). CEQUEAU reproduce el sistema hidrológico mediante la discretización de la cuenca en estudio utilizando un máximo de 1.000 cuadrados. Para efectuar la simulación utiliza dos funciones: La función de producción Que considera el movimiento vertical del agua (Figura 1) y la función de transferencia Que es la encargada de efectuar el movimiento del agua cuadro por cuadro. El volumen de agua finalmente disponible en cada elemento parcial se obtiene multiplicando la lámina de agua obtenida de la función de producción por la superficie del elemento parcial considerado. Este volumen se suma a los volúmenes entrantes al elemento o cuadro. procedentes de los elementos parciales vecinos (Figura 2) Para llevar a cabo el análisis de la discretización espacial. se varió el tamaño de cuadro Que discretiza la cuenca a partir de un tamaño de cuadro de 1,500 m por lado hasta 10.000 m por lado, incrementando el tamaño del cuadro en 500 m. La obtención de la información fisiográfica utilizada se llevó a cabo de forma automatizada empleando un módulo hidrogeomático desarrollado en el SIG ldrisi (Guerra-Cobián. 2007). La modelación consistió en la simulación de los caudales medidos en la estación hidrométrica 24237-Cadereyta 11 de 1966 a 1980. La Figura 3 muestra la ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas, así como la estación hidrométrica. El proceso de calibración del modelo se efectuó variando los parámetros del modelo Que gobiernan el proceso lluvia-escurrimiento, y se llevó a cabo en dos etapas: la primera se realizó manualmente mediante la técnica "de prueba y error",y la segunda consistió en la optimización automática de los parámetros utilizando la herramienta de optimización con Que cuenta el modelo CEQUEAU. Para cada cuenca en estudio se plan- • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GuERRA-CoBIÁN. v. H .. BÁ. K. M .. D 1Az- DELGA00. e A tearon tres escenarios de calibración. empleando un tamaño de cuadro distinto en cada uno. El conjunto de parámetros obtenidos en el escenario 1 (cuadro de S.000 m por lado). se utilizó como base de calibración del escenario 2 (cuadro de 7.500 m por lado), y éste conjunto de parámetros a su vez se utilizó para la calibración del escenario 3 (cuadro de 10.000 m por lado). Por último. con los parámetros de cada escenario se efectuaron las simulaciones de los distintos tamaños de cuadros en Que se discretizó la cuenca en estudio (de 1.sao m a 10,000 m por lado). La evaluación de los resultados de las simulaciones se realizó con base en el criterio numérico de Nash ( 1970). el cual está definido por la Ecuación 1. Éste criterio relaciona los caudales observados y calculados. y toma valores desde -oo hasta 1. siendo I una simulación perfecta (los caudales calculados coinciden con los observados). Ecuación 1 i= l Donde: NTD = QCi= QC= QOi= QQ= Coeficiente de Nash adimensional Caudales calculados en el día i, en m3/s Promedio de los caudales calculados en los n días Caudales observados en el día i, en m3/s Promedio de los caudales observados en los n días RESULTADOS Y DlSCUSIÓN Los resultados de las simulaciones efectuadas en la cuenca del río Santa Catarina con respecto al coeficiente de Nash se muestran en la Tabla 1. Los valores máximos del coeficiente Que se obtuvieron para cada uno de los escenarios de calibración son: 0.8876 para el tamaño de cuadro de S,500 m por lado para la calibración 1. 0.8841 para el tamaño de cuadro de 7,000 m por lado para la calibración 2, y 0.8788 para un tamaño de cuadro de 7.000 m por lado para la calibración 3. El valor máximo y mínimo de los tres escenarios es 0.8876 y 0.7220 respectivamente. con una variación de 0.1656. Considerando el promedio de los tres escenarios el valor máximo del coeficiente es 0.8805 y corresponde a un tamaño de cuadro de 8,000 m por lado. En la Figura 4 se muestra la tendencia de los resultados de la simulación. Se observa Que el coeficiente de Nash disminuye considerablemente conforme decrece el tamaño de cuadro Que discretiza la cuenca. Posteriormente. los valores presentan variaciones en el coeficiente de Nash constantes hasta un tamaño de cuadro de 8,000 m por lado, para luego variar considerablemente. Así mismo, se tiene QUe los tres escenarios de calibración presentan una tendencia similar. La Figura S muestra el hietograma de las lluvias interanuales. así como el hidrograma de los caudales medios interanuales Que se obtuvieron para el valor máximo del coeficiente de Nash, tomando en cuenta los tres escenarios de calibración (mejor simulación). Además. en la cuenca del río Santa Catarina se observa CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA Que, la temporada de lluvias es escasa y abarca de junio a octubre, siendo el mes de septiembre el de máxima pluviosidad. El caudal medio interanual máximo para el periodo de simulación es de 7S m3/s y el mínimo es prácticamente cero para la temporada de estiaje, la cual se presenta en los meses de diciembre a mayo. También se observa Que el ílujo base es mínimo. por lo Que no representa una contribución significativa en el escurrimiento del río. Con respecto a la dispersión de los caudales observados y calculados por el modelo, la Figura 6 muestra Que, en general la simulación de los caudales fue adecuada. Así mismo, se observa QUe un alto porcentaje de los caudales ordinarios Que se presentan en la cuenca son menores de 20 m3/s. y Que los caudales mayores son debidos a lluvias extraordinarios asociadas con eventos ciclónicos. CONCLUSIONES Los resultados de las simulaciones efectuadas muestran Que los tamaños de cuadro más peQueños, contrariamente a lo Que se pensaba al inicio de la investigación, no producen los mejores resultados en el coeficiente de Nash. Esta situación sugiere. sin lugar a dudas Que. se debe continuar con la investigación del efecto de la discrelización espacial en otras cuencas, las cuales presenten características fisiográficas e hidrometeorológicas diferentes. Además, se recomienda analizar el efecto Que pudiera tener la variabilidad temporal de la cobertura del suelo en la cuenca estudiada, ya Que este no se consideró en el análisis. Finalmente, cabe mencionar Que, en la modelación de la cuenca del río Santa Catarina no se consideró la iníluencia de almacenamientos Que modifican el ílujo natural, debido a Que en el periodo de simulación. no existían obras hidráulicas; sin embargo los resultados obtenidos son ampliamente satisfactorios. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al FOSEMARNAT 2004-01-174 por el financiamiento otorgado para llevar a cabo el estudio. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Ayadi, M., Bargaoui, Z., {1998). Modélisation des écoulements de I' oued Miliane par le modele CEOUeau, Journol des Sciences Hydrologiques, 43{5), pp. 741-758. 86, K. M., Díaz, C., Rodríguez, V., (2001 ). Simulación de caudales de los ríos Amacuzoc ySan Jerónimo en el Estado de México, México, Ingeniería Hidráulica en México, Vol. XVI, No. 4, pp. 117-126. Guerro-Cobión, V. H., {2007). Análisis del efecto de discretizoción espacial en el modelado de cuencas hidrológicas utilizando el modelo distribuido CEQUEAU-ONU, Tesis de Doctorado, Centro Interamericano de Recursos del Aguo de la U.A.E.M. México, 314 pp. Molnar, D. K., Julien, P. Y., (2000). Grid-size effects on surface runoff modeling, Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, pp. 8-16. Morin, G., Poquet, P., {1995). Le Modele de Simulotion de Quantité et de Qualité CEQUeau, Guide de l'utilisoteur. Vers. 2.0 pour Windows. INRS-Eau, rapport de recherche no. 435, 54 pp. Nosh, J. E., Sutcliffe, J. V., (1970). River flow forecasting through conceptual model, Journal of Hydrology, 1O, 282-290. Su, B., Kazama, S., Lu, M., Sawamoto, M., (2003). Development of a distributed hydrological model and its opplication to soil erosion simulation in a forested cotchment during storm period, Hydrological Process. 17, 2811-2823. • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 ~ ~ �v. H .. BÁ. K. M .. GuERRA-CoBIÁN. Lluvia La~os y ciénegas D 1Az- DELGA00. Función de producción Fusión de nieve r~ --.... l=f ~ Evaporación -~ Suelo • e L----- -11-------1e:::::i: ~ ' .. Infiltración l=f~ Subsuelo . '------------FL..J,. ~ L-- - ---------------- Función de transferencia figura 1. Función de producción del modelo CEQUEAU-ONU. 1 A 2 40% -H► B 60% A 100% A Función de Transferencia 3 4 A 75% A 100% Producción sobre 1 ~ 1 <1. ..,~% Producción sobre 2 oi',....-¡;;...._A_.__ª.....---.:•~ l Producción sobre4 Producción sobre 3 ,J_~ 1----1 8 A A ,,,-¡¡:__---L..__;¡¡¡:--., q~,, B figura 2. Función detransferencia del modelo CEQUEAU-ONU. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 A �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA Cuenca: Río Catarina . • .,.' '- . ; ,,,.., Est. Hidro.: Cadereyta 11 1 ' 1 Ubicación: Nuevo León ~ Zona UTM: 14 SIMBOLOGÍA :Z100XI Parteaguas Ríos principales Es!. Hidrométrica • Es!. Meteorológica 30000 figura 3. Estaciones hidrometeorológicas utilizadas en la modelación de la cuenca del río Santo Catarina. 0.9 0.88 0.86 0.84 1z 0.82 ...J ..•. • .g ~ 0.8 .i? ¿l ~ • .,,".. 0.78 ..,,,, 0.76 .." ...... ..•" 4! 0.74 •• ♦ ••• •• Coeficiente de Nash Cali:iración 2 •• Coeficiente de Nash Cali:iración 3 ... 0.72 0.7 • • w •• Coeficiente de Nash Cali:iración 1 +-------~---~------~---~------~---~--~ 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Lado del cuadro que discretiza la cuenca en m. figura 4. Variación del coeficiente de Nash debido o la discretización espacial en la cuenca del río Santa Calorina. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 11000 ~ ~ �GuERRA-CoBIÁN. LamlrlO do tg,11 (IMII 215 v. H .. BÁ. K. M .. D 1Az- DELGA00. A e l.htY• .125 20 175 15 12, 10 7$ 5 25 o - - c._,....,., 11) 72 e.. 60 411 «) » 24 ie 8 g - r;:~-;--:~-::;--::=-,.---~'le<'?-','::~ Eoo IMS I Oc INO Figura 5. Hidrogramo y hietograma de la cuenco del río Santo Cotarino. PenodO Eno feo& 1 Ole 19e0 <-• lrunn,aloa} CeuCIIIH Qlallaelaa (m'II) eo n 32 24 ., , 18 o o e 1s 32 48 58 CauCIIJe,e obeeN.adoe(m','I) 72 Figura 6. Diagramo de dispersiónde los caudales del río SantoCotarino. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 110 �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA Tablo 1. Resultados de lo discretizoción espacial en locuenca del río Santo Cotorino. Lado del cuadro que discretiza la cuenca en m. Número de cuadros que discretizan la cuenca. Calibración l Calibración 2 Calibración 3 Promedio 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 903 526 353 253 190 152 11 9 102 86 72 65 57 53 45 41 40 36 32 0.7220 0.8171 0.8428 0.8596 0.8662 0.8683 0.8713 0.8865 0.8876 0.8653 0.8836 0.8734 0.8527 0.8842 0.7971 0.8642 0.8689 0.8192 0.7306 0.8190 0.8458 0.8639 0.8732 0.8697 0.8732 0.8809 0.8806 0.8651 0.8779 0.8841 0.8619 0.8836 0.8302 0.8695 0.8658 0.7341 0.8166 0.8425 0.8582 0.8684 0.8614 0.8656 0.8673 0.8657 0.8557 0.8617 0.8788 0.8595 0.8738 0.8402 0.8629 0.8542 0.8513 0.7289 0.8176 0.8437 0.8606 0.8693 0.8665 0.8700 0.8782 0.8780 0.8620 0.8744 0.8788 0.8580 0.8805 0.8225 0.8655 0.8630 •-- Coeficiente de Nash, adimensional. CIENCIA FIC 0.8447 NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 0.8384 ~ ~ �DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA A CAPACIDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCÉNTRICAMENTE UTILIZANDO AISC- LRFD , ASD Y TEORÍA ELÁSTICA DR. GUILLERMO VILLARREAL GARZA'. DR. RICARDO GON ZÁLEZ ALCORTA1 RESUMEN En este trabajo se analiza la capacidad de carga de ángulos cargados excéntricamente utilizando los criterios AISC-LRFD, AISC-ASD yteoría elástica de Timoshenko. Existen casos en armaduras fabricadas con ángulos de lados iguales ydesiguales en los que la transmisión de la carga, por medio de placas soldadas en los extremos, recae en un solo lado del ángulo y hace que este quede sometido a carga axial y momento flexionante alrededor de dos ejes. Al tomarse en cuenta estos momentos flexionantes, la capacidad de carga axial del ángulo se reduce en forma importante y por lo mismo no deben ignorarse estos momentos. El procedimiento de revisión consiste en aplicar la ecuación de interacción separadamente en la esquina y en los puntos de los lados de ángulo. Este artículo presenta ejemplos ilustrativos para aplicar los dos criterios de diseño del AISC yla teoría elástica de Timoshenko, haciendo una comparación de los resultados obtenidos. Se presentan recomendaciones y conclusiones de los casos en los que no debe ignorarse elefecto de los momentos flexionantes producidos por excentricidad de la carga axial. Palabras clave: Excentricidad, ángulos, teorías de análisis ABSTRACT In this paper the load capacity of single-angle members excentricaly loaded using AISC-LRFD, AISC-ASD specifications and the elastic theory of Timoshenko are analyzed. There are cases in trusses fabricated with angles in which the transmition of the load is made with welded plates through onlyone leg which it makes the angle to be submitted to axial load and bending moments about two axes. Taking in account those bending moments the axial load capacity of the angle is reduced in important way. The procedure of revision it consists in applying the interaction equations in the comer and tips of the legs. This paper presents design examples using AISC specifications and elastic theory, comparing the results. Recommendations and conclusions will be written for the cases in which bending moments due toeccentric load cannot be ignored. Keywords: Eccentricity, angles, theory of analysis I NTRODUCCIÓN Existe la práctica de utilizar en el diseño y fabricación de armaduras de cuerdas paralelas. dos ángulos en cada cuerda y dos ángulos en las diagonales. con un ángulo como miembro vertical colocados en medio de las dos cuerdas como separador con los extremos aplastados (Ver figura 1). 1 Profesores de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León. gvirrarreal@fic.uanl.mx rí_gzz_alcorta@holmail.com C JENC IA FJC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA VER 2 60 A 1274 = 5096 779 ◄IA OEí.3 PI o N o ~ A1 ~ ~ llp. \lffi OEí. 1 • 5 76 76 A1 o N o ◄IA 5 llPO o o (O N <( ~ I.Dcaliz.ación del prirrer conector 'V <( ~ (") <( A2 76 25 A2 76 ,. 76 76 SECCIONA-A SECCION B-B Figuro 1. TEORiA ELÁSTICA DEL PANDEO TORSIONAL CON COMPRESIÓN Y FLEXIÓN EN DOS EJES. Este tipo de armaduras tiene ventaja sobre otros sistemas de armaduras en cuanto a la facilidad del proceso de fabricación y rapidez en el montaje. por lo cual son muy atractivas para los talleres de fabricación Que producen en serie armaduras de acero para cubrir diferentes claros según lo reQuiera el proyecto. Sin embargo. debe ponerse mucha atención en la forma en la QUe se transmiten las fuerzas de un nudo a los miembros Que se conectan a él, así como la transmisión de las fuerzas de los miembros a los nudos. inclusive entre los miembros Que deben estar conectados a través de separadores o conectores. y Que en ocasiones se omiten. Tomando el caso de las diagonales mostradas en la figura I y considerando Que no existieran los conectores o separadores. el comportamiento de estas diagonales no será de conjunto sino más bien cada ángulo trabajará separadamente y así debería calcularse la capacidad de las diagonales dando como resultado una capacidad mucho menor. Ahora bien. si los conectores existen pero su espaciamiento no es el adecuado los dos ángulos de las diagonales se comportan como parcialmente conectados y la capacidad así debería calcularse. Otro factor Que influye en el comportamiento de la transmisión de las fuerzas es la localización y aplicación de la soldadura ya Que influye en las excentricidades entre la fuerza de compresión por transmitirse y el centroide de la sección transversal. como se muestra en la figura 2. La efectividad de una conexión también depende de la ductilidad del material. del espaciamiento entre conectores ó separadores, de la concentración de esfuerzos en los agujeros, del procedimiento de fabricación y del fenómeno de retraso de carga o corte. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Más adelante se presenta el cálculo de la carga crítica por teoría elástica de pandeo y para fines de comparación se determinará la carga última sin ningún factor de seguridad con las especificaciones AISC. LRFD y ASO, para los casos en Que los dos ángulos de las diagonales trabajan separadamente. y en forma conjunta. / 15 A4 í .r¡ /. / ,/ P. r . _/ \"'.....,,- ~, - 5 ,/ ·. nro C.G de la soldadura DETALLE 1 , ,,.,__ Locaizac de Primer conector DETALLE 2 Figuro 2. TEORÍA ELÁSTICA DEL PANDEO TORSIONAL CON COMPRESIÓN Y FLEXIÓN EN DOS EJES. A continuación se hará una descripción de la teoría elástica tomada del libro THEORY OF ELASTIC STABILITY (TJMOSHENKO ANO GERE 1961) y se analiza el caso de una columna de sección abierta sujeta a una carga de compresión excéntrica de tal manera Que se presenta compresión axial más dos momentos flexionan tes (M 1 y M) en los extremos (ver figura 3). p 1 l 1 z p A,1 Figuro 3. Los momentos flexionantes M 1 y M2 son tomados positivos en las direcciones mostradas en la figura, es decir en las direcciones en las cuales causan momentos positivos (ver figura 3). Ignorando los efectos de la carga axial en los esfuerzos flexionantes. los esfuerzos normales en cualQuier punto de la sección de la columna se puede expresar como: CJENC IA FJC No.2 MAYO · AGOSTO 2007 �A CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA <J = + -P- + -M1Y -+ A lx M2x l ly En los cuales x, y son los ejes centroidales principales de la sección. Para investigar la estabilidad de esta configuración de eQuilibrio se suponen deílexiones adicionales u y v del centro de cortante y rotación ~ con respecto al eje normal a la sección Que pasa por el centro de cortante. Designando x0 , Yo las coordenadas del centro de cortante. las componentes de deílexión para cualQuier fibra longitudinal definida por las coordenadas x. y son: Las tres ecuaciones de flexión y torsión de la columna Quedan descritas por: Ely d 4 u 2 + (Py 0 - 111 i) 4 +P d u 2 dz Efx d V d:, 4 +P d2 v d :2 + (Px0 - 1l1z) cf <p = o dz 4 C'1 d 4 'P 2 =O 2 dz c.l ;¡ ............ ,................................... . 2 1 7 131 = l~(J y3 dA+ J x2y dA - 2YO A P2 = 3 z IP + (Py o-1VliJ et u _ (Px0 -lvfz) cf , , =O • el z1 el ".) d t' -(C'-1V.f1/l1- lvfz/Jz - P lo) d el z4 cf r/J 4 5 A ;JJ A,' dA + ( ,y' dA) - 2xo ·· ·· . . . . 6 Designando las coordenadas del punto de aplicación de P por e,. e . los momentos se pueden expresar como: Y M,=Pe X Y en el caso de extremos articulados se puede llegar a obtener las ecuaciones siguientes: [( El y ;,' - P)A, - P( Yo - ey) A,] = O ·· ·· ········.. ···················.. ,, ......... ······ · 7 [( El x ;,' - P)A, - P(X. - ex) A,] O ···· ····················· ····················· ······ · 8 = 9 • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Para Que el sistema de ecuaciones anterior tenga solución se reQuiere Que el determinante de los coeficientes de A 1• ~y AJ' sea igual a cero. Igualando el determinante a cero se obtiene Pcr. Puede verse de las ecuaciones Que en general el pandeo de la columna ocurre por ílexión combinada con torsión. Desarrollando el determinante y considerando QUe para un ángulo de lados iguales C1= Oy obtiene la siguiente ecuación: 3 ( 7r El y·--¡¡ P J(El_\;./,2 - p J[ 7r O. se y·r - PJ 2 2 - p2 = Pfo] -(x A C-Pe,,/3, - (•vO - eJ ,)2 P 2 ( 0 - 2 2 ( El ex)P 2 El X. · !!_ l2 - P J= 7r 10 O ····················· · Esta es una ecuación cúbica en Py el sustituir valores de acuerdo a la sección transversal del ángulo. se obtiene de la carga crítica P,, PANDEO TORSIONAL CON COMPRESIÓN Y FLEXIÓN ALREDEDOR DE DOS EJES CON ESPECIFICACIONES AISC LRFD A continuación se transcriben de las especificaciones AISC LRFD 1999 diseño por resistencia de miembros de sección transversal en forma de ángulo sujetos a compresión. La resistencia de diseño es <l>cPn ~e Con = 0.90 y Pn =Ag *Fcr Q Para columnas cortas (4.1 )* * El número de Ecuación corresponde al de las especificaciones AISC Para columnas largas Fer= En la cual: 2~-- kl. r1í Y para: 0.446 [~A:;~ lFy (4.2) Cuando {F;: b < 0.446-g ✓ Ti t Fr - Q = 1.0 .. ... ··· ..... · .. ···........ ··· ... (4.30) J;, s; -b < o.910 t Fy CIENC IA FJC No.2 MAYO· AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A Y por último cuando: (~)> 0.910 Pi Q 0.534E - ................. ... .................. (4.3c) b).z (y Fy - Las expresiones para el diseño de miembros con sección transversal en forma de ángulo sencillo sujetas a ílexión tomada del AISC-LRFD 1999 son: RESISTENCLA DE DISEÑO A FLEXIÓN La resistencia de diseño a ílexión deberá ser el valor mínimo por los siguientes casos. Para el estado limite de pandeo local cuando la punta del lado del ángulo esta a compresión. (S.. lo) Mn Si Fy S 1.5- 0.9,j 0.54 ]!;JL (5-1b) F>' Y cuando ( ~) > 0.91 ni M n = 1.34Q F Se y ······....................................................... (5-lo) Siendo • • • b = Ancho total del lado del ángulo con la punta en compresión . Q= Factor de reducción de pandeo local. Se= Módulo de sección de la punta del ángulo relativo al eje de flexión . Para el estado límite de cedencia cuando la punta del ángulo esta en tensión M n = 1.SO M y ............................... ..................................... .............. · (5-2) Para el estado límite de pandeo lateral torsional Cuando M s M; M Y Para M b > M; M ob o y y n n = [0.92 - (0. 17M )/M J.M · ..... .......... .............. ..... ........ ob = [1.92 -1.17 y ob {M_JM )].M < 1.SM ........................ · uu y y y (5-30) (5-3b) Siendo Mob el momento de pandeo lateral torsional conforme a la ecuación (5-5) FLEXIÓN ALREDEDOR DE EJES PRJNCIPALES Para ángulos sin restricción lateral a la torsión serán diseñadas considerando los ejes principales centroidales. • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Án¡;ulos de lados i¡;ua/es a) Flexión alrededor del eje mayor: La resistencia nominal a la flexión Mn alrededor del eje mayor principal será determinado de acuerdo a las secciones anteriores con ecuaciones (S- 1a). (S- 1b), (S-1 c). (S-3a) y (S-3b) la Que sea aplicable. Donde M00 = cb (0.46Eb2 t2) / 1 (5-5) •······················· ···· ••···· ·····•· b) Flexion alrededor del eje menor La resistencia de diseño a la flexión alrededor del eje menor principal será obtenida por las ecuaciones (S-1 a). (S-1 b). (S-1 c) cuando la punta del lado del ángulo esta en compresión y por (5-2) cuando la punta del lado del ángulo esta en tensión. FUERZAS COMBINADAS ( FLEXO-COMPRESIÓN) MIEMBROS EN FLEXIÓN YCOMPRESIÓN Cuando: p _ u> 0.20 {6-1 a) $Pn (6-1 b) Y para: DISEÑO DE COLUMNAS DE ÁNGULO SENCILLO SUJETAS A COMPRES IÓ N Y FLEXIÓN EN DOS EJES DE ACUERDO A LAS ESPECIFICACIONES AISC-ASD-1989. COMPRESIÓN Para una mejor explicación de este trabajo se transcriben las ecuaciones de las especificaciones AISC-ASD-1989. Para rango inelástico con: kl < C' e r Fa = (4-1 ) Para el rango elástico con: -kl -< C'e r Donde: (4-2) Fa = CI ENC IA FJC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A El íactor de reducción Q se determina de la forma siguiente: Para: Para: 76 ~ 76 s b/t b/t = 1.0 ........ .................. .......... ........... . · (4-2) Q = 1.34 - 0.00447 (b/t) ({F:¡) .............. {4-3a) ~ < b/t < Y para: Q s 155 ~ 155 Q p-; = 15,000 ( {F:,, (b/t) 2 ) {4-3b) Donde Fe es la resistencia al pandeo elástico para el modo de ílexo-torsión. FLEXIÓN ESFUERZOS PERMISIBLES AFLEXIÓN Los esfuerzos a ílexión están limitados al valor permisible de Fb determinado con los criterios y expresiones siguientes: Para evitar el pandeo local cuando el extremo del lado del ángulo esta en compresión. Con: b/t s (65 Para: (65 / Y cuando: b/t > (76 / jFy ): jFy ) < Fb = 0.66 FY ............................. .... .................................. b/t s (76 / jFy ): Fb jFy ): Fb = 0.60 F 1 ... .... .... . .. ... ........ . ..... .... = 0.60 Q FY (5-la) {5-lb) {5-1 e) Donde Q es el factor de reducción de esfuerzos determinados por las ecuaciones anteriores descritas en compresión. Cuando el extremo del lado del ángulo esta en tensión. Fb = 0.66 Fy Para evitar el pandeo lateral torsional los máximos esfuerzos de compresión no deberán exceder: Donde: Cuando: Fob $ Fy: Fb = [0.55-0.1 O F,JF) Fob .. ........ ................ .................. ..... .. {5-3a) Cuando: F0 b > FY; Fb = [0.95-0.50 (F,JF) {5-3b) • • • nl FY $ 1 0.66FY .............. ................ Fb = esfuerzo permisible a ílexión en el extremo del ángulo . F00 = esfuerzo lateral torsional elástico obtenido de la ecuación (5-5) . Fy = esfuerzo de íluencia . FLEXIÓN ALREDEDOR DE EJES PRINCIPALES Para ángulos sin restricciones al movimiento lateral torsional deberán ser diseñadas considerando ejes principales. Án¡;ulos de lados i¡;ua/es FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE MAYOR El esfuerzo principal de compresión debido a ílexión f"wserá limitado por Fb determinado por las ecuacio- ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA A nes (5- 3a) y (5 -3b) la Que sea aplicable, donde: F00 = cb (28250/(1/t)) Con b/t de las ecuaciones (5-1 a) a (5-1 c) y cb = + 1.o5 1.75 (M/ M) + o.3 (M/M) 2 < 1.50 FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE MENOR Los esfuerzos principales de ílexión fb, están limitados por Fb expresadas en (5-1 a). (5- 1b) y (5-1 c) lo Que sea aplicable cuando los extremos de los lados están en compresión y por (5 -2) cuando los extremos de los lados están en tensión. ESFUERZOS COMBINADOS ' ' COMPRESION AXIAL YFLEXION Las columnas de ángulo sencillo sujetas a compresión axial y ílexión deberán satisfacer los reQuisitos del AISC-ASD sección H 1. Las ecuaciones de interacción de estabilidad y resistencia de las especificaciones del AISC-ASD capítulo H han sido adoptadas con modificaciones para tomar en cuenta para varias condiciones de ílexión Que se pueden presentar. la ílexión generalmente acompaña a la carga axial de un ángulo sencillo ya Que la carga axial y la conexión a lo largo áe los lados del ángulo son excéntricos respecto del centroide de la sección transversal. EJEMPLO CON LRFD , , ' REVISION DE UNA DIAGONAL ACOMPRESION CON FLEXION ALREDEDOR DE DOS EJES. Se utilizan las especificaciones AISC-LRDF-1999 para determinar la capacidad de carga. sin incluir factores de carga ni los factores de resistencia con la finalidad de hacer comparaciones con teoría elástica. ~ ' fV' "" " / 7.62 "" 2.13 5 .49/ B 2.13 3.1 7 1 2.32 1J 7 7.62 _J Angulo de 3"x 3" x 1/t I= 152 cm. e, = 3.76 cm. ev= 0.74 cm. r2 = 1.49 Acero A-50 / "~ l. COMPRESIÓN Determinación de la capacidad nominal P". con referencia al punto A de la figura anterior. • Relación de esbeltez k·l ,.z CJENCIA FJC 152 - - = 102 1.49 No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA • 3 Pandeo local Q = 0.96 ................... · - 1 = 12 A (4-3b) - 4 • Parámetro de esbeltez 3520 102 Ac-Q = 0.96· ;) ( ( 2.034·10 (1.Z97) F'J = 0.96 (0.658) Capacidad a carga axial centroidal 6 = 1.297 2 ·(3520) = 1722 kg/c1n 1 • ) 2 (4-1) P0 = 1722* 9.29= 15,997 kg 2. FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE Z-Z (EJE MENOR) PARA EL EXTREMO DEL ÁNGULO QUE ESTA ENCOMPRESIÓN. • Estado limite de pandeo local. ( 2.034 · 10 6) --35_2_0 _ b - = 0.54 t M02 = l .5*3520*(20.39/2.375) = 45.330kg-cm = 12 .98 > 12.0 ................. .............. .................. . (5--la) Mz = P. c:y=0.74P 3. FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE W(EJE MAYOR) MOMENTO LATERAL-TORSIONAL Como se está considerando Que no existen placas separadoras (conectores). el momento es aproximadamente constante por lo Que Cb= 1.O Mob Como: 6 2 [ (1 .0) (0.46) (2.034xl0 )(7.62 ) (ü.63 152 2 )] = l41858.8 kg-cm (5--5) My= Fy*(lw / Cw) = 3520* (78.66/ 5.38) = S 1.465 kg-cm Mob > My por lo tanto_calcular Mnw ........... ............... ......... ..... .. ... . __ 51465 -) ] ·(5 1465) = 62544.5 kg-cm 141858 Mnw = [ 1.92 - 1.17( 4. AMPLIFICACIÓN DE MOMENTOS Jl1: [1-c;u l Cm de acuerdo a (C 1-2) del LRFD ......... . Pe1 Para ílexión alrededor del eje z-z Pe1 Suponiendo Pu =6500 Kg. ■-- (5--3b) CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 (6-2) �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Para ílexión alrededor del eje w-w 6 P,1 - [ i -2.034-10 (78.66)] .( 2) 152 = 68346 kg /Ji = [l 5. REVISIÓN DE INTERACCIÓN CON EFECTOS ÚLTIMOS SIN FACTORES DE RESISTENCIA <I> , _ tOO) )] 6500 68346 = 1.105 e IGNORANDO (8/9) P ) + [(0.74- P ) · ( l.579)] + [(3.76 -P) · ( l.105)]] = [( 15997 (45330) (62544) 1 .......... (6-la) (6.25 1XI o-s + 2.578X I o-s + 6.643X 10·5) P = 1.0 De donde la P de colapso sería: P= 6478 k~. 6.- REVISIÓN DEL PUNTO EXTREMO EN EL OTROLADO DEL ÁNGULO. (PUNTOB) En este punto tendremos compresión por la carga trasladada al centroide más compresión debido al momento alrededor del eje z-z menos tensión debido al momento alrededor del eje w-w. l. Compresión En la primera parte del ejemplo se obtuvo el primer termino de la ecuación de interacción como (P/I5997). 2. Flexión alrededor deleje z-z (eje menor) Mn = 1.5 My = l .5(3520)(20.39/2.375) = 45. 330 kg-cm Por lo Que el segundo termino de la ecuación de interacción Queda igual [(0.74P) (1.579)] / (45330) 3. Flexión alrededor del eje w-w. El valor del momento nominal resulta con el mismo valor Que para el caso de compresión debida a ílexión , M , = 62544 kg-cm; en este caso no hay amplificación de momento y p = 1.0, por lo Que el tercer término de la ecuación Queda (3.76P)/ (62544). 7.- REVISIÓN DE INTERACCIÓN CON EFECTOS ÚLTIMOS SIN FACTORES DE RESISTENCIA <I> EIGNORANDO (8/9) P ) + [(0.74- P ) · ( l.579)] _ [(3.76- P ) · ( l.00 )] ] [( 15997 ( 45330) l (62544) (6.25 X 10·5 + 2.578 X 10·5 - 6.01 18 X 10·5) = 1.0 P = 35. 498 kg. > 6478 kg. Rige el punto extremo del lado del ángulo QUe esta a compresión y en general es el punto Que rige el cálculo para obtener la carga P de falla. CJENCIA FJC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A EJEMPLO ANTERIOR CON AISC-ASD REVISIÓN DE UNA DIAGONAL A COMPRESIÓN CON FLEXIÓN ALREDEDOR DE DOS EJES. Se utilizaran las especificaciones AISC-ASD-1989 para determinar la capacidad de carga, sin incluir los factores de reducción en los esfuerzos permisibles y en el punto más crítico de la sección esto con la finalidad de hacer comparaciones con LRFD y teoría elástica. ~ ' f1t " " '-._ / 7,62 "s Pl.MOCE 2,13 " e, = 3.76 cm. eY= 0.74 cm. 11 = 1.49 5 .49/ 1 APUCACION DE ~_:,¡,: IACAR;o. Angulode 3"x 3" x 1/t 1= 152 cm. / 2,13 B 45• 3,\7 1 2,32 RJNTD 7 7.62 _J "~ POR RBIISAR 0 ,63 Acero A-50 l. COMPRESIÓN Determinación de la capacidad a la falla P ¡,.¡ • Relación de esbeltez • Pandeo local ( !) 152 ,.z 3 1 1.49 102 Q = 0.96 = 12 (4-3b) 4 76 b 76 -/50 t {Fy - - = 10.75; - > - - ·-JSO Q = 1 .340 - 0 .0044 7 ( 12) = 0.96 • Esbeltez con respecto al eje débil, utilizando la ecuación (4-1) sin factor de seguridad. kl _ (1.0)·(152) Tz (1.49) = 102 ; Fc1 -[1- ( IO'.?)i, )c.1,:?0)• 19~0 k_2/c111 2 [ ('.?)( 10-,r] Pcr = 1920.64*9 .29 = 17837 kg. Suponiendo Que f/F. > 0.1 5. utilizaremos la ecuación (H 1- 1) para determinar la capacidad de carga P. (fa) Fe, (Cmz· Íbz) + [, - ( (Cmy-fbw) ::)}Fb: [, -(/:J}Fbw ■-- CIENCIA FIC NO.2 (H1-1 ) <i.o MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Esta ecuación se utilizara con esfuerzos totales F.: Fb, y Fbw en lugar de los permisibles. Como los momentos son uniformes en todo el tramo de la diagonal. cmx = cmy =0.60-0.40 (- 1.0)= 2. 1.0 FLEXIÓN ALREDEDOR DE LOS EJES CENTROIDALES PRINCIPALES a) flexión alrededor del eje z (eje de menor inercia) 0.74P- (2.375) 20.39 Revisión del punto A en compresión debida a ílexión. 2 12n -!2.034 -10 6 ) F ,ez = - - - - - - = 1006 23-(1 52 )2 1.49 ko 0.0862P ~ 2 Clll 2 Clll Quitando el factor de seguridad F '"' = 1006x (23/ 12) = 1928 kg. /cm 2 Como b/t > 76 (5-1 e) Fbz= 0.6*(Q*Fy) jFy Quitando el factor de seguridad Fb, = 0.96x 3520= 3379 kg. /cm 2 Fbz= Q*Fy b) flexión alrededor del eje w ( eje de mayor inercia) esfuerzo lateral torsional de pandeo elástico F., ª c,[(;r] •i(ffi)](:~n• mo ~ 8146 > Por lo Que Fb.. se debe calcular con: (5-3b) Fbw ... .. ..... .......... .. (~5) = [ 0.95 - 0.50·J ( ; 1º7 )]F y = 0.623Fy Fy = 3322 kg. /cm 2 Fblv = (0.623/0.66) Desfactorizado k• cm 2 fb w = [[(3.76P)(2.375)] ~ - - - - ~ ] =0.1135P (78.66) Sustituyendo valores en H 1-1 se tiene Que (0.1076P) [(0.0862P) ] l l [ (0.1135P) ] - - - + ,----,--------,,......,....-- + ,-----------,--1921 1- (0.1076P - - - ) J · ( 3379) 1006 1.0 (0.1076P) 1- - - J · (3322) 7358 Con P= 6100 kg. La ecuación de interacción resulta en: (0.342+0.448+0.229)= 1.019 = 1.0 PorloQUelaPdefallaesP= 6 100kg. Este resultado es muy cercano al valor de P= 64 78 kg obtenido con AISC-LRFD, existe una diferencia solo de 6%. CJENC IA FJC No.2 MAYO · AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A EJEMPLO CON TEORÍA ELÁSTICA Para calcular la carga crítica con la teoría elástica utilizaremos la ecuación { 1O) de la hoja 4. Los valores Que intervienen en esta ecuación cúbica para el ángulo de 3··x 3 ·· x ¼", cambiando z por x. y w por y. son: E= 2.034 x 106 kg/cm 2 ; ~,=-10.36 cm; ~2=0; Cl=O; C =GJ con G= (E/(2(1 +µ)); µ = 0.30; J= (2bt 3)/(3) = (2 x 7.62 x (0.63) 3) / 3 = 1.27cm4; lo= I, + Iw+ Ax WO2= 166.63 cm4; ez- 3.76 cm; ew= O 74 cm; 1= 152 cm; Iz =20.39 cm4 '· w I =78.66cm4 >· WO= 2.697cm·' ZO= O Al resolver la ecuación cúbica con los valores anteriores. se obtiene Que Pe, el obtenido con las especificaciones AJSC-LRFD y ASD. = 12480 kg. Valor mayor Que COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS Se calculó la capacidad de carga excéntrica a la falla en ángulos sencillos y_ se obtuvieron los mismos resultados por AJSC-LRFD como AISC-ASD, sin embargo la capacidad carga excéntrica P obtenida utilizando teoría elástica basada en las ecuaciones QUe presenta Timoshenko y Gere en el libro Theory of Elastic Stabilio/ resultó con valores más altos indicando Que las especificaciones están del lado conservador probablemente se deba a QUe la teoría elástica de Thimoshenko no toma en cuenta factores como rango inelástico. los niveles de esfuerzos residuales. la estabilidad contra el pandeo lateral de los extremos del miembro así como de los valores de Cm correspondiente a la distribución de momentos, y la amplificación de momentos p2 y p2 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se recomienda Que cuando se utilicen dos ángulos en las diagonales de compresión o cuerdas de las armaduras. estos deberán llevar conectores o separaaores de acuerdo a E4 de las especificaciones AISC-LRFD o AISC-ASD y además Que el primer conector en los extremos del miembro se localice en la unión de la conexión de los ángulos de la diagonal con los ángulos de la cuerda {ver detalles I y 2 en figura 2). esto para evitar Que al transmitirse la carga a través de la soláadura a un lado de cada ángulo se genere ílexión alrededor de los ejes centroidales geométricos o principales. Para el caso de armaduras fabricadas y Que~ fueron construidas con estos sistemas de dos ángulos unidos por conectores o separadores se recomienda efectuarse una revisión en campo y agregar los conectores Que sean necesarios para cumplir con lo mencionado en el párrafo anterior y evitar alguna fa lía futura durante la vida útil de la estructura. Se concluye Que la capacidad de carga de ángulos cargados excéntricamente por ausencia de conectores se reduce en forma importante con respecto a la obtenida cuando tienen colocados los conectores en forma adecuada conforme al tema E-4 de las especificaciones AISC. También. se puede concluir Que se obtiene aproximadamente la misma capacidad de carga excéntrica con las especificaciones AJSC-LRFD o con AISC-ASD, sin embargo con la teoría elástica descrita por Timoshenko en el libro "Theory of Elastic Stabililo/" se obtiene una capaciaad de carga mayor. ya QUe no incluye efectos como son los nivefes de esfuerzos residuales. el rango inelástico. la variación efe los momentos flexionantes a lo largo del miembro. la amplificación de momentos, y Que las especificaciones suman los efectos separados de compresión y flexión mediante una ecuación de interacción y la teoría elástica incluye la compresión y flexión en forma combinada. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. AISC (1993) Specification for load ond Resistonce Factor Design of Single-Angle Members, American lnstitute of Steel Construction, Chicogo 111. AISC (1989) specificotion for Allowable stres.s Design of Single-Angle Members, American lnstitute of Steel Construction, Chicago lllinois. Timoshenko and Gere (1971) Theory of Elastic Stability, lnternotional Student Edition, Me Graw-Hill Book Company, lnc. Walker, W. W(1991) "Tables for Equal Single Angles in Compression" Engineering Journal, American lnstitute of Steel Construction, Chicogo lllinois. ■ -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO · AGOSTO 2007 �A NOTICIAS NOTICIAS C rcio de versidades Ml!xicanas CÁTEDRA NACIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 2007 "EMILIO ROSENBLUETH" l"SI\TRSID.\D Segundo Sesión - 29 al 31 de Octubre INFRAESTRUCTURA YDESARROLLOSUSTENTABLE Objetivo Conocer lovisión de los expertos acerco de lo interacción que tienen lo infraestructura yel desarrollo sustentable del país, con el propósito de establecer líneos yproyectos de investigación pertinentes oesos temáticos por medio de redes entre los cuerpos académicos de los instituciones socios de CUMEX. \ICTO"IO\f \ 111 H< 11 I'\ Poro mayor información: Dr. Ericl. Moreno Emoil: emoreno@uody.mx Tel: (999) 941 00 93 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facultad de Ingeniería Civil División de Estudios de Posgrado Doctorado en lng. de Materiales de Construcción y Estructuras Cuerpo Académico de Tecnología delConc.reto Se invito a estudiantes, catedráticos y profesionales de la industria del Cemento y del Concreto al curso: INGENIERÍA DE LOS CEMENTANTES HIDRÁULICOS Que será impartido por el Dr. Pierre (laude A'ilcin Fechas: 1°. Porte: Nov. 12 ol 16de 2007 2°. Porte: Nov. 26 al 30 de 2007 Incluye: - Un CD con el materialdel curso -Visito o uno planto cementera -Constancia de Asistencia o - Diplomo porAcreditación Cuota: Profesionales Externos $6,000 Profesores $4,000 Estudiantes $2,000 Horarios: 9:00 o 12.30 horas y 15:00 o 18:30 horas Mayor Información: Sro. Jessyco Soucedo Flores Tel: (81) 83 76 39 70 (81) 83 3219 02 LA SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL Tiene el agrado de invito~o al 1Simposio de la Experiencia la Tra.scendencio de lo Experiencia en lo Ingeniería Estructural Que se llevará o cabo el 23 de Noviembre de 2007 en el Centro Asturiano de Polonco México, D. F. ENTRADA LIBRE Para mayor información: Ano Nos.ser. Sociedad Mexicano de Ingeniería Estructural, A.C. Teléfono: (SS) 55.28.59.75 Fax: (01 55) 55 28 59 75 e-mail: smiel@prodigy.net.mx SMIE ~c1ecJ.ld Mex1C.<1oa de lngen e:na Estructural, A.C C IENC IA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A NOTICIAS ACI FALL 2007 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito o profesores, alumnos, profesionales de loindustrio del cementoyconcreto y publico en generalo lo Convención de Otoño del ACI, que se celebrará en Fajardo, Puerto Rico, E. U. los días 14-18 de Octubre. ; Poro mayor información: http//www.oci-int.org/generoVhome.osp http//www.concrete.org/Conventioiv'Foll-Convention/Front.osp 2 <-a o 7 NJlllO IICO 111-0fll.l DII Alll.llCAS ACI SPRING 2007 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito o profesores, alumnos, profesionales de loindustrio del cementoyconcreto y publico en generalo lo Convención de Primovero del ACI, que se celebrará en Los Ángeles, CA, E. U. los días 30 de Marzo ol 3de Abril. SOVMAN . ~- Para mayor información: http//www.oci-int.org/genero Vhome.osp http//www.concrete.org/EVENTS/EV_CONVENTIONS.HTM UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facukad de Ingeniería Civil Subdirección de Estudios Posgrado Acontinuación se presentan los Programas de Po59rodo de nuestro Dependencia: Doctorado en Ingeniería de Materiales de Construcción y Estructuras Maestría en Ciencia.s con orientación en: • Materiales de Construcción • Ingeniería Estructural • Ingeniería Ambiental Poro mayor información: lng. Justino CésarGonzález Álvorez M. en l. Subdirector de Estudios de Po59mdo Tel/Fox 8376.3970, 8332.1902 Maestría en Ingeniería con orientación en: • Ingeniería Estrncturol • Ingeniería Ambiental • Ingeniería de Tránsito yTransporte • Hidrológica Subterráneo ■ CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 �INFORMACIÓN PARA AUTORES A INFORMACIÓN PARA AUTORES Acontinuación se presenta la guía para redacción de los artículos. l. Extensión e idioma de documentos Los trabajos deberán presentarse en español oinglés entre 5y 12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficas e imágenes. 2. Formato El artículo será presentado en tamaño 21.6 x27. 9cm (carta). Elmargen superioreinferior deberá serde 2.5cm, el izquierdo de 3cm yel derecho de 3cm. 2.1 Título Máximo 2 renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 14 puntos, con interlínea normal y centrado. 2.2 Autor oautores Nombre o iniciales yapellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 12 puntos, en negritas. Al final de cada nombre se colocará un número superíndice para especificar su adscripción. 2.3 Adscripción Colocarla al pie de página; incluir su filiación, departamento o Cuerpo Académico a que pertenecen, correo electrónico y número telefónico. Al inicio, colocar un superíndice en negritas para correlacionarlo con el autor, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a l Opuntos, con interlínea normal yalineación a la izquierda. 2.4 Resumen Deberá presentarse de manera concisa sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tanto en españolcomo en inglés, con un mínimo del 00 palabras yun máximo de 300 palabras (cada uno). Tipografiado en altas ybajas, tipo Ariala l Opuntos, con interlinea normaly justificado. 2. 5 Palabras clave Representarán los términos más importantes yespectticos relacionados con la temática del artículo. Se colocarán debajo del resumen (o abstract) respectivamente, con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen. 2.6 Cuerpo deltexto Auna columna, con tipograffa en altas ybajas, tipo Arial a l l puntos, interlínea normal y justificado. Se procurará que la redacción sea lo más concisa posible, con los siguientes apartados: 2.6. l Introducción Deberá suministrar información suficiente que sea antecedente del tema desarrollado, de tal forma que permija al lector evaluar yentender los resultados del estudio sin necesidad de tener que recurrir a publicaciones previas sabre el tema. Deberá contener además, las referencias que aporten información sobresaliente acerca del tema y evitar presentar una revisión exhaustiva. 2.6.2Metodología oparte experimental Deberá describirel diseño del experimento y contenersuficiente información técnica, que permitasu repetición. Enesta sección deberá, presentar- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �INFORMACIÓN PARA AUTORES A se cualquiercondición que se considere relevante en elestudio. También, deberán presentarse las técnicas olos métodos empleados. No deberán describirse detalladamente las técnicas o métodos de uso general; la descripción de métodos deberá limijarse a aquellas sijuaciones en que éstos sean novedosos omuy complicodos. 2.6.3 Resultados ydiscusión Esta sección deberá contener los resultados de los experimentos yla interpretación de los mismos. Los resultados deberán presentarse con un orden lógico, de forma clara yconciso, de ser posible en forma de tablas ofiguras. Deberá evitarse presentar figuras de resultados que quizás podrían tener una mejor presentación en forma de tablas yviceversa. Cuando sea necesario presentar figuras ofotografías, su número deberá limitarse a aquellas que presentenaspectos relevantes del trabajo o de los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberán incluirse los resultados relevantes. 2.6.4 Conclusiones Deberánemanar de la discusión ypresentarse en forma clara yconcisa. 2.6.5 Reconocimientos Incluir el reconocimientoa las instituciones o personas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del trabajo. 2.6.6 Referencias bibliográficas Deberán citarse en el artículo con un número al final del párrafo (al). Deben estar numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, con la siguiente información: Autores o editores, füulo del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa edijorial, año de publicación, volumen y número de páginas. 2.6.7 Tablas, gráficas, imágenes, figuras yfórmulas Deberán sernumeradas secuencialmente como aparecen en el texto, con números arábigos yhaciendo referencia aellas como Tabla l. A, Fórmula l. B... etc. Tipografiado en altasybajas, Arial a l Opuntos ycursiva con interlineado normal. En elcaso de tablas, el título deberá indicarse en la parte superior. En el caso de las gráficas, imágenes yfiguras, su títulodebe colocarse en la parte inferior ydeberán tener calidad para impresión láser. Las gráficas, imágenes yfiguras deben sertambién incluidas por separado, sin editar yen su resolución original. 3. Responsabilidad yDerechos de Autor El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no representan necesariamente los puntos de vista de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro ycitando la fuente. 4. Envío de artículos Los artículos deberán ser enviados a los editores a las siguientes direcciones electrónicas: pva ldez@fic.ua nl.mx gfajardo@fic.uanl.mx óentregados en la Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de la Facultadde Ingeniería Civilde la UANL. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �NOTAS NOTAS C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 A �A PATROCINADORES ='~:~~~~ ·· - i• ~'111111 ----~~ ---~ ----~ DYCUSA y. . . . . . . . . . Empresa Certificada ISO 9001 :2000 í1111ovacró11 y Caridad en LIEBERMAN Premios CEMEX 1995 2000 1996 1996 2005 www.dycusa.com CALIDAD, EXPERIENCIA, SEGURIDAD Y ENTUSIASMO Proyectos de Infraestructura Edificación Comercial Industrial Av. Manuel J. Clouthíer No. 3112 Col. Santa Maria C.P. 64650 Monterrey, N.L. México Tel. 01 (81) 1158 4200 Fax 01 (81) 1158 4221 01800 813 OYCUSA www.ductocret.com • ventas@ductocret.com S D UBERIA O CON RE O • Tubería de Concreto Simple de 4'1f (10 cm) hasta 24'1J (61 cm). • Tubería de Concreto Reforzado de 12•1 (30 cm) hasta &4•lf (213 cm). • Dlsponlbles en longitudes •• 1 m a 2 .5 m • Productos E•peclales de Concreto como: Pozos de Visita y Brocaln con Tapa . • Fabricamos cualquier especltlcacl6n: SCT; ASTM; AASHT0; NOMC9; NOMC20; NOM401; NOM402 • los Tubos pueden ser Fabricados con Junta de Mortero o Junta de Hule • Cumplimos con un Sistema de Aseguramiento de Calidad que cumple con la N0M-CC-4·1 990 OFICINAS: RIO GRIJALVA No. 112 NTE. COL. OEL VALLE, C .P. 66220 (81) 378 - 09 83 S 2 3 6818 PLANTA: CARRETERA A SALTILLO KM. 61.5 SANTA CATARJ NA, N.L 1 •-- ~1&- C I ENC IA FIC NO.2 8 ti• MAYO - AGOSTO 2007 9 2005 �CICLO DE SEMINARIOS DE INVESTIGACIÓN UNIVERSIDAD AUTÓMONA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGEN IERÍA C IVIL CALENDARIO AGOSTO - DICIEMBRE 2007 Inspección por corrosión en el muelle de Progreso, Yucatán. Agosto Dr. Pedro Castro Borges CINVESTAV - Unidad Mérida COLOQUIO "ACAD EMI A DE I NGENI ERÍ A" Septiembre Octubre Noviembre Coordinador Dr. Pedro Voldez Tamez pvaldez@fic.uanl.mx Tel. (81) 8352-4969 ext 285 Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video yredes neuronales artificiales. Dr. Rafael Gallegos López Estudio de soldadura en varillas termotrotodos poro lo construcción. Dr. Javier R. González López Análisis del efecto de discretizoción temporal en el modelado de cuencas hidrológicas utilizando el modelodistribuido CEQUEAU-ONU. Dr. Víctor H. Guerra Cobián Utilización de los desechos industriales o base de escorio granulado, yeso ycenizo volante en eco-materiales cementontes. IA Evo Elisa González Solos Análisis de Marcos hiperestáticos por métodos clásicos ycon software Stood Pro. lng. MiguelArcángel Ku Rivero TECNOS INGENIERÍA Capacidad o cortante por tensión diagonal en vigas de concreto fibroreforzado. MC. Mizael lzaguirre González Diseño ycontrol de calidad de mezclas asfálticas. Dr. Jorge Cepeda Aldape Evaluación físico-mecánica de la cenizo volante de Nava, Coahuila activada con molino de vibro-energía. Brenda G. González Martínez Teaching, lnvestigating and Procticing the Bermuda Triangle of Engineering Professors Dr. Pierre (laude ATtcin Universidad de Sherbrooke Lugar: Auditorio lng. ManuelMartínez Carranza, FIC Horario: 17 :00-18:00 �REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA ~ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSI DAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN NO. 2 CUATRIMESTRAL MURAL UBICADO EN El FRONTISPICIO DE lA FIC- UAN L AUTOR DEL MURAL: FEDERICO CANTU VOLUM~N I NOMrnO 21>.'iAY() · AGOSTO 2007 ISSN, EN TRAM ITE MAYO - AGOSTO 2007 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Año de publicación El año cuando se publico 2007 Número Número de la revista 2 Mes de publicación Mes cuando se publicó Mayo-Agosto Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Tetramestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1753745&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC, Revista de divulgación científica y tecnológica, 2007, No 2, Mayo-Agosto Creator An entity primarily responsible for making the resource Valdez Tamez, Pedro Leobardo, Coordinador de Investigación FIC Subject The topic of the resource Materiales de construcción Ingeniería civil Concreto Efectos de la arquitectura Sustentabilidad Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Fajardo San Miguel, Gerardo, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/05/2007 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource text/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020074 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Corrosión de concreto Gas butano Modelación hidrológica Oxidación de butano Teoría elástica https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/248/13068/CIENCIA_FIC_Revista_de_divulgacion_cientifica_y_tecnologica._2007._No._1._Enero-Abril._0002015478.ocr.pdf 162fd08239add720ed9c4da624710738 PDF Text Text �t,;,,;, ((l'\.\ll(ll!lll(llZI\I ~ CIENCIA · FIC Editorial REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTIFICA Y TECNOLÓGICA FACULTAD DE ING EN IERIA CIVIL NO. 1 C.\iAllUMíHMI U!'-11\U.SIDAO AUTÓf'.i(WA Ol NUfVO UON J. PACHECO. G. FAJARDO. P. VALDEZ. A. BADILLO [:,,;IR.O ABRIL 2C'Jf7 Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: Sus dilemas de diseño y construcción. lng. José Antonio González Treviño 19 RICARDO GONZÁLEZ ALCORTA, GUILLERMO VILLARREAL GARZA, SALVADOR R. MARINES DELGADO RECTOR Dr. Jesús Ancer Rodríguez 4 FONDO UNIVERSITARIO El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la 5 durabilidad del concreto reforzado. 6 SECRETARIO GENERAL Effect of overexploitation of the aquifer of the Hundido Valley and the impact on the ecological reserve of the Cuatro Cienegas Valley of Coahuila, Mexico. 32 RODRÍGUEZ M. J. M .. SOUZA S. V.. ARRIAGA DiAZ DE LEÓN L. E Dr. Ubaldo Ortiz Méndez SECRETARIO ACADÉMICO Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto contenido de ceniza volante. lng. Osear J. Moreira Flores ALEJANDRO DURÁN HERRERA. JORGE MAURILIO RIVERA TORRES DIRECTOR DE LA FACULTAD DE I NGENIERÍA CIVIL Dr. Guillermo Vil/arrea/ Garza SUBDI RECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 39 23 Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video y redes neuronales artificiales. 53 MAURO MALDONADO CHAN. DR. RAFACL GALLEGOS LÓPEZ, M.C. FEDERICO LÓPEZ YÁZ~EZ. ING. JUAN ANTONIO SANDOVAL CORTINA. DR. MAURICIO CABRERA !tíos lng. Justino César Gonzá/ez Alvarez M. en/. SUBDIRECTOR DE ESTUDIOS DE POSGRADO, FI C Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes peatonales metálicos utilizando frecuencias naturales. lng. Ma. Inés Fuentes Rodríguez SECRETARIA ACADÉM ICA DE LA FACULTAD DE I NGENIERÍA CIVIL 62 DR. GUILLERMO VILLARREAL GARZA. DR. ltICARDO GONZÁLEZ ALCORTA Dr. Rafael Gallegos López COORDI NADOR GENERAL DEL I NSTITUTO DE I NGENIERÍA CIVIL "RRV" 65 Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Uso de materiales cerámicos en procesos fotoinducidos para descontaminar aguas residuales de la industria química. 71 TORRES GUERRA LETICIA M .. GARZA TOVAR LORENA L.. CRUZ LÓPCZ AR~IMEDES. )UAREZ RAMíREZ ISAÍAS COORDINADOR DE INVESTIGACIÓN, FIC Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida. Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Dr. Gerardo Fajardo San Miguel BIANCA C. GUEVARA MORENO. CÉSAR A. jUÁREZ ALVARADO, PEDRO L. YALDEZ TAMEZ. JORGE L. ACEVEDO DÁVILA EDITORES Portado: Ben f ronkin Bridge, Philodelphio Diseño: Armando londois Formato: José Alejandro Herrero González El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente. ■ C IENCIA FIC ------------ NO.! ENERO-ABRIL2007 ~--------------~~----;----- 80 89 Noticias 91 Información para autores 93 CIENCIA FIC es una revista cuatrimestral, de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil, sin fines de lucro, editada por la Coordinación de Investigación. CIENCIA FIC N0.1 ENERO - ABRIL 2007 _11 �.. .·S:- ·= >, EL ROL DE LAS PUZOLANAS NATURALES EN EL EDITORIAL medida los avances científicos y tecnológicos están encaminados no sólo a la generación _ de nuevos yJj~ ~ttos sino al establecimiento de procesos Que garanticen un desarrollo sustentable, l~s cuales mvolu~ran <~~~~)~gar a dudas, a todas las áreas del conocimiento. La ingeniería c~vil no es la excepcion, debe cumpl~r la ,,. : '...Jl!ttefQ~-esencial de fomentar la producción de nuevos materiales ademas de desarrollar esQuemas tecnolog1ca, ? : ~ente adecuados Que aseguren la mejor utilización de los recursos naturales y de los procesos Que satisfagan las necesidades de una comunidad cambiante y demandante. El suministro, control y tratamiento de aguas, la exigencia en propiedades y funciones QUe los nuevos materiales de construcción deben de cumplir, la vialidad y urbanización, los diseños optimizados de las estructuras, etc.; son sólo algunos ejemplos. Así mismo, dentro de este contexto de exigencias, es de suma importancia QUe se propicie la plataforma educativa para Que los futuros profesionales de estas áreas, cuenten con las competencias profesionales y actitudinales Que demanda el mercado laboral tanto nacional como internacional. MEJORAMIENTO DE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO REFORZADO ~·v;-i :.it\E~ran Con este propósito, la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León, ha establecido en su plan de desarrollo 2012, incidir decididamente en el fomento de la investigación científica y tecnológica en las diferentes áreas de conocimiento de la ingeniería civil. Como una de sus estrategias pretende mejorar la difusión de los avances, QUe en este rubro, se realizan en su Instituto de Ingeniería Civil (IIC). Por tal razón, la revista CIENCIA FIC, es uno de los instrumentos coyunturales cuyo principal objetivo es enterar a la comunidad de las investigaciones Que se desarrollan en los diferentes Departamentos del IIC. El primer número de la revista CIENCIA FIC cuenta con un total de ocho artículos científicos, de los cuales se resalta la participación de las áreas de Tecnología del Concreto, Estructuras, Geohidrología, Ingeniería Ambiental e Ingeniería de Tránsito y Transporte. Esperamos Que los contenidos de la revista CIENCIA FIC, contribuyan a mejorar la innovación, el pe~samiento creativo, el desarrollo de nuevas tecnologías de los jóvenes estudiantes y profesores de la comunidad y aQuellos Que desarrollan actividades relacionadas con la ingeniería civil. DR. PEDRO LEOBARDO VALDEZ TAMEZ DR. GERARDO FAJARDO SAN MIGUEL J. PACHECO2, G. FAJARDO1• P. VALDEZ1, A BADILLO2 FONDO UNIVERSITARIO RESUMEN Lo durabilidad de los estructuras de concreto es afectado por lo corrosión del acero de refuerzo, siendo el principal problema que preocupo seriamente al sector de lo construcción en todo el mundo. Poro prolongar dicho durabilidad, se ha propuesto lo utilización de materiales cementontes complementarios. Aunado o ello, se ha visto que lo utilización de estos materiales reduce los costos de producción del concreto y pueden controlar lo emisión de gases que provocan el efecto invernadero. En México existen zonas volcánicos de los cuales se pueden obtener estos materiales. En este trabajo, se analizó lo utilización de uno puzolana natural mexicano como reemplazo del cemento pórtlond ordinario en dosificaciones de O, l Oy20%. Se fabricaron cilindros de mortero con un acero embebido en el centro de los mismos. Los especímenes fueron expuestos ociclos de inmersión en uno solución de 35 ¡i/L de NoCI ysecado o40 º(, poro acelerar el proceso de penetración de los cloruros. Se determinó lo resistencia o lo compresión, el potencial de corrosión del acero, lo resistividad eléctrico del mortero, lo concentración de cloruros y lo resistencia olo polarización con el objetivo de caracterizar físico, mecánico, eléctrico yelectroquímicomente olos especímenes de mortero. Lo utilización de puzolana natural incremento lo resistividad eléctrico del mortero ylo iniciación del proceso de corrosión, disminuyendo consecuen temente lo velocidad de degradación por corrosión del acero de refuerzo. Palabras clave: cloruros; corrosión; durabilidad; puzolanas naturales l. lNTRODUCClÓN El concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo. En principio, la durabilidad de estas estructuras es asegurada por la protección, tanto QUímica como física, Que el concreto le confiere al acero contra la corrosión. Varios trabajos [ 1 - S] han puesto en evidencia como las reacciones de hidratación del cemento producen una solución intersticial con un pH elevado (~ 13) Que genera las condiciones óptimas para la estabilidad casi permanente del acero embebido en concreto. También funciona como una capa física protectora impidiendo o retardando el ingreso de agentes agresivos Que pueden despasivar el acero e iniciar su corrosión. Sin embargo, como el concreto es un material poroso. este solamente aísla al acero de las sus tandas agresivas del medio exterior Que de una manera imperfecta. Esta barrera física depende mucho de la calidad del concreto y de los cuidados QUe este haya recibido (compactado, acabado y curado) durante su puesta en servicio. La principal causa de deterioro Que compromete la durabilidad de las estructuras de concreto es el causado por la exposición a los cloruros provenientes de sales de deshielo o de un ambiente marino [6] (ver Figura 1). CualQuiera Que sea el origen, los cloruros penetran en el concreto por transporte de agua QUe los contiene, así como por difusión y por absorción. El ingreso prolongado y repetido, con el tiempo. puede dar por resultado una alta concentración de cloruros en la superficie del acero de refuerzo. Los cloruros pueden estar incorpora 'Departamento de Tecnología del Concreto de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. gíajardo@fic.uanl.mx Estudiante de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. 2 ■ CIENCIA FIC NO.l ENERO - ABRIL 2007 CIENCIA FIC NO. I ENERO - ABRIL 2007 �dos en los productos de hidratación del cemento (Químicamente adh~~idos). ª?sorbidos en I~ superfi~ie de los poros de gel (físicamente adheridos). o bien disponibles para la reaccIon agresiva del acero (libres). Sin embar go la distribución de los iones entre las tres formas no es permanente, ya Que hay una situación de ~Qu'.librio tal QUe algunos de los iones cloruro libres están siempre presentes en el agua de los p~ros. Por cons1gu1ente, solo los cloruros Que exceden los necesarios para este eQuilibrio pueden llegar a adherirse [7]. de alto horno en el concreto con el fin de disminuir la corrosión. se ha analizado la utilización de puzolanas naturales, las cuales poseen características puzolánicas similares. La experiencia con puzolanas naturales data de principios del siglo XX. En ese entonces fueron utilizadas en la construcción de presas para controlar el incremento de temperatura. También se usaron para mejorar la resistencia al ataQUe de sulfato y está entre los primeros materiales en controlar, comprobadamente. la reacción álcali agregado [ I 1]. El efecto de las puzolanas sobre el mecanismo de corrosión, es un tópico Que ha sido muy poco analizado [ 16-17]. Se puede citar como relevante el efectuado por Kouloumbi et al. [ 16]. Ellos determinaron la eficiencia de puzolanas naturales griegas en la corrosión de concreto reforzado. Utilizaron una puzolana natural griega de Santorin y un cemento Pórtland ordinario. Se fabricaron especímenes cilíndricos de mortero con barras de acero de 5 mm de diámetro. Posterior al curado los especímenes fueron sumergidos en una solución de 3.5% de NaCI por cinco meses. Encontraron una reducción del 40% en la pérdida de masa de las barras de acero a cinco meses a 5 meses de exposición. El uso de la puzolana natural fue clave para estos resultados, pues aporta prácticamente los mismos resultados Que la ceniza volante. No obstante, en otro trabajo [ 17] se ha encontrado Que la actividad puzolánica no siempre tiende a mejorar las propiedades de un concreto, ya Que depende de la composición Química y mineralógica de la puzolana utilizada. 11 1 1: 1 . 1: 1: i. Figuro 1. Algunos ejemplos de deterioro por corrosión del acero de refuerzo de las estructuras de concreto. i: Los daños ocasionados por la corrosión generada por los cloruros, tan solo en Estados ~nidos, produ~en cuantiosas pérdidas económicas anuales, tales Que pueden superar los $276 billones de dolares [8]. Debido a esto. la necesidad siempre creciente de prolongar la durabilidad de las estructuras de concreto reforzado reduciendo los costos de producción a conducido a la utilización de formulaciones de concreto empleando materiales cementantes suplementarios en diferentes porcentajes de sustitución del cemento. Por efecto de s_u morfología, composición Química, mineralógica y tamaño de las partíc~Iª:· ~lgunos m~teriales pres~ntan act1 vidad puzolánica significativa [9]; i.e. las partículas reaccionan con el h1drox1do ~e calcio en presen~~a de agua para producir un material con características cementantes [9, 1O]. Estos materiales se pueden utilizar como adición o sustitución parcial del cemento pórtland en función de las propiedades y de los efectos esperados en el concreto. .. • 1 .: :. • i Es así QUe la utilización de materiales con características puzolánicas y en particular las cenizas volantes se ha convertido en una práctica común en estos últimos años. Las cenizas volantes son un subproducto de la combustión de carbón pulverizado en plantas generadoras de electricidad y es el más uti_lizado en Esta~?s Unidos [ 11]. Algunos estudios se han enfocado sobre el rol de la ceniza volante en el mecanismo de corrosIon del acero de refuerzo inducido por los cloruros [ 12-15]. Se ha visto Que conduce a un incremento ~n 1~ re:i: tividad eléctrica de las matrices cementantes Que la incluyen [ 12-14]. y consecuentemente a una d1smmuc1on en los coeficientes de difusión de los cloruros a través del concreto, por otro contribuye a un incremento en la capacidad de retención de los cloruros debido al aporte adicional de aluminatos [ 1S]. Sin embargo, estas cenizas si bien son menos costosas Que el cemento, y su empleo. reduce en cierta for ma los costos finales, no dejan de ser un material artificial. Que presenta un costo relativo a s~ _consecuen~e recolección. tratamiento y caracterización. Además de incluirse cenizas volantes, humo de s1ltce y escoria ■ . CIENCIA FIC ·----------~ NO.) ENERO - ABRIL 2007 ~-~-----------. México cuenta con zonas volcánicas importantes en las cuales se pueden obtener estos materiales puzolánicos (o puzolanas naturales) Que presentan características mineralógicas similares a las puzolanas artificiales (cenizas volantes, escoria, humo de sílice). Por otro lado, existe un claro consenso en Que el desarrollo sustentable de las industrias de cemento y con creto puede lograrse con la sustitución parcial de un porcentaje de cemento con materiales con características puzolánicas. En la industria del concreto, la ceniza volante se ha utilizado con éxito. ya QUe reduce el costo de producción por metro cúbico de este material. Es así. Que la utilización de estos materiales además de un mejoramiento en las propiedades del concreto en estado fresco [9, 1O] y endurecido [ 12-20]. resulta en un beneficio económico. El propósito de esta investigación es analizar el efecto de la utilización de un tipo de puzolana natural mexicana en un mortero reforzado sometido a un proceso acelerado de corrosión. Diferentes pruebas de laboratorio fueron aplicadas en muestras de mortero con diferentes cantidades de puzolana. Medidas del potencial de electrodo del acero, resistencia de polarización y resistividad del mortero fueron obtenidas para evaluar el proceso de corrosión. De igual forma, se obtuvo la resistencia a la compresión y el contenido de cloruro del mortero. 2. DESARROLLO EXPERIMENTAL 2.1 Materiales En las formulaciones de los morteros se utilizó un cemento pórtland CPO40R. un cemento pórtland compuesto comercial CPC30R, (QUe cumplen con la norma NMX-C-414-ONNCCE) y una puzolana natural (PN) mexicana. La puzolana natural es del tipo andesita y fue utilizada en sustitución parcial del CPO en pro CIENCIA FIC NO.l ENERO - ABRIL 2007 �porciones de O, 1Oy 20%. La puzolana tiene una textura piroclástica con matriz criptocristalina con vidrio de composición ácida. Tiene fragmentos de feldespatos e hidróxido de hierro [21 ]. De acuerdo con la norma, el CPC se compone de clinker, yeso y de dos o más adiciones. Las composiciones Químicas de estos materiales son presentadas en la Tabla 1. Para todos los casos se utilizó una relación Ncm' de 0.6S y una consistencia de SO mm de minirevenimiento. Se utilizó agregado fino calizo cuyo tamaño máximo nominal de partícula fue de 4.8 mm. En total se diseñaron tres composiciones de mortero las cuales se muestran en la Tabla 2. Para las pruebas de resistencia a la compresión, se fabricaron cilindros de cada composición con dimensiones de 100 mm de diámetro y 200 mm de altura. Todos los colados fueron realizados de acuerdo a la norma ASTM C l 92/C92m-06. labio 1. Composición químico de los cementos y puzolana utilizados. MORTERO A/Cm Cemento, kg/m3 Arena/Cm Puzolana,% Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión, realizadas de acuerdo con la norma ASTM e 39-03 a 28 y S6 días, son presentados en la Tabla 3. En ella, se puede constatar, Que a 28 días se presenta una ligera reducción en las probetas fabricadas con PN, comparados con aQuellos fabricados sin esta adición. Esta reducción puede atribuirse a la reacción puzolánica lenta de ciertos materiales suplementarios, Un curado húmedo continuo y con temperaturas favorables puede ser necesario por periodos más largos QUe los normalmente reQueridos [ 1I ] cuando se utiliza este tipo de materiales. Posteriormente, a S6 días se observa un ligero incremento en la resistencia a la compresión (37 MPa). La sustitución de cemento por puzolana no disminuye la resistencia a la compresión de los morteros de manera tal Que perjudiQUe al concreto. CPO 0.65 401 4:1 CPC 0.65 401 4:1 o o Tablo 3. Resistencia olo compresión de cilindros de mortero CP010P 0.65 372 4:1 10 CPO OP 0.65 321 4:1 20 CaO MgO S03 Nop 1(,0 Ti02 P20s Mn203 PI 64.46 1.24 3.35 0.31 0.60 0.20 0.11 0.04 2.6 4.70 Fe¡D3 1.86 1.77 64.74 1.23 3.26 0.37 0.80 0.19 0.13 0.02 4.6 17.03 4.70 4.70 1.85 0.00 1.64 1.11 0.67 0.03 0.09 7.7 % Si02 Al203 CPO 18.88 4.35 CPC 17.6 PN 59.48 Tablo 2. Dosificación de los composiciones utilizados. ' ! '¡:i¡ ::1 ..!!•• Las probetas fueron coladas y mantenidas a 20ºC durante 24 horas sin intercambio de humedad. Posteriormente, fueron desmoldadas y curadas en un cuarto a 20 ± 1ºCy 100 de HR durante 28 y S6 días. Resistencia ala compresión, MPa ',, ,, 2.2 Fabricación de probetas ! 1 1 Con las composiciones de mortero se fabricaron probetas cilíndricas de SO mm de diámetro y 130 mm de altura con una varilla de acero colocada en el centro de las mismas. El acero tiene un diámetro de 9.S mm y una longitud de 170 mm. Antes de su colocación se procedió a una preparación de la superficie de las varillas, la cual se presenta en la Figura 2a. En la Figura 2b se muestra una representación esQuemática de la configuración de las probetas. .' ., ': : • 1, T _1 Composición 28 días 56 días CPO 41.6 41.0 CPC 36.0 CPOlOP 34.5 37.0 CP020P 39.0 37.5 2.3 Exposición En condiciones normales el proceso de corrosión suele ser lento y tiene un tiempo de desarrollo medido generalmente en años. Para acelerar dicho proceso, las probetas fueron sometidas a la penetración de cloruros a través de ciclos de 3 días de inmersión parcial en una solución de NaCI a 3S gil y 4 días de secado a 40 ºC en horno con circulación forzada de aire. Bajo estas condiciones, el fenómeno de corrosión será inducido solamente por los cloruros, debido a Que el alto contenido de agua en la matriz de mortero impide la carbonatación del mismo [22]. Las pruebas electroQuímicas fueron conducidas al final del periodo de inmersión con el objetivo de minimizar la contribución de la caída óhmica del mortero. Se analizaron como mínimo 4 probetas por cada composición. 2.4 Técnicas electroquímicas aplicadas LIMPIEZA APLICACION DE LA QlllMlCA PINTIJRA ANllCORROSIVA Acero APLICACION DE LA ClNI'APARA AISLAMIDITO ELEClRICO (b) (o) Figuro 2. Preparación del acero embebido en el concreto, o) fijación del conductor eléctrico, aplicación de pintura anticorrosivo, aislamiento eléctrico y delimitación del área de estudio. b) Representación esquemático de lo probeta de mortero. Acotaciones en mm. 'Cm = total del material cementante utilizado, i.e. cemento + puzolana. C IENCIA FIC N O.1 ENERO - ABRIL 2007 Medidas del potencial de corrosión (Ec0 J la resistencia a la polarización (Rp) y de la resistencia eléctrica del mortero fueron llevadas al cabo con un Potenciostato/Galvanostato VoltaLab PGZ-301 conectado a una computadora personal. La respuesta del sistema acero - mortero fue observada en un intervalo de frecuencias de I Hz a 100 kHz. La polarización aplicada al sistema fue de I O mV pico a pico a partir del potencial del acero (esta prueba fue desarrollada justo antes de la Rp). Todos los resultados fueron tratados usando Zview CIENCIA FIC N O.1 ENERO - ABRIL 2007 ■ �1 2 o La técnica de Rp fue aplicada utilizando una velocidad de barrido de 12 mV/min disminuyen_do en ~!~un;s ·casos hasta 6 mV/min para un estado pasivo del acero y una perturbación de 20 mV en s~nt1do ~no ico 20 mV en sentido catódico. Los resultados de Rp fueron transformados a densidad de comente _(1c,,) con {a relación de Stern and Geary [23] (icorr=B/Rp). Se tomaron en cuenta diferent~s val~res de {3: s1 el acero · (s1· E , > -250 mV vs SCE· f3 = S2 mV) o en, estado activo (s1. ,Ec00 < -250 esta b.a en estado pasivo 1 t mV d vs SCE /3 = 26 mV) [24]. Par;ºía conducción de estas pruebas, se utilizo una configur~c1on a tres e ec ro o~, empieando un electrodo de referencia de calomel saturado (SCE, por sus siglas en ingles)_y un elt;:o aUXJliar de acero inoxidable 304L. En la Figura 3 se muestra un esQuema de la celda de medida emp ea • 100 . . - - - - - -- fr) ' ----------------------, --o---0---o-- ...o · 100 ..... > .....E ·200 l&I b! ·300 BAJA PROBABILIDAD DE CORROSJON ·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-- -·-·-·-·-·-·---·-·-·-·-·-·-· -·-·-· -·-·-·-· ~ t: o ~ -'!00 ·500 ALTA PROBABILIDAD DE CORROSJON 1 1 1 1 1 1 1 ........_CPO --6-(l'C _._ CPOlOP -O- CP020P .700 ....__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 10 20 SO _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ 60 70 80 90 Tiempo (días) 100 110 Figuro 4. Evolución del potencial de corrosión paro los diferentes morteros fabricados. ; Figuro 3. Celda de medición utilizada. . • 1 2.5 Estado superficial del acero Sobre algunas probetas se practicó el ensayo de tensión por compresión diametral c~n e'i o~e~vo d~ o~~ servar el estado de corrosión del acero. Al mismo tiempo, se recuperaron muestras en , ~s a re e ores e interfase acero_ mortero, para determinar el contenido de cloruros totales (solubles al ac1do). 3. RESULTADOS 3.2 Velocidad de corrosión En la Figura 5. se muestra el comportamiento de la velocidad de corrosión, i,orr para las diferentes composiciones ensayadas. De acuerdo con artículos relacionados con el tema l251, se han propuesto diversas zonas donde se califica a la velocidad de corrosión en función del icorr medido. Dichas zonas están delimitadas por las líneas horizontales punteadas mostradas en la figura. 3.1 Potencial de corrosión L lución del potencial de corrosión de las diferentes probetas fabricadas es presentada en función del ·em a:v~orres endiente al número de ciclos de inmersión y secado) en la Figura 4. La línea horizontal mos~~ad: en( la gráhca representa los diferentes intervalos de probabilidad de corrosión de acuerdo con Andrade et al. [25]. ■ Se puede observar Que durante los primeros 35 días se obtuvieron valores cercanos a -100 mV vs. SCE. Durante este periodo, se mantuvo una tendencia generalizada, en las cuatro diferentes composiciones, a permanecer en la zona Que indica baja probabilidad de corrosión del acero. A partir de los 42 días, el potencial de corrosión de las probetas de CPC y CPO disminuye gradualmente hasta colocarse en valores cercanos a los -600 mV. en comparación con el resto de las probetas estudiadas. Cabe recalcar, Que durante este periodo, las probetas fabricadas con puzolana, nombradas ero I0Py cro2or, no presentan indicio de disminución en su potencial de corrosión. Sin embargo, antes de los 80 días se presenta una disminución gradual del potencial de corrosión de los especímenes con composición ero Iory continúa disminuyendo hasta la fase final del periodo de prueba. En contraste y para este mismo periodo, las probetas cro2or permanecen en una zona de baja probabilidad de corrosión con valores superiores a los -1 00mV. CIENCIA FIC Nü.l ENERO- ABRIL 2007 Se constata Que durante los primeros días, las cuatro composiciones presentaban un comportamiento similar mostrando valores de icorr inferiores a 0.1 µA/cm 2• A partir de los 42 días, la i de las probetas ere, corr y poco después las probetas CPO, incrementa de forma gradual hasta colocarse en la zona de alta velocidad CIENCIA FIC N0.1 ENERO - ABRIL 2007 . ----------~¡------~~----~----~-------.___.__ �'·'-· 1 1 • '' 1 , , ' \ ,' ' Q ' 30 r - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - □cPo DCPC ■ CPO10P ■ CPO20P 10.0 25 ALTA 20 1.0 ·-. -·-. - ·- · - · - . - ·- · - ·- ·-· - . - · - . - . - . - · -. - . - . -·- ·- · - ·- ·-·. / / MODERADA N 1 E u I• - . - • - • -. - • - • - • -·-• - • - • -• - • - • - • - • -. -· - • - • - • - •- ~ / •-¡-• . - . - . - . - . - •- • - ·-. -• - . - . - • - . - . - - •-. - . - . - •-•- • - •-. -·-. - . -· - . - . - . / i.... / / f BAJA 1:: ·ª - . - · - . - . - . - . - · - ·- ·- ·- . - · - · -. / ..... I 10 I I I -·-· ·---·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·- 0.1 · - --·- ---0---0- --o- --0 ___..._CPO -1).- CPC ---CPOlOP -O- CPC20P DESPRECIABLE 28 o.o o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 de corrosión, con valores superiores a 1.0 µA/cm 2 a 60 días de exposición y Que continua incrementándose hasta alcanzar valores cercanos a 3 µA/cm 2 a 90 días. En contraste, las probetas fabricadas con puzolana 2 (composiciones CPO 10P y CPO20P) presentan valores Que oscilan entre O.OS y 0.07 µA!cm , en todo caso representativo de una velocidad de corrosión despreciable. No obstante, a los 77 días, se nota una clara activación de las probetas fabricadas con 10% de puzolana 2 natural (CPO I 0P) aumentando gradualmente su icorr hasta valores ligeramente superiores a 1.0 µA/cm hacia el final del periodo de prueba. Se observa también, durante este mismo periodo, QUe las probetas CPO20P no han incrementado su velocidad de corrosión. 3.3 Resistividad La resistividad eléctrica de los materiales cementantes, p es un parámetro Que está influenciado directamente por la porosidad y por la concentración iónica en la solución de poro. En la Fig. 6 se muestra el comportamiento de la p para cada composición de probetas fabricadas. Se observa QUe la resistividad de los especímenes fabricados con 20% de puzolana es hasta 2 veces superior QUe aQUellas fabricadas con 10% de puzolana y hasta 5 veces superior Que las composiciones CPO y CPC. La disminución de la porosidad por el efecto de la utilización de puzolanas, evidenciada por la elevada resistividad obtenida, afectaría la penetración de los cloruros y por ende la concentración de los mismos al interior de los especímenes. NO.1 ENERO - ABRI L 2007 49 56 63 70 77 84 91 Tiempo (Dias) Tiempo {días) CIENCIA FIC 42 110 Figura 5. Comportamiento de velocidad de corrosión de morteros fabricados durante el periodo de prueba. 1' 35 Figura 6. Evolución de la resistividad para cada composición de probetasfabricadas. 3.4 Contenido de cloruros El contenido de cloruros totales obtenido en relación al peso de material-cementante utilizado en la ínter f~s~ ace~o~mortero a 80 días de exposición se ilustra en la Tabla 4. Se considera un valor de 0.28 %como el hm1te maxI~0 de cloruros totales permisible para las estructuras de concreto reforzado [26,27] expuestas en zonas agresivas o -~asteras. Se constata Que, solo las composiciones CPO y CPC fueron los Que presentaron mayo~ concentracIon de cloruros totales en la interfase, alcanzando valores cercanos a 1.3% por peso de matenal cementante. Para_las compos!ciones CPO 10P y CPO20P la concentración de cloruros diminuyó a 0.70%y 0.54%, respectivamente. Aun, cuando todas las composiciones cuentan con el nivel mínimo de concentración de cloruros para el ini~io de la corrosión, éste no determina por sí solo la certeza de riesgos de corrosión O en su defecto la sevendad -~el ataQue. Como se discutirá más adelante, la resistividad influye significativamente en el proceso de corrosIon, lo QUe conlleva a comportamientos diferidos en las composiciones con puzolana natural. Tabla 4. Concentración de cloruros totales en la interfase acero-mortero. Composición Contenido de cloruros (% en peso con respecto al material cementonte) CPO 1.27 CPC 1.26 CPOlOP 0.70 CP020P 0.54 CIENCIA FIC NO.1 ENERO - ABRJL 2007 �. . . " ' \ . " \ \ \ ,, \ /./ ) ~ .., de icorr evidencian Que las tres composiciones están en un estado de alta velocidad de corrosión, con valores superiores a 1.0 µA/cm2 • 3.5 Estado superficial del acero En la Figura 7 se muestran el estado superficial de las varill~s embebidas en I~~ diferentes probetas extra'.das a los 70 días de exposición. Se observan zonas de degradacion en las compos1c1ones CPO y CPC produ~1das por' el proceso activo de la corrosión en el área expuesta a la incursión de cloruros p~esentes en el amb1e~,te salino. En contraste, en ambas composiciones CPO I 0P y CPO20P no se observan picaduras o degr~dac1on alguna a simple vista. Los resultados indican Que el acero embebido en mortero fabr_ ica~o con PN t1e~e un mejor comportamiento Que el acero embebido en mortero fabricado con cementos ordmanos y/o comerciales. En estudios realizados sobre pastas de mortero, se ha comprobado Que la adición de ceniza volante afecta la composición y el espesor de la capa protectora del Que se forma sobre la superficie del acero durante el endurecimiento del concreto [281. La correlación de los resultados de Ecorr e icorr obtenidos, supone Que la disponibilidad de oxígeno fue sufi ciente en la etapa de secado, ya Que no se encontraron problemas de polarización por concentración (como en otros trabajos [29, 301) provocada por la disminución de la difusión de oxígeno en concreto saturado [3 IJ. La utilización de puzolana reduce la porosidad del mortero, la cual está directamente relacionada con la resistividad. Las pruebas desarrolladas en este trabajo evidenciaron un incremento en la resistividad de las composiciones fabricadas con PN, siendo mayor en las QUe se utilizó un 20%de sustitución de CPO. Se sabe QUe una baja porosidad influye en el ingreso de agentes agresivos externos (cloruros), efecto Que fue verificado en este trabajo donde el contenido de cloruros fue reducido hasta en un 50%en las composiciones fabricadas con I Oy 20% de PN. Este comportamiento se podría considerar superior a aQUel encontrado por Salta [321 Quien sustituyendo 50%de CPO por ceniza volante, encontró una reducción en el coeficiente de difusión de cloruros a la mitad del valor obtenido en composiciones fabricadas utilizando sólo CPO. (a) (b) (c) (d) Los valores de Ecorr e icorr (Figuras 4 y S) demostraron el efecto benéfico de la puzolana natural en lo Que respecta al inicio de la corrosión y a la rapidez de degradación del acero de refuerzo. Especímenes con 10% y 20% de PN permanecieron sin indicios de corrosión, respectivamente, durante 70 y 100 días, mientras aQuellos fabricados sin PN (CPO y CPC) se activaron después de aproximadamente SO días del inicio de los ciclos de inmersión y secado. Figuro 7. Estado supemcial del acero a 80 días de exposición, a) CPO, b) CPC, d) CPOlOP Yd) CP020P. Este comportamiento se debe principalmente a la reducción ya comentada de la porosidad provocada por la utilización de la puzolana. 4. DISCUSIÓN 1',, Para la condición de exposición estudiada en este trabajo (especímenes sometidos a ciclos de inmersión y secado) en las cuales se considera Que el p~ de la solución d~ poro no cambia durante el ata~~ de los cloruros, el potencial y la velocidad de corrosion revelaron tres diferentes ~tapas durante la expos1c1on. Una primera etapa observada durante los primeros días de exposición caracterizada por valores de ~corr > -250 mV representativos de un estado pasivo del acero. Este estado fue confirmado por los valores de Icorr' los cua .... les fueron inferiores a 0.1 µNcm 2 La segunda etapa, caracterizada por una transición gradual (entre SO y 60 días, pa~a CPO Y CPC; Y en_t;e 75 85 días, para CPO I 0P) de la zona Que indica pasividad del acero de refuerzo hacia la zona de corros1on actrva. fue observada en el rango -250 a -500 mV Este estado también fue confirmado por los valores de icorr, para los intervalos de exposición similares. · La tercera etapa reveló valores de Ecorr<-550 mV para CPO y CPC, característi~os de un estado ~e _co · , act·Iva de acuerdo a ASTM (876-87 , y Ecorr <-400 mV para la composicion CPO I 0P. Este ultimo rrosIon l comportamiento pareciera no cumplir con el criterio propuesto en la norma referida. No obstante, los va ores ■ ' CIENCIA FIC N0 .1 ENERO· ABRIL 2007 En la Figura 9 se presenta el comportamiento de la velocidad de corrosión en función de la resistividad ob tenida a diferentes tiempos. Las líneas punteadas son aQUellas Que distinguen los diferentes criterios, tanto de velocidad de de corrosión (horizontales) como de resistividad (vertical) mencionados con anterioridad [2SJ . Se observa Que los morteros CPO y CPC presentan resistividades inferiores a I O kO-cm y valores de corr Que aumentan de forma gradual desde 0. 1 µA/cm2 hasta 4.0 µA/cm 2• Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Andrade et al. [251 para estructuras en las cuales la resistividad no es un parámetro Que controlaría el mecanismo de corrosión. Por otra parte, para los morteros con 10% de puzolana CPO I 0P, los valores de resistividad se encuentran en el umbral de cambio, donde se observa Que la velocidad de corrosión aumenta, existiendo otros parámetros (contenido de cloruros, oxígeno, humedad, etc.) además de la resistivi dad Que controlarían el proceso de degradación del acero. De manera similar, para los especímenes CPO20P Que presentan resistividades elevadas, y por lo tanto, velocidades de corrosión muy bajas en comparación con las de CPO y CPC, la resistividad se manifiesta como el parámetro principal QUe controla el proceso de corrosión. C IENCIA FIC NO.I ENERO · ABRIL 2007 ~ - - - - - ~ ~ - - ~ - - ~ - -~ --- - - - - - - - - ~ - - - - - - - - - - : - - - " 11- - - - ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ �e ♦ 1, 1 \ 'I 1\11 ,, 1,, ;\ ,, , ,, ,, , , ,1 1 , , ¡ l , l '' l l \ 1 11 ,' , \ ' l l " - l 1 ' l " l ' [ ' i [il\\1'1\l[11 1 "-1,l11•,111>lj\['cl l ~) ~ 1 • " • , , , • . •• \ ~ _ • , , ,• • . . - . , , _ _ ~ - - . , ~ > AG RADECIMI ENTOS 10.0 ~-------:----------------i .6CPC .t,.6_.~ ~ ,..._ .... 1.0 i ¡ ¡ : . ■ CP010P Los trabajos descritos en este artículo fueron desarrollados en el Departamento de Tecnología del Concreto del Instituto de Ingeniería Civil de la FIC-UANL. Los autores expresan su más profundo agradecimiento al PROVERICYT, PAICYT y SEP por los apoyos financieros otorgados a los proyectos CA-1294-06 y PROMEP/ I 03.5/05/ 1697. OCP020P ···· · ·········.t, .....................~. ............ ........................ .¡;¡..... ..................•...•.. ..• : o Referencias .6 o .................................... ,:........................................o. .............................. . Ñ E Á i : 111 .t, o H.A. Berman, Sodium chloride, corrosion of reinforcement steel and the pH of calcium hydroxide solution, ACI Journal, title 72, 16, p. 159, 1975. .l! O.1 ········ · · ·······,i,"; · · - ------------- ' - -------------------------------------------. ------------------ --- -------- .,... • • i o.o¡___ _ _ _ _ _...;,...__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ 15 10 20 25 9. Relación encontrada entre la resistividad y la i(Of, para las morteros fabricados ~? De esta forma la incorporación de puzolana influye tanto en la iniciación como en la progresión_ de la rrosión. En efecto, la PN adicionada en forma de peQueñas partículas y posteriormente durante su h1dratac1on tiene la capacidad de obstruir parcialmente los vacíos y poros. El efecto de la elevada resistividad sería signi ficativo en la resistencia a la corrosión a largo plazo de las estructuras de concreto reforzado, resultados Que concuerdan con los reportados por Kouloumbi et al. [ 16J. 5. CONCLUSIONES La utilización de puzolanas naturales Mexicanas en sustitución parcial de cemento portland tiene un efecto en el comportamiento de la corrosión del acero de refuerzo: • • • O. E. Gjory and O.Vannesland, Sea salts andalkalinity of concrete, ACI Journal, title 73, 42, p. 512, 1976. P. Penguin, M.Rubaud, P. longuet and A. Zelwer, L' etude de la corrosiondesacierset métauxdans le béton, Cahiers du CSTB, 130, cahier 1109, Juin 1972. 4 P. longuet, l. Burglen and A. Zelwer, la phase liquide du ciment hydraté, Revue des Máteriauxde construction, 1, 35, Janvier 1973. 5 6 C. Hanin, Corrosion resistont design guidelines far Portland cement concrete, Materials Performance, 42, April 1984. 30 Resistividad (k!lcm) 1' 2 3 Incrementada la resistividad eléctrica del mortero; Una sustitución del 20% de cemento por puzolana prolonga el tiempo de inducción de la corro sión y reduce la velocidad de degradación por corrosión en un orden de magnitud. Lo cual fue verificado con el estado superficial del acero durante la inspección visual; Los ciclos de inmersión y secado en una solución de 35 gil NaCI muestran claramente QUe la utilización de puzolana ofrece una mejor protección al acero embebido en comparación con los especímenes fabricados con cementos comerciales y ordinarios. 7 8 9 Corrosion Costs ond Preventive Strategies in the United States, Supplement to Materials Performance, July 2002. A. Fraay, J. M. Bijenond Y. M. de Haan, The Reactionof FlyAsh in Concrete a Critica! Exomination, Cement ond Concrete Research, Volume 19, {1989), pp. 235-246 10 11 Use of fly ash in concrete, ACI Committee 226 Report, ACI Materia Is Journol, September/October, {1987), pp. 81 Portland Cement Association, Diseño y Control de Mezclas de Concreto, Portland Cement Association, 1a edición, Capítulo 3, Pagino 77-91 12 M. Maslehuddin, H.Saricimen, A.I. Al-Mana, Effect ofFly AshAddition on the corrosion resisting characteristics of concrete, ACI Materials Journal, 1987. 13 M. Montemor, A.M.P. Simóes, M.M. Salto, Effect of Fly Ash on concrete reinforcement corrosion studied byEIS, Cement ond Concrete Composites, 2000. 14 W.Sun, Y. Zhang, S. lui, Y. Zhang, The influence of Mineral Admixtures on Resistance to Corrosion of steel bors inGreen high-performance Concrete, Cement and Concrete Research, 2004. K. Ampadu, KTorii, Chloride ingress and steel corrosion in cement mortars incorporating low-quality fly ashes, Cement and Concrete Research, 2002. 15 16 La disminución de la resistencia a la compresión en los morteros fabricados con puzolana es razonable, y dadó la reducción del contenido de cloruros, la puzolana puede ser utilizada en concretos con resistencias convencionales sin ningún efecto adverso. ■ C I ENCIA FIC . -~--,----------- Nü.1 ENERO- ABRIL 2007 P. Bamforth, W. F. Price and M. Emmerson, lnternotional review of chloride ingress into structural concrete, Contractor Report 354, Edinburgh, Scotlond, Transport Researchloboratory {1997). A.Neville, Tecnología del Concreto, Instituto Mexicano del Cemento ydel Concreto, 4a edición, Capítulo11, página 392401. N. Kouloumbi, G.Batis, P. Pantazopolou, Efficiency of Natural Greek Pozzolan in Chloride-lnduced Corrosion of Steel Reinforcement, Cement, Concrete and Aggregotes, 1995. CIENCIAFIC NO.l ENERO·ABRIL 2007 - - - - - - - - - - - - - ~ - ¡ --~-------~- ~ -- - - ~ - - - ----------~-- ■ �17 18 19 20 21 22 1lijil! ! I!¡ 23 24 25 1:~ .. , !t, ·i:. 26 ' ·~11 i • 1: ~ : !" ' 1 27 28 29 30 31 32 N.S. Rengaswamy, S. Srinivasan and P.S. Mohan, Durobility of Portland-Pouolana concrete compared with ordinary Portland cement concrete, Ferrocement Corrosion, Proceedings of the lnternational Correspondence Symposium, Bangkok, Thailand 1987. P. C. A'itcin, Cement and Concrete Development from an Environmental Perspective, Concrete Technology for a Sustainable Development in the 21 st Century, Edited by Odd Gj0rv and Koji Sakai, (2000), pp. 21 O. M.F. Montemor, M.P. Cunha, M.G. Ferreiro, A.M. Simiies, Corrosion behavior of rebars in fly ash mortar exposed to carbon dioxide and chlorides, Cement and Concrete Composites, 2002. Ch. Yoon-Seok, K. Jung-Gu, L. Kwang-Myong, Corrosion behavior of steel bar embedded in fly ash concrete, Corrosion Science 48 (2006), 1733 - 1745. P. Valdez, PhD Thesis, "Desarrollo de un método paro evaluar materiales naturales con potencial puzolánico paro su uso en cemento", Universidad Autónoma de Nuevo León, 2002. Tutti Keditor. Corrosion of steel in Concrete. Swedish Cement and Concrete Research lnstitute, Sweden, Stockholm, 1982. M. Stern, A.L. Geary, J. Electrochem. Soc. l04 (56) (1957). J.A. Gonzalez, A. Molino, M. Escudero, M.C. Androde, NACE Corrosion 85 Conf. Paper no. 257, Boston 1995. C. Androde, C. Alonso, Corrosion rote monitoring in the laboratory and on-site, Construction and Building Materials, Vol. 1O, No. 5, pp 315-328, 1996. C. Androde, M. A. Sanjuán, Chloride diffusion coefficient obtained from migrotion tests of high performance concrete, in: Proceedings of Rebar lnternational Workshop on Durability of High Performance Concrete, Viena 1994, ed.: H. Sommer, published by RILEM, pp. 208-218. D.W. Pfeifer et al., Acritique of the ACI 318 Chloride Limits, PCI Journal, March-April (1992), pp. 68-71. Montemor MF, Simiies AMP, Ferreiro MGS. Corrosion 1998,54:347. Arup, In: A.P. Crone, editor, Corrosion of reinforcement in concrete construction, U.K. London, p. 151, 1983. B. Elsener and H. Bi:ihni, Materials Science Forum, 111/112, p. 635, 1992. Thomas MOA, Matthews J. Mater Struct 1992,25:388. Salta MM. In: Swamy RN, editor. Corrosion and corrosion protection of steel in concrete. Sheffield, UK, 1994, p. 793. I PUENTES CURVOS DE TRABES DE ACERO Y LOSA DE CONCRETO: SUS DILEMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN R!CARDO GONZÁLEZ ALCORTA1, GUILLERMO VILLARREAL GARZA 1, SALVADOR R. MARINES DELGAD02 RESUMEN En este artículo se presenta una discusión sobre los aspectos que deben de tomarse en cuenta en el diseño yconstrucción de puentes curvos horizontales, poniendo especial énfasis en los criterios de predicción del nivel de esfuerzos ydeformaciones que tendrá la superestructura en las diferentesetapas de montaje yservicio. Se presenta un caso de aplicación de un puente curvo formado por trobes de acero ylosas de concreto. Se mencionan las hipótesis de análisis consideradas paro su diseño yse presentan las principales dificultades encontradas durante su proceso constructivo. ABSTRACT This paper provides a discussion on the aspects that must be token into account in the design and construction of horizontally curved steel 1 girder bridges, with an special emphasis in the criterio for prediction of the stress and deformation levels that the superstructure will hove in the different stages. Acase of study of a horizontally curved steel 1-girders and concrete slab bridge is discussed. The main hypotheses of analyses considered for the design and the main difficulties found during their constructive process are presented. INTRODUCCIÓN Las restricciones geométricas de las vialidades urbanas actuales plantean frecuentemente la necesidad de proyectar geométricamente puentes con una configuración curva horizontal. Dependiendo del radio de curvatura de estos puentes es posible solucionar la superestructura segmentándola en tramos rectos, con base en un sistema tradicional de trabes rectas y losa de concreto. Sin embargo, cuando el proyecto geométrico del puente reQuiere de radios de curvatura peQueños, la solución tradicional de segmentos de trabes rectas resulta poco práctica y de muy baja calidad estética. ,,.... Los puentes formados por trabes curvas de acero y losas de concreto constituyen una alternativa de solución muy atractiva estéticamente y cuya aplicación se ha incrementado recientemente en diversas ciudades de nuestro país. Sin embargo, la experiencia en el diseño y en la construcción de este tipo de puentes nos alerta del cuidado Que se debe tener en cada una de sus etapas, tanto de su fase de diseño (concepto, análisis, dimensionamiento y detalle) así como de su fase constructiva (fabricación, transporte y montaje) a fin de tener una estructura Que cumpla con los reQuisitos de seguridad, funcionalidad y estética Que son planteados desde su proyecto. Actualmente en México no existe una normativa para el diseño de puentes curvos horizontales, por lo Que 1 Profesor-lnvestigador de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. ri_gzz_alcorta@hotmail.com ' Profesor de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. C IENCI A FIC NO.! ENERO - ABRJL 2007 CIENCIA FIC NO.l ENERO -ABRIL 2007 ~ �convencionalmente se recurre al código de diseño MSTHO (MSHTO, 2003) para su dimensionamiento. las especificaciones para diseño de puentes curvos horizontales del código MSHTO (en sus ediciones 1980, 1993 y 2004) son una de las dos únicas normativas para este tipo de puentes, siendo el código japonés la otra alternativa disponible a nivel mundial (lapan Road Association -IRA-. 1988). CONCEPTO ESTRUCTURAL DE UN PUENTE CURVO Configuración de superestructura del puente Un gran porcentaje de los puentes curvos horizontales Que se construyen mundialmente están constituidos por una superestructura cuyo proyecto geométrico reQuiere de uno o dos carriles. Existen dos formas de solucionar la configuración de este tipo de puentes: a) Un sistema conformado por un cajón de concreto o acero, con losa de concreto como tablero principal para la vialidad (figura 1). Este tipo de sistema estructural ha sido ampliamente utilizado en Méxicoy presenta la ventaja de poseer una gran rigidez torsional, siempre y cuando se eviten agrietamientos en los elementos QUe conforman el cajón en puentes de concreto (figura I a). o En el caso de puentes de acero, se mantenga la forma geométrica del cajón colocando diafragmas intermedios con una separación adecuada (figura I b). ... 1 ,• '• / Loso de concreto / (ojOO de coocreto ~- :¡ j 1 1 Cojón de concreto Cojón de concreto ..... el cual se apoyarán las trabes de la superestructura. la configuración de la subestructura conformada por la columna central y el cabezal es posible Que tenga dos alternativas de acuerdo a la forma en Q.Ue se apoya la superestructura: o) Un ~obezol de sección '.~ctongulor, sobre el cual se apoyarán los trabes en el nivel superior del mismo. Generalmente este tipo de cabezal se configura con uno semon transversal rectangular de peralte variable (figuro 3a). b) Un co~ezol "integ_rodo" -~e sección Tin~~rtido, que tendrá uno dimensión vertical igual al peralte de los trabes (figura 3b). Los cabezales de ~~te tipo de configurac,on so~ de ~mon_ cons~onte ydebe ponerse mucho atención en el diseño de los ménsulas que configuran lo semon T, yo que en coso de un d1mens1onom1ento modecuodo pueden presentarse agrietamientos importantes oinclusive colapsos (Araizo 2004). I b) Sección cajón de acero o) Sección de concreto ' I ' ' Figuro 2. Sistema conformado por trabes de acero, diohogmos yloso de concreto Figuro l. Sistema conformado por un cajón de concreto oacero yloso de concreto b) Un sistema con base en trabes curvas de acero y losa de concreto como tablero (figura 2), cuya aplicación se ha incrementado recientemente en México. las vigas curvas de acero tienen individualmente muy baja rigidez torsional y aseguran su estabilidad solo si son conectadas con las otras trabes por medio de un conjunto de diafragmas transversales, lo Que a su vez conduce a aumentar significativamente la rigidez torsional del sistema en general (Davidson, 2003). En este artículo se concentra la discusión precisamente sobre este tipo de puentes curvos horizontales. CONFIGURACIÓN DE SUBESTRUCTURA DE PUENTE o) Cabezal de sección rectangular la subestructura de un puente curvo de uno o dos carriles se resuelve convencionalmente con base en una columna central (ya sea de sección rectangular, circular u ovalada), conectada rígidamente a un cabezal sobre ■ CIENCIAIIC NO.I ENUl0-ABRIL2007 b) Cabezal integrado de sección Tinvertido figuro 3. Estructuración típica de pilos centrales de puentes curvos CIENCIA FIC Nü.l EMRO ABRIL 2007 ~~-----------~,------~~~-~~~~~~ �La cimentación de las columnas de la subestructura generalmente Queda conformada por zapatas cuya dimensión se define por la capacidad de carga del suelo sobre el cual se desplantan; inclusive, en estratos con poca capacidad de carga, es común utilizar pilotes de concreto colados in situ para transferir las cargas a estratos resistentes conformados por roca (lutita). TIPOS DE APOYOS PARA LA SUPERESTRUCTURA Debido a Que el comportamiento de un puente curvo (y al tipo de cargas a las QUe se somete) difiere en forma significativa al de un puente recto convencional, la selección del tipo de apoyo de la superestructura tiene un rol muy importante y debe asegurase QUe las hipótesis con las cuales se dimensionó el mismo corres pondan con el tipo de restricción QUe les proporcione el sistema de apoyo seleccionado. ETAPA DE DISEÑO ESTRUCTURAL a) La definición del concepto estructural, en el cual deben seleccionarse el tipo de superestructura y sub estructura más convenientes de acuerdo a los reQuerimientos geométricos, económicos y estéticos del b) El diseño preliminar del puente, en el cual deben predimensionarse todos los elementos_ Que confor~a_n la estructura del mismo, con base en las disposiciones reglamentarias de espesores, relaciones geometn cas, relaciones peralte de trabe/claro del puente, etc. Para este dimensionamiento preliminar es altamente recomendable seguir los lineamientos del código MSHTO "Guide Specifications for Horizontal!Y Curved Steel Girder Highway Bridges 2003" (MSHTO, 2003). No debe perderse de vista QUe ante la carencia de guías de diseño claras y de experimentación en puentes curvos horizontales, principalmente sometidos al nivel de cargas QUe se aplican en México, conviene tener un prediseño conservador de todos los elementos ...... La etapa constructiva de un puente curvo constituye uno de los retos más importantes de la ingeniería de puentes Que se realiza actualmente en este país. Los reQuerimientos de control de calidad y supervisión técnica son mucho más estrictos Que los QUe se reQUieren para la construcción de puentes rectos, por lo Que se recomienda una planeación detallada de cada una de las etapas de trasporte, montaje y construcción de los tableros del puente. El reglamento MSHTO relaciona la etapa constructiva con el concepto de Constructibilidad del puente. proyecto. 'I d) Detallado final del puente, en esta etapa deben realizarse los planos de la ingeniería de detalle y fabri cación de los elementos estructurales Que conforman el puente. Esta es una etapa fundamental de la etapa de diseño, ya Que es necesario elaborar con el mayor detalle posible todos los planos de la ingeniería de tal forma Que se minimicen los posibles errores o malas interpretaciones de la fabricación de las trabes. Es necesario Que en los planos se establezca la metodología de montaje de los módulos de trabes Que conformaran los tableros, teniendo el cuidado de jamás montar una trabe curva en forma aislada, ya Que se provocarían deformaciones excesivas de la trabe e inclusive la inestabilidad de las mismas. ETAPA CONSTRUCTIVA Las etapas del proceso de diseño de un puente curvo no difieren apreciablemente de la_s ~e se estable~en al dimensionar un puente recto convencional. Una vez cubiertos todos los estudios prehmmares necesanos para el dimensionamiento del puente (topográfico, proyecto geométrico, mecánica de suelos, hidráulico-hi drológico e interferencias), el proceso de diseño debe contemplar las siguientes etapas: ,: r blecida para tal efecto. Es conveniente considerar en el modelo matemático del puente la participación de la subestructura del mismo (cabezal, columnas, zapatas y -en su caso- pilotes). dado Que para las cargas asociadas a los efectos de temperatura y fuerzas centrífugas la flexibilidad de la subestructura juega un papel importante y no es aconsejable modelar en forma aislada estos componentes estructurales. Una de las fases críticas de la etapa constructiva del puente curvo es el montaje de las trabes y el colado de las losas de concreto de los tableros principales. La secuencia de montaje debe estar especificada claramente en los planos de montaje y debe ser supervisada estrictamente. Asimismo, debe asegurarse Que siempre se monten las trabes conforme a lo planeado y contemplado en la etapa de diseño. Es conveniente recomendar el montaje por pares de trabes o por un conjunto de tres trabes y sus corres pondientes diafragmas, tal como se ilustra en la fotografía 1. del puente. c) Análisis y diseño refinado del puente, en esta etapa debe seleccionarse el tipo de modelo matemático a utilizar para idealizar la estructura. AunQue el código MSHTO permite utilizar métodos aproximados de diseño para los elementos estructurales Que conforman el puente curvo, es muy recomendab~e.modelar tridimensionalmente el sistema estructural en su conjunto, generalmente usando elementos fm1tos para idealizar las trabes curvas y la losa de concreto. En esta etapa de diseño se reQuiere calcular las contraílechas de las trabes curvas para las fases de montaje y construcción, para lo cual re reQuiere plantear junto con el fabricante de las trabes y con el constructor el procedimiento de montaje a utilizar en el puente. Además, deben evaluarse los esfuerzos Que se_ ~eneran en las trabes curvas durante fases de montaje, construcción y servicio, de acuerdo a la planeac1on esta ■ C IENCIA FIC NO.! ENERO- ABRIL 2007 Fotograffa 1. Montaje de trabes metálicas en tramo curvo de puente CIENCIA FIC N0.1 ENERO - ABRIL 2007 �t~ ~ )' t', 1 l'l 1\11,¡,¡ j/\!1'!11 \\ll,\l¡j(l,\j)\1._ll'\,1_ ,1111 ' - \ ' i 1 J¡t\'i\'[ 1 1 1 1 ¡ \ ¡ , ¡ ' \ . l 1 11.1 '\.'11\l1..1.ll ""- I, ' ' )\ 1 1. 11 ' ' \ . , ' \ l 1; \, , t , • \ • \ ' ,, , ,, , \1 \ ¡ 1 '\, 1 ' j )! \. \ 1 )1 1 ~- d) No fue recome~dable ~mplea~ una cimentación a base de zapatas aisladas debido a Que se pudieran pres~ntar asentamientos d1ferenc1ales por las características propias de los estratos superficiales. La profundidad de desplante de la zapatas, en caso de considerar esta alternativa es de 4 metros con una carga admisible de 1.0 kglcm 2• CASO DE ESTUDIO Descripción del puente yconcepto estructural Se presenta un caso de aplicación de un puente curvo horizontal de dos carriles, con una superestructura formada por cinco trabes de acero y losas de concreto recientemente construido en la ciudad de Monterrey. Nuevo León. En la figura 4 se presenta una planta con las dimensiones del proyecto estructural. Se observa Que el eje horizontal del proyecto es curvo, modulado por 8 tramos de aproximadamente 30 metros (ejes I a 9) más dos rampas iniciales de tierra armada, con una longitud total del puente de 365.18 metros. Finalmente se decidió utilizar la alternativa de pilotes de punta desplantados a una profundidad aproximada de 17 metros a partir del terreno natural, los cuales se desplantaron sobre el estrato de lutita. DESCRIPCIÓN DE LA SUPERESTRUCTURA La superestructura del puente consiste de ocho claros, con un sistema estructural con base en trabes de acero formadas por tres placas soldadas, sobre las cuales se apoya una losa de concreto reforzado de 20 cm de espesor. Este s_istema estructural presenta diafragmas transversales en forma de x conformados por perfiles de acero. Deb,~o a la curvatura del puente y a la necesidad de tener sobreanchos de carril, la separación entre las trabes vana entre 1.60 metros en los tramos rectos a 2.2 metros en los tramos curvos. En la figura 5 se muestra un arreglo de las trabes de acero del puente, con un volado de losa de 75 cm en los extremos del puente. La trabes de acero no tendrán continuidad sobre los apoyos, es decir, se consideran como sim~lem~nte apoyadas en cada extremo, ya Que se seleccionó el concepto de "cabezal integrado" de sección T mvert1da para este puente. ~t....--- 1 _lLl,.. ..-,C-, 790 ~~- 45 2 CARRIU:S x .l60 - 700 45 f'UEN1[ J60 ... :¡ Figuro 4. Geometría del puente curvo en estudio ""'---C'OONCftET'O l!EVI. DE ~ llblllE DE /\CERO ESTRUCTVRM. fUOR1J()C) ~ ',tA D18. No ...... PE-01 DIG. No l'f-0♦ ca.uMHA DE PIIA ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS ',tA 0(8. No PE-05 Con el fin de establecer las propiedades mecánicas de suelo sobre el cual se desplantó la estructura (es tratigrafía y resistencia del suelo), se elaboró un estudio de mecánica de suelos, cuyos principales resultados arrojaron las siguientes observaciones: a) Se elaboraron 4 sondeos con máQuina perforadora del tipo rotaria a 16, 22, 18.6 y a 20 metros. b) Como primera alternativa se recomendó utilizar pilotes colados en el lugar desplantados a una profun didad de I O metros a partir del nivel de la calle, las cuales trabajarían por punta y fricción. c) Como segunda alternativa se recomendó utilizar pilotes colados en el lugar desplantados a una pro fundidad tal QUe se alcance el basamento rocoso constituido por la lutita, las cuales trabajarían por punta exclusivamente, con una capacidad admisible de 30 kglcm 2 ■ . CIENCIA FIC Nu. l ENERO ABRIL 2007 Figuro 5. Elevación de lo pilo central del puente curvo en estudio CIENCIA flC Nü.l EN~RO - ABRIL 2007 ~---~~--~--___,---~~--~~--~~~ �" , , , 1 1 1, \ \. \ \' , , \ \ , \ \ , t '" , '·' 1 1 \'- ¡-. -t:p, OESCRlPClÓN DE LA SUBESTRUCTURA En la figura S se presenta una elevación transversal de una pila central del puente, donde se aprecia la estructuración de la pila conformada por el cabezal integrado de un peralte total de 1.SO metros, una columna circular de 1.50 metros de diámetro, una zapata rectangular de transferencia y 4 pilotes de concreto de 1.20 b) Desplazamien_t~~ verticales Y horizontales de los elementos. tanto para el cálculo de las contraflechas como para 1a revIs1on de la etapa de servicio del puente. c) Acero de refuerzo en los elementos de concreto reforzado. d) Estfuerzos en trabes de acero para las fases de montaje y construcción, así como la fase de servicio del puen e. metros de diámetro. Las cimentaciones de las pilas se estructuraron considerando las propiedades mecánicas del suelo de soporte de la estructura y la magnitud de las cargas a transmitir al estrato resistente, según el estudio de Mecánica de Suelos. La cimentación consistió en una zapata de transferencia de 6.00 por 6.00 metros de dimensiones en planta, con un espesor de 1.50 metros. Esta zapata de transferencia se apoya sobre 4 pilotes de concreto de 1.20 metros de diámetro, los cuales tienen una longitud de IS metros a partir del nivel inferior L de la zapata de transferencia. En los ejes extremos del puente (ejes I y 9) se utilizaron estribos de concreto. sobre los cuales se apoyarán las vigas extremas del puente y soportarán lateralmente las presiones laterales de la rampa de acceso al mismo. En la figura 6 se presenta una vista de los estribos del puente. Figuro 7. Modelo matemático de lo estructuro del puente curvo horizontal En el modelo matemático se consideraron los siguientes elementos estructurales: •:,. __ _................. _. . ' E\&'ft',CIQN LATES& ESTRIBO No JY ,No 9(0l'UEST0l ANÁLISIS Y DISEÑO DEL PUENTE Se desarrolló un modelo matemático tridimensional del puente utilizado el programa especializado de análisis y diseño estructural SAP2000 (SAP2000, 2005). Dada la potencialidad de este programa, fue posible modelar tridimens1onalmente tanto la superestructura (losa, trabes de acero y diafragmas) como la subestructura (cabezal, éolumnas circulares, zapatas de transferencia y pilotes). Con el modelo matemático desarrollado de la estructura (figura 7), fue posible obtener la siguiente información: a) Acciones mecánicas para cada uno de los elementos estructurales (cargas axiales, cortantes, momentos L CIENCIA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 • Cabezal de concreto. Se consideró un cabezal de sección T invertida de peralte constante. Sobre este ~~ezal se -~poyan las trabes principales del puente en forma excéntrica. para tomar en cuenta la torsIon y flex1on actuando simultáneamente sobre el cabezal. La columna circular de 1.50 metros de diámetro. La zapata de transferencia de 1.50 metros de espesor. • Figuro 6. Elevación de un estribo del puentecurvo en estudio flexionantes y momentos torsionantes). La losa principal de 20 cm de peralte total. idealizándose con elementos finitos tipo placa Trabes de acero formadas por tres placas de acero. · • • 'I ',.....,, • • Los pilotes de concre~o de 1.20 metros de diámetro y Is metros de longitud. Para el a O 0 lateral Que le proporciona el suelo se consideraron resortes elásticos con una constante ~ !Y3 2 kg/cm /cm, de acuerdo a los estudios de mecánica de suelos del sitio. e El ~mión de diseño utilizado para el dimensionamiento del puente fue el recomendado or el Instituto ~ex'.ca~o del Transporte (IMT. 2004). denominado IMT 66.5, el cual tiene un peso total de ~6 5 t ¡ d d1stnbu1das en tres ejes del camión. . one a as . Las trabes principales formadas de tres placas de acero fueron diseñadas considerando Que se encuentran simplemente apoyadas en los cabezales de las pilas. El claro de las trabes se establece de acuerdo a las Ion itudes entre los cabezales. Cada segment~ de puente tiene un apoyo fijo en un extremo y un apoyo móvil engel otro extremo, el cual fue modelado a traves de un elemento tipo barra QJUe tiene la m·isma ngI · ·dez Q.Ue e1apoyo CIENCIA FIC -- - - ~ ~-"¡ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - NO.! ENFRO - ABRIL 2007 �l,l ,,,, ,,l'~ZALI/ \i"'' '' ,\ l ' \\11,1,1,111,, ', -·~ , E consideración de análisis fue una hipótesis básica para el real de neopr.eno QUe se coloco en el puente. sta ue si el uente no tuviese esa capacidad de movimiento en dimensionamiento de las columnas del puente, ya Q!h b. p vacado fuerzas horizontales radiales de gran cada tramo del mismo, los efectos de temperatura u ,eran pro . magnitud, reQUiriendo dimensiones de columna significativamente superiores. d) El espesor de la placa del alma de la trabe se estableció de acuerdo a una relación máxima de peralte del alma (O) entre espesor del alma (tw) de 100 (Apartado 5.2.1, manual MSHTO). Es así Que para un peralte de 150 cm se decidió utilizar un espesor de 1.9 cm en el alma. De acuerdo a esta especificación, las almas no reQ.uieren tener atiesadores intermedios. .En la figura 8 se muestra un co rte esQJuemático de las dimensiones . generales de la trabe, la cual presenta un peralte de 1.50 metros para todos los claros anteriormente mencionados. ES FUERZOS DE FLEXIÓN EN TRABES PRINCIPALES ~ ~ l -- 19 1 Una vez propuestas las dimensiones de las trabes, los esfuerzos de flexión máximos se determinaron directamente del análisis tridimensional realizado con el programa SAP2000. Para definir este esfuerzo se analizaron dos fases del comportamiento de la trabe: a) Comportamiento de la trabe para la etapa de montaje y construcción (losa en estado fresco). Para esta fase se consideró Que la losa de concreto no contribuye ni en la resistencia ni en la rigidez de la trabe. b) Comportamiento de la trabe para la etapa de servicio, considerando la carga viva, el impacto, frenaje y la fuerza centrífuga de los vehículos. En esta fase se consideró un comportamiento de sección compuesta formada por la trabe de acero y ancho efectivo de la losa de concreto. En la tabla I se muestra una comparación de los esfuerzos obtenidos en las trabes de los tramos rectos y en los tramos curvos del puente, donde se detecta un incremento en esfuerzo de un 23 % debido al efecto de curvatura de las trabes y del mayor ancho tributario en los tramos curvos del puente. o.J Tablo 1. Esfuerzos obtenidosen trabes de acero en los tramos curvos Elemento estructural Figuro 8. Dimensiones geométricos de los trabes de acero en los tramos curvos 1: 1 ; 1 Las dimensiones de las trabes se definieron tomando en cuenta las recomendaciones del manual MSHTO, ;. ,- ,¡ ' ••,I por medio del cual se consideraron los siguientes aspectos: ,,.., , ., . . O 5 F (A arlado 5.1, manual MSHTO). Para las traa) El esfuerzo maximo en flex,on se debe hm1ta~ afl . ~ d ~ acero A-50 por lo cual el esfuerzo máximo bes principales se decidió utilizar un esfuerzo e uenc1a e , 2 admisible debe limitarse a 1760 kg/cm • urvos debe satisfacer la dimensión resultante de dividir el b) El peralte mínimo de la trabe de los tramos c d 12 2 manual MSHTO). En este caso se claro (L) entre el peral~: to~I _(h) a un va~or die ~~ (A~;~: ;e re~u,ltó un peralte de 1.50 metros para el decidió tener una relac,on max1ma de L/h ,gua a , p claro de 30 metros. . 1 b de los tramos curvos se definió de acuerdo a una c) El espesor de las placas de los ~atmes de as ltra es (t0 de 18 (Apartado 5. 2. 1, manual MSHTO). relación máxima del ancho del patm (b0 entre e espesor , Es así QUe para un patín de 50 cm se decidió utilizar un espesor 3.8 cm en el patm. ■ CIENCIA FIC NO. I ENERO - ABRIL 2007 Esfuerzo de flexión, etapa de construcción (kg/cm7 Esfuerzo de flexión, etapa de servicio (kg/cm1) Esfuerzo totol Trabe de 30 metros, Tramos rectos 659 653 1312 Trabe de 30 metros, Tramos curvos 793 824 1617 (kg/cm1 D ES PLAZAMIENTOS EN TRABES PRINCIPALES Se determinaron los desplazamientos QUe presentan las trabes principales para las etapas de montaje, construcción y servicio. Por recomendaciones del manual MSHTO, debe darse una contraflecha para la etapa de construcción Que considere la flecha de las cargas de peso propio, losa y carga muerta adicional. Asimismo, debe asegurarse Que la flecha por carga viva e impacto no exceda de una flecha máxima con un valor de L/800, donde L es la longitud del claro. ETAPA CONSTRUCTIVA DEL PUENTE Se llevo a cabo una supervisión técnica del proceso constructivo del puente en estudio, realizándose visi tas periódicas al sitio para tener un control de calidad y asegurar Que la planeación del proceso de montaje y C IENC IA FlC N O.I ENERO - ABRIL20_0_7 _ _ _ _ _ _ ~ - - -• �construcción se realizara satisfactoriamente en todas las fases de la construcción del puente. La fase más complicada de la etapa constructiva fue la asociada al transporte y montaje de las trabes, ya Que se recomendó Que se fabricaran en el taller las trabes con la longitud real entre apoyos, transportándose siempre en pares de trabes o, en su caso, un sistema de tres trabes con sus respectivos diafragmas intermedios (fotografía 1) . Para el transporte de las trabes desde el taller de fabricación al sitio de la obra fue necesario establecer una logística para la ruta vial más adecuada, en conjunto con las autoridades municipales, ya Que se encontraron dificultades geométricas de acceso a la obra. Todo el transporte y montaje fue en horario nocturno. COMENTARIOS FINALES Los puentes curvos horizontales formados por trabes de acero y losas de concreto son una alternativa Que frecuentemente va a ser utilizada en México dados los reQuerimientos geométricos de las vialidades urbanas a~tuales. Ante la carencia de un conocimiento pleno del comportamiento de este tipo de puentes, se recomienda ser con:e:vadores en el di_mensionamiento de los elementos estructurales Que conforman este tipo de _puentes. As1m1sm~, es nece~a:10 establecer programas de experimentación y monitoreo de los puentes recientemente construidos en Mex1co, con el fin de detectar aspectos no considerados en las etapas de diseño y construcción de los mismos. Referencias Se decidió "presentar" el sistema completo de trabes para cada uno de los claros de puente en los patios del taller de fabricación antes de trasportarlas a campo, de tal forma Que se revisaran los niveles reales de cada una de las trabes. Se elaboró para cada tramo del puente una "cama de apoyos" con los desniveles reales de los apoyos, como se muestra en la fotografía 2. 1,, 1 • ¡,!h,, A~erican A~sociationof ?~te Highway and Transportatian Officials (AASHTO), {2003), Guide Specifications for Horizontally Curve H1ghway Bridges, 3rd Ed1t1on, Washington, D:C: 2 Araiza J. C., {2004), "Caso de Ingeniería Forenese: El Colapso del Puente Tepalcates 11", XIV Congreso Estructural de Ingeniería Estructural, Acapulco Guerrero. 3 Davi~son J. S. and Yoo C. H. {2003), "Effects of Distortion on the Strength of Curved 1-Shaped Bridge Girders", TRB Annual Meeting 4 5 6 IMT (2001), "Norma SCT para el Proyecto de Puentes yEstructuras {N-PRY-CAR-6-01-003/01)" Jopan Road Association -JRA- (1988), "Specificationsfor highway bridges", Jopan SAP2000 (2005), "Structural Analysis Program", Computers and Structures, lnc., Berkeley Cal. ; :11 : ¡ ,.._ 1¡. ¡:::-1 1,• ,..,___ - Fotografía 2. Presentacióndel conjunto de trabes en el taller de fabricación Se recomendó Que no se colaran las losas de concreto de un tablero a menos de Que ya se tuvieran monta das las trabes de tableros adyacentes, con el fin de minimizar los efectos torsionantes Que pudieran inducirse por la excentricidad de la reacción de las trabes en el cabezal de la sección T invertida. El curado de las losas de concreto se realizó por medio de membranas de curado, las cuales fueron apli cadas de acuerdo a las especificaciones del proveedor de la membrana. Un detalle estructural muy importante QUe debe cuidarse es la junta entre la losa de concreto y la parte superior del cabezal, ya Que si no existe una separación adecuada entre estos dos componentes (Que puede soiucionarse con un espesor de poliestireno o similar), pueden presentarse fisuras en el cabezal asociadas al movimiento relativo de la losa por efecto de las cargas vivas o por cambios de temperatura ambiental. ■ CIENC IA FIC -~---------~ NO.! ENERO- ABRIL 2007 CIENCIA FIC - - - - - - - ~ - ~ - - - - 1 ~ - ~ - - - - ~~ - - - - NO. ! ENERO - ABRIL 2007 ■ ---~--~---- �' ,, '' 1 I , I \ \ " (1\ 1 t \ \\ 1 1 \ 1 1 \ ' 1 \ 1 1 \ ,, ' 1 1 \ 1 ( EFFECT OF OVEREXPLOITATION OF THE AQl)IFER OF THE HUNDIDO VALLEY ANO THE IMPACT ON THE ECOLOGICAL RESERVE OF THE CUATRO CIENEGAS VALLEY OF COAHUILA, MEXICO RODRÍGUEZ M. J. M. 1, SOUZA S. V. 2, ARRIAGA Ü ÍAZ DE LEÓN L. E. 1 RESUMEN Las condiciones predominantes de sequía que en la parte norte del estado de Coahuila nos hacen tomar una reflexión so~re_el uso racional sostenido del recurso del agua en la región, a fin de preservar diferentes ecosistemas únicos en el mundo, en la reserva ecolog1ca del Valle de Cuatro Oénegas Coa huila México, donde habitan 37 especies en peligro de extinción. . . . ., El análisis del balance hidrológico usado en el Valle del Hundido correspondiente a la cuenca fue calculado mediante la s1gu1ente ecuac1on: EstVinf = Ext • As, donde As la entrada al flujo subterráneo es equivalente a = 17.28 X106 m2/año. La infiltración del subsuelo en el Valle es de 2.45 X106 m3/año extracciones por bombeo equivalente o21.6Xl06 m3/año es igual aO. , 6 3 El cambio de almacenamiento es igual a-1.87 X10 m/año. Esto demuestra que en dos años de haberse,iniciado este proyecto _el ocuif~ro esto sobreexplotado. El origen del aguo del Valle del Hundido esta relocion~do con uno cuenca cerrada ,º~1 como a procesos sedimentarias asociados Ofenómenos cársticos yfallos inversos en un proceso de transgresion en el ancestral Golfo de MeX1Co. Lo estructura es honda Yesta concentración de soles sube debido Ola circulación ysaturación de los mismos, por lo tonto el incremento de sulfatos en la parte noreste del valle es producto de lo disolución de paquetes de anhidritas en la formación Acatita en el cretácico inferior, yasí como de los estratos a gran profundidad de los yesos del jurasico inferior de la formación Novillo. Palabras clave: sobre explotación, equilibrio hidrológico, fenómenos cársticos, sulfatos, cuenca endorreica 1, ABSTRACT The prevailing conditions of dryness in the northern port of the Coa huila stote moke us reflect on rationol an~ shar~ use resour~e water in the region without affecting the different ecosystem of the unique world- wide level _ecological rese~e where there mhob1t 3! en~emic e~dongered species in the Cuatro Oengas Valley of Coahuila, Mexico. Analysis of the hydrolog1c balanceused in the Volley ~f t~e Hundido nv~s bos1n was cal culated using the following equations. Es + Vinf = Eext • As. Entronce by undergroundflow = 17.28x10 m1/yeor. lnfiltrahon underground of the volley = 2.45x ]06 ml/year. Extractions by pumping 21.6 xl06 m3, Exits = _o Therefore ~he change ~f-storage = .-1.87x 106_m3/year, this demonstrates thot two yeors after initioting the project the water - beoring one 1s over explo1ted. The ongm of wat_er in the Hundido Volley is closely reloted to the pracesses of sedimentation of rocks, being cached in korsts and Faul_ttrout_ product of transg'.ess1ons of the ancestral Gulf of Mexica. As the structure is deepened, its cancentration of solts increoses dueto the both mculohon ond to saturat1on of the sorne on~, fo_rthat reoson there is an increose of sulphates in the northwestern part of the volley, product of the dissolution of plaste'.s and present anhydntes mthe Acatita Formation of the Lower Cretoceous to greater depth in lie plaster of NovilloFormation of the Lower Jurass1c. Key words: overexploitotion, hydrologic balance, korsts, sulphates, endorreic basin. -t. . ~ lNTRODUCTION The Valley of the Hundido is located in the SW part of the State Coahuila. Mexico approximate~ 32 kilometers of the ecological reserve The Cuatro Cienegas Valley of Coahuila in the Sierra Madre Oriental at the eastern edge of the Chihuahua desert. The Cuatro Cienegas and Hundido Valley formed as product of original pushes of the north those that when hitting the block of Coahuila folded to the mountain ranges of la Fragua. San Marcos- El Pino and El Granizo. The conceptual groundwater ílow models for the Cupido- Aurora/Paila aQ.uifer in the Hundido Valley have invoked recharge through exposed carbonate rock in mountain Sierra de Los Alamitos. La Fragua and Granizo. Recharged groundwater has been hypothesized to ílow down the hydrologic gradient from the Sierra de Los Alamitos southeast y southwest. The Sierra Colorada to west and La Fragua to north. Specific about the recharge region in the Hundido Valley it has to been addressed nor have the ear~ conceptual ílow models been adeQ.uate~ tested. An aQ.uifer system has been defined in the area (Rodriguez-Diaz de Leon 2004). it consists of a shallow unconfined aQ.uifer and deeper aQ.uifer confined they separated by Formation La Peña. Although in each hydrology unit Cupido and Aurora has communicate shallow aQ.uifer to fracture. The dynamic mechanism that gave rise to the folding of the structures in the area of investigation in the Hundido Valley. is based on three fundamental concepts: Presence of evapora tes in two levels, Formation Novillo of the Lower Jurassic and Acatita Formation of the Lower Cretaceous. clastic and carbonated rocks, which conform them structure of the mountain ranges of the Northeast region of Mexico. Basal takeoff in the South margin of the Jabalí Valley, (this crystalline) arising this rise acted in the deformation with a geometric of folds product of a recumbent and ridden anticline to the South against the Stop of the lsland of Coahuila.(Eguilius A. S., 2000) This paper provides new information of the Cuatro Cienegas and Hundido Valley. Our objectives are to discuss evidence and history the San Marcos Fault to interpreted the Lower lurassic and Lower Cretaceous stratigraphy of central Coahuila and pos-cretaceous fault in them Sierra de la Fragua, San Marcos- El Pino and Granizo. M ETHOD The structural and hydro geologic conceptual model of aQ.uifer in the Hundido Valley based on information of field, rise of geophysical, geological. pump test, geochemistry ana~sis and video well, geological sections with satellite image and description of outcrops. in the mountain ranges of San Marco. La Fragua and El Granizo. We hypothesize that the subterranean karsts formation is communicated between valleys and aQ.uatic systems by a series of cave tunnels giving it a look of gigantic emmental cheese. The presence of seQ.uences exclusive to marine bacteria (Souza V. 2004) including strains from hydrothermal vents along with karts bacteria and temperature of the springs (32 degree Celsius) and same upper cuota in the surface of the Churince. La Becerra and Poza Azul the pozas in the Cuatro Cienegas Valley (Forti P.. et., al., 2003) have the exact same water temperature from the well drilling in December 2003 in the Eastern ílank of the La Fragua mountain witch confirms our geologic and hydro geologic hypothesis. 'lnstitute of Civil Engineering, Autonomous Universi!)' of Nuevo Leon. Mcxico. jmrodriguez@fic.uanl.mx 1nstitute of Ecology. UNAM. 2 ■ CI ENCIA FI C NO. 1 ENERO - ABRIL 2007 CI ENCIA FIC NO. ! ENERO - ABRIL 2007 11 �1111, 1 ,lf ,1\ll,l\ll,lll\ll1''-., 1 I 1111,, 1 11111'.lll 1111 111 '-.1'111,>\ dll\ \'-.I> ,111 I\ I \, 1 \ 1 '-. 1111 lll>!,>,,I, \I 1'!,fi,\l ,'1 1111 l l \ll,,>U!'-.,,\,\\111'1 < 11l\ 1 \111111 \\l\1\\ 1 LOCATION ANO HYDROGEOLOGY OF STUDY AREA. The Hundido Valley of the located in the Southwest part of the State Coahuila, approximate[y 32 kilometers of the ecological reserve. The region is characterized by intramontane plains and along mountains ridges that correspond facing anticlines. In the investigated area a thick succession of Cretaceous, limestone, [ying on continental mudstone and sandstone, prevalent[y outcrop (Lehmann, et al 1999). Limestone displays massive to middle mudstone and sandstones of Paleocene cover it. A magmatic phase, coeval to the compressive tectogenesis, affected the whole area during Oligocene. Tectonic distension onset about 19 Myr ago (Earl Miocene) and continued during Pliocene accompanied by effusion of calc-alkaline lavas. tr Rlllll,!1,1 ; \, 1 \ ,1, , \ , ' , \' ), '' t •_, '" ~ ~ech_arge to th e aQuifer occurs through of the intense fracturing in the mountains La Fragua Alamitos and 1 E thrarnzo_ andh San M_arcos fault. The system fault and joint, has orientations lineament o Northeast and Sou west m t e Hundido Valley (McKee, 1990). Simbology StudyArea - - San Marcos Fault La Fragua /Hundido Fault Fig. 2. Geologic map of Hundido Volley Fig. 1. Locotion of Study area !::;:-~.·... j The tectonic framework of the study area is characterized by occurrence of wide fold-and thrust structure, dissected by severa! prominent San Marcos fault. The fold structures, generated by the Oligocene- Miocene compressive tectonic, are segmented and displaced by severa! normal faults developed after the tectonic phase of uplifting occurred in the finish Eocene. The mountain range la Fragua on its put to frontal fault Trout, with the mountain range of the San Marcos· the grudges takeoff like the contact between the formations: Georgetown, Aurora, Peña and Cu ido ro~ duce hydrauhc communication between the Hundido Valley and Cuatro Cienegas. p 'p ?f Georgetown Fonnation Kiamichi F'onnation Aurora Forrnation La Peí)a Fonnation Cupido Forma1ion San Marcos Fonnution Red Bed ~ Anhydrite ~ lgneous Basemen 'I ' ··,, Notwithstanding the mountains consist main[y of carbonate rock; karts landforms are Quite rare because of the intensive intensive weathering. Significant karts landforms occur on[y in small area, general[>' located along major crests; infiltration forms, such as do lines, are practical[y absent. Endokarst systems are little developed and general[>' concentrated in restricted areas. Solution caves are rare often small in dimension. Along the lateral cliff of canyons, several niches and holes are detectable. "Cavernous" weathering and or mechanic enlargement of small interstratal karts conduits originate most of Desquamate Section Sierra San Marcos EIPT Sierra del Granizo Hundido Georgetown Sierra de la Fragua them. The aQuifer in the Hundido Valley is composed of a group of Cretaceous carbonates that have two Formations Cupido and Aurora/ to Sabinas basin and Paila Formation corresponded to Sierra Los Alamitos, the thickness formations of approximate[y 3 SO meters in the Hundido Valley. Litho logical[y aQuifer in region consist of rudist limestone·s, burrowed tidal-ílat wackestones, grainstones, dolomite, nodular, chert, solutioncollapse breccias. .. . ~ .. 1 1 1 t + • ➔ 1 ~ ➔ + ➔ ,f ... 1 - Anhydrite lgneous fig. 3. Desquomate Section CIENCIA FI C NO.l ENERO - ABRIL 2007 CIENCIA FIC - ~ ~ - - - - ~- - ~ - - ~ ~ NO.l ENERO - ABRIL 2007 ---~--~-~-~ ■ �The Cuatro Cienegas valley and The Hundido Valley have been separated of the River basin of Sabina~, from their conformation at the beginning of the Tertiary one giving rise to endorreica River basin in the Hundido valley. The origin of water in the Hundido Valley close!,y is related to the process~s of sedim~ntation of rock, being catches in karts and fault trout. As the structure is deepened, its concentr~tIon _o f salt mcreases due ~o the low circulation and to the saturation of the same one, for that reason there 1s an mcrease of sulphates m the part the northwest of the valley product of the dissolution of plasters and present anhydrites in Acatita and Novillo Formations. WELL YIELDS The hydro geological properties of the aQuifer in carbonate rocks formations Cupido and Aurora ~epending of different cause's associate of system faults and fractures in the wells to reílect zones very h1gh transmissiviry. Due to faster ground water ílow along such open fracture~. wa_ter woul~ be expected to be more undersaturade than slower moving water in the fractured rock. Sorne hneat1ons of h1gh!,y under saturated waters correlate with know faults and photo-lineaments. Higher wells volumes to locations of the ílanks north the Sierra Los Alamitos and south east to Sierra La Fragua, across faults San Marcos. At Table I has been listed the wells monitoring in the area Hundido Valley. 117 wells illustrate and distribution and localization along to center valley and ílanks to the mountains Alamitos and La Fragua. HYDROLOGICAL BALANCE The ana!,ysis of the climatol?gic inf~rmation of 30 years of observation in the stations: Cuatro Cienegas, Ocampo, Sa~t~ T~res~ and Antiguos Mineros served to support us to obtain the following parameters: Annual a~e~age prec1p1tation m the zone is of 2 19 .5 mm&ears. with season of rain do May to September, begin the ram1est month of Septemb~r and the one of smaller precipitation the one of March with an average of 45.0 and 5.3 mm&ears resp~ct1~e!,y. Annual average temperature in the zone is of 2 1.6 degrees Celsius. The annual average evaporat1on m the foor ana!,yzed stations is of 2 168.6 mm&ears and annual average Evapo transpiración is of 182.0 mm&ears Data we~e co!lected from May 2003 through May 2005 to determine the hydrologic balance and to im prove QUant1ficat1on of ground water in the region. lnflow component Vp = incident precipitation in the region en million cubic meters Ve = surface water outflow inthe region in million cubic meters Evt = Evopotranspiración in million cubic meters Vinf = surface water inffow inmiIlion cubic meters. A~a!,ysis of ~he hydrologi~ balance used in the Valley of the Hundido rives basin was calculated using the foll~wmg eQuat1ons. Es + Vmf = Eext * As. Entrance by underground ílow = l 7.28x 106 m3&ear. lnfil trat1on underground of the valley = 2.45x 106 m3&ear. Extractions by pumping 2 1.6 x 106 mJ. Exits = o Therefore the change of storage = - l .87x 106 m3 /year. The Evapotranspiratión in the region to represent the ~~% ?f total volume precipitation, the surface water outílow in the region to represent 15% to volume prec1p1tatIon on!,y 2% total volume inflow the Hundido Valley aQuifer. RESULTS ANO DISCUSSION The ana!,ysis information of structural and hydro geologic conceptual model of aQuifer in the Hundido ~alley based on information of field. rise of geophysical, geological, pump test, geochemistry ana!,ysis and video well, geological sections with satellite image and description of outcrops. in the mountain ranges of San Marco, La Fragua and El Granizo. Fig4. locolizationmop of wells inthe Hundido Valley CII NCIA FIC Nü. l ENERO- ABRIL 2007 . The conceptual groundwater ílow models for the Cupido- Aurora/Paila aQuifer in the Hundido Valley have mvoked recharge through exposed carbonate rock in mountain Sierra de Los Alamitos, La Fragua and Granizo. Recharged groundwater has been hypothesized to flow down the hydrologic gradient from the Sierra de Los Alamitos southeast y southwest. The Sierra Colorada to west and La Fragua to north. Specific about the re charge region in the Hundido Valley is has to been addressed nor have the ear!,y conceptual ílow models been adeQuate!,y tested. An aQuifer system has been defined in the area (Rodriguez-Diaz de Leon 2004). it consists ?fa shallow unconfi~ed a~uifer and deepe~ aQuifer confined they separated by Formation La Peña. Although m each hydrology umt Cupido and Aurora 1s has communicate shallow aQuifer to fracture. CIENCIA FIC No.l ENERO· ABRIL 2007 �\ 11 ' " \. \ \ • ' '\ The mountain range la Fragua on its pul to frontal fault Trout, with the mountain rang: of the San_Marc;;: the grudges of takeotT like the contact between the formations: Georgeto~n, Aurora, Pena and Cupido, P duce hydraulic communication between the Hundido Valley and Cuatro C1enegas. . Ana!Ysis of the hydrologic balance used in the Valley of th; Hundiddo;ives~a~;;:: ~~~~~~~a~s~~fi1:~:t;~n llowing eQuations. Es + Vinf = Eext * As. Entrance by un ergroun . ow . 6 3 • = . Therefore 6 3 d of the valle = 2 4Sx t Q m /year. Extractions by pumpmg 21.6 x IO m , Ex1ts O _ underhgroun the c ange of storage -} - 1.87.x I Q6 mJ /year, this demonstrates that two years after initiating the pro1ect the water -bearing one is over exploited. CONCLUSION In this paper , an accurate hydro geological, struc~ure , geophysical .hy~raulic and ~:~c;h:~~~t;s~~~tr: the aQuifer the Hundido Valley first ana!Ysis of the reg1on were he can estabh~h hypo~hes~f cave tunnels giving 1 ~ean karsts f?rma~ion is c~~a~~~~:::e\~:t;:se;~ª~;{~~:~u~~ur:;~:{:~~~:e ~s:e~~~:~sdatabase for the future ~!;~~;i~~ct~:::essment of ~roundwater resources vulnerabiliry investigated overexploitation aQuifer in the region. ~~:~~r~~ '.: 1 3 4 ' ,... 1 --.., 5 6 7 8 CONCRETO PARA USO ESTRUCTURAL, ECONÓMICO, DURABLE Y SUSTENTABLE CON ALTO CONTENIDO DE CENIZA VOLANTE ALEJANDRO ÜU RÁN HERRERA1, JORGE MAURILIO RlVERA TORRES2 RESUMEN En este trabajo se fabricaron doce series de concreto todos ellas con un mismo consumo de cemento de 150 k¡i/m 3. En seis series de estas se utilizo aditivo superfluidificonte (S8a base de naftaleno paro obtener una reducción de agua del 35% yparo dar una consistencia DIN de 55 ± 2cm. Paro la fabricación de las seis series sin aditivo SF ycon aditivo SF se utilizaron consumos de ceniza volante en adición (CV) de O, 30, 60, 90, 120 y150% en maso con relación al peso del cemento. Conforme el consumo de CV se incrementaba la resistencia a la compresión se incremento de manera significativa, excepto paro contenidos de ceniza mayores o 120%, debido a que el contenido de agua no fue suficiente para quese diera tanto lo reacción de hidratación como la reacción puzolánica. Se lograron alcanzar resistencias a compresión con un consumo 3 de 150kg/m de cemento yCV de 500 kgf/cm2 a los 28 días y820 kgf/cm2 a un año. Se lograron reducciones significativos en la retracción por secado, hasta del 77% por el efecto combinado de lo CV yel aditivo SF. Palabras claves: cenizo volante, compresión, reacción de hidratación, reacción puzolánico, retracción. ABSTRACT References 2 1 \' Bortolini C., Richard T., Buffler ond Contu Ch. A., 2001. The Western Gulf of Mexico Bosin, Tectonic, Sedimentory Bosine ond Petroleum System. Pp. 473. _ ,_ , Egu1·1·IUS A.S., Aronda G·M., Rondell M., 2000. Tectónico de lo Sierro Madre Onentol, Mex1co. Bolehn de lo Sos. Geol. Mex. V. llll pp. 1-26 Of ·d dc h ·1 Lenhmenn, c., Osterger o.A., Mantanez I.P., Sliter W., ~rnand Vanneon A., Banner J., 1999. Evolution -_CuÓ~; on oa ui a carbonate plariorm, Eorly Cretoceous northeastern Mex1co. Geol. Soc. 0f Am. Bull.vol. 111 No 7, pp 101 O 1 . . McKee J.W., Janes N.W., Long LE., 1990. Strotigrophy ond provenonce of strato along the San Marcos fault, central Coohu1la, Mexico. Geol.Soc. of Am. Bull. V.102.pp 593-614. . Paoli forti., ltalo Giulivo, Leonardo Piccini., Roberto Tedechis., 2003. The karst aquifer f~eding the Cuatro Cienegos pools ~Coohuila, Mexico) its vulnerobility ond sofeguord. Aquifer Vulnerability ond Risk 1st lnternoc1onol Worshop. Volume 2pp. 287 299. Salamanca Guonajuato, México 28-30 de May 2003. _, , , ., Rd, MJ M V olod Y. Aniaga Díoz de León L. E., 2004.Congreso de lnvestigac1on Cuatro Oenegas. ~rea de Protecc~on d~ :i'!r~e; Fo·u~o é~ai~vOéneg~s, Coahuilo, México. Memorias. Del Congreso Pág. 9. Agosto 13-14. Cuatro Cienegas, Coahu1la, :::\ Es inoza A. L, faalante A., Farmer J., Rodríguez M. J. M., Eguia~e LE., Saberón. X.: Elser JJ., 2004 Congreso de lnvestiga-~ió/Cuatro Ciénegas. Área de Protección de Floro yFauno Cuatro Cienegas, Coahuila, Mex1co. Memonas. Del Congreso Pág. 2. Agosto 13-14. Cuatro Ciénegas, Coahuila, México. _ . Vargas J.C., 1993. Monogroffa geológico- Minero del estado de Coohuilo. Secretaría de Minos e lndustrm Paroestatal, Subsecretaría de Minos, Púb. M-90, 154 Pág. CIENCIA FIC NO.I ENERO_ ABRIL 2007 In this work we make twelve series of concrete, oll with fixed cement consumptions of 150 kg/m3• In six of this series a naphtholene based superplostificizer wos used to obtain a water reduction of 35% and a DIN consistency of 55 ± 2cm. For the series with and without admixture fly osh consumptions of O, 30, 60, 90, 120 and 150%. Where used in addition to the cement content. The CV consumption wos increosed significontly except of CV contents higher than 120% because the water content is not enough to hove a complete pozzolonic reaction. For this low cement concretes we obtained compressive strengths as high as 500 kgf/cm2 at 28 days and 820 kgf/cm2 ot one year. The dry shrinkage was diminishing, the CV content was increased. Significont reductions in the dry shrinkoge where obtained, up to 77% by the combined effect of CV andadmixture SF. Keywords: fly ash, compressive, reactionof hydrotion, pozzolonic reaction, retraction I NTRODUCCIÓN El concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo. Su producción. aparentemente muy simple y aunQue fundamentalmente para fabricarlo basta solo mezclar un producto cementante, agregados y agua, es realmente muy complejo su comportamiento para la gran variedad de agregados y de productos cementantes hidráulicos disponibles. Se pueden producir una gran variedad de concretos con pesos volumétricos de 300 a 3000 kg/m 3 y con resistencias a la compresión Que pueden variar de SO a 2500 kgf/cm 2 según sea reQuerido. Se dice Que un 'Profesor Investigador. Jefe del Departamento de Tecnología del Concreto. Facultad de Ingeniería Civil. U. A. N. L. aduran@fic.uanl.mx ' Profesor Asistente Investigador. Coordinador del Laboratorio del Departamento de Tecnología del Concreto. Facultad de Ingeniería Cr.il. U. A. N. L. CIENCIA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 ~ - --===--~ ~ - ~ ~ -,-1¡- -~ ~ - ~ - ~ - - ~ - - - - - - - - - ■ �,\11 1 \ \. 1'l,1 ' / 'i concreto es eficiente cuando resulta de la resistencia deseada, y Que es económico y durable cuando resulta apropiado para las condiciones ambientales a las Que estará expuesto. Su principal propiedad mecánica, la resistencia a la compresión, hasta los años setentas estaba limitada aproximadamente a 450 kgf/cm2 dado Que el principal factor, la relación entre el agua~ el c~mento estaba limitada a 0.45 por la incapacidad de la tecnología entonces existente para dar mayor fluidez sm aumentar la relación NCementante. Los diseños estructurales tradicionales se orientaban a dimensionar por resistencia, olvidando la vida útil de la obra; hasta QUe aparecieron los aditivos superfluidificantes, revolucionando así la Tecnología del Concreto lo cual ayudo a lograr concretos de alto comportamiento muy fluidos y resistentes y debido a esto el concreto empezó a ser empleado en la construcción de edificios altos o puentes Que para ese entonces generalmente se construían en acero. En el concreto normal cuando esta fresco, el agua es esencial para obtener propiedades reológicas efecti vas para su colocación; sin embargo, el exceso de agua de mezclado puede conducir a efe~tos perjudicial~s cuando el concreto no ha endurecido. Para mejorar las propiedades del concreto endurecido es necesano reducir el contenido de agua. Esto es posible usando aditivos superfluidificantes (SF) para obtener un con creto más fluido, más trabajable al grado de producirlos autonivelables, sin necesidad de utilizar vibradores, ahorrando mano de obra en la colocación y dejando los colados verticales libres de defectos superficiales. Desde la invención del aditivo SF a base de naftaleno en Japón en los sesentas y después a base melamina en Alemania, y más recientemente de tipo acrílico en Italia, muchas investigaciones sobre sus efectos han sido realizadas y dadas a conocer en publicaciones internacionales, como en las organizadas por CANMET/ACI (1, 2, 3, 4, S y 6)y otros. La dispersión de partículas por el SF reduce el umbral del cortante de la pasta de cemento originando QUe el concreto fluya. La trabajabilidad puede ser de una duración corta; sin embargo es posible obtene~ ~na dura ción práctica usando de manera combinada aditivos retardantes del fraguado (7). Por su forma esferica el uso de ceniza volante aumenta la fluidez del concreto y en combinación con el aditivo SF se facilita la producción de concretos autonivelables (8). La retracción es una propiedad de la pasta, en el concreto el agregado tiene una influencia restrictiva en los cambios volumétricos QUe tendrán lugar en la pasta. El término retracción por secado, es generalmente empleado para el concreto en estado endurecido y representa las deformaciones causadas por la pérdida de agua Que se presenta en el concreto en estado endurecido. El no contemplar este efectúen las e~apas de diseño y construcción puede conducir a agrietamientos o al~beo ~e los elemen~os estructur~l~s de~1do a las restricciones presentes durante la retracción. El ejemplo mas obvio es la necesidad de summ1strar 1untas de contracción en pavimentos y losas ( 13). En concreto, las investigaciones han sido orientadas en producir mezclas muy compactas para aumentar la densidad y disminuir la permeabilidad con el fin. Esto se puede lograr añadiendo materiales cementantes suplementarios (MCS), tal como la ceniza volante (CV), escoria o microsílica, Que a su vez mejoran las pro piedades reológicas de la mezcla en estado fresco (9, 1O, 11y 12). El aspecto económico está relacionado con el consumo de cemento ya Que normalmente éste es el ingre ■ ' CIENCIA FIC ------------ NO.l ENERO -ABRIL 2007 - - - - - - - - - - - - - - - - - -- ', , , 1 , \ 1 \ 1 \ \ , , , 1 dient~ más cos!o~o, un exces~ -~el mis~o puede producir altas temperaturas al fraguar originando amplios cambios volumetricosY la a_par~c1on de grietas; para minimizar este problema se han estado utilizando complementos cementantes _ Que d1~mmuyen el calor de hidratación, como es el caso de la ceniza volante QUe aparte por ser un _deshecho industrial contaminante al disponer de ella de manera definitiva como parte del concreto este material se vuelve sustentable. La durabilid~d del con~ret? está relacionada fundamentalmente con la pasta de cemento, entre más impermeable sea esta a los liQ~1dos, gases y iones menos productos agresivos podrán ingresar al concreto y ata~rlo, con el uso de la ceniza ~olante se puede lograr densificar la pasta ya Que por su forma y su finura se alo1a en los huec_os entre las part1culas de cemento y si además resulta reactiva se eficientiza el efecto densificador de la ceniza. _El pr~sente t_rabajo se planteo par~ !ograr concretos estructurales económicos con alta trabajabilidad y alta re~1stenc1a mediante el uso de un ad1t1vo superfluidificante. En este sentido la economía estará dada por los ba1os cons~mos de cemento ( 1~Okglm~) inusuale~ en concretos convencionales estructurales y por la adición de ~,na ceniza vol~nte (desecho industrial contaminante) con propiedades puzolanicas Que ayuda a la densificac1on de la matriz ~~mentante y a la trabajabilidad del concreto en estado fresco. aspectos QUe nos ayudan a aumentar la durabilidad en un material sustentable. ESTUDIO EXPERI MENTAL El objetivo exp;~imental_de e~te estudio cons!stió en determinar el consumo óptimo de CV y aditivo SF para obtener la max1ma res1stenc1a a la compresion en concretos con una consistencia de fluidez DIN de SS ± 2~~; el aditivo SF _se usó como súper reductor de agua y fluidificante, la reducción de agua fue del 3 5%. El ad1t1vo SF fue considerado como parte del agua de reacción de la mezcla. Cinco series de concretos fueron estudiadas; en todas ellas se empleo CV en diferentes cantidades las cuáles fueron de 30, 60, 90, 120, y 150% en masa con respecto al consumo de cemento las cuales se icientifican como CV30, CV60, CV90, CV 120 y CV ISO. Para este estudio se fijo un consumo de cemento Pórtland de 3 150 kg/m de concreto para todas las series y conforme se adicionaba la CV el contenido de agregado fino era reducido proporcionalmente en volumen. . También se fa_ b:icaron otras c!nco series para el mismo consumo de cemento y las mismas adiciones de ceniza pero con ad1t1vo SF necesario para dar una fluidez DIN de 55 cm las cuales se identifican como CV30SF. CV60SF, CV90SF, CV 120SF y CV 150SF. Además Se fabricó una mezcla de referencia (serie R) sin aditivo ni 3 CV. solo con cemento ( 150 kg/m ) buscando un concreto trabaja ble con una consistencia DIN de 5 cm lo cual arrojo una r~l~ción NC de 1.34; Por último se fabrico esta misma serie pero con aditivo (serie RSF) resultando una relac1on NC de 0.87 para dar una fluidez DIN igual Que la serie R de 55 cm. s MATERIALES Se usó cemento Pórtland CPO 40 marca Monterrey (Tipo I según ASTM C 150). Las propiedades físicas y Químicas son mostradas en la Tablas I y 2. El SF usado fue un naftaleno sulfonatado de formaldehído CIENCIA FIC 1 - - -- - - - - - - ~ - - ~ - - ~ - N0.1 ENERO - ABRIL 2007 -~----~-----~---~~-- �1 1 1 ' 1 1 ' \ 1 " ' 1 \ 1 ' ' f - º:º r . rada del área de Monterrey. El agregado fino con una den. Los agregados empleados fu~~on de ca iza tntin módulo de finura de 2.77. El agregado grueso con una sidad seca de 2.63. una abs~rc10~, ded I ~ Para las series en las Que se esperaban resistencias a la comdensidad seca de 2.6 y una a sorc1on e . º· r . el consumo de pasta se utilizo un tamaño máximo presión a los 28 días menores a ~S M~a. para º2ps1m1:or MPa se utilizo un tmn de 2S mm y para resistencias nominal (tmn) de 38 mm. para res1stenc1as entre Y mayores a 40 MPa se utilizo un tmn de 19 mm. i:~ t , tros rincipales Que controlamos en este trabajo. Es de La_ consisten_cia del concreto es un~ de ¡ª:~~;isten~a no se vean afectados por las variaciones en las gran importancia QUe los valores medidos_ e a t oblema mantener la granulometría uniforme en cada granulometrías de los agregados. Para evitar es e prd .. !!mente en sus diferentes tamaños de acuerdo a revoltura. los agregados finos y gruesos f~~ro~ separ~ os '~:~:des reQueridas para dar la granulometría espe1 ~;~~e!:i~~~~~e:~r:~:t;e~:;~~a~~: ¡r~~u~~~:t~: ~:leccionada fue la típica de la ciudad de Monterrey. N. L. México y se muestran en las Tablas 3 y 4 • PROPORCIONES DE LA MEZCLA , , , ' , SANGRADO, TIEMPO DE FRAGUADO Y PERDIDA DE CONSISTENCIA El sangrado se observó solo en la mezcla de concreto de referencia y en las demás mezclas en las Que no se adicionó aditivo superíluidificante; en las otras mezclas en las Que se adicionó el aditivo superíluidificante no se presentó sangrado apreciable. Los tiempos de fraguado se determinaron de acuerdo a ASTM C 40399. Los tiempos de fraguados se aparecen en la tabla 9. La pérdida de consistencia fue determinada usando la prueba de revenimiento en todas las mezclas, los resultados se muestran en la figura 1. COLADO, CURADO DE ESPEC IMENES Y RETRACCIÓN POR SECADO Para el colado de los especímenes se utilizaron moldes de lámina de acero siguiendo el procedimiento descrito en ASTM C l 92M-02 y para el ensaye a compresión se siguió el procedimiento descrito en ASTM C 39-01. Para los especímenes en los Que se esperaba obtener una resistencia a la compresión menor de 2S MPa como es el caso de las series R. CV30 y CV60 se usaron moldes cilíndricos de IS cm de diámetro y de 30 cm de altura; y cuando se esperaba obtener concreto con resistencias mayores a 2S MPa se usaron moldes cilíndricos de I Ocm de diámetro y 20 cm de altura. Para obtener la resistencia promedio a la compresión se ensayaron tres especímenes a cada edad. El curado se hizo siguiendo el procedimiento descrito en ASTM C S 11 -98. Para determinar la retracción por secado se fabricaron prismas de concreto de 7,S cm x 7,S cm x 28,0 cmy se siguió el método establecido según ASTM C I S7-99. + CV) se muestran en las Tablas SY 6. , , uina mezcladora de ílujo de contracorriente marca Eirich. El Para l~s mezclas de conc~eto ~~d~s~/1:: ~::cillas del reloj y en el interior las paletas giran a 42S r.p.m. tambor gira a 46 r.p.m. en e sen.' contrario a las manecillas del relo¡. . . . rimero se introdujeron en el tambor los agregados Las revolturas fuer~~ hechas de l_a _s,?u1ente m~:;:ad~ estos materiales por un tiempo de 30 s. sin parar con el agua de absorc,on, luego se m1c10 el mezc t I ceniza volante y se mezclo continuamente dula máQUina se adiciono el agua de mezclado, _el cernen ody a t I minuto Después de este tiempo se inicio . t I t ·nar este tiempo se de10 reposar uran e . , 1 rante I mmu o, a erm1 . - d., d se el aditivo superíluidificante sin parar la maQuina y a nuevamente el mezclado durante I mmuto ana ,en o final se descarga. PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO . . 1 't d ASTM e 143-00 para determinar La mesa de íluidez DIN se utilizó para medir la con~1stednc1a y e dme oASoTM C 1064-01 y el contenido de t d I oncreto fue medida e acuer o a • el revenimiento. La tempera ura e c , . , ASTM C _ Tipo B. Los resultados se muestran 231 97 aire atrapado se midió empleando el metodo de pres1on en las Tabla 7 y 8. Todos los proporcionamientos se ajustaron para dar una consistencia de íluidez DIN de SS ± 2cm. La temperatura en el cuarto de fabricación fue de 23,5 ºC a 27,S ºC y en los concretos sin aditivo SF y con aditivo SF se presentaron temperaturas entre 26,5 ºC y 30 ºCy entre 30 ºCy 34 ºC respectivamente como aparecen en las tablas 7 y 8, el aumento en la temperatura de los concretos con aditivo SF puede ser atribuible a Que al ir aumentando el consumo de CV va disminuyendo la relación NC+CV y a la vez a Que hay un aceleramiento de la reacción de hidratación al aumentar el consumo de aditivo SF. ya Que al actuar como dispersante hay más superficie de cementante (cemento + CV) disponible para reaccionar con el agua. El contenido total de aire en los concretos con aditivo SF aumento entre de 0,5% a 1% con respecto a los concretos en los Que no se utilizó el aditivo SF. lo cual indica Que el uso de este aditivo tuvo como consecuencia un peQueño aumento en el aire total del concreto sin afectar en forma adversa al desarrollo de la resistencia a la compresión como se puede observar en las tablas 7. 8, 1Oy 11 . En los tiempos de fraguado inicial Que aparecen en la tabla 9 se puede observar la iníluencia de los consumos bajos de CV (series CV30 y CV60). ya Que el tiempo de fraguado inicial aumenta con respecto al concreto de referencia (serie R). Para las series CV 90. CV 120 y CV ISO los tiempos de fraguado inicial disminuyen con respecto a la serie R. esto puede ser debido a Que al ir aumentando el consumo de CV disminuye al mismo tiempo la relación NC +CV; para los tiempos de fraguado final se presenta la misma tendencia. En el caso de los concretos con aditivo SF se observa un aumento en los tiempos de fraguado inicial y final con respecto a los concretos en los Que no se empleo aditivo SF. esto se puede deber a Que al ir aumentando el consumo de aditivo SF y de manera simultanea el consumo de CV dan como consecuencia un retardo en dichos tiempos, los cuales para fines prácticos resultan no ser significativos. UENCIA FIC • , COMENTARIOS PROCEDIMIENTO DE MEZCLADO .......... ,\IIJ\'-1',l' - e ún ASTM C 494M-99a y tipo I según ASTM e I O17-98. Se 1 condensado marca ACON SF ~po ~ s g d .d la planta carboeléctrica CFE de Río Escondido, usó ceniza volante Tipo F de carbon b1tummoso pro uc, a en Coahuila. México. Las propiedades físicas y Químicas son mostradas en la Tabla I y 2. . N(C Todas las proporciones con sus correspondientes re 1ac1ones ·, - - - - - ~ - - - - ~C ~l_::: EN _C =-l~A_F_ 1c__ N_º ~ · 1_ E _N_E_ Ro_ -_ A _s_R1_L_200 _ 1 _ _ _ _~ - - - ~ -- NO. I E"iERO - ABRIL 2007 �Los resultados de pérdida de revenimiento Que aparecen en la figura 1, observamos como al aumentar el contenido de aditivo SF aumenta la pérdida de revenimiento, no obstante el beneficio Que resulta al aumentar el consumo de ceniza volante. Para adiciones de ceniza volante arriba de 120% la pérdida es más pronunciada. La serie R presento la más alta deformación debida a la retracción por secado ( 1473 micro deformaciones) a una edad de 68 semanas, con relación a este valor, el uso de la CV origino una reducción de la retracción por secado de 1038 micro deformaciones para la serie CV ISO, el uso del aditivo SF origino una reducción de 740 miro deformaciones para la serie RSFy el uso de CV mas aditivo SF origino una reducción de 1139 micro deformaciones par la serie CV I SOSF. estos valores representan reducciones de 70, SO y 77% respectivamente a la edad de 68 semanas (ver figuras 2y 3). condiciones de este estudio a la edad de 68 serna . máxima de 70% para las serie CV ISO el us d d~t~s, eSnF este _sentido el uso de la CV arrojo una reducción 0 e a I ivo arro10 una reducció · ' · d SO% RSFy en conjunto la CV y el aditivo SF . d ., , . n max,ma e para la serie arro1aron una re uccIon maxIma de 77% para la serie CVI SOSF. AunQue el consumo de cementante total aumenta de ISO kg/ J J es mucho más bajo ya Que la ceniza volant h m ª 375 kg/m , el costo del cementante transporte de la cenlza volante a la ciudad ~s ~uc o mlas blarata Que el _cemento Pórtland, incluyendo el cemento. on errey e cua es de aproximadamente el 10%del costo del d: Referencias En la figuras 2 y 3 se observa como al ir aumentando el consumo de ceniza volante las retracciones por secado van disminuyendo, esto es posible a QUe al ir aumentando el consumo de CV al mismo tiempo se va disminuyendo la relación NC+CV. por lo Que hay menos agua. En las figuras 4 y S se observan el desarrollo de resistencia a la compresión de los concretos con las diversas adiciones de ceniza volante; específicamente en la figura S se puede apreciar Que la máxima resistencia se alcanza con una adición de ceniza volante de 120%. En las series CVI SO y CVI SOSF la resistencia a la compresión fue menor, esto es atribuible al bajo consumo de agua Que no alcanza a saturar todas las partículas del cemento para Que se produzca el efecto puzolánico. Para 120% de ceniza volante la relación NC+CV resulto ser de 0.4. El uso de grandes volúmenes de CV incrementa la durabilidad del concreto al aumentar la impermeabilidad atribuible a Que las partículas finas de CV se alojan en los espacios entre las partículas de cemento y al contribuir a reducir el sangrado en la zona de transición pasta-agregado es más resistente. Aunado a esto reduce la generación de calor de hidratación, aumenta la resistencia a la acción de los sulfatos y aparte se obtiene un producto sustentable ya Que la CV es un desecho industrial contaminante. El uso de la ceniza volante ayuda aumentar la trabajabilidad y disminuye la pérdida de revenimiento. :cl~-P~.lhotro. (1978). "CANMENT/ACI Internacional Conference on Superplosticizers in Concrete", Ottowo, Conodo, 2 3 4 5 6 7 8 9 CONCLUSIONES Para la serie R, la resistencia a la compresión a los 28 días fue de 75 kgf/cm 2 , al ir aumentando tanto la CV como el aditivo SF para la consistencia de SS ± 2cm DIN, la resistencia a la compresión se fue incrementando hasta un valor máximo de 820 kgf/cm 2 , lo cual representa un incremento de 109 3 para la serie CV l 20SF. la cual resulto ser la Que presento el mejor comportamiento, ya Que la serie CV I SOSF presento resistencias inferiores, posiblemente debido a el poco consumo de agua Que no alcanza a saturar las partículas de cemento para Que se produzca de manera adecuada la reacción de hidratación del cemento Pórtland y el consiguiente efecto puzolánico, además para esta serie los problemas en la pérdida de revenimiento fueron significativos. 10 V.M. M~lhootro. (1981 ). "CANMENT/ACI Internacional Conference on Developments in the Use of Superplosticizers in Concrete , ttowo, Conodo, ACI SP 68. V. M. M,~1hotro. (1 989). "Third CANMENT/ACI Internacional on Superplosticizers ond other Chemicol Admixtures in Concrete , 0ttowo, Conodo, ACI SP 119. V. M. Mol lhotro. (1994). "Fourth CANMENT/ACI Internacional Conference on Superplosticizers ond Chemicol Admixtures" Montreo , Conodo, ACI SP 148. , R.,R_ivero. (1979). "Cuarto Simposio Internacional sobre Tecnología del Concreto- Superfluidificontes" Monterrey N L Mex1co. FIC-UANL. , , •. Ch~pmon ond Hall. (1990) "RLEM Internacional Symposium Admixtures for Concrete-lmprovement of Porperties" Es pano. , lo&rroFINd,SF. De, Moiler, Y. (1994) "Engineering Properties of Very High Performance Concrete rrom Moterilos to Structures" E pon, London, pp 85-114. ' Hewlett, P.C. (1978) "The Concept of Superplosticizers Concrete", Proceedings ofon Internacional Symposium Vol 1 Ottowo, Conodo. pp 1-28. · · V. M: Molhotro. (1986) "Second Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silico Fume Slog o dN tu IR lons in Concrete", Madrid, España, ACI SP 91 . ' n ª ro ozzo ~- M. Malhotro. (1989) "Third Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silico Fume Slag and N t Ip 1 mConcrete", Tronheim, Norwoy, ACI SP 114. ' a uro ozzo ans 11 ~- M. Malhotro. (1992) "Fourth Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silico Fume Slag and N t IR 1 mConcrete", lstanbul, Turkey, ACI SP 132. , a uro ozzo ans 12 ~- M. Malhotro. (1995) "Third Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash Silico Fume Slag and N t Ip 1 mConcrete", Milwaukee, USA, ACI SP 153. ' , a uro ozzo ans 13 Sydney Mindes et al. (2003) "Concrete", SecondEdition, Printece Hall, pp 418-419. Entre menor sea la retracción por secado, menor es el potencial de agrietamientos en un concreto, en este sentido, los resultados de retracción por secado ilustran claramente el beneficio de utilizar la CV y el aditivo SF en el concreto, ya sea solos o combinados. Con relación a los resultados obtenidos para la serie R, para las CIENCIA FIC NO.l ENERO- ABRIL 2007 -----~~~~ CIENCIA FIC NO.I ENERO-ABRIL 2007 • ~~-~~-~ ' �\ill\'\.: #:• • 1 -:, ' 11:,J .. Tablo l. Propiedades Físicos del Cemento Pórtlond Yde loCenizo Volante Cemento Pórtlond CPO 40 (Tipo I ASTM) PropiedadesFísicos finura: · %que paso 45 µm Bloine, m2/kg Gro~od específico Tablo 3. Granulometría empleadoporo concretos sin aditivo superfluidificonte 56 - 60 2.35- 2.40 399 3.1 Tiempo de Fraguado: Pruebo Guillmore: fraguado inicial, min fraguado final, min Pruebode Vicot, min Cenizo Volante• Clase FASTM Granulometría de finos Molla # 95 184 88 Resistencia olo compresión En cubos de 50 mm, MPo 3días 7días 28 días Granulometría degruesos %que poso Mallo # 3/8" 100 2" 4 100 97.5 l ½" 8 97.5 90 16 1" 67.1 67.5 ¾" 100 52.5 42.5 95 ½" 30.3 20 55.7 3/8" 20 6 37.5 4 2.5 5 r 2.5 1· l ½" ¾" 26.5 32.1 40.5 30 50 Índice de Actividad de Resistencia con Cemento Pórttond, % 10 7días 73 - 76 28 días 74 - 77 %que poso poro Poro todos los series Series R, CV30 yCV60 Series CV90, CVl 20 YCV150 8 Módulo definura = 2.77 Tamaño móximo T. Máx. Nominal Tablo 2. Análisis Químico del CementoPórtlondyde loCenizoVolante Análisis Químico, % Cemento Pórtlond CPO 40 (Tipo I ASTM) Cenizo Volante• Clase FASTM Dióxido de silicio(Si02 19.6 59.6- 62.2 Oxido de aluminio(Al20J 4.9 25.7 - 29.9 Oxido férrico (Fe¡03 4.2- 2.5 2.2 Tablo 4. Granulometría empleado poro concretos con aditivo superfluidificonte Granulometría de finos Granulometría de gruesos Molla # %que poso Poro todos los series %que poso poro Molla # Series RSF CV30SF yCV60SF Oxido de calcio (CoO) 64.6 1.2 - 2.5 Oxido de magnesio (MgO) 1.6 0.4- 0.9 3/8" 100 Trióxido de ozurre (SOJ 3.3 0.3- 1.5 4 97.5 1½" Oxido de Sodio (No¡D) 0.26 0.6- 1.4 8 100 90 1" Oxido de Potasio (~O) 0.79 0.5- 1.1 16 97.5 67.5 ¾" 100 Oxido de titanio(1102) 0.21 0.9- 1.0 30 71.1 42.5 95 ½" Oxido de fósforo (P20J 0.1 0.1 - 0.4 50 42.5 20 55.7 3/8" Oxido de manganeso (Mnp5 0.04 10 28 6 37.5 4 Col libre 2.81 5 5 8 Pérdida por Ignición 2.8 2.5 Tamaño máximo 1½" 2.5 1· T.Máx. Nominal 1· ¾" 1.5 - 1.6 Módulo de finura = 2.77 Principales Compuestos Potencialesdel Cemento ~s 68.6 f.¡S 4.4 c.¡. 9.3 C4Af 6.7 ■ CI ENCIA FIC .. - - - - - - - - - - NO.1 ENERO - ABRIL 2007 ------------¡ C IENCIA FIC NO.1 ENERO - ABRI L 2007 Series CV90SF, CVl 20SF yCVl 50SF �Tablo 5. Resumen de proporciones de los concretos sin aditivo superfluidificonte Series Cemento Kg/m3 R 150 Cenizo Volonte Tablo 8. Propiedades del concreto fresco poro todos los series de concreto con aditivo superfluidificonte Kg/m Cementonte• Kg/m3 Aguo Total lfml A. Grueso Kg/m3 A. Fino Kg/m3 Rel. A/C** Rel. A/C+cv••• Serie % o o 150 220 878 1061 1,34 1,34 RSf 1,03 CV30SF 3 Revenimiento (cm) DIN (cm) Aire {%) 23,0 Temperoturo Concreto (º() 57 Temperatura cuarto de mezclas (º() 1,6 20,0 30 53 23,S 2,0 CV30 150 45 30 195 220 882 1015 1,34 CV60 150 90 60 240 220 885 968 1,34 0,84 CV60SF 22,5 31 56 23,S CV90 150 135 90 285 220 947 914 1,34 0,71 CV90SF 1,9 20,0 31 54 23,0 CV120 150 180 120 330 219 944 859 1,34 0,61 CV120SF 2,2 22,0 33 57 24,0 CV150 150 225 150 375 216 943 810 1,34 0,54 CVl 50SF 2,0 17,0 33 55 23,5 1,9 34 24,0 • Cementonte = Cemento Pórtlond (PO 40 + Cenizo Volante •• A/C; Relación Aguo/Cemento Pórtlond ••• A/( +CV; Relación Aguo/Cementonte Tablo 9. Tiempos de fraguado inicial yfinal poro todos los series de concreto Serie Tablo 6. Resumen de proporciones de los concretos con aditivo superfluidificonte Series ,. .... Cemento K(y'm3 Cenizo Volante Cementonte• K(y'm3 % K(v'm3 Aguo Totol Vm3 Aditivo Contenido de Sólidos K(v'm3 % A. Grueso K(v'm3 A. Fino K(y'm3 Rel. f,/C.. Rel. f,/C +cv•u Rel. A/C Rel.A/C+CV R Tiempo de fraguado inicial (minutos) 1,34 Tiempo de Fraguado final (minutos) 1,34 RSF 283 0,87 418 0,87 142 1,34 228 1,03 CV30SF 320 0,87 514 0,67 177 273 CV30 RSF 150 o o 150 147,6 1,88 1,25 962 1158 0,87 0,87 CV60 1,34 0,84 CV30SF 150 45 30 195 145,8 2,4 1,23 956 1098 0,87 0,67 CV60SF 328 0,87 493 0,54 CV60SF 150 90 60 240 143,5 3,04 1,27 966 1052 0,87 0,54 CV90 230 1,34 324 0,71 CV90SF 150 135 90 285 142,4 3,52 1,24 974 991 0,87 0,46 CV90SF 268 0,87 400 0,46 CV120SF 150 180 120 330 137,7 5,28 1,60 987 944 0,87 0,40 CV120 263 1,34 353 0,61 (V150SF 150 225 150 375 118,4 12,48 3,33 1041 890 0,87 0,35 CV120SF 253 0,87 372 0,40 CVlSO 330 1,34 458 0,54 CVISOSF 189 0,87 287 0,35 320 490 • Cementonte = Cemento Pórtlond CPO 40 + Cenizo Volante •• A/C; Relación Aguo/Cemento Pórtlond ... A/(+ CV; Relación Aguo/Cementonte Tablo 7. Propiedades del concreto fresco poro todos los series de concreto sin aditivo superfluidificonte Serie CV30 CV60 CV90 CV120 CVlSO Tablo 10. Desarrollo deresistencias olo compresión de los series de concreto sin aditivo superfluidificonte Revenimiento (cm) (cm) Aire {%) Temperatura Concreto (º() Temperatura cuarto de mezclas (º() Serie 19,5 55 1,2 29,0 27,5 R 20,0 21,0 17,0 18,0 15,0 DIN 0,8 57 0,9 52 1,0 53 1,4 52 so CIENClA FlC 1,4 NO.! ENERO - ABRI L 2007 26,S 26,S 27,S 28,0 30,0 22,0 22,S 24,0 24,0 25,0 CV30 CV60 CV90 CV120 CVlSO Resistencia olo Compresión en MPo 3 días 7días 14 días 28 días 56 días 4,1 4,9 180 días 6,6 360 días 7,3 8,8 4,4 5,5 11,2 7,5 13,6 9,7 11,S 4,5 5,9 18,9 7,8 21, 1 10,4 13,3 5,8 6,8 20,3 9,7 24,2 12,0 17,8 6,6 8,3 23,6 11,4 25,2 18,0 20,S 6,0 7,6 27,7 12,4 30,1 14,9 20,2 25,7 28,S CIENCIA FIC NO.! ENERO-ABRIL 2007 - ----~-~------~~--~ • .. �Tablo 11. Desarrollo deresistencias olo compresión de los series de concreto con aditivo superfluidificonte Resistencia o lo Compresión en MPo 7días 14 días 28 días 56días 180 días 360 días 3días 17,4 18,7 21,4 24,4 31,3 15,3 29,9 RSF 15,8 15,9 20,4 27,2 31,8 40,3 46,1 CV30Sf 33,0 42,2 46,6 50,0 Serie CV60Sf 15,4 17,4 23,4 15,1 20,9 29,4 39,9 48,4 66,1 72,3 CV90Sf 17,0 23,7 36,4 48,5 62,1 74,7 80,4 CV120Sf 20,7 29,8 43,4 53,2 70,3 15,0 63,3 CVl 50Sf -0.02 -0.05 e: -o -0.08 ·¡:¡ u ..e ~ ,, -0.11 Q) ~ o -+- SerieR ---serie CV30 -0.14 25 - . - serie CV60 ~ SerieCV90 --.- serie cv 120 -0.17 -+- Serie CV 150 20 - + - - serie RSF - >< ___._ serie CV60SF - . ll:- . serie CV120SF -0.2 - ...... -serie CV30SF fig. 2 Desarrollode losretracciones porsecado poro los distintos series de concreto sin aditivo superfluidificonte serie CV90SF -+-serie CV150SF Edad en semanas eu 15 56 ie: 63 -0.01 Q) e"i: -0.02 Q) > ~ 10 -0.03 ~ -0.04 ' 5 \ ·¡:¡ '' u cií~ "" • ... ,, ~ o¡_________ _ , , - - - ~ - - - r - - - T - - , - - - - , - - - - , o 10 20 30 40 50 -0.05 Q) 60 70 80 -0.06 -0.07 -+- Serie RSF - - - Serie CV30SF - - . - Serie CV60SF ~ 90 -0.08 Tiempo, min. Serie CV90SF - . - serie CV120SF -+-Serie CV150SF -0.09 fig. 1 Pérdida de revenimiento poro los distintos series de concreto con aditivo superfluidificonte -0.1 fig. 3Desarrollo de los retracciones por secadoporo los distintos series de concreto con aditivo superluidificante CIENCIA FIC NO.! ENERO- ABRIL 2007 CIENCIA FIC NO. 1 ENERO - ABRIL 2007 70 �\', ,,>\lAIDllNAll, 1 \1 , INlJ. IUAN ,\'-"''" 70 .. r 60 Q. :l .,e: e: 50 -o T--r-..,. - ~___.. - ,-- . -SerleR 1- - - sene CV30 MAURO MALDONADO CHAN . -+-Serie CV60 -M--Serie CV90 - - - - Serie CV120 '¡ ' , ' 1 11 ' ' \ t , \' ' \ ' ' ' 1 '. t: HACIA UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE AFORO VEHICULAR BASADO EN SECUE NCIAS DE VIDEO Y REDES NEU RONALES ARTIFICIALES T 80 [' DR. RAFAEL GALLEGOS LÓPEZ2• M.C. FEDERICO LÓPEZ VÁZQYEZ2 DR. MAURICIO CABRERA RiOS 1 ING. )UAN ANTONIO SANDOVAL CORTINA2, --- Serie CV150 e Q. .. E 8 40 ..• + ,. RESUMEN • .! °g Eneste trabajo se presento un sistema automático de conteo ydosificaciónvehiculor. El sistema hoce uso de infraestructura ytecnología existente en el área metropolitano de Monterrey. Tecnicas de procesamiento de imágenes, aplicados osecuencias de video obtenidos otravés de unocámara de video, fueron utilizados poro lo detección yel conteo vehiculor. El problema de dosificación vehiculor fue resuelto utilizando modelosde Redes NeuronalesArtificiales (RNAs). 30 !'¡ ., a: 20 10 oo 25 50 75 lo metodología propuesto fue probado en dos secuencias de video de cinco ynoventa minutos obteniendo resultados prometedores ysentando una bueno base en lo aplicación del sistema propuesto. lo información que se puede generar con este sistema tiene muchos aplicaciones en el área del transporte incluyendo lo programación del mantenimiento asfáltico, estimación de emisión de gases, estudio ydiseño de lo infraestructura vial, mejoramiento del flujo vehiculor, entre otras. 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 Edad en Días Fig. 4Desarrollo de los resistencias olo compresión poro los distintos series sin aditivo Superfluidificonte ABSTRACT í 90 In this work on outomotic system of vehicle counting ond clossification bosed on existing infrostructure ond technology ovoiloble in the metropoliton oreo of Monterrey. lmage processing techniques applied to video sequences obtoined through a camcorder were used far the vehicle detection ond counting. The vehicle clossification problem wos solved throughmodels of Artificial Neural Networks (ANN). 80 10 _.. r .. The proposed methodologywas tested using two video sequences of five ond ninety minutes with promising results ond seating o good base in the application of the proposed system. The information gotheredthrough this process has mony applications in the transportation orea including the progromming of the asphalt mointenonce, estimation of gas dischorge, study ond design of the road infrostructure, improvement of thevehicle flow, omong others. ,. ie: 60 ., e: ~ e 50 Q. E o u .! .. .. 40 INTRODUCCIÓN ü e: ~ • -¡¡ 30 ~ ♦ 20 - -..- -l-- + ■ Serie CV30SF ,. Serie CV60SF -+ El tráfico vehicular en zonas urbanas presenta retos muy diversos en la toma de decisiones dentro de áreas Q.Ue incluyen desde el control instantáneo hasta la construcción de grandes obras de infraestructura. La caracterización vehicular, definida como el conteo, la clasificación y la identificación de la dirección de los vehículos, puede aportar información muy útil para mejorar la toma de decisiones inherente. Serie RSF --M- Serie -+ - CV90SF :r Serie CV120SF 10 e Serle CV1SOSF 'Posgrado en Ingeniería de Sistemas (PISIS), Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León. Monterrey. Nuevo León, ºL-----~-,..-~~:::--::-2:50~27~5~~:-3;25;--:350~375 75 100 125 150 175 200 225 O 25 50 664S0, México. Edad en Olas 2 Departamento Ingeniería de Tránsito, Instituto de Ingeniería Civil. Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de Nuevo león, Monterrey. Nuevo León. 664S0, México. F.19. 5Desarrollo de los resistenciasolo compresión poro los distintos series con aditivo Superfluidificonte CIENCIA FIC NO.I ENERO - ABRIL 2007 ■ ,.- ~~ - - - - -- ~- - - - ~ - - - - ~- - - - - - - ~ - - - ~ - - ~ - -~--~-~----~---~-;"!': N 1 - ~ ~ - ~ - ~ ~ - - -~C~l~EN :C~l:A~f~IC: _ ~ º~· ENERO. ABRIL 2007 �Actualmente esta caracterización vehicular se hace por medio de censos visuales de aproxi~a~amente una hora en varias intersecciones del área metr~poli:n~ de tont~r~~{iu:~n ed:~~:g~¡' ;::~J~~c:~~~e:~~:~ afectado por el error humano QUe a su vez proviene e uen es QU 'J hasta impedimentos de tipo físico. . Los estudios de clasificación y conteo vehicular constituyen un eleme~to importante ecn los proce~~s !e , . ., r ., modernización de la mfraestructura. orno se sa , planeacion y diseno de la construcc1on, am~ i~c1on y . ., . debe estar basada en estudios tos procesos son de un gran impacto econom1co y la mvers1on Que reQU1eren sólidos con información confiable. METODOLOGÍA rac~í:t:!:st;~i~!;;~:~1~;;,::e~:i~i~~ii~ :;hi~:/;::¡r,!~~~~:~:~\~~l:r;~: ~e~~:~~\~~s~: ~s mismas. La detección y el conteo vehicular se realiza a través de visión c~mputari~da; ers;od;:~c~fyro~~~:i~:s . d , d video montada en una mtersecc1on pa to de imágenes de _salida e un~ camara e ción vehicular nos ermite extraer parámetros QUe describen vehículos ~e. tran;1~n porh~1ªc;:1~:ª·0Lea e~~~e~anera, son estas ctacterísticas vehiculares las Que sirven de las caractenst1cas ,1s1cas ve · ., . d , , uesta se muestra es , de video entrada a una RNA para obtener así la clasificac1on veh1cular. La meto o1og1a aQ!l~d1 pdrop fi I imágenes de sa I a e una camara Quemáticamente en la Fig~~a 1. De acuerd~ con esta ig~~ªrue:: de línea en una computadora personal. Los montada en una intersecc1on se almacenaran y p~ocesara d neuronal artificial la cual es inicialmente , tarán para su uso convernente por una re • parametdros se retpr_esemnente utilizada para realizar la clasificación vehicular. Los detalles de este desarrollo se entrena ay pos enor pueden consultar en 11 J. . ... Captura de Imágenes Conteo Vehicular Extracción de características trado Que éstas son especialmente robustas en la tarea de clasificación de información con ruido. Para propósitos de este proyecto se decidió trabajar con un esQuema de clasificación de tres categorías: vehículo peQueño, vehículo mediano y vehículo grande. La clase vehicular definida como peQueña está compuesta exclusivamente de todos los automóviles identificados por sus fabricantes como de tipo ligero. Los vehículos medianos comprenden todas las vans, SUVs, camionetas y pickups, entre otras. Por último, los autobuses de transporte y todos los trailers y semitrailers constituyen la clase vehicular grande. El esQuema de clasificación propuesto obedece a la conocida relación entre el desgaste del pavimento y las dimensiones y el peso vehicular. Se sabe Que la mayor parte de los métodos de diseño de pavimentos reQuiere de un conocimiento previo de la clasificación vehicular 12] para determinar el peso bruto vehicular según el tipo de camino y con ello, calcular el daño producido por los vehículos. Estudios técnicos del Instituto Mexi cano del Transporte reportan Que existe una relación directa entre el deterioro del pavimento y características vehiculares como el tipo de vehículo, la velocidad de circulación, el nivel de carga y características de rigidez y amortiguamiento de la suspensión 13]. RESULTADOS La metodología aQuí propuesta fue probada en dos secuencias de video con una duración de cinco y noventa minutos respectivamente. Éstas fueron digitalizadas sin sonido a una resolución de 352 x 240 pixeles en formato AVI a una tasa de 30 cuadros/segundo. Se utilizó una cámara de video marca Elbex modelo EX/ C 100/6 para grabar el flujo de tránsito de la intersección Gómez Morín - Vasconcelos del municipio de San Pedro Garza García del área metropolitana de Monterrey. La tasa de frecuencia de procesamiento de imagen fue de Quince cuadros. En ambos casos se realizó el conteo y la clasificación visual para propósitos de comparación contra el sistema automático presentado en esta tesis. Los videos de cinco y noventa minutos fueron tomados respectivamente como ejemplos de: 1) un proble ma de laboratorioy 2) de un problema real al Que sería enfrentado el clasificador. Al analizar una secuencia de video manejable se obtuvo una mayor visión del comportamiento del clasificador basado en RNAs. Por otra parte, un problema real es presentado con la secuencia de video de noventa minutos. Ya QUe los esQuemas de clasificación usados por diferentes investigadores difieren del presentado en esta trabajo, es difícil comparar los algoritmos de clasificación basándose solamente en las tasas de clasificación pues, en un sentido, diferentes tecnologías producen esQuemas de clasificación Que son más apropiados para un tipo particular de señal detectada. 1.51 . 3.52. 0.4285 0.80, 2.45, 0.3265 1.43. 2.89, 0.4948 Representación matricial de las caracteristicas vehiculares SECUENCIA DE VIDEO DE CINCO MINUTOS figuro l. Proceso poro lo dosificación vehiculor automatizado. ., . reliminar en la tarea de clasificación. Por otra parte, dado La detecc1on veh1cula~ es solament~ u~ pas~p I s dentro de una misma categoría, es difícil categorizar ·al gran número de tamanos y formas e os ve icu o , h ma's d·1rr1cil cuando se contemplan múltiples 1 , t · les Esta tarea es aun mue o d vehículos usan o para~e ros s1m~. , . RNAs b deció dentro de varias razones, a Que se ha demos categorías de clasificacion. La dec1s1on de usar o e , ~----=~-~--~~~! CIENCIA FIC N0.1 ENERO -ABRIL 2007 Un total de 8995 cuadros componen esta secuencia de video capturada el jueves 27 de Abril de 2006 a las 15:00 p.m. con un flujo de tránsito moderado. El tiempo de ejecución para el proceso de detección y conteo vehicular fue de 1008 segundos. La clasificación vehicular tardó solamente 28 segundos. Esto es aproximadamente 17 minutos para ambos procesos. CIENCIA FIC N0.1 ENERO - ABRIL 2007 ■ ---------~------------~-----------~- �\ . CONTEO VEHlCULAR EN SECUENCIA DE VIDEO DE CINCO MINUTOS del mismo proceso. Tablo 1. Conteo ydosificación vehiculor visual vs. automático en secuencio de video de cinco minutos Conteo Visual Conteo Automático %Conteo Vehículo Pequeño 197 211 107.10% Vehículo Mediano 41 39 95.12% Vehículo Grande 3 o 0% 241 250 103.73% AunQue la tasa de clasificación es aceptable se encontraron problemas en. el, proces?. ~e detección y con tea vehicular. Debido al tamaño manipulable de la secuencia de video se realizo un analts1s de los problemas encontrados. Dos problemas principales se identificaron en el proceso de detección y conteo vehicular: un automóvil se detecta más de una vez o de lo contrario no es detectado. Como se presenta en la tabla 2, de los 250 automóviles detectados, 32 vehículos fueron detectados en dos ocasiones y otros 23 no fueron de teclados. Al realizar las operaciones aritméticas pertinentes (restar los automóviles repetidos y sumar los Que no fueron detectados) se valida el valor obtenido en la detección visual, 241. Tablo 2. Volidocián del conteo vehiculor visual en secuencio de video de cinco minutos. Estado Cantidad Detectadas 250 Doblemente Detectados 32 No Detectados 23 Total Final 241 i.j 'Í 1 ...., ·~ El error de detección vehicular doble se debió principalmente al proceso de comparación entre cuadros utilizado en la detección vehicular. Los resultados muestran QUe la comparación entre cuadros está altamente influenciada por la velocidad de los vehículos. Vehículos QUe presentan una velocidad muy lenta tienen una probabilidad alta de ser detectados doblemente. En el problema de no-detección vehicular varias razones fueron reportadas como_ se muestra e~ la tabla 3: pixeles compartidos, por estar unido al borde, por número de pixeles y por estar unido a otro veh1culo. En los catorce casos de error de no-detección vehicular debido a pixeles compartidos se debió a vehí~ulos justo detrás de otro vehículo detectado anteriormente.. ~n este caso, el sistema considera QUe es el mismo vehículo y lo discrimina debido al proceso de comparac1on entre cuadros. El proceso de eliminación de objetos unidos a los bordes se lleva a cabo para evitar segmentar v~hículos parcialmente ocultos. Sin embargo, ya QUe los extremos de la carretera están unidos a los bordes de la imagen, ■ CIENCIA FIC NO.1 ENERO- ABRIL 2007 • , ' si un vehícu!? se ~electa unido al extremo de la carretera, el sistema lo discriminará como un solo objeto, como suced10 en siete ocasiones en este video. Para propósitos de comparación todos los vehículos fu eron contados y clas_ificados visualmente e~ la ~~ cuenda de video. La tabla I muestra una comparación del proceso de conteo visual contra la automat1zac1on Total nt 1:-,; \I ',' , ' ' ' IV,. ll,,\, \\.1, ,, , , , ' \\ \1 El sistema pres~ntado elimina de manera predeterminada todos los objetos detectados cuya área total sea _menor a 3_00.p1~ele~: Este ~lar fue fijado empíricamente presentando buenos resultados. La razón para rea,ltzar es~ d1s,cnm_mac1on, es evitar el conteo de personas, bicicletas u otros objetos Que pudieran atravesar el area de mteres. S1 el veh1culo es detectado en un punto extremo de la imagen por efectos de la perspectiva es pr~~able Que el ~~mero total de pixeles en su área sea menor a 300. Sin embargo este error solamente suced10 en una ocas1on para este video. ~I último ~ipo de er~o_r identificado fue la combinación de dos vehículos extremadamente juntos. Si dos veh1culos estan muy prox1mos el uno con el otro, el sistema los considerará como un solo objeto. Este error se presentó en una sola ocasión en esta prueba. Una posible solución para los errores presentados en el proceso de detección y proceso vehicular es la integración de un sistema de rastreo vehicular desarrollado a través del bloQue para procesamiento de imágenes y video del lenguaje Matlab. Este desarrollo Queda entonces como un problema a resolver en el futuro. C LASIFICACIÓN VEHICULAR EN SECUENCIA DE VIDEO DE CINCO MINUTOS Como es fácil darse cuenta, el proceso de clasificación vehicular se ve altamente influenciado por los resultados arrojados durantes el proceso de detección y conteo. En la figura 2 se presenta la matriz de clasificación arrojada por la RNA. En esa matriz, 9 de 2 11 vehículos peQueños fueron clasificados como medianos, mientras 23 de 39 vehículos medianos fueron clasificados como peQueños. Es importante hacer notar Que el error de clasificación sólo se presentó entre clases adyacentes. Total de elementos de prueba: 250 cm • 202 23 9 16 O O o o o cm_p E 80.8000 9.2000 3 . 6000 6.4000 o o o o o PorcentaJe de Cl~ificacion Correcta: 87.200000\ PorcentaJe de Clasif1cacion Incorrecta: 12.800000% Figuro 2. Motriz de dosificación vehiculor poro secuencio de video de cinco minutos. CIENCIA FIC NO.! ENERO- ABRIL 2007 . ~ ~ - ~ ~ - ~ - ~ ~ - - " ¡---- - - ~ - ~ ~ - - - - - - - - - - - - - t~ �\l\t ldl ,\ \ \ l llll!\:Al11'l !I'', ¡, 1N(,. 1ll ·\N , \ '\ 1\ l \ 1\ ' ' Los errores de clasificación se debieron principalmente a errores en el proceso de detección vehicular. También en la figura 6.2, se presenta Que el 87.20% de los vehículos fueron clasificados correctamente. Al dividir por clases, 95.73%de los vehículos peQueños fueron clasificados correctamente, mientras Que para el caso de los medianos la tasa es de 41 .02%. Es importante mencionar Que en este estudio el conjunto de entrenamiento para la RNA comprende un 80% de los datos, mientras Que los conjuntos de de validación y de prueba son del 10% cada uno. Esta división de conjuntos fue tomada como prueba. Por último, conocer el error conjunto de conteoy de clasificación es deseable y se deja como parte del trabajo a desarrollarse a futuro. "> 1 ' , \ , ·, i ~ i ' 1 ' i i Esta secuencia de video está compuesta de 165,098 cuadros y fue capturada el jueves 7 de Septiembre de 2006 a las 16:47 p.m. con un flujo de tránsito moderado. La secuencia de video fue dividida en tres subsecuencias de treinta minutos cada una, debido a la complejidad de procesar tal número de cuadros en una sola operación. De tal manera, la primera media hora de video contiene 55,651 cuadros y reportó un tiempo de ejecución para el proceso de detección y conteo vehicular de 3,011 segundos. A su vez, la segunda media hora de video comprende 53,61 1 cuadros con un tiempo de ejecución de 3,470 segundos para el mismo proceso. La tercera media hora de video está compuesta de 55,836 cuadros y reportó un tiempo de 4,272 segundos para llevar a cabo el mismo proceso. Así, el tiempo de procesamiento final para la detección y el conteo vehicular reportado para la secuencia de video de noventa minutos es de 10,753 segundos. ' Al igual Que en la secuencia de video de cinco minu d . . proceso de detección y conteo vehicular: un automóvil tos,d os probl,emas pnnc,pales se identificar?n en el detectado. La tabla 5 muestra Que de los 4 , ~e etecta mas de una vez o de lo contrario no es más de una ocasión y otros 521 no ~uero ,8d6t8 atutdomoov,les detectados, 405 vehículos fueron detectados en . n e ec a os. tro problema QJue s t, . video fue la detección de otros tipos de h' . e presen o en esta secuencia de 1 de vehículos no fueron considerados en e~:~~~?s como motocicletas y bicicletas. Como se sabe, estos tipos y en el desgaste al pavimento. Un total de 3~ 'º ?-~e no rir~sentan un gran impacto en el flujo vehicular horay media de duración. mo oc,c etasy ,c,cletas fueron detectadas en la secuencia de Por último, si restamos el número de a t , •¡ .d cletas detectadasy sumamos los vehículos uu:mov, es repet, os, restamo; el número de motocicletas y bicipor el sistema (esto es, 4,868 vehículos) b~ no fueron detecta~os al numer~ total de vehículos detectados 4,949. o enemos entonces el numero de veh,culos detectados visualmente, Tabla 5. Validación del conteo vehicular visual en secuencia de video de noventa minutos Estado Cantidad Detectados 4,868 Doblemente Detectados 405 Motocicletas yBicicletas 35 No detectados 521 Total Final 4,949 CONTEO VEHICULAR EN SECUENCIA DE VIDEO DE NOVENTA MINUTOS De la misma manera Que en la secuencia de video de cinco minutos, todos los vehículos fueron contados y clasificados visualmente. Un total de 1625 vehículos fueron detectados y contados en el primer segmento de media hora. Para el segundo y tercer segmento, el proceso arroja un conteo de 1572 y 1671 vehículos respectivamente. La tabla 4 muestra una comparación del proceso de conteo visual contra la automatización del mismo proceso para la secuencia de video completa. Tabla 4. Conteo yclasificaciónvehicular visual vs. Automáticoen secuenciadevideode noventa minutos. ~~:i~:::~ 1 1 veh~~I:~ ,:~e:~: ~n:~p::~~~~ : 1 : 0 ;,~=c~~~e~n~:e ~:~~,:n~~:eel error de detección lucionar este tipo d . · z una manera de so. e error sea incorporando rastreo vehicular en el área de interés de la imagen. Sin emb como se ha mencionado, esta propuesta se deja como trabajo a realizar en el futuro. argo, ;:b";; t I En la sección 3. 1. 1 ~: ex~licaron las razones por las Que se obtuvieron casos de no detección vehicular De a manera, en esta secc,on solo se presenta la tabla 6 con los valores ara c d . • .· por estar unido al borde, por número de pixeles y por estar unido a itro v:hí~u~:.º· por p,xeles compartidos, Conteo Visuol Conteo Automático o/o Conteo Vehículo Pequeño 3,076 3,146 102.27% Vehículo Mediano 1,811 1,700 93.87% Vehículo Grande 62 22 35.48% Cantidad 4,949 4,868 98.36% Tipo de Error Total 325 Por píxeles compartidos 156 Por estor unido al borde 17 Por número de píxeles 23 Por estor unido o otro vehículo Como se puede ver en la tabla 4, 98.3 6% de los vehículos fueron detectados por el detector vehicular automático. La menor tasa de detección corresponde a la clase vehicular grande y esto es debido a la dificultad de contener totalmente en el área de interés los vehículos en cuestión. No. l _ E _N_E_Ro_ - A _ s_R_,L_2_00_7- - - - - - - - - - ~- 1 Tabla 6. Errores de no-detección vehicular en secuenciodevideodenoventa minutos. CIENCIA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 ~! . ,,,. Una solución Que surge a prim •t . , sin embargo, esto repercute en la ;:~e~~it/ ara esta s,tuacion serí~ aumentar el tamaño del área de interés, un área más grande. de las otras clases veh,culares ya Que es necesario rastrearlas en Finalmente, la clasificación vehicular se llevó a cabo en 88 segundos. Al final. el procesamiento total de esta secuencia de video fue de tres horas aproximadamente para ambos procesos. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _c_1E_N_c_1_A _F1_c # l t SECUENCIA DE VIDEO DE NOVENTA MINUTOS • , • • �\ ', 1 CLASIFICACIÓN VEHICULAR EN SECUENCIA DE VIDEO DE NOVENTA MINUTOS No existe una regla definida para la obtención de varios de los parámet~o~ de las ~As. pu~s mucho~ de ellos dependen en gran medida de la aplicación. Con esto en mente, se rea~1zo un es~ud10 a traves de u~ diseño de experimentos para dos parámetros del clasificador vehicular: el tamano del con1unto ~e entrenamiento y el número de neuronas en la capa oculta. El número de neuronas puede afectar de manera importante el_ desempeño de aproximación de la red si no se define apropiada,ment~ y el tamaño, del conjunto d~ entrenamiento en nuestra aplicación tendrá una influencia directa sobre cuanto tiempo debera, pasar el usuario ,e~trenando el clasificador vehicular. El tamaño del conjunto de entrenamiento se refiere al numero de automoVJles detectados en un lapso de tiempo de la secuencia de video. Para el desarrollo d~I experi~ento,. se consideraron tres diferentes lapsos de tiempo para el conjunto de entrenamiento: diez, veinte y treinta minutos. A su vez, los niveles considerados para el número de neuronas en la capa oculta fueron: 8. 12 y 16. De esta manera se trabajó con un factorial completo V; esto es, de dos variables a tres niveles y se realizaron cinco réplicas del mismo. l,1 11,, 1 , 1,1.,ll•"'''''' , , l \ \ \) l'llr\ \1 'l I l , ' , , CONCLUSIONES En este trabajo se presentó una metodología para detectar, contar y clasificar automóviles. La metodolo gía _utiliza una ~ombinación de detección y conteo vehicular a través de visión computarizada y clasificación veh1cular a partir ~e RNAs. Los resultados preliminares del sistema basado en la metodología propuesta de muestran su capacidad y potencial de aplicación. Un punto importante a destacar es QUe el propósito de este proyecto fue trabajar con tecnología existente y accesible en Monterrey. El proyecto en una primera fase se orientó hacia el problema de conteo y clasificación. El sistema presen ta?o es escalable, susceptible de ser mejorado con nuevas y mejores técnicas de procesamiento de imágenes, as, como capaz de introducir la capacidad de identificar la distribución direccional. El desarrollo de esta nueva fase del trabajo representa un área de oportunidad dentro del trabajo a futuro. Los resultados obtenidos por el sistema implican Que es posible esperar un desempeño competitivo de las RNAs como clasificadores no lineales en el problema de clasificación vehicular presentado. Por otra parte, los resultados obtenidos por la metodología presentada demuestran la viabilidad de alcanzar niveles aceptables de clasificación aún cuando la RNA es entrenada con una cantidad limitada de patrones. 76.4 'le deClaslf. ~ún ~~ando los result~dos presentados en este trabajo son considerablemente buenos, una mejor tasa de clas1ficac1on es deseable. Esta se puede obtener a través de un mejor proceso de detección y conteo vehicular por medio de rastreo vehicular. Un proceso de rastreo vehicular arrojaría mejor estimaciones de los paráme tros al hacer un cálculo de éstos en varios cuadros y no solamente en uno. Esto se contempla como trabajo a futuro. 76.2 76.0 30 Tiempo (mlns) Newonas (no. de newonas) AGRADECIMIENTOS Al Consejo Nacional de Cienciay Tecnología, a la Universidad Autónoma de Nuevo León, a la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, así corno al Departamento de Tránsito del Instituto de Ingeniería Civil por su apoyo en el desarrollo de este trabajo. Referencias figura 3. Superficie de respuesta de los resultados obtenidos con diseño factorial. Gráficamente los resultados obtenidos se muestran en la figura 3. Como se puede observar, el porcentaje promedio de clasificación correcta en el experimento realizado estuvo en el rang~ de 75.9% a 7~.4%. Además, se observa QUe el tiempo es un factor Que influye en la medida de desempeno. caso co_ntrano a lo ?-ue sucede con el número de neuronas en la capa oculta. Se identifica también Que al utilizar un tiempo de veinte a treinta minutos para el conjunto de entrenamiento, se obtienen mejores resultados Que utilizando un tiempo entre diez y veinte minutos. ■ .. - - ~ ~ - ~ - - - - - ~ CIENCIAFIC NO.! ENER.O - ABRIL2007 2 3 Maldonodo (han Mauro, "Sistema Automático de Conteo yüasificoción de Flujo Vehiculor basado en Proceso miento de Secuencias de Video y Redes Neuronales Artificiales", Tesis de Maestría, 2006. Gordner MorkP, "HighwoyTroffic Monitoring", Tronsportation in the New Millennium, 2000. Lozano Guzmán Alejandro, Romero Novorrete José Antonio, Hernández Jiménez José Ricardo, Corrión Viro montes FranciscoJavier 8. Vázquez Vega David, "Aspectos de lo Dinámico de los Vehículos Pesados ysu Relación con el DañooPavimentos", Instituto Mexicano del Transporte, publicación técnico no. 119, 1999. CJ ENCJA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 ♦ -i· �1 1 1 1 1 1 ( 1 ll 11 1 '1 : 1:' i\:1,, \ 1 '. 1 1 ~" 1 1 ' 1 1 ¡ 1 ll 1 '-, \ 11 ' 1 1 1 , l )',, \¡1'- l _'\ ~ ' MÉTODO PARA DISEÑAR EL PÓRTICO DE ENTRADA DE PUENTES PEATONALES METÁLICOS UTILIZANDO FRECUENCIAS NATURALES DR. GUILLERMO Y ILLARREAL GARZA1. DR. 1 PER 3• x ~0.156" (Verde) 1 PER 2" x 2" x 0J25" (Verde) TÍPICO C:0.0::..-W.OCI..OICAA TOOOLOlM:lOte. PlEHTt RICARDO GONZÁLEZ ALCORTA1 RESUMEN Vista Superior En puentes peatonales construidos con base en armaduras de acero existe una variedad de geometrías de los armaduras que forman lo estructura principal, así también en el pórtico de entrado al piso de los puentes se hoce más notorio la variación en su rigidez, al existir pórticos con poco rigidez hasta pórticos demasiado rígidos .Lo rigidez del marco del pórtico juego un papel importante en el comportamiento dinámico, yo que influye en la frecuencia natural. Este trabajo presenta un procedimiento en función de lo frecuencia natural de vibración poro determinar la magnitud de rigidez lateral que debe tener dicho pórtico. 1 ~ 3" X 3" X 0.156" (Verde) '~VVlti 1 PER 2" x 2" x 0.125" (Verde) CX10CNt~CICUN:A.A TtlOOLOlM:lOta.11\.ENTE •◄ ABSTRACT In pedestrion bridges built with steel trusses there is variety of geometries of those trusses that form port of the bridge ond olso there is o variety of geometries of the entrance portal trame, showing this portal trame different structurol stiffness. The lateral stiffness of the portal trame ploys on important role on the dynamic behoviour since has influence on the natural frequency. In the poper it is presented an procedure os o function of the natural frequency to determine the lateral stiffness thot must hove the portal home on pedestrian bridges. .r. Vista Lateral DIAGONAf.éS 1PER 2" x 2" x 0.125" (Verde) TÍPICO INTRODUCCIÓN MONTANTES 1 PER 3" x 3" x 0.!!íí" (Verde) TÍPICO Existen puentes peatonales con una configuración estructural con base en armaduras de acero (dos verticales y dos horizontales) Que son muy económicos y además presentan aspectos convenientes en el pro cedimiento de construcción, ya Que se fabrican en el taller y es mínima la interrupción del tráfico durante su montaje, (ver Figura 1). Vista Inferior Una ventaja Que tienen este tipo de puentes es Que es muy fácil agregar una malla a las armaduras verticales para obtener un paso seguro y evitar Que alguna persona pueda caer al vacío. Las armaduras horizontales de estos puentes forman un sistema muy efectivo para tomar las fuerzas laterales como viento y sismo. Las cuatro cuerdas Que forman parte de las armaduras verticales y horizontales toman el momento ílexionante producido por peso propio y la carga viva de las personas QUe transitan por el sistema de piso así como los momentos ílexionantes QUe producen las cargas laterales de viento y sismo en las armaduras horizontales. Las diagonales de las armaduras verticales toman el cortante de peso propio, carga viva de las personas y sismo vertical. las diagonales de las armaduras horizontales toman el cortante de las cargas laterales de viento ó sismo, los miembros verticales de las armaduras verticales sirven para rigidizar las cuerdas. 'Profesores- Investigadores de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León.gvirrarreal@fic.uanl.mx ■ C I ENCIA FIC NO.! ENERO- ABRIL 2007 Figuro 1. Armaduras Superior, lateral eInferior deun Puente de 18.00m de Cloro Una desventaja de los puentes peatonales fabricados con armaduras es Que son muy ílexibles y d presentar un~ aparente inseguridad especialmente en el caso de Que los marcos Que forman los port~~: ~: entra?ª y salida al puente no posean una adecuada rigidez lateral. Cuando la rigidez lateral de estos portales es b~¡a.' la frecue~cia natural disminuye y se producen mayores movimientos laterales Que sumados con los mov1~1entos verticales! c~b~ceo aumentan la aparente inseguridad. El adecuado diseño de estos portales es mu! importante para d1smmurr las vibraciones de los puentes peatonales fabricados con armaduras d es impo~tante mencionar ~ue la frecuencia natural de tránsito de las personas se ubica entre 2 y 5 Hee~c;r~~ debe ev1_tar la concordan~1a de esta frecuencia de excitación con la frecuencia de la estructura del puente (ver referencia al final d~I art1cu.loJ. Mas adel~nte en éste trabajo se describe un criterio basado en la frecuencia natural para determmar la ng1dez lateral optima del puente. CIENCIA FIC NO.! ENERO- ABRI L 2007 �Procedimiento de diseño de un puente peatonal fabricado con armaduras Generalmente el procedimiento de diseño de un puente peatonal de un claro simplemente apoyado cons truido con armaduras de acero se basa en los siguientes pasos: a) Selección de las proporciones generales del puente tomando en cuenta el claro. b) Propuesta de secciones preliminares de los miembros basada en algún método aproximado para cargas gravitacionales. c) Diseño de la estructura del piso del puente con una losa-acero o vigas de piso con placa antiderrapante para resistir la combinación de peso propioy la carga viva de diseño. d) Análisis computacional de la armadura especial para las diferentes combinaciones de carga incluyendo peso propio, carga viva, viento y/o sismo. e) Revisión de los desplazamientos verticales con base en el análisis estructural del paso anterior. AQUÍ de berá revisarse Que los desplazamientos estén dentro de los límites permisibles para continuar con el diseño de los miembros y de no ocurrir así deberá aumentarse el peralte de la armadura y/o las secciones de los miembros y volver a hacer otro análisis. ODiseño de los miembros de las cuerdas superior e inferior para cumplir con las especificaciones AISC o las especificaciones aceptadas para el diseño del puente, para resistir todas las solicitaciones de carga. g) Diseño de los miembros diagonales y verticales de las armaduras verticales para resistir principalmente las combinaciones con cargas gravitacionales, con AISC u otras especificaciones. h) Diseño de los miembros diagonales y horizontales de las armaduras horizontales para resistir principal mente las combinaciones de peso propio y cargas laterales de viento o sismo. i) Diseño de las conexionesy detalles de uniones para cumplir con las especificaciones AISC o de las aceptadas para el diseño. j) Diseño de los marcos-portales de entrada al puente para tomar las cargas laterales de viento ó sismo Que se transmiten a los portales por la armadura horizontal superior. k) Análisis dinámico con las secciones definitivas de los miembros. Este paso muchas veces se ignora y no debería omitirse ya Que es muy importante para diseñar correctamente los marcos-portales de entrada y salida del puente. Figuro 2a. Fotografía donde se muestro el marco portal de entrada de un puente peatonal. En éste trabajo únicamente se describirán los últimos dos incisos (jy k), Que son los Que tienen QUe ver con el diseño del marco portal con base a la frecuencia natural del puente. DISEÑO DE LOS MARCOS- PORTALES DE ENTRADA AL PUENTE A continuación se muestran fotografías donde se ilustra el marco portal de un puente peatonal en servicio fabricado con armaduras de acero (ver Figura 2a, 2b y 2c). El diseño de los marcos portales de entrada (ver Figura 2a) consiste en un marco de un claro sujeto a una carga horizontal Que es producida por el cortante sísmico horizontal ó por el empuje del viento Q.Ue actúa en ·el área expuesta de las armaduras verticales en un ancho igual a la mitad del claro del puente. CIENCIA FIC ~~-------- N0.1 ENERO - ABRIL 2007 Figuro 2b. Fotografía del marco portaldel puente anterior después de reforzarse. Con ésta _fuerza debida al viento se hace el diseño de las dos columnasy viga Que forman parte del marco portal (ve~ Figura 3b). Ahora bien el diseño efectuado para tomar esas cargas horizontales de viento O sismo no g~r~nt1za Que tales mar~os tenga~ u~~ adec~ada rigidez para evitar vibraciones excesivas inducidas por la prox1m1dad de l~s frecuencias ~e exc1tac1?n vertical y horizontal de las personas Que caminan sobre el puente con la frecuencra natural del mismo. La figura 3a muestra un marco típico del portal de entrada. CIENCIA FI C N0.1 ENERO - ABRI L 2007 ■ - - - - - - - - - ~ - ---·1-'-------~- - - - - - - ~ - - - - - - - - - ~ - - - - - ~ . �DR.CUlll11;,1,, \ , Muchos de estos puentes peatonales de armaduras han sido diseñados haciendo correctamente un análisis estático cumpliendo con el estado límite de resistencia y de desplazamientos, sin embargo no se cumple la condición del estado límite de vibraciones, pues se ha ignorado el análisis dinámico y como estos puentes son muy ílexibles y puede existir la concordancia o cercanía entre las frecuencias naturales de vibración y las frecuencias de excitación asociadas al transito de las personas, Que provoca vibraciones excesivas y un sentimiento de inseguridad al caminar por ellos. ANÁLISIS DINÁMICO Para determinar los efectos de viento utilizando el método dinámico se deben tomar en cuenta todas las características del viento en el sitio donde se ubiQue la estructura, así como la geometría de las armaduras del puente, también considerar Que en la armadura inferior existe una mayor masa debido a la estructura del sistema de piso y la posibilidad de Que se coloQuen estructuras de anuncios sobre la armadura horizontal superior del puente. figura 2c. fotograffo con lo visto de los armaduras de un puente peatonal. En la Figura 2b se puede observar un marco portal con muy poca rigidez lateral aunQ~e es capaz de r~sistir la fuerza horizontal de viento Q_Ue le transmiten el viento Que actúa en las armaduras; sin embargo. debido a su baja rigidez lateral este puente presentaba problemas de vibraciones ~on participaciones importantes de modos de vibración vertical, lateral y de cabeceo ó torsional. Este es un e¡emplo de los muchos puente~ ~eatonales Que se sienten inseguros por exceso de vibraciones laterales y de cabeceo debidos a la falta de ng1dez lateral del marco portal. Además debe de considerarse la intensidad de la turbulencia del viento en el lugar de la construcción, la frecuencia natural y el amortiguamiento de la estructura Que en el caso de armaduras de acero es muy bajo el cual fluctúa entre 0.S y el 1%del amortiguamiento crítico. Tomando en cuenta estos parámetros se obtiene la respuesta dinámica debido a ráfagas, como se define en el inciso 4.9 del Manual de diseño de obras civiles, diseño por viento CFE. En este manual se describe el procedimiento del análisis estático y dinámico incluyendo todas las ecuaciones Que deben de utilizarse y los reQuisitos a cumplirse, por lo Que no se hará una descripción del análisis dinámico, solo recalcar Que estos puentes de armaduras de acero, por sus dimensiones y su ílexibilidad son sensibles a las ráfagas de viento y deben diseñarse incluyendo un análisis dinámico, para el cual se pueden ver las referencias y bibliografía al final del trabajo. MODELO MATEMÁTICO DE UN PUENTE PEATONAL r-f r_. ~T ;º 1 . Fviento►, Considerando la interacción entre los peatones de masa modal m caminando sobre un puente de armaduras de acero con un modo de vibración de masa My rigidez K para peQueñas amplitudes de vibración se tiene Que: la fuerza de interacción la cual es transmitida de los peatones al puente y viceversa la llamaremos F. este modelo esta mostrado en la Figura 4, donde z(t) es el desplazamiento modal del centro de masa de los peatones y y(t) es el desplazamiento modal del pasillo del puente. __ -----~ • ~H 1 F K M m y(t) x(t) B figuro 4. lnteroccióndel modelodeun puente con maso total Myrigidez Ky lo maso mde los peatones. .,, figuro 3a. Morco del Portal de Entrado del Puente. CIENCIA FIC figuro 3b. Modelo de Análisis del Morco del Portal. N0.1 ENERO - ABRIL 2007 CIENCIA FK No l ENERO - ABRIL 2007 ■ �o DR Glllll 11:,, El análisis final de los modelos estudiados se realizó utilizando un paQuete de computadora con capacidad para efectuar análisis tridimensional de estructuras. RESULTADOS DE LOS CASOS DE ESTUDIO Se presentan los resultados de la respuesta dinámica teórica de los marcos portales de tres puentes peatonales fabricados con armaduras de acero con claros de 18, 25 y 32 metros respectivamente, en los tres casos los puentes se consideraron simplemente apoyados. Las geometrías estudiadas se describen en la Figura 5 y en la Tabla 1. 2000 3000 Rigidez del Pórtico (k/cm) H H figuro 60. Rigidez del Pórtico - frecuencia del Puente con Ooro L=18.00m. B ¡¡; - CI. - . ~-:z: !!o ~ -•u N 3 . e • e •~ e u ~ : ~ 2 ~ \Asta~ d!Amllba, tbim.talcs 0~o--;;50;:o-~1Jo;:o-=--:=---:=::--:-:---.J_--------_J '600 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 figuro 5. Geometrías de los Puentes estudiados 6000 Rigidez del Pórtico (kg/ cm) figuro 6b. Rigidez del Pórtico-frecuencia del Puente con Cloro L=25.00m ,. , - - -----'"----''~ - - - - - - - - - - - - ----. Tablo l. Geometrías de los Puentes Peatonales Estudiados. PERFILES PER en pulgadas L(m) H(m) B(m) Cuerdas Diagonales Verticales yotros 18.00 2.20 1.50 3x3x0.156 2x2x0.125 2x2x0.125 2 25.00 2.50 2.00 3x3x0.156 2x2x0.125 2x2x0.125 3 32.00 2.60 2.20 3½x3½x0.188 2½x2'hx0.l 25 2½x2½x0.125 PUENTE En las figura 6a, 6b y 6c se presentan curvas QUe relacionan la frecuencia natural del puente (en Hz) contra la rigidez lateral eQUivalente del pórtico (en kgtcm), en donde se observa Que existe un intervalo de rigidez la cual influye apreciablemente en la frecuencia natural. Se detecta una rigidez limite a partir de la cual la frecuencia natural del puente ya no cambia de valor porQue se vuelve independiente de la rigidez lateral del pórtico de entrada. u - .. Rigidez del Pórtico (kg/ cm) .. - - figuro 6c. Rigidez del Pórtico - frecuencia del Puente con Cloro L= 32.00m ■: _____________ c_1E_N_c_1_A_F_1c__N_o_.1__E_N_ER_o_-_A_B_R_IL_2_00_1_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~~, - -- - - - - - - ~ -- ClfNClAFIC NO.l -ENERO - ABRIL2007 --~-----~ - - ~ - - - - - - - - ~ -• · , �[1 1i"'.l'l1 IIZR\I.LllCIA1'1. \.1 \IU1 [,>\\,,[,, , "-11,, 1, 1 , ' 1 ,, I I I' \ ,1 111.:n,-;:- [,,¡,, Uso Como puede observarse en las figuras 6a. 6b y 6c. la frecuencia natural lle~a .ª un máximo para ~ierto valor de la rigidez, este valor de la rigidez es el valor mínimo Que debe tener los port1cos de entrada y sahd_a puente para reducir las vibraciones y movimientos del puente. haciéndolo más confortable ya Que se reduciran DE MATERIALES CERÁMICOS EN PROCESOS FOTOINDUCIDOS PARA DESCONTAMINAR AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA Q!JÍMICA ,ª' las oscilaciones y movimientos laterales. TORRES GUERRA LET ICIA M.1, GARZA TOVAR LORENA l. 1, CRUZ LÓPEZ ARQ\JÍMEDES1 RECOMENDACIONES )UÁREZ RAMíREZ I SAÍAS 1 Después de diseñar los miembros de las armaduras utilizando todas las cargas con análisis e~táti co, deberá hacerse un análisis dinámico ya QUe este tipo de puentes peatonales son muy flexibles y un diseño con análisis estático puede conducir a un puente con baja_ frecuencia natural QUe podría coincidir con la frecuencia de excitación de las personas Que transitan por el puente Y Que se traduciría en movimientos QUe generan aparente inseguridad. • Cuidar de no subestimar la rigidez del marco del pórtico de entrada; además de diseñar su rigidez para las cargas con análisis estático, debe también tener una rigidez tal ~e deje de tener influencia en el valor de la frecuencia natural como se muestra en las graflcas (Figuras 6). • Siempre Que existan camellones centrales en las avenidas donde se construirán puent~s peatona les de armaduras de acero es más conveniente agregar un apoyo central en el camellon ya Que al tener un puente de dos claros con continuidad al centro tiene un mejor ~ompor~m_¡ento dinámico Que cuando se construye de un solo claro y además de dos claro es mas econom1co. . • En estos puentes por ser flexibles debe revisarse QUe no exista coincidencia entre las frecuencias verticales (2 as Hz.) y laterales ( 1 a 2.5 Hz.) de excitación producidas por las personas y la fre RESUMEN • cuencia natural del puente. CONCLUSIONES Se puede concluir QUe si además de diseñar con análisis estático se diseña el ma:co del pórtico o portal de entrada tomando en cuenta la relación Rigidez del pórtico de entrada vs. Frecuencia Natural del puente pue den reducirse los movimientos y vibraciones obteniendo por consiguiente un puente más cómodo y seguro. Referencias 2 3 4 5 6 Clough R. y Penzien J. "Dynamics of Structures" Computers and Structures lnc. 1995 Berkeley Californio U.S.A. Biggs J.M. "lntroduction to Structurol Dynomics" Me. Grow-Hill lnc. 1994 U.S.A. Norris Ch., Honsen J., Holley M., Biggs J., Nomyet S., Mino mi J. "Structurol Design for Dynomic Loods" Me. GrowHill. Manual de Diseño de Obras Civiles "Diseño por Viento" Comisión Federal de Electricidad, México 1993. Manual of Steel Construction "Load and Resistont Factor Design" American lnstitute of Steel construction. Third Edition, New York, 1999. Stoyanoff S., Hunter M. "footbridges: Pedestrioninduced vibrotions" Rowon Williams Dovies ond lrwin lnc., Onto rio, Conado. Se prepararon tres familias diferentes de compuestos cerámicos con formulo general: Noz2rli5013' con estructura de túneles rectangulares, Bi2MNb07(M = In, Al, fe, Sm) con estructura tipopirocloro, yATo03 (A= Li, Na,~ con estructuro tipo perovskito simple, mediante dos métodos de síntesis: sol-gel ycerámico tradicional. Los óxidos sintetizados fueron caracterizados por difracción de rayos-X (DRX}, análisis térmico (DTATGA}, área específico (usando el método BED, espectroscopíoUV-Vis, FT-IR, SEM-EOS. Lo actividad fotocotolítico de codo compuesto fue determinadomediante su desempeño en lo reacción de degradación de azul de metileno, enla fotoreducción de Cr (VI} a Cr (111}, yen la reducción de Pb (11). Lo velocidad de reacción fue calculada aplicando dos modelos cinéticos diferentes; reacción de primer orden y/o modelo de Langmuir-Hinshelwood. la degradación de azul de metileno muestra claramente que los catalizadores preparados por el método sol-gel exhiben actividades fotocotalíticos mayores que las de los materiales preparados por el método cerámico tradicional yde hecho mayor quelosóxidos comercialmente conocidos en el área de fotocotálisis (Ti02, Degusso P-25). Del análisis de rayos-X se encontró que obajos temperaturas (400º(}, no se detectaronfoses cristalinas en ninguno de los compuestos preparados por sol-gel. Además, se determinó que lo mayor actividad fotocotolítico encontrada en lo degradación de azul de metileno fue mostrado por el compuesto Noz2rli 5013 preparado por sol-gel opH 9, ycalcinado o800º(. Para los foses con estructura tipo pirocloro, se encontró que la actividad fotocotalítico se favorece cuando no se ha formado aún lo estructura cristalino. De acuerdo o los valores de tl/2(tiempode vida medio} yk(constante cinético) el compuesto Bi/eNb07 preparado por sol-gel y calcinado o400ºCmuestro lo mayor eficiencia. Similor situación fue observado en los compuestos con estructura tipo perovskito simple, yo que los materia Is amorfos presentaron lo mayoractividad fotocotolíticoenel siguiente orden: NoTo03 > LiTo03 > KTo03 Por último, al ser probado los óxidos con estructuro de túneles rectangulares en lo fotoreducción de metales pesados, Cr (VI} yPb (11}, se encontró que el No/i6013 mostró una mayor eficiencia {86%} en la reducciónde Cr (VI} a Cr (111), mientras que el N□lrli 5013 lo hizo poro lo reducción de Pb (11}, incluso presentando uno mayor eficiencia (98%} que lo obtenida utilizando el fotocotolizodor comercial Ti02 (Degusso P-25) (85%}. INTRODUCCIÓN Las investigaciones científicas de óxidos cerámicos semiconductores como catalizadores en procesos fo toinducidos en diversas reacciones Que se llevan a cabo en solución, fase gaseosa o sólida han sido objeto de un gran interés en los últimos años por el desempeño multifuncional de este tipo de materiales [ 1-7]. Estas investigaciones sobre reacciones de óxido-reducción fotoinducidas fueron inicialmente promovidas cuando se descubre Que el agua puede ser descompuesta (oxidada y reducida simultáneamente) irradiando el TiO2 [8]. Departamento de Ecomateriales y Energía del Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. letorre@fic.uanl.mx 1 CIEN CIA FI C N O.! ENERO - ABRIL 2007 -------~ CIENCI A FI C NO.l ENERO - ABRIL 2007 ■ ~---~ �Q ., -. Desde entonces y hasta ahora se han reportado en la literatura diversos óxidos semiconductores, Que presentan fotoactividad en la reacción de conversión del agua, reacciones de oxidación completa de diversos compuestos orgánicos aromáticos presentes en aguas residuales, degradación de gases de invernadero y re ducción/oxidación de metales pesados presentes en suelosy aguas contaminadas a sustancias menos tóxicas, QUe permitan su recuperación [9-20] i l_t1\~-\.:\: \ Este est~~io incluye desde la selección de las familias de materiales, métodos de síntesis, determinación de las condiciones de eQuilibrio termodinámico para su obtención, caracterización de los productos, diseño de los reactores ,P~ra e~a~uar sus propiedades fotocatalíticas ambientales en procesos tanto de oxidación de compuestos orgarncos toxIcos y remoción de metales pesados en solución. PARTE EXPERIMENTAL Estas reacciones, clasificadas dentro de los procesos avanzados de oxidación (PAO 's) ofrecen ventajas significativas frente a otras por su mayor factibilidad termodinámicay una velocidad de oxidación muy elevada, con propiedades adecuadas para degradar cualQuier compuesto orgánico en concentraciones bajas. La preparación y diseño del fotocatalizador juega un papel muy importante dentro del proceso fotocata líticos, es por eso Que desde hace algunos años, las técnicas de síntesis se han venido desarrollando de tal manera Que en la actualidad es posible encontrar una gran variedad de métodos alternos al cerámico tradicio nal, y QUe debido a las condiciones moderadas de reacción son catalogados como métodos de QUÍmica suave (soft chemistry). La síntesis vía sol-gel es una metodología muy adecuada para la preparación de materiales con especifica ciones particulares como porosidad, área superficial, microestructura, reactividad y forma final del producto. Para. caracteri~r Y ~ar seguimiento tanto a las reacciones de síntesis de los polvos cerámicos, como a la r,e~~c1o~es fot?mduc1das es~ud,ia~as, se utilizaron las técnicas: Difracción de Rayos-X en polvos (DRX), Analis~s D1fer~~c1al Termograv1~etnco \DTA-TG:), Espectroscopia de Infrarrojo (FTIR), Espectroscopía de Ultrav1~~eta-V~s1~le (UV-VIS), M1Cros~op1a Electronica de Barrido (SEM-EDS), Cromatografía de gases (CG). Ab_sorcion -~tomica (~). _etc. A?emas se determinaron las propiedades texturales de cada uno de estos matenales, utilizando la tecrnca de isotermas de adsorción de nitrógeno por BET. , A continuación se enlistan los materiales cerámicos semiconductores Que fueron preparados tanto por el metodo cerámico tradicional como por sol-gel: Los compuestos con estructura análoga de túneles rectangulare~- Naz2r11s~13y Na 18Ba03 59O 13' compuestos derivados de estructuras tipo perovskitas laminares de la fam1li~ de los pir~clo~os con formula general Bi2MNbO7 (M = Al, In, Fe, Sm). y los compuestos con estructura tipo perovsk1ta simple de la familia ATaO (A = U, Na, K). ;1 3 El método está basado en la hidrólisis y condensación de alcóxidos para formar sólidos con estructuras cristalinas tridimensionales bajo un control cuidadoso del pH y temperatura. El manejo y adaptación ade cuados de los principales parámetros de la síntesis, permite controlar el tamaño de partícula. porosidad, la distribución de los constituyentes, pureza de los mismos, etc. En los procesos fotodegradativos se necesitan semiconductores con bandas de energía prohibida (Eg) entre 3.5 eV y 2.2 eV para lograr una completa mineralización (CO2 y H2O). en condiciones menos energéticas. Tanto la sustitución de cationes multivalentes para reducir la longitud de banda de energía prohibida y el borde de absorción, como la selección de elementos con radios iónicos apropiados para incrementar la movilidad de los portadores de carga, son las estrategias mas ampliamente difundidas para inducir mejoras en las propiedades fotocatalíticas de los materiales a nivel estructural. Se determinaron las actividades fotocatalíticas de estos semiconductores en las reacciones de oxidación de l?s compuestos orgánicos aromáticos en solución 2,4 Dinitroanilina, y azul de metileno. Además, los matenales con estructura de túneles también fueron probados en la fotoreducción de metales pesados en solución como es el Cr (VI), y Pb(II). . Por último, se efectuaron pruebas preliminares en la reacción de conversión del agua en H y o para uti2 2 lizar el H2 como fuente alternativa de energía. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Síntesis yCaracterización Recientemente, nuestro grupo ha investigado y publicado los resultados de la fotocatalísis de la 2.4 Di nitroanilina (DNA) utilizando un nuevo óxido ternario semiconductor (Ba/i 21\O20) [ 13-14] Que presenta estructura de túneles, isoestructural a la fase Na2T\O 13 • La actividad presentada en esta reacción fue superior a la del 1102 • Es por ello Que ha surgido el interés por estudiar familias de óxidos semiconductores con es tructuras cristalinas laminares y de túneles en diferentes fotosistemas. En este trabajo de investigación científica se presenta el estudio experimental e integral del desarrollo de una serie de óxidos cerámicos semiconductores con propiedades multifuncionales y QUe pertenecen a las siguientes familias: M211nO2n+ 1 (M = Li, Na, K. y n = 2, 3, 4, 6), ATaO 3 (A= Li, Na y K), Bi 2MNbO7 (M == Al, In, Fe, Sm). Cl ENCIA FIC NO.1 ENERO - ABRIL 2007 En las tablas 1, 11, y 111, se presentan resumidos los métodos de síntesis y condiciones de reacción de 16 óxidos semiconductores con estructuras de túneles, laminares y de tipo perovskita simple, respectivamente, por ambos métod~s. Se r~finaron sus parámetros de celda, encontrándose Que sus valores son mayores Que la fase correspondiente sm Zr (Na2116O13), lo Que es indicativo de la incorporación del mismo dentro del enrejado cristalino de la fase. Degradación De Compuestos Orgánicos !~ Para, d~terminar actividad fotocatalítica de los catalizadores obtenidos en la degradación de compuestos orgarncos aromatIcos se uso el compuesto azul de metileno en soluciones acuosas con concentración CIENCIA FIC NO.l ENERO - ABRIL 2007 �~ :-\l[ll,1-\,\\ ,,. Tablo l. Resumen de dotas de DRX de los cerámicos con estructuras de túneles rectangulares Compuesto Estodo sólido foses presentes NoA011 NoA011 + noi (R) T= l250u~t=72h 8o1U7n8010 NopnSoll Sol-Gel fases presentes pH 3 pH 9 NoAO, + no1(Al T=600ºC No,n,011 T=800 C 801u¡TI.010 T= 1100 'Ct=48 h NoA0,1 + no, (A) T= 600º(. NoAO., T=800 e Bano1T=600 e Ba,Li n,o. T= 800'C Zr01 + No¡fi.011+ NoAO, NoJrnSoll + no,(A) T=600"C. NoJrn, O T=800º( NaA011 + no1 (A)T = 600°C No,n,0,1 T=800( TabloIV. Porámetros cinéticos de lo degradación de azul de metileno con Not"7rTI~O13 opH Bo¡Li¡fi.020 (N) T= 600 e 801LiA0111 T= 800' ( ,, Compuesto pH 7(neutro) no1 Anotoso T= 600 'C No,,BoOln,,o, + Bon,o, l=800 'C No11Bo03n1,011 No11BoOA,013 ~e los octaedros permita la disminución de la recombinación de los portadores de cargas. No se observaron impurezas de TiO2 en el compuesto Que contiene Zr, como en el caso de la fase sin Zr. Probablemente la presencia d~ Zr+4 estabiliza la estructura cristalina. Se observa una mayor disminución de la concentración, de azul de met1leno con los materiales tratados térmicamente a 800°C. Estas disminuciones se encuentran en el 98.4% y 99.7%, respectivamente. No)i\013 fiO, Oeg. P-25 tl/2 Eg (eY) kl (min-1) (min) 400 3.4 0.002177 318 600 800 3.28 0.007123 97 3.23 0.03818 18 --· 3.2 0.0157 45 T ( C) Tablo 11. Datos de DRX de los óxidos cerámicos con estructuras tipo pirocloro Compuesto Bi#Nb07 (M = Al, In, Fe, Sm) Sol-Gel fases presentes Estodo sólido foses presentes 1050ºC 600 e soo e Bi¡A!NbO Bi,AINbOr Bi¡A!NbO Bi,lnNb01 B~lnNb01 Bi,AINbO,, Bi,NblO'I Bi,AINbO,, 8i,Nb10 8i,$mNb01 B~SmNb01 B~SmNb01 8i,SmNb07 Bi¡feNb01 BileNbO, BileNbO, Bi,FeNb07 Por otro lado, los materiales con estructura tipo pirocloro, Bi 2MNbO7 (M = Al, In, Fe, Sm) obtenidos por sol-gel a 400ºC ~resentar~n mejores eficiencias Que el 1102 Degussa P-25. Estas fases degradaron en un 100% ~I azul de met1leno_en tiempos de 140 y 170 minutos, mientras Que el 1102 lo degradó un 93% en 2 1O minutos. Hay Que senalar Que los valores de Eg fueron menores Que cuando se sintetizaron por estado sólido. 8i,lnNb01 Tablo 111. Datos de DRX de óxidos cerómicos con estructuras tipo peravskito simple Sol-Gel foses presentes Estado sólido fases presentes Compuesto _~n la Figura I se muestra la evoluci~n de la concentración del compuesto aromático en función del tiempo utilizando las muestras tratadas a 400 C de los compuestos Bi,MNbO7 (M= All+, lnl+, Fel+, Sml+) sintetizados por sol-gel. 114rc 400°C 600 e 800º( LiloO, Lilao, (n) LiloO, Lilao, 1.1 Lilo01 NoTo01 NoTaO, NoToO, T" To,O, (n) NoToO, NoloO, 1.0 KloO, KlaO, t-KloO, (n) (n) Nonocristoles, t = fase tetragonal; c = lose cúbico t-KloO, c-KloO, 0.9 * 0.8 e • ~ ♦ conocida. En este caso, los catalizadores fueron incorporados a la solución de ésta con agitación constante para después proceder a la degradación utilizando radiación ultravioleta. Estas reacciones se llevaron a cabo en un reactor fotocatalítico tipo Batch eQuipado con una lámpara de longitud de onda en la región del ultravioleta. Se utilizó un espectrofotómetro de UV-Vis, Perkin-Elmer, modelo Lambda 12 para determinar la concentración de azul de metileno (en cada una de las reacciones) sin degradar tomando como base la banda del máximo de absorción del espectro UV-Vis de esta misma sustancia. 0 .7 8 ~ 0.6 0 .5 0.4 0.3 .--~ . - 0.2 ...........:::: 0.1 Azul de Metileno TiO 1(Dcgussa P-25) Fe-SG-400 AI-SG-400 Sm-SG -400 In-SG-400 *~ o.o 60 80 100 120 140 ... 160 180 200 Tiempo (min) El compuesto NalrTip sintetizado por sol-gel a 800ºC presentó una velocidad de formación 1.7 veces 13 superior a su análogo Na Ti O durante la degradación de azul de metileno. Es probable Que la distorsión 2 ■ 6 figuro l. Degradación fotocotolítico de azul de metileno ufli Jndo :orno catalizador el BLMNbO, (M= AP+, ln3+, fe3·, Sm3 ) preparado por sol-gel (40DºQyTiO Degusso P-2 5 13 CIFNCIA f-lC NO.! ENERO-ABRIL 2007 CI llA FIC <' 1 ENERO - ABRIL 2007 �El proceso de degradación presenta una cinética de primer orden con respecto a la concentración de azul de metileno. Los valores de k y t 112 son mostrados en la Tabla V Tablo V. Parámetros cinéticos de lo degradación de azul de metileno utilizando como catalizador el BiJANb07 (M= Al3+, ln3+, Fe3+, Sm3+) preparado por sol-gel (400º() yTi01 Degusso P-25 Compuesto T(º() Eg (eV) k{min-1) tl/2 (min) Bi¡AINb07 400 2.24 - 2.65 0.0376 18 Bi¡feNb07 400 1.43- 1.71 0.0539 13 Bi21nNb07 400 1.62- 2.2 0.0251 27 Bi,SmNb07 400 2.23 0.0388 18 Ti01 Deg. P-25 ---- 3.2 0.0157 45 REDUCCIÓN DE CR (VI) De acuerdo a los valores de t y k presentados en la Tabla V el compuesto Que presenta mayor actividad 1/2 1 , 1 fotocatalítica en la reacción de degradación del azul de metileno es el Bi/eNb07 , ya Que en a reaccion en a Que se utilizó esta fase como catalizador se obtuvo el menor tiempo de vida media aparente de 13 minutos. La alta actividad fotocatalítica del compuesto Bi/eNb0 7 esta relacionada con las propiedades semiconductoras de dicho catalizador. Este catalizador presenta menores valores de Eg Que los demás compuestos y a medida Que aumenta el valor de Eg la eficiencia fotodegradativa disminuye. Otra razón para explicar la alta actividad fotocatalítica del Bi FeNbO es QUe en el compuesto existe, además de la fase ternaria y binaria ob2 7 b , d servadas por DRX, la presencia de Fe20 3 sin reaccionar, en forma de impurezas (como se o servo con ayu a del análisis por DRX). el cual actúa como dopante. ATa03 (A = li, Na y K) De manera similar se llevo a cabo la evolución de la concentración del azul de metileno en función del tiempo, en la fotodegradación del azul de metileno utilizando los compuestos ATa03 (A = Li, Na y K) y 1102 (Degussa 25) como los catalizadores; preparados vía estado sólido y vía sol-gel. En los resultados de la Tabla VI tenemos QUe la actividad expresada como el tiempo de vida media t 1/2 para los catalizadores nos indica Que la degradación es favorecida con el catalizador NaTa03 trata~o a ~W~~C (t = 2 1 min). Este catalizador presenta también el valor mayor de k2 y junto con el grado de h1droxilac1on d:;¡2 sólido; tenemos Que los grupos OH actúan como centros de adsorción; favoreciendo la degradación del compuesto orgánico. TobloVI Parome ' tros cinéticos de lo degradación de azul de metileno utilizando como catalizador el ATo0 (A - li No y K) preparado por sol-gel Temperatura Compuesto k, k,~ ~ 1 Lilo03 Nalo03 KTa03 ',~ (º() (min·') (M·') (min·' M·') (min) 400 2.12E-04 13.9 0.00294 49 600 l.30E-05 11.85564 0.000154 400 2.SlE-04 14.67843 0.00368 21 600 7.30E-06 12.32 0.00009 . 400 2.07E-04 11.78881 0.00244 139 600 2.19E-06 11.86257 0.000026 . CIENCIA FIC NO.l ENERO- ABRIL 2007 De la Tabla VI tenemos Que Quienes poseen la mayor actividad fotocatalítica son los compuestos obtenidos a 600ºC con excepción del material Que contiene sodio, Que mostró ser mejor a 4OOºC. A 6OO°C ha iniciado a cristalizar la fase correspondiente. La Tabla VII muestra los resultados de estudios iniciales en la actividad fotocatalítica de Na 11 O y Ba 2 6 13 3Li 2118Ü 20 comparado con otros compuestos isoestructurales (Na Zrl1 O y Na BaO 11 O ) en la fotore •, . • 2 5 13 18 3 59 13 ducc1on de cromo hexavalente. La act1v1dad fue evaluada calculando la fracción de Cr (VI) reducida a Cr (111) después de 3.5 horas de exposición con radiación UVA partir de estos resultados, se puede apreciar Que la mejor actividad es presentada por el catalizador de Na2l1 60 13 indicada por una importante disminución del porcentaje de Cr (VI). 86%. Tablo VII. %de fotoreducción de Cr (VI) oCr (111) utilizando materiales isoestructuroles con estructuro de túneles rectangulares Material % de fotoreducción a(A) b(A) e(A) /3 Na1Ti6013 Bo¡Li2Ti1010 Na¡ZrTi1013 86 15.13 3.74 9.16 99.30 71 15.1 7 3.90 9.11 98.64 53 Na18BaOA,0,3 31 15.18 3.78 9.14 98.70 Es claro, Que además de las propiedades y características texturales de los sólidos, la actividad como foto catalizador para un semiconductor dado puede ser afectada/influenciada por otros parámetros relacionados con el proceso fotocatalítico tales como la cantidad del catalizador, longitud de onda de la radiación, concentraciones iniciales de los reactivos, temperatura y pH de la solución. REDUCCIÓN DE PB (II) Para la reacción de reducción de plomo se utilizó el titanato de zirconio y sodio preparado a pH 9 y calcinado a 6OOºC. En los experimentos en Que se usaron diferentes cantidades de catalizador, 600 y 400 mg respectivamente y se obtuvieron eficiencias similares. La tabla VIII resume los procesos de adsorción y actividad fotocatalítica en la remoción de plomo. La remoción de plomo es atribuida a un fenómeno físico de adsorción más Que una reacción de reducción. El análisis por difracción de rayos X de los catalizadores usados mostró la presencia de diferentes óxidos de plomo. (h) Tablo VII. %defotoreducción de Cr {VI) oCr (111) utilizando materiales isoestructuroles conestructuro de túneles rectangulares 33 Catalizador (mg) pH Concentración de plomo (ppm) (%) de adsorción yredox 600 (1) 7 50 97.9 400 (11) 7 50 94.1 600 {111) 7 100 95.7 600 (IV) 4 100 15.5 46 53 <.ltt'-.UAFI( \:O.I éNERO - ABRll 2007 �CONCLUSIONES En los procesos fotoinducidos estudiados en este trabajo, los óxidos inorgánicos mostraron eficiencias superiores a los mejores materiales (1102, La/NaTaO3 , etc.) en reacciones fotoinducidas de oxidación de com pu.estos orgánicos tóxicos, y remoción de metales pesados en solución. El método y las condiciones de síntesis afectan las propiedades catalíticas del óxido semiconductor. Se encontró Que a través de una vía alterna (sol-gel) es posible llevar a cabo la preparación de óxidos de diferentes familias con estructuras tipo perovskita simple, tipo pirocloro y de túneles rectangulares, con fórmula general ATaO (A= Li, Na and K), Bi 2MNbO7 (M = AIH, lnH, FeH , SmH),y Na2Zr11p 6 ,y QUe estas fases pueden 3 ser obtenidas a menores temperaturas (entre 400ºC y 600ºC) y en menor tiempo en comparación con los compuestos obtenidos por estado sólido ( l 200ºC). 13 14 Hernández A., Torres-Martínez L. M, and T. López. Materials Letters 54 (2002) 62-69. Hernández A., Torres-Martínez L. M, Sánchez-Mora, E., Tzompan, F., and T. López. Journal of Materials Chemistry 12 (2002) 2820-2824. 15 16 17 lshikawa A., Takata T., Kondo J. N., Hora M., Kobayashi H., Domen K.; J. Am. Chem. Soc., (2002), 124, 13547. Shangguan W., Yoshida A., J. Phys. Chem. B., 106 (2002) 12227-12230. Tryk D. A., Fujishima A., Honda K., Recent Topies in Photoelectrochemistry: Achievements and Future Prospects Electrochimica Acta, 45 (2000) 2363-2376. ' 18 Voronstov A.V., Altynnikov A. A., Savinov E. N., Kurkin E. N., J. of Photochemistry and Photobiology A. Chemistry 144 (2001)193-196. ' ' 19 20 Yoshino M., Kakihana M., Cho W.S., KatoH., Kudo A.; Chem. Mater., 14 (2002) 3369. lou l., Ye J., Arakawa H.; J. Phys. Chem. B., 106 (2002) l3098-13101. Se ha demostrado QUe los compuestos de las familias ATaO3 (A = Li, Na and K), Bi 2MNbO7 (M = AIH, lnH, FeH, SmH) y el compuesto Na2l15ZrO 13 presentaron una alta eficiencia fotocatalítica en la reacción de degradación del azul de metileno. Además, en algunos casos, estos fueron capaces de reducir Cr (VI) a Cr (111) en altos porcentajes. Finalmente, se debe mencionar Que la constante búsQueda de nuevos materiales cerámicos, basada en los conceptos estructura-propiedad desarrollada en los laboratorios de nuestra institución (UANL), es la estrate gia Que ha permitido QUe estas investigaciones científicas trasciendan al ámbito tecnológico, y de aplicación en diferentes áreas. Referencias 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 Domen K., Kondo J. N., Hora M., Takata T., Bull. Chem. Soc. Jpn., 73 (2000) 1307. lshihara, T., Nishiguchi H., Fukamachi K., Tokita Y., J Phys. Chem. B, 103 (1999) 1-3. J.M. Herrmann, C. Guillard, P. Pichat, (atal. Today, 17 (1993) 7. Kakuta, N., Gota N., Ohkita H., Mizushima T., Phys Chem. B, 103 (1999) 5917. Linsebigler A. L., Lu G. Q., Yates J. T., Chem. Rev., 95 (1995) 735. Sayama, K.; Yase, K.;Arakawa, H.; Asakura K.; Tonaka K.; Domen K.; Onishi T. J. Photochem. Photobiol. A(1998) 114, 125. Schiavello M. (Ed.), Photocatalysis and Environment. Trends and applications, Kluwer Academic Publishers Dordrecht, 1988. Takata T., Tona ka A., Jara M., Kodo J., Domen K., (atal. Today, 44 (1998), 44-17. Chen, D.W., Sivakumar M., Roy A.K., (2000□). Developmental Chemical Engineering and Mineral Processes, 8 (5/6), 505-550. Ding Z., Lu G. Q. and Greenfield P. F., J.Phys. Chem. B., 104 (2000) 4815. Farrauto R. J., Heck R.M., Catalysis Today, 55 (2000) 179-187. Fujishima A., Roo N.T., Tryk D. A.; J. of Photochemistry and Photabiology Reviews, 1(2000) 1-21. CIENCIA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 - ~---■ ~ - - ~ - - - - - . . , . . . . . . , , - -C~I-EN_c_1A _ F,_c _ N _o_.1_ _ EN ~E~Ro _ -A _B _RI_L_200 _ 1_____ �PARTICIPACIÓN DE LA MUJER EN UN SISTEMA SUSTENTABLE DE AUTOCONSTRUCCIÓN ASISTIDA BIANCA C. GUEVARA MORENO1• C ÉSAR A. jUAREZ ALVA RADO 1• PEDRO l. VALDEZ TAMEZ 1 JORGE L. ACEVEDO DÁ\!I LA taminantes. Este artículo da a conocer los primeros resultados experimentales de un desarrollo tecnológico de autoconstrucción sustentable, éstos se presentan desde el punto de vista el técnico, sin embargo, se hace énfasis en su impacto social en la población de bajos recursos. Actualmente, se investiga en el laboratorio sobre la posibilidad de incorporar subproductos industriales al sistema constructivo, lo Que generaría importantes ahorros económicos a los usuarios. ANTECEDENTES RESUMEN En este artículo se presentan los resultados de una investigación que si bien atendió aspectos técnicos, fue su marcada tendencia soci~I la que pone de manifiesto la importancia del desarrollo tecnológico propuesto. El proyecto_~e inve_st_igación con~istió en u~a parte, en dete'.m'.nar la factibilidad técnica de un desarrollo tecnológico para ser aplicado en la autoconstrurnon de v1v1enda de ba¡o costo, sm emba_rgo, l_a prm~1~al aportación de este desarrollo es la participación activa de la mujer yama de casa comofactor pri~cipal en la mej~ro de su patnmomo familiar. El proyecto tuvo el objetivo de probar lo viabilidad de una tecnología basada en el empleo de un sistema construct1_vo sustent~ble. Los resu~ta_dos encontrados muestran que el sistema constructivo a base de muros de concreto aligerado con envases de PH tienen _prop1edad_es mecarncas similares a los materiales de construcción comerciales yposeen un fuerte enfoque de sustentabilidad con mucho, supenar a los sistemas constructivos existentes. Palabras claves: Concreto, PH, muro, sustentabilidad, resistencia a la compresión, curado, colado, agrietamiento, autoconstrucción. ABSTRACT This paper present the results of an investigation are exposed that although took c~re of_asp~ctstec~nical, ~as their noticea~le social !e~dency the one that shows the importance of the proposed technological development. The mvest1gatlon pro¡ect cons1sted of a part, md~termm'.ng !he technical feasibility of atechnological development to be applied in the selfconstruction of houseof low cost, neverthe_less, th_e_mam c_ontnbution of this development is the active participation of the woman and housewife like main factor in the improvement of 1ls familiar patnmony. The project had the objective to prove the viability of a technology based on the use o~ a sustaina_ble~o~structive system. T~e results s~ows that _the constructive system with walls of concrete lightened with PH packages has mecharncal propert1es similar lo the commemal construct1on matenals and hove a fort approach of sustentabilidad by far, better to the existing constructive systems. Key words: Concrete, PH, wall, sustainability, compressivestrength, curing, casting, cracking, self construction. INTRODUCCIÓN La demanda de vivienda digna por parte de la población de menos recursos eco~ó~icos ~e ac~~túa cada vez más, sin embargo, es precisamente este sector de la población, Quienes por :u mc1erta s1~uac1?n laboral no pueden aspirar a una vivienda nueva. Siendo entonces la autoconstrucción su ,unica alternativa v1abl_e. Este proyecto hace énfasis en una autoconstrucción asistida y sustentable, Que ade_~as promover la me1ora en las condiciones de vida de los Que menos tienen, fomente una cultura de reutil1zac1on de subproductos con- ?: 'Cuerpo Académico de Tecnología del Concreto de la Facultad de Ingeniería Ci\11 de la UML. cjuarez@ílc.uanl.mx Corporación Mo.icana de Investigación en Materiales. S.A. de C.V ~ lF M l\ fl<. NLI I ENERO ABRIL 2007 En el año del 2004 se inició en la ciudad de Saltillo, Coahuila, el proyecto de innovación tecnológica aplicado a la autoconstrucción, teniendo como objetivo probar tecnologías alternativas Que permitieran a la población de escasos recursos construir o ampliar sus viviendas. El proyecto se orientó a la población femenina de familias donde las esposas estuvieran dedicadas "al hogar". La razón por la Que la propuesta está dirigida a este perfil fue debido a q_ue se partió del supuesto Que consiste en reconocer en la estructura familiar la existencia de un "tiempo libre" en la jornada de trabajo doméstico de las mujeres, principalmente en las familias de escasos recursos, el cual generalmente es destinado a actividades Que, sm contar con un empleo formal. le permite allegarse recursos extraordinarios, o bien se utiliza para el descanso. Esto no supone Que lo último se considere innecesario, sino Que las mujeres cuentan con un tiempo Que en general no pueden emplear en actividades económicamente productivas formales, no porQue así lo elijan, sino por la percepción de sus roles y de la necesidad práctica de atender a la familia. La propuesta tecnológica desarrollada por la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A. de C.V (COMIMSA) y el Cuerpo Académico de Tecnología del Concreto de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL (CATC), tiene dos objetivos principales, uno de carácter técnico y otro organizativo. El primero consiste en desarrollar sistemas constructivos Que permitan: a) utilización de materia prima de uso común y de fácil disponibilidad; b) obtener materiales de constructivos con propiedades mecánicas de acuerdo a estándares y normativa nacional de calidad y construcción y; c) empleo mínimo de herramientas especializadas. El segundo objetivo consiste en el diseño de un procedimiento de construcción Que ofrezca: a) el desarrollo de una autoconstrucción progresiva Que no req_uiera más de dos trabajadores a la vez y cuyo grado de dificultad se adapte fundamentalmente a las condiciones físicasy sociales de la mujer; b) Que no reQuiera de un conocimiento especializado ni experiencia en las técnicas convencionales de construcción; c) fabricación de materiales de acuerdo a niveles de ahorro promedio; d) Que atienda a los reQuerimientos culturales de la región; y e) Que ofrezca la ílexibilidad en el diseño y tamaño de las construcciones Que demanden los usuarios. El proyecto consistió en cuatro etapas: informacióny sensibilización, capacitación, construcción y evaluación. COMIMSA y el CATC proporcionaron la asistencia técnica, Que incluyó la capacitación y supervisión de la calidad en los procesos constructivos,y económica brindando los materiales de construcción, herramientas y moldes para la elaboración de los prototipos tecnológicos para la construcción de una habitación de 22 m2 de superficie, en promedio. l ,E"J IA fil.. "Jc\ l ENERO - ABRIL 2007 �, ,,,, ,,, 11 ,,, 1 I' 1 , 1 \' 11, , I'-. ! ',1,11,1 ,1 '-1l"-1\,,l1 [)! \ l\\\..\1,,11,I \\. 1\l', 1, l ,1 '\ l.'\ ~ 1 Los prototipos se diseñaron para la edificación de los muros a base de paneles ~e concreto al'.gerados ~o.n envases de Polietileno Tereftalato (PET) de desecho (envases de refrescos de 2 litros). Las muieres part1c1pantes fueron elegidas con base en un estudio de factibili?ad, r~alizado previamen~e por p~~sonal ?el Centro de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropolog1a Social (CIESAS) en tr~mta fam1lia,s residentes en colonias populares de la ciudad de Saltillo, Coahuila. El objetiv?. ~e dicho estu~1~ se centro en conocer la experiencia autoconstructiva de las familias. Las unidades de analis1s fueron las,v1v1endas y lo~ h?gares, Que se determinaron en función del ingreso en un rango de entre 2 y 3 salarios mmimos, y dos md1cadore~ de vivienda: a) vivienda de material sólido con 2 cuartos, cocina incluida, y b) vivienda con paredes de materiales ligeros, naturales y precarios. El estudio de factibilidad se basó en una metodología eminentemente cualitativa, por lo Que no fue una muestra estadística y los resultados son representativos solo de este segmento de la población. Con base~~ la información proporcionada, se definieron elementos como el papel QUe desempeña·n· en la estructura familiar, la participación de los miembros en el ingreso global, la distribución del gasto fam1lia.r: las formas d~ co?peración intrafamiliar, las formas de organización del trabajo dirigido a la autoconstrucc1on, y su experiencia en la organización vecinal. Del universo de las familias entrevistadas se eligieron las cinco participantes del proyecto piloto, privilegiando su condición de precariedad habitacional, aptitud físicay disp?sición para Que los miembros de la familia participaran en un proyecto de autoconstrucción asistida. Las muieres Quedaron a cargo de la responsabilidad del proyecto en su respectiva unidad doméstica. DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA EXPERIMENTAL Siguiendo con el desarrollo del proyecto, la primera parte c~nsistió e~ .informar y .sensibilizar a l~s participantes de las propiedades físicas y mecánicas de los materi~les a ut1liz~r. Pos~eriormente, se dio una capacitación del manejo de la tecnología mediante platicas y sesiones de ad1estra~1ento personales, lo QUe permitió pasar a la etapa de la construcción, prime,ro con los panele~ ?e concreto aligerado con PET en forma individual y posteriormente, pasar a la construccion dentro de su v1v1enda de muros a base de estos ~aneles de concreto. Adicionalmente, fueron fabricados bloQues individuales y muros de concreto con la finalidad de ser evaluados en el laboratorio de Tecnología del Concreto del Instituto de Ingeniería Civil de la UANL. Comportamiento físico- mecánico del PET Ya Que el PET es de uso común en la industria, su comportamiento físico y mecánico fue obtenido de la literatura consultada1.2.3, en donde se reportan ensayes a tensión en probetas de PET en forma de barras prismáticas de 80xl0.Sx4.6 mm, de acuerdo al ASTM D 790M-92. Evaluación de la resistencia a compresión del concreto Para evaluar la resistencia mecánica a la compresión, se fabricaron especímenes cilíndricos de concreto con agregados de caliza propios de la región. La granulometría del agregado cumple con la norma ASTM C-334. Así también, se utilizó cemento portland tipo CPC 30R común en la región y agua potable. En la tabla I se pueden observar las proporciones usadas en la fabricación de los especímenes de concreto. Tablo 1. Proporciones de materiales porofabricar el concreto de bloques aligerados con PET. Material kg/m3 Cemento 260 Agua total 182 Agregado lino (arena No. 4) 826 914 Agregado grueso 'Sello' 64 mm (¼ pulg.) Para el mezclado de los ingredientes, primero se homogeneizaron los agregados, posteriormente se agregó el cemento y el agua total (agua de reacción + agua de absorción de los agregados). Se mezclaron los ingredientes obteniéndose una relación Agua/ Cemento (NC) = 0.70. La mezcla se vació en moldes cilíndricos metálicos de 10.2 mm de diámetro, el vaciado fue realizado en tres capas compactando con 25 golpes con una varilla de acero punta de bala diámetro de 6.35 mm (1 /4 .. )y 4 golpes por capa con el martillo de goma. Todos los especímenes se mantuvieron en sus moldes durante 24 h protegiéndolos de la pérdida de humedad y posteriormente fueron curados en forma estándar, se mantuvieron dentro de un cuarto con 95% de humedad relativa y 23oC hasta el momento de su ensaye. El procedimiento de mezclado, colado y curado fue de acuerdo con la norma ASTM C 192-985. Todos los especímenes fueron ensayados a compresión de acuerdo con la norma ASTM C 39-046 a las siguientes edades: 4, 7, 14, 28 y 90 días. Evaluación de la resistencia a compresión de bloques de concreto aligerado con PET Se fabricaron tres bloQues de concreto con relación NC = 0.70, las dimensiones de estos bloQues fueron de l 30x340x730 mm aligerados con envases desechables de PET. Los bloQues fueron ensayados a compresión utilizando una máQuina universal electrónica marca Tinius-Olsen con capacidad máxima de 200 toneladas y a una velocidad de I t/min. Evaluación de la resistencia a compresión de muros de concreto aligerado con PET Los muros constituyen un sistema constructivo aligerado, Que se utiliza como muros de carga, muros divisorios y bardas perimetrales. Cuatro muros de 2.19 m largo, 2.20 m de alto y 0.13 m de espesor rematado por un cerramiento de concreto, fueron ensayados a compresión en una losa de reacción de concreto reforzado con una superficie aproximada de 100 m2• La losa tiene la capacidad de soportar una carga a tensión en cada grupo de anclas de 50 t. El sistema de aplicación de carga consiste en pistones hidráulicos de 150 t montados sobre marcos de carga a partir de acero estructural los cuales se anclan a la losa de reacción. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIÓN Comportamiento físico-mecánico del PET Se reporta en la literatura3 Que en ensayes a tensión en probetas de PET se presenta un comportamiento característico de un material polimérico dúctil con formación de cuello de estricción relativamente estable. El CIENCI A FIC • -------~~--C-1E _N_c_,_ A F I-C~~ N-o_.1__ EN_E_Ro _ - _AB_R_1L_2_º_ º 7- - ~ - ~ - - - - ---:¡-~ Nü.1 ENERO - ABRIL 2007 ■ �1• 11 "' 11 \e l\1'\. 1111\\11111, 1, 1 , ,1,II\I\ ,1 ,11,1\1 1 11 111 \1 lc 1c 1 1,,1 1, 1 ,, 1 1>, ., ,,¡•:,, o -• , cuello se forma mostrando una estricción aproximadamente de 4Sº respecto al eje de aplicación de la carga, típico de un mecanismo de deformación por bandas de cortante. Una vez formada la estricció~ se genera un emblanQuecimiento paulatino en la zona del cuello a medida Que se deforma, lo QUe es acampanado de un calentamiento en esta zona. Este emblanQuecimiento es asociado principalmente a un proceso de cristalización inducido por la deformación en el PET. lo cuál puede ser verificado al observar Que la ruptura n~,sobre:iene por una caída abrupta en la tensión (ruptura frágil), sino Que procede por un proceso de formac1on de ~1~ras QUe sufren una progresiva ruptura. Adicionalmente, se observó cierto aumento aparente de la deformac1on a la ruptura, lo Que implicaría un incremento aparente de la tenacidad1.2·3• al menos tres cilindros de concreto a edades de 4, 7, 14, 28 y 90 días, permaneciendo durante ese periodo en el cuarto de curado descrito anteriormente. En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los en sayes a compresión en cilindros de concreto a diferentes edades basados en la norma ASTM C 39-046. 160 e: •O ·¡¡; ~ 120 Q. EE ON El comportamiento dúctil a tensión del PET descrito en la literatura, permite suponer Que su comportamiento a compresión cuando éste se encuentre embebido en el concreto sea muy similar en lo referente a la ductilidad y tenacidad, lo Que permitirá en caso de presentarse una falla en el bloQue, de concreto o en el muro, QUe ésta sea del tipo dúctil, evitando así las fallas frágiles típicas de la mampostena de concreto. u C'O-!:! C'O C) 80 ·-u e: ~ ... CI) .!!! 40 f/j CI) a:: o RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL CONCRETO o La resistencia mecánica del concreto es la medida de la cantidad de esfuerzo reQuerido para hacer fallar el material 7• Puesto Que la resistencia del concreto es una función del proceso de hidratación, QUe es relativamente lento, tradicionalmente las especificaciones y las pruebas para la resistencia del concreto se basan en 8 muestras curadas bajo condiciones estándar de temperatura y humedad, por un periodo de 28 días . Durante la construcción en laboratorio de los bloQues de concreto aligerados con PET, se llevó a cabo un estudio para determinar la resistencia del concreto de diseño. Se fabricaron y ensayaron a compresión uniaxial Tablo 2. Resultados de la resistencia acompresión de cilindros del concretousado poro fabricar losbloques. Edad (días) Cargo máximo (kg) Resistencia olo compresión (kg/cm2) 4 5270 65 2 4 6324 78 3 4 5189 64 4 7 7459 92 5 7 8269 102 6 7 8107 100 7 14 10377 128 8 14 10134 125 9 14 9161 113 10 28 9729 120 11 28 10945 135 12 28 10215 126 13 90 11421 141 14 90 12263 151 15 90 10048 124 No. de espécimen • Promedio (kg/cm2) 15 30 45 60 75 90 Edad (días) Fig. l. Comportamiento de lo ganancia de resistencia ocompresión del concreto utilizado paro la fabricación de los bloques aligerados can PET En la figura I se puede apreciar el comportamiento de la resistencia a compresión de los cilindros de con creto, con respecto al tiempo. Se diseño teóricamente una mezcla para proporcionara una resistencia a la falla por compresión especificada a los 28 días de 100 kg/cm 2, la cual es adecuada para la aplicación de los blo Ques de concreto en el tipo de edificación objetivo de la presente investigación. De acuerdo a los resultados obtenidos se puede esperar Que la resistencia a la compresión del concreto usado para fabricar los bloQues de concreto aligerados con PET supere a la resistencia de diseño. Resistencia acompresión de los bloques de concreto aligerado con PET 69 98 122 127 Se fabricaron tres bloQues de concreto aligerado con envases de PET (figura 2). Los bloQues de concreto fueron ensayados a compresión para determinar su resistencia individual y predecir el comportamiento estruc tural de los muros fabricados mediante éstos. En la tabla 3 se señalan los resultados obtenidos en los ensayes a compresión de los bloQues. La falla Que se presentó en estos paneles sujetos a compresión uniaxial fue iniciada por el agrietamiento vertical en el plano de alineación de los envases de PET. como puede observarse en la figura 3, el cuál es un planodébil del bloQue ya Que tiene la menor área de concreto, sin embargo, aún después de presentarse este agrietamiento, el bloQue de concreto mantuvo su capacidad de carga e inclusive ésta se incrementó hasta llegar a la carga máxima, la cuál fue mayor a la carga de del primer agrietamiento, tal como puede apreciarse en la tabla 3. Este comportamiento fue similar en todos los bloQues ensayados, generándose solamente en el bloQue No. 3 una concentración de carga en su cara inferior. 139 -~---------~ c_1_ EN_c_1_A_F_ 1c__ N_o_.1_~ EN _E_Rc_ o _- _AB_R_1L_ 2_0_01_ _ _ _ _ _ _ _ _ _-:-___ Después de la primera grieta vertical en el plano de los envases de PET. se presentaron agrietamientos en CIENCIA FIC NO.I ENE RO -ABRI L 2007 �·"1, 1 1,1,,,1'l 1l\\illl'.l'-.ll"<,hll\\1,l,ll'-.lll,II lll ll lc 1,,,,,11z 1 ,cll''- 1,1,111'1 t· i,;:: ' ~· = -~-1 + 2.5cp (1) donde: ~ = Media de la resistencia a la compresión de las piezas, referida al área bruta; y cp= Coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las piezas. Basados en la NTC el valor de cp no se tomará menor Que 0.20 para piezas provenientes de plantas mecanizadas Que evidencien un sistema de control de calidad como el reQuerido en la norma NMX-C-404ONNCCE9, ni menor de 0.30 para piezas de fabricación mecanizada, pero Que no cuenten con un sistema de control de calidad, también, no menor Que 0.35 para piezas de producción artesanal. De esta manera la resistencia a la compresión de los bloQues de concreto aligerado con PET. fue de 11.3 kglcm 2, considerando fp =21.2 kg/cm 2 y cp = 0.35. En la tabla 4 se presenta los límites mínimos recomendados de peso volu métrico y resistencia a la compresión según las NTC del Distrito Federal en lo Que se refiere a mampostería. Se puede apreciar QUe el bloQue de concreto aligerado con PET se encuentra dentro de lo especificado por las normas de diseño y construcción mexicanas, además de tener cualidades muy similares a los bloQues QUe usualmente se comercializan. Fig. 2. Bloque de concreto aligerado con envases de PET. Tablo 3. Resultados de lo resistencia olo compresión de bloques de concreto aligerado con PET No. de bloque Ancho (mm) Largo (mm) Cargo de ogrietomienlo (kg) Cargo máximo (kg) Tablo 4. Comparativo del peso volumétrico neto mínimo y de lo resistencia olo compresión de diseño poro diferentes tipos de momposterío9 Tipo de mampostería Peso volumétrico (kg/m3) Resistencia olo compresión (kg/cm2) 131 724 6600 21064 Tabique de borro recocido 1300 15 2 130 729 11149 20549 Tabique de borro con huecos verticales 1700 40 3 130 728 11980 18742 Bloque de concreto 1700 20 Tabique de concreto (tabicón) 1500 20 Bloque de concreto aligerado con PET 1250 11.3 la cara del bloQue, mostrando un patrón de grietas diagonales por zonas de tensión diametral hasta la falla por aplastamiento del concreto. De acuerdo a la normas técnicas -~omplementa'.ias ~ara diseño y_constru~ción de estructuras de mampostería 9 (NTC), la resistencia a compres1on se determmara para cada tipo de piezas de acuerdo con el ensaye especificado en la norma NMX-C-036. Para el diseño, se empleará un valor de resistencia, fp*. medida sobre el área bruta. fig. 3. (o) Agrietamiento vertical en el plano de los envases de PET. (b) Patrón de agrietamiento de los bloques de concreto aligerado con envases de PET sujetos ocompresión. ■----~-------C-IE~N~c-1 _A_F_1c__N_o_.1_~E-N-ER_o_-_A_B_R_IL_2_ºº-7~ - - - - - ~ ~ - - - . . J - - --· Resistencia a compresión de los muros de concreto aligerado PH Se construyeron en el laboratorio de Tecnología del Concreto del Instituto de Ingeniería Civil, cuatro muros a base de paneles de concreto aligerado con envases de PET De los cuales dos muros fueron construidos con los paneles alineados, y los dos restantes fueron construidos con los paneles desfasados. Las dimensiones de estos muros fueron de 2.19 m de largo (3 paneles) x 2.20 m de alto (6 paneles) Que incluye un cerramiento de concreto reforzado de O. 16 m de peralte para remate y O. 13 m de espesor. Los muros se pintaron con un fondo blanco y se dibujó una cuadrícula para marcar el patrón de agrietamiento. La carga fue aplicada mediante un pistón hidráulico a una velocidad de I t/min, los muros fallaron en las uniones entre los paneles al presentarse el agrietamiento entre éstos, ver figura 4. Los resultados obtenidos Que se muestran en la tabla 5, indican Que los muros de paneles de concreto aligerados con PET, presentan una adecuada resistencia, considerando la magnitud de las cargas reales a las Que estará expuesto el muro, incluyendo la posibilidad de aplicar cargas provenientes de una vivienda de dos niveles. El comportamiento de los muros durante el ensaye fue de mínima deformación y el agrietamiento se presentó hasta el momento de su falla, al alcanzar la carga máxima y presentarse el agrietamiento, la carga no continuó aumentando de magnitud, definiendo de esta manera la máxima carga alcanzada. CIENCIA FIC Nü.l ENERO- ABRIL 2007 �¡orando su vivienda. En razón de ello y del dominio adQuirido, un programa de esta índole podría considerar la inclusión de un mecanismo de certificación de conocimientos y habilidades. Fig. 4. Agrietamiento vertical en muro de paneles de concreto con PET después del ensaye ocompresión. Tablo 5. Resultados de lo resistencia ocompresión de muros. Espécimen Tipo de follo Cargo máximo (kg) Promedio (kg) Muros con paneles alineados Agrietamiento en lo unión de los paneles. 70131 75340 72736 Muros con paneles desfasados Agrietamiento por aplastamiento en lo zono de cargo yfisuras en lo unión entre los paneles. 76890 73732 75311 TRANSFERENCIA DEL DESARROLLO TECNOLÓGICO Dentro de los aspectos importantes Que intervinieron en la selección de los mecanismos de transferencia de la tecnología, fue la influencia de la escolaridad'º y el contexto QUe caracteriza a la población participante, ambos fueron criterios QUe a lo largo del programa favorecieron o limitaron el aprendizaje, por lo Que la siste matización del proceso enseñanza-aprendizaje con fines de capacitación, debió enfocarse en cuatro elementos principales: a) relevancia de la información práctica sobre la teórica; b) empleo de manuales e instrumentos didácticos apoyados en el elemento gráfico: dibujos, diagramas, etc., más Que el texto; c) amplios espacios para la aclaración de dudas; d) atención personalizada y eQuitativa. Uno de los resultados inesperados fue la alta valoración QUe atribuyeron los autoconstructores al aprendizaje de nuevas tecnologías. Este reconocimiento fue eQuiparado incluso al beneficio Que les significó la construcción de la nueva habitación. De acuerdo a los controles de calidad del proceso de fabricación apli cado por el área técnica, todos los autoconstructores tuvieron un nivel de eficiencia óptimo. Por su parte, las familias coincidieron en afirmar QUe los conocimientos prácticos adQuiridos no solamente les habían permitido construir una habitación, sino Que habían adQuirido habilidades QUe les permitirían en lo futuro continuar me- Fig. 6. Mujer participante en el proyecto durante lo construcción de un muro para su viviendo. CONCLUSIONES 1. El desarrollo tecnológico propuesto, es una respuesta factible Que contribuye a solucionar el problema de vivienda en la población de escasos recursos mediante una participación activa de la mujer. 2. El sistema de autoconstrucción presenta un comportamiento mecánico adecuado ya Que su resistencia a compresión cumple con los reQUerimientos establecidos por los organismos Que regulan la construcción del país. 3. El uso de un subproducto doméstico contaminante (envases de PED. en la fabricación de materiales de construcción, permite asegurar Que el sistema de autoconstrucción propuesto es sustentable, generando un beneficio ecológico para la sociedad al asegurar la utilización de 24 envases de PET de 2 L por metro cuadrado de muro construido. 4. Durante el desarrollo del proyecto, la mujer mantiene un papel protagónico en las tomas de decisiones, situación Que lejos de haber constituido una limitante al buen desarrollo del programa, coadyuvó en el logro de los resultados esperados pues permitió generar la sinergia necesaria para involucrar a los otros miembros del grupo. 5. Es previsible Que el porcentaje de la población Que pueda acceder a una vivienda nueva se mantenga y no se incremente sustancialmente en el futuro cercano, lo Que hace altamente probable QUe en el mediano plazo la atención al tema del mejoramiento y a la vivienda de autoconstrucción, sea tan importante como el Que ahora se presta a la vivienda nueva. CIENCIA FIC • - - ~ ~ - - - - - - - -c_r_ EN_c_1_A_F_ 1c__ N~o-.1~ EN _E_R_o _- -A-BR-IL_2_º_º7- - - ~ - - - - - - _ . . . . . .- - NO.l ENERO - ABRIL 2007 �Referencias 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NOTICIAS Young, R. J., Lovell, P. A., "lntroduction to Polymers", 2da ed. Londres, Chapman and Hall, 1996, pp. 241-424. Young, J. F., Mindess, S., Gray, R. J., Bentur, A., "The Science and Technologyof Civil Engineering Materials", ed. by Prentice Hall lnc., 1998, pp. 359 - 371. Kinlach, A. J., Young, R. J., "Fracture Behavior of Polymers", Londres, Inglaterra, Applied Science publisher, 1983, pp. 18-371. ASTM C33 -97, "Standard Specification for ConcreteAggregates", American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1998, p. 7. ASTM C192 -98, "Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laborotory", American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1999, p. 6. ASTM C39 -04, "Standard Test Method for Compressive Strength of Cilindrical Concrete Specimens", American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 2004, p. 6. Mehta, K., Monteiro, P., "Concreto Estructura, Propiedades yMateriales", Instituto Mexicano del Cemento ydel Concreto, A.C., México, 1998, pp. 286 - 297. Neville, A. M., "Tecnología del Concreto", Instituto Mexicano del Cemento ydel Concreto, AC, México, 1992, pp. 150 -165. NMX-C-036, "Normas Técnicas Complementarias para Diseño yConstrucción de Estructuras de Mampostería", 2004. pp. 47. Hsai, Y.F., "New Horizons in Construction Materials", lnternational Symposium on New Horizons in Construction, Lehigh Valley, Lehigh University Geotechnical Engineering Division, 1976, pp. 525 - 554. PREMIO ALA MEJOR TESIS DE LICENCIATURA YMAESTRÍA Universidad Autónomo de Nuevo león Secretorío Académico Dirección General de Estudios de Posgrado Podrán participar todas las tesis defendidas durante el 2006, las cuales serán inscritas en dos categorías: a. Licenciatura b. Maestría Lo inscripción podrá efectuarse opartir del día 1 de marzo hasta el 31 de mayo de 2007. Poro moyor información: httpJ/www.uanl.m~oferto/posgrodo/ httpJ/www.uonl.m~oferto/posgrodo/PremioalaMejorlesis06.html XVI INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS VI NATIONAL ENGINEERS NACE INTERNATIONAL SECTION MEXICO CONGRESS Se invita a académicos y profesionales de lo industria de lo construcción al XVI Congreso Internacional de Investigación de Materiales yal VI Congreso Nacional de la Sección México del Engineers NACE Internacional, que se llevará a cabo en Cancún México del 19 al 23 de Agosto del presente año. •o • □♦ ◊ □ •o Poro mayor información: httpJ/www.amcm.org.m~imrc2007/ imrc2007@amcm.org.mx ■□□□ ■□■□ INtllNAtlONAl ACI FALL 2007 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invitan a profesores, alumnos, profesionales de la industria del cemento yconcreto ypúblico en general a la Convención de Otoño del ACI, que se celebrará del 14 al 18 de Octubre en Puerto Rico, E.U. Poro mayor información: httpJ/www.aci-int.org/general/home.osp httpJ/www.concrete.org/Convention/foll-Convention/front.osp ■ CIENCIA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 CIENCIA FIC 2<G!> D 7 l'IIIUO ltCO tt,ot.ll fel AlilU1CAS NO.l ENERO - ABRIL 2007 �NOilll\\ ~~ " --, FORO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN "El papel de lo Ingeniería Ovil en el Desarrollo Nocional" CONAffi -ANEIC Se invito o profesores, estudiantes y o profesionales de lo industrio de lo construcción al Foro Nacional de Investigación que se realizara en Acapulco, México los días 14 al 17 de Junio del 2007. INFORMACIÓN PARA AUTORES Acontinuación se presento lo guío poro redacción de los artículos. 1. Extensión eidioma de documentos Los trabajos deberón presentarse en español oinglés entre 5y12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficos eimágenes. 2. formato El artículo será presentado en tamaño 21.6 x27.9 cm (corto). El margen superior einferior deberá ser de 2.5 cm, el izquierdo de 3cm yel derecho de 2cm. Poro mayor información: http//www.oci-int.or!V'generoVhome.osp http//www.concrete.or¡v'Convention/Spring-Convention/front.osp 2.1 Título Máximo 2 renglones, tipogrofiodo en altos ybojas, tipo Ariol o16 puntos, con interlínea normal ycentrado. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN facultad de Ingeniería Civil Subdirección de Estudios Posgrado Acontinuación se presentan losProgramasde Posgrado de nuestro Dependencia: Doctorado en Ingeniería de Materiales de Construcción yEstructuras Maestría en Ciencias con orientación en: • Materiales de Construcción • Ingeniería Estructural • Ingeniería Ambiental 2.2 Autor oautores Nombre oiniciales yapellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipogrofiodo en altos ybajos, tipo Ariol o12 puntos, en negritos. Al final de codo nombre se colocará un número superíndice poro especificarsu adscripción. 2.3 Adscripción Colocarlo al pie de página; incluir su filiación, departamento oCuerpo Académico oque pertenecen, correo electrónico ynúmero telefónico. Al inicio, colocar un superíndice en negritos poro correlacionarlo con el autor, tipografiodo en altos ybojas, tipo Ariol o1Opuntos, con interlínea normal yalineación olo izquierdo. 2.4 Resumen Deberá presentarse de manero conciso sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tonto en español como en inglés, con un mínimo de 100 palabras y un máximo de 300 palabras (codo uno). Tipografiodo en altos ybojas, tipo Time New Ramon o1Opuntos, con interlineo normal yjustificado. 2.5 Palabras clave Representarán los términos más importantes yespecíficos relacionados con lo temático del artículo. Se colocarán debajo del resumen (o obstroct) respectivamente, con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen. Maestría en Ingeniería con orientación en: • Ingeniería Estructural • Ingeniería Ambiental • Ingeniería de Tránsito yTransporte • Hidrológico Subterráneo 2. 6Cuerpo del texto Auno columna, con tipogrofio en altas ybojas, tipo Time New Romon o 11 puntos, interlínea normal yjustificado. Se procurará que lo redacción seo lo más conciso posible, con los siguientes aportados: Poro mayor información: lng. Justino César Gonzólez Álvorez M. en l. Subdirector de Estudios de Posgrado Tel/Fox 8376.3970, 8332.1902 2.6.1 Introducción Deberá suministrar información suficiente que seo antecedente del temo desarrollado, de tal formo que permito al lector evaluar yentender los resultados del estudio sin necesidad de tener que recurrir opublicaciones previos sobre el temo. Deberá contener odemós, los referencias que aporten información sobreso liente acerco del temo yevitar presentar uno revisión exhaustivo. 2.6.2 Metodología oporte experimental Deberá describir el diseño del experimento ycontener suficiente información técnico, que permito su repetición. En esto sección deberá, presentarse cualquier condición que se considere relevante en el estudio. También, deberán presentarse los técnicos olos métodos empleados. No deberándescribirse detollodomen te los técnicos ométodos de uso general; lo descripción de métodos deberá limitarse oaquellos situaciones en que éstos sean novedosos omuy complicados. CIENCIA FIC NO.! ENERO- ABRIL 2007 CIENCIA FIC NO.! ENERO - ABRIL 2007 �e. CICLO DE SEMINARIOS DE INVESTIGACIÓN ♦ l'-..lcll'.\\\, IÓN PAi(\ \l !ORES UNIVERSIDAD AUTÓMONA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL CALENDARIO ENERO - JUNIO 2007 Fecha 2.6.3 Resultados y discusión Esto sección deberá contener los resultados de los experimentos ylo interpretación de los mismos. Los resultados deberán presentarse con un orden lógico, de formo doro y conciso, de ser posible en formo de tablas ofiguras. Deberá evitarse presentar figuras de resultados que quizás podrían tener uno mejor presentación en formo de tablas yviceversa. Cuando seo necesario presentar figuras ofotogrofios, su número deberá limitarse oaquellos que presenten aspectos relevantes del trabajo ode los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberónincluirse los resultados relevantes. Ponente Efecto de las nono/partículas de Si02 en los propiedades de morteros con cemento Pórtlond. lng. Ismael Flores Vivían Doctorado Jorge Arellono Golindo Licenciatura lng. Román Hermosillo Mendoza Maestría M.C. Jorge M. Rivera Torres Maestría lng. Wolter Vélez Rodriguez Maestría Corrosión en aceros de alto resistencia mecánico embebidos en concreto Efecto de lo reacción químico-mecánico en los propiedades del cemento de alto comportamiento Propiedades ffsico-mecánicos de concretos económicos, durables ysustentables obase de cenizo volante poro uso estructural 2.6.4 Conclusiones Deberán emanar de lo discusión y presentarse en formo doro yconciso. 2.6.5 Reconocimientos Incluir el reconocimiento o los instituciones opersonas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del trabajo. 2.6.6 Referencias bibliogróficos Deberán citarse en el artículo con un número al final del pórrofo (o 1). Deben estor numerados y aparecerán en el orden que fueron citados en el texto, con lo siguiente información: Autores oeditores, titulo del artículo, nombre del libro ode lo revisto, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Seminario Análisis yDiseño de puentes curvos Marzo 2.6.7 Tablas, gráficos, imágenes, figuras y fórmulas Deberán ser numerados secuencialmente como aparecen en el texto, con números arábigos yhaciendo referencia aellos como Tablo 1. A, fórmula 1. B... etc. Tipogrofiodo en altos y bajos, tipo Times New Romon o1Opuntos ycursivo con interlineado normal. En el coso de tablas, el título deberá indicarse en lo parte superior. En el coso de los gráficos, imágenes yfiguras su título debe colocarse en lo porte inferior ydeberán tener calidad poro impresión láser. 3. Responsabilidad y Derechos de Autor El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del outor(es) y no representan necesariamente los puntos de visto de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras seo sin fines de lucro ycitando lo fuente. Comportamiento hidrogeoquímico e hidráulico del acuífero del sureste del Municipio de Soltillo, Coohuilo, como fuente de abastecimiento de los comunidades ejidoles Producción de materiales de construcción basados en puzolanas artificiales con Co(OH)2 Corrosión del acero en morteros bosodos en puzolana natural expuestos o cloruros ycorbonotoción Efecto de lo incorporación de un doponte (Lo, Sm) en fotocotolizodores de tipo perovskito (NoM03 M=To, Nb) aplicados en reacciones de degradación de compuestos orgánicos. Evaluación de lo cinético de corrosión del acero G-42 sometido o750 y950ºC Comportamiento mecánico de bloques de concreio firbireforzodo aligerado con PET, poro lo outoconstrucción de viviendo en México 4. Envío de artículos Los artículos deberán ser enviados olos editores olas siguientes direcciones electrónicos: Abril Evaluación de lo eficiencia en rehabilitación de estructuras urbanos pvaldez@fic.uonl.mx gfajordo@fic.uanl.mx Concretos Autocompoctontes, Sustentables yEconómicos con Altos Consumos de Cenizo Volante poro Uso Estructural óentregados en lo Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de lo facultad de Ingeniería Civil de lo UANL. Comportamiento hidrogeoquímico del Valle del Hundido Moyo CIE~CIA I-IC Nü.l ENERO - ABRIL 2007 lng. Fernando A. Villorreol Reyna Maestría Alejandro Herrero González Licenciatura José Pocheco Forías Licenciatura L.Q.I. Mo. Elena Meza de la Rosa (Maestría) lng. Daniel A. Hernández Galván Doctorado Bianco C. Guevaro Moreno Licenciatura M.C. Francisco González Díoz Doctorado lng. Pedro A. Ramírez Garzo Maestría lvan Alejandro García Lizcono Licencio tu ro lng. Leticia Gallegos Montalvo Mestría lng. José Moría Zárote Caballero Maestría Q.B.P. Korina del Angel Sánchez Maestría Estudio experimental de muros de mampostería confinado de bloques de concreto. Primero Porte: Comportamiento General de los Especímenes Estudio experimental de muros de mampostería confinado de bloques de concreto. Primero Porte: Carocterisación de la Respuesto Síntesis, corocterisación yevaluación fotocotolítico del Na2Ti 6013 en la fotode gradación del 2, 4 Dinitroanilino yAzul de metileno Determinación de lo reactividad de adiciones minerales de origen natural con el cemento Pórtland Arq. Roberto R. Méndez Mariano Maestría Coordinador Dr. Pedro Voldez Tomez pvoldez@fic.uonl.mx Tel. (81) 8352-4969 ext 285 �REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN NO. 1 CUATRIMESTRAL MURAL UBICADO EN EL FRONTISrJCIO DE LA F1C-UANL AUTOR DEL f,,tURAL: FEDERICO CANTU VOLUMEN ! NUMERO 1 ENE. -ARR. 2007 ISSN: EN TRAMITE ENERO - ABRIL 2007 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Año de publicación El año cuando se publico 2007 Número Número de la revista 1 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Abril Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Tetramestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1753745&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC, Revista de divulgación científica y tecnológica, 2007, No 1, Enero-Abril Creator An entity primarily responsible for making the resource Valdez Tamez, Pedro Leobardo, Coordinador de Investigación FIC Subject The topic of the resource Materiales de construcción Ingeniería civil Concreto Efectos de la arquitectura Sustentabilidad Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Fajardo San Miguel, Gerardo, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2007 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2015478 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Acuífero del Valle Ceniza volante Losa de concreto Pórtico Puentes curvos de trabes de acero Puzolanas Sistema automático de aforo vehicular Sistema sustentable Uso de materiales cerámicos