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. 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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. 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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. 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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. 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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