https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/248/19915/Ciencia_FIC_Revista_de_divulgacion_cientifica_y_tecnologica_2007_No_3_Septiembre-Diciembre.ocr.pdf 5a3f7b8a1fc5ea5918d87840c48b9f6d PDF Text Text .. r i I - �A CONSEJO EDITORIAL CIENCIA FIC REVISTA D E D I VULGACIÓN CJENTIFJCA Y TEC N OLÓG I CA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL No. J CtMTIUMUTL\t lfN"lvt:R.SllMD AUTONOMA Oí Nurw> 1OON SUTlfMU.E • DICIU.tHf 2007 lng. José Antonio González Treviño RECTOR Dr. Jesús Áncer Rodríguez SECRETARIO GEN ERAL Dr. Uba/do Ortiz Méndez SECRETARIO ACADÉMICO M.I. Luis Manuel Aranda Maltez DIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez SUBDIRECTOR DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN. FIC lng. Ma. Inés Fuentes Rodríguez SECRETARIA ACADÉMICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lng. Rodolfo Meza Salas COORDINADOR GENERAL DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA CIVIL . RRV" Dr. Gerardo Fajardo San Miguel COORDIN ADOR DE INVESTIGACIÓN. FIC Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Dr. Gerardo Fajardo San Miguel EDITORES Portado: Puente Confedemción, Isla Príncipe Edword, Conodó Diseño: Armando Londois Formato: José Alejandro Herrera González El contenido de los articutos firmados es únicamente responsabilidad del autor{es) y no de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente. ■-- CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A CONTENIDO Editorial 4 Comportamiento en compresibilidad y 'creep' de materiales de relleno depositados hidráulicamente: Ceniza volante y Jales mineros 5 CA. CHARLES-CRUZ Y T.W. COUSENS Efectos de la temperatura sobre los parámetros reológicos y propiedades ingenieriles del hormigón autocompactante R. ZER.BINO, B. BAR.R.AGÁN. T. GARCÍA. l. AGULLÓ Y R. GETIU 17 Ánodos galvánicos para la protección de estructuras inmersas en agua de mar 27 9 R. OR.OZCO-CR.UZ, E. A. MAR.TiNEZ Y R. GALVÁN-MAR.TÍNEZ Materiales Porosos de Carburo de Silicio (SiC) con Cero Expansión Térmica 35 ISAiAS )UÁR.EZ RAMiREZ. ANTONIO A. ZALDIVAR. CADENA. LETICIA M. TOR.R.ES-MAR.TÍNEZ. AR.Q!)iMEDES CR.UZ LóPEZ. KOJI MATSUMAR.U Y Kozo ISHJZAKI 17 Metodología para la Evaluación Socioeconómica de Proyectos para la Construcción de Infraestructura Hidráulica Pluvial 43 SALAS DANIEL Y FER.RIÑO ADRIÁN Noticias 50 Información para autores 53 28 36 CIENCIA FIC es una revista cuat rimestral , de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil , sin fines de lucro, editada por la Subdirección de Estudios de Posgrado e Investigación a través de la Coordinación de Investigación. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A EDITORIAL EDITORIAL La ingeniería del siglo XXI se enfrenta a más de una decena de desafíos principales. Cada uno de estos desafíos está basado en cuatro importantes pilares: el desarrollo sustentable, la salud, la reducción de la vulnerabilidad y la calidad de vida. Al respecto, durante la celebración del segundo Seminario de Vivienda Sustentable-Cambio Climático y Desarrollo Habitacional. Que formó parte del WORLD OF CONCRETE México 2007, diversos investigadores de talla internacional, discutieron la importancia Que tiene la tecnología para hacer Que las viviendas se conviertan en espacios "más habitables". con el confort necesario para el bienestar del ser humano y con los elementos tecnológicos Que impidan la degradación del medio ambiente y el exagerado consumo de los recursos naturales no renovables. No obstante, a reserva de Que un extenso grupo de especialistas ya se encuentra afrontando los retos mencionados, se ha detectado la importancia de contar con instrumentos Que permitan reconocer cuando una tecnología o un material utilizado merecen poseer el título de ·sustentable', más allá de las buenas intenciones Que se tengan cuando se habla de materiales ecológicamente amigables o ecomateriales. En este sentido es de suma importancia conformar un sistema de indicadores, Que de manera grupal e integral. permita evaluar los aspectos más significativos Que determinan el nivel de sustentabilidad de un proyecto. En materia de vivienda y desarrollo urbano; y basado en los principios de la sustentabilidad, se ha propuesto. una estructura con ocho indicadores generales, Que cuenta además con un subsistema de indicadores particulares. atributos y parámetros de evaluación. Dentro de esta estructura. el primer gran indicador mencionado es el Que respecta a los materiales de construcción. En efecto, el indicador llamado "Incidencia de los materiales de construcción", evalúa a través de sus seis indicadores particulares aspectos como: la disponibilidad de materia prima y componentes productivos para la producción del material; características del eQuipamiento y fuerza de trabajo; características energéticas del proceso de producción del material; características ecológicas del proceso de producción; comportamiento del material producido y la incidencia sociocultural del material o producto seleccionado. Es decir. abarcando las tres dimensiones de la palabra sustentabilidad: la ecológica, la económica y la social. A través de la historia. los ingenieros han marcado los avances de la civilización, y en este sentido. este llamado reQuiere Que los ingenieros del país, se conviertan en verdaderos protagónicos en esta estructura. Por lo tanto, los fu tu ros profesionales reQuieren de sólidos conocimientos en ciencias básicas, y en sus respectivas especialidades, pero sin perder de vista las exigencias como las habilidades sociales, las capacidades de emprendimiento, el dominio de un segundo y tercer idioma, la capacidad para innovar y trabajar en eQuipo. etc. DR. PEDRO LEOBARDO VALDEZ TAMEZ DR. GERAR.DO FAJARDO SAN MIGUEL ■-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CRE EP' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADOS HIDRÁULICAMENTE: CENIZA VO LANTE Y JALES MINEROS C.A. CHARLES-CRUZ' Y T.W. COUSENS 2 RESUMEN Una gran variedad de procesos industriales conllevan a la generación de residuos sólidos granulares que corresponden altamaño de suelos limosos. la disposición de estos residuos es en la mayoría de las veces como lodos que son transportados (por medio de bombeo) a lagunas de sedimentación donde los sólidos se asientan, resultando en depósitos de material suelto con una relación de vacíos alta. Estos depósitos son conocidos generalmente como rellenos hidráulicos. Este tipo de procesos se encuentran comúnmenteen la generación de energía carboeléctrica y en los procesos de extracción mineral, entreotros. El comportamiento geotécnico de dichos depósitos es de interés dada la necesidad de evaluar la integridad yseguridad de los rellenos yde su posible uso ydesorrollo posterior. la obtención de muestras inalteradas para este tipo de depósitos es muy difícil, sino es que imposible, por loque es necesorio el preparar muestras en el laboratorio que intenten simular condiciones de depósito in situ. Este estudio describe los resultados de una serie de pruebas edométricas, realizadas hasta esfuerzos verticales de alta magnitud en ceniza volante yen jales de fluoruro de calcio (fluorita) en sitios en los cuales dichos materiales fueron depositados hidráulicamente. las técnicas de preparación de muestra que intentan recrear la estructura ydensidad de los depósitos in situ son descritas detalladamente. los resultados que se presentan incluyen las etapas de compresión ydescarga unidimensional. Se trata de determinar la línea de compresión normal yla importancia que guarda la relación de vacíos inicial en estos especímenes de baja densidad (alta relación de vacíos). Se propone un modelo conceptual de compresión unidimensional. El comportamiento a la compresión secundaria, i.e. creep, se estudia a detalle y aunque se trate de rellenos relativamente jóvenes en el marco geológico, se puede considerar de importancia. los resultados muestran que el comportamiento en creep es lineal en un espacio e-logaritmo t. Se determinaron curvas de igual tiempo de creep (isotacas) las cuales son apreciablemente paralelas a la línea de compresión normal. Este estudio intenta explicar el comportamiento de estos materiales en base a las características de sus partículas y a su grado de densificación. Palabras clave: rellenos hidráulicos, consolidación, compresibilidad, asentamientos, compresión secundaria ABSTRACT Many industrial processes result in the production of silt sized waste materials which may be disposed of by being pumped as a slurry to settling lagoons where the solids settle to form fills which often hove a high voids ratio. These are described as hydraulic fills. These processes are commonly found in the coal based powergeneration and mining and mineral process industries, amongst others. The geotechnical behaviour of such deposits is of interest with respect to the integrity and safety ofthe impoundment systems and possible future use and redevelopment of the sites. Such deposits are very difficult to sample and in many cases it is almost impossible toobtain notionally undisturbed samples, and so it is necessary to prepare samples in the laboratory using techniques which simulate field conditions. The paper describes the results of a series of oedometer tests, up to very high stress levels, on pulverised fuel ash (PFA) and fluorspar mine tailings, from sites where they were disposed ofas hydraulic fills. Sample preporation methods attempting to recreate the in-situ structure and density are described. The results presented consider the initial 1-dimensional loading ofthe initiallyloose specimens, their unloading response and their creep behaviour. An attempt is made to deProfesor Asociado. Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Autónoma de Nuevo León. México y Candidato a Doctor por la Universidad de Leecls. Leeds. Inglaterra 2 Senior Lecturer. Civil Engineering Department. University of Leeds. Leeds. United Kíngdom 1 CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS fine the normalconsolidation line for these materia Is and the importance ofthe initial voids ratio is discussed. Ageneral conceptual model ofone dimensional compression hehaviour is presented. The secondary compression, creep, response is discussed ot depth, as in geological terms these material are very recent, and creep hehaviour may he important in considering their hehaviour. The creep hehaviour displays a linear relation in e-log(t) space. Contours of equal time of creep (isotaches) are suggested which are paralleltothe normal consolidation line. The paperattempts to explain the compressihility hehaviour of the materials hased on the packing and particle characteristics. Keywords: Hydraulic fill, consolidation, compressihility, slump, creep 1 1NTRODUCCIÓN l. l Rellenos hidráulicos En actividades de extracción de minerales o en el manejo de residuos pulverizados, la disposición final del material puede ser mediante su mezclado con agua en forma de lodos, los cuales son bombeados a cavidades (naturales o realizadas ex profeso) o bien en embalses con diQues creados para contener dichos materiales. En dichos depósitos los lodos se sedimentan y el agua se decanta, generalmente con un simple mecanismo de desagüe. Dichos métodos de disposición de residuos son comúnmente utilizados en la industria minera y en la generación de energía carboeléctrica, entre otras. Las cavidades, Que pueden ser el resultado de explotaciones mineras a cielo abierto o bien específicamente construidas con diQues de contención, llamados estos últimos presas de jales. Los procesos mencionados regularmente conllevan la generación de grandes volúmenes de material, llamados genéricamente rellenos depositados hidráulicamente. Dichos rellenos consisten de materiales con partículas con una gran variedad de tamaños (variando desde arenas finas hasta arcillas) los cuales son depositados en la manera expuesta anteriormente. Estos depósitos de suelos artificiales son considerados como normalmente consolidados o sedimentarios. por su tipo de formación. La edad geológica de estos depósitos, sin embargo, es su diferencia principal con respecto a depósitos naturales, ya Que en estos últimos la escala de tiempo es de miles o millones de años (con la obvia excepción de los depósitos naturales en deltas de ríos), mientras Que en los primeros se trata de decenas de años apenas. Algunos ejemplos de rellenos precipitados hidráulicamente son los depósitos de ceniza volante, los jales mineros. o el material de dragado. El enfoQue geotécnico Que se le da a estos tipos de suelos artificiales es el de catalogarlos de acuerdo a su tamaños de partículas ya sea en suelos gruesos (arenas) o suelos finos (arcillas). El comportamiento de los limos, de tamaño intermedio entre arenas y arcillas. es generalmente considerados como intermedio entre ambos suelos. No obstante, varios estudios recientes [e.g, Martins et al. (200 1) y Nocilla et al. (2006)] argumentan la existencia de un tercer tipo de comportamiento para los limzos y no un comportamiento intermedio como lo es en la acepción actual. 1.2 Compresihilidad yfracturamiento de partículas De manera general el comportamiento lineal de la compresibilidad de materiales normalmente consolidados es entendido como resultado de un deslizamiento y rotación de las partículas en el material y el aplastamiento de partículas individuales a esfuerzos elevados (Marsal, 1967; Vesic & Clough , 1968; Miura & Yamanouchi, 1973; Hardin, 1985; Hager~ et al., 1993 Yamamuro, et al., 1996, Nakata et al., 200l ay Nakata et al. 2001 b). Varios autores (Marsa!, 1967; Vesic & Clough. 1968, Fukumoto, 1992) han estudiado •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 ~ ~ �C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS A la iníluencia de la forma de las partículas y de la granulometría de las mismas en el aplastamiento observado y han sugerido medidas cualitativas para tal fenómeno basados en las curvas de distribución granulométrica. Muchas de las investigaciones citadas anteriormente coinciden en señalar Que el inicio de la línea de compresión normal (LCN) ocurre después de Que se alcanza cierto esfuerzo de cedencia o íluencia. Este esfuerzo de fluencia se considera relacionado con el inicio del aplastamiento de las partículas individuales del material. A su vez. dicho aplastamiento es influenciado por la mineralogía. la forma y tamaño de las partículas. entre otros factores. Hager~ et al. ( 199 3) encontraron Que el aplastamiento de las partículas aumentaba con un incremento en la angularidad de las mismas y con un aumento en su tamaño medio. Yamamuro et al. ( 1996) determinaron Que el esfuerzo de íluencia al cual se alcanzaba la LCN dependía de la dureza del mineral del suelo, sin embargo. sus resultados no concluyeron ningún otro factor de iníluencia en la compresibilidad de las arenas estudiadas. Nakata et al. (2001 a) y Nakata et al. (2001 b) han propuesto una correlación entre el esfuerzo de tensión diagonal de aplastamiento de partículas individuales con respecto al mismo esfuerzo para toda la matriz granular. Nakata et al. (200 1a) verificaron Que el mayor grado de partición de partículas por aplastamiento en compresión unidimensional coincide con el punto en el Que el índice de compresión alcanza un valor máximo. Nakata et al. (2001 b) determinaron Que el logaritmo de la resistencia a la tensión diagonal de una partícula contenida en una matriz granular podría evaluarse a partir del logaritmo de la resistencia a la tensión diagonal de una partícula individual multiplicada por un factor de proporcionalidad. La necesidad de este factor de corrección viene dada. según los autores. por la distribución no uniforme de los esfuerzos entre partículas dentro de la masa de suelo. McDowell et al. ( 1996) y McDowell & Bolton ( 1998) sostienen. basados en resultados experimentales y de modelación numérica. Que el aplastamiento de partículas es un fenómeno de tipo fractal y Que dicha fractalidad proporciona una explicación fundamental al desarrollo de la LCN en los suelos tanto granulares como finos. Se presume Que con el uso de modelación de elemento discreto (DEM. por sus siglas en inglés). de gran versatilidad. se obtendrá un mejor entendimiento del papel Que juega el aplastamiento de las partículas en el comportamiento del suelo tal y como lo evidencian, por ejemplo. las investigaciones de: Robertson & Bolton (2001). McDowell & Harireche (2002), Cheng et al. (2003),y Cheng et al. (2005). 1.3 Compresión secundaria (creep) La compresión secundaria es la deformación del suelo bajo una carga sostenida después de la finalización de la consolidación primaria. AunQue el mecanismo causante de la compresión secundaria no se ha definido todavía (Mitchell. 1992). generalmente se conceptualiza Que en este proceso las partículas se rearreglan hasta alcanzar una disposición más estable entre ellas mismas o entre paQuetes de las mismas. Mas recientemente Bowman & Soga (2003) llegaron a conclusiones similares al estudiar el creep y la deformación microestructural de materiales granulares densos. Uno de los conceptos fundamentales del creep en suelos fue sugerido inicialmente por Taylor ( 1948) y posteriormente expandido por Bjerrum ( 1967) en su explicación del comportamiento de las arcillas noruegas como una familia de curvas de igual tiempo de creep. Bjerrum denominó dichas curvas como 'isotacas·. La compresión secundaria de los materiales depositados hidráulicamente es por lo regular excluida de las CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS consideraciones de diseño de los embalses dado Que se asume Que el factor primordial en ellos es la consolidación primaria (SchilTman et al.. 1988) y dado Que por consideraciones practicas se le asume insignificante (Vick. 1990). Sin embargo, el hecho de Que la compresión secundaria no se considere importante en las primeras etapas de la consolidación del depósito no significa Que sus efectos sean irrelevantes durante toda la vida del depósito. 1.4 Alcance delestudio El muestreo de material depositado hidráulicamente solo es posible mediante técnicas elaboradas y costosas (e.g.. Yoshimi & Goto, 1996: HofTman et al., 2000). Debido a ello, es más común el estudiar el comportamiento de estos depósitos a través de muestras reconstituidas. En este caso, se han utilizado especímenes elaborados mediante materiales (ceniza volante y jales de fluorita) sedimentados en agua para pruebas de consolidación unidimensional. En algunas de las pruebas realizadas se ha incluido etapas de compresión secundaria (creep) a diversos niveles de esfuerzos para evaluar dicho comportamiento en los materiales mencionados. 2 MATERIAL UTILIZADO La ceniza volante utilizada en el presente estudio se obtuvo de un depósito en desuso. parte de la antigua carboeléctrica de Skelton Grange, en Leeds, Inglaterra y Que actualmente se utiliza como relleno sanitario. El depósito del cual se extrajo la ceniza fue acumulado hidráulicamente. según consta en la historia del lugar. Una descripción detallada del sitio se puede encontrar en Cousens & Stewart (2003). Asimismo, una descripción de la ceniza de Skelton Grange se encuentra en Stewart et al. (2006a) y también en Stewart et al. (2006b). La ceniza volante de este sitio se caracteriza como de bajo contenido de carbonato (CaO < 2%). o ceniza bituminosa. Una imagen electrónica de barrido (SEM, por sus siglas del inglés) se presenta en la Figura 1(a). En dicha imagen se pueden apreciar partículas en su mayoría esféricas: esferas huecas (denominadas cenoesferas) y partículas huecas conteniendo partículas esféricas de menor tamaño (pleoesferas). Los diámetros Que se observan van de 1µm a 20µm. El material amorfo en la imagen se considera Que es probablemente residuos de carbón no incinerados. La Tabla I presenta propiedades y características de la ceniza volante la cual se considera, para efectos prácticos, como una arena limosa. Los jales de fluorita obtenidos para este estudio fu eron recolectados de la laguna activa de las instalaciones de la mina Glebe, en Derbyshire, Inglaterra. Dicha mina se encuentra localizada dentro del parQue nacional Peak District. El fluoruro de calcio (CaF) se extrae en este sitio en un yacimiento de roca caliza del período Carbonífero (Dunham, 1952). La composición de dicha roca. una vez extraído el mineral, indica la mineralogía de los jales: barita, roca caliza, cuarzo y trazas de plomo (Dunham, 1952: Notholt, 197 1). Una imagen SEM de los jales se incluye en la Figura 1(b). En dicha imagen se pueden apreciar partículas de forma subangular y angular: de igual modo se aprecia una aglomeración de partículas adheridas a la superficie de partículas de mayor tamaño. El tamaño de las partículas visibles en esta imagen varía de I mm hasta 15 a 20 mm. Algunas propiedades y características de los jales se incluyen en la Tabla 1. Los jales de fluorita se pueden caracterizar geotécnicamente como limos arenosos de baja plasticidad. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS (o) (b) Figuro 1. Imágenes de SEM: (o) Cenizo volante de Skelton Gronge, y (b) Jales de fluorita. Tablo 1. Característicos de los materiales ensayados. Cenizo Volante Jales de fl uorita Gs 2.30 Cu 4 d50 (mm) 0.090 %finosº 2.90 17 0.012 LP 43 LL 41.3 89 26.6 21.8 IP 4.8 e 1.62 e. 0.50 1.43 0.53 b ºº/ofinos: Partículas que posan lo mallo de 63µm. b Determinado por medio de sedimentación en aguo. 3 MÉTODOS EXPERIMENTALES Tres aparatos de consolidación de anillo fijo (Marca ELE. Modelo EL25-0402) se utilizaron en las pruebas. La aplicación de las cargas fue por medio de pesas Que se aplicaron a la muestra por medio de un brazo de palanca (en general con una relación 1: 1O. aunQUe en algunas pruebas de 1: 11). Las deformaciones se registraron manualmente mediante un micrómetro con un recorrido de S mm y una resolución de 0.001 mm. Se utilizaron dos diámetros diferentes de muestras: 38 mm y 70 mm. la de menor diámetro empleada con el fin de alcanzar esfuerzos elevados en los especímenes (> 1O MPa). Las pruebas fueron realizadas en un cuarto con temperatura controlada de 21 º C +/- 1º C. Los métodos de prueba utilizados fueron los sugeridos por las normas británicas BS 1377-2 y BS 1377-5 (BSI, 1990). con excepción de las determinaciones de: relación de vacíos máxima (e"'"). la cual fue realizada por sedimentación hidráulica, mientras Que la relación de vacíos mínima (emin) fue adaptada del procedimiento sugerido por Head ( 1992). Como se mencionó anteriormente, en un intento por representar el proceso de formación de suelo in situ y reproducir la estructura y relación de vacíos inicial del suelo se optó por la reconstitución de especímenes por medio de la sedimentación de material en agua. La celda de consolidación fue modificada para albergar dos mangas de plástico como extensión para proporcionar un tirante de agua de aproximadamente 15cm para CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS la sedimentación (Ver Figura 2). Estas mangas, de acetato, se ajustaron al diámetro del anillo y al exterior de la celda. cuidando de Que se lograra un sello adecuado. En el caso de la ceniza volante, el material sedimentado se tamizó preliminarmente por la malla No. 200 para eliminar partículas gruesas. El material se esparció con una espátula en movimientos circulares a intervalos regulares. La cantidad de material para obtener un espécimen de grosor adecuado resulto ser de alrededor 80 gramos. Para el caso de los jales de íluorita, se observó Que con el uso de material seco durante la sedimentación el material se precipitaba en grumos, por lo Que se opto por mezclar el material con agua, con consistencia de lodo espeso, precediendo a sedimentar dicha mezcla en agua. El grado de saturación alcanzado en ambos materiales fue superior al 99%. dicho valor obtenido mediante comparación de las relaciones de vacíos calculadas por peso y volumen por separado. Pluviation of dry material Externa! tube ..,......-- lnner acetate sleeve t Loading cap (a) Pluviación de material (b) Sedimentación (e) Especimen preparado figura 2. Preparación del espécimen para la prueba de consolidación unidimensional El tiempo de sedimentación fue de 2 horas para la ceniza volante y de menos de una hora para el material de jales. Una vez transcurrido el tiempo de sedimentación se procedió a drenar el agua por medio de un sifón. cuidando de no provocar un tirante diferencial entre el tubo de acetato interior y el exterior. Una vez retiradas las mangas de acetato, se colocó cuidadosamente el cabezal para aplicación de carga. el cual tiene una masa de 250 g. Posteriormente se procedió a la aplicación sucesiva de cargas, guardando una proporción de 2 en el incremento de las mismas aunQue debido a las combinaciones de pesas disponibles se tuvo Que aceptar ligeras variaciones a dicha proporción. El orden típico de incremento utilizado comenzó en 2.S N, alcanzando hasta ~ 1.56 kN). La etapa de descarga se realizó en al menos 3 pasos para poder trazar la recuperación elástica de los especímenes. Se observó en cada periodo de descarga qµe el movimiento registrado en el micrómetro duraba por un tiempo máximo de I S minutos. Dentro de los ensayos de consolidación realizados, se intercalaron etapas de ·creep· con periodos de más de 30 minutos de aplicación de carga. Las etapas de creep se extendieron por 24. 48, y 72 horas, y para el caso de jales hasta por 576 horas (24 días). En vez de incrementar al doble la carga al final de cada etapa de creep. se procedió a incrementarla gradualmente en etapas. para poder registrar el proceso de recomprensión en la curva de compresibilidad. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE · DIC IEMBRE 2007 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS 4 RESULTADOS En la Figura 3 se presentan varias curvas típicas de compresibilidad para la ceniza volante y para los jales de fluorita. La Figura 3(a) muestra Que para el caso de la ceniza volante la relación de vacíos inicial fluctúa entre 1.06 y 1.04. El valor más bajo corresponde a la prueba PFA-8, la cual. al contrario de las demás. se preparó vertiendo un lodo espeso sedimentado en agua en vez de material seco. AunQue se pudiera deducir un comportamiento Quasilineal de las pruebas iniciales de ceniza volante. por ejemplo de las pruebas 8 y 9. aQUellas realizadas a esfuerzos más elevados realizadas en el anillo de 38 mm (representadas con los sufijos B en su identificación) indican Que la LCN para la ceniza volante se alcanza con un esfuerzo de fluencia de más de I MPa. A esos niveles de esfuerzo vertical se encuentra Que el coeficiente de compresibilidad es de ~0.44. Por otro lado. los resultados de los jales de fluorita, presentados en la Figura 3(b). indican Que la relación de vacíos inicial para este material varía de 1.2 a 0.90. En este material, la etapa de compresión inicial es notablemente curvilínea, tendiendo hacia una porción lineal a esfuerzos de alrededor de 3 MPa. El gradiente (Ce) para los jales es de ~0.3 9. En ambos materiales. el coeficiente de recomprensión elástica (Ce) es de aproximadamente 0.04. Los resultados de las etapas de creep muestran Que existe una relación lineal entre la variación de relación de vacíos y el logaritmo del tiempo transcurrido. La Figura 4 muestra curvas representativas de estas etapas de compresión secundaria para ambos materiales. Estas etapas de creep se pueden apreciar en las curvas de compresibilidad de la Figura 3 como trayectorias verticales a los niveles de carga correspondientes a la etapa de creep. De las curvas de la Figura 4 se puede determinar el coeficiente de compresión secundaria (C0 ) a los diferentes niveles de esfuerzos. Dichos valores se encuentran resumidos en las Tablas 2 y 3. En mecánica de suelos es de uso común el reportar la relación Cj Cc, contando con valores típicos para diversos tipos de suelos. Para el caso de los materiales en cuestión dichos valores se encuentran muy por debajo del rango mas bajo de valores encontrado en la literatura, ya QUe por ejemplo para limos orgánicos el valor de Cj Cc es de Tablo 2. Resumen de los resultados de creep poro lo cenizo volante de Skelton Gronge. Ensoyo PFA-4 PFA-6 PFA-7 PFA-9 Esfuerzo Vert. [MPo) 0.238 3.297 0.203 3.380 0.204 3.380 0.204 0.408 1.642 3.256 CIENCIA FIC Coeficiente de Compresión Secundario {C )[x 10·3] 4.140 4.600 4.375 3.684 4.140 4.830 4.835 4.145 3.684 4.374 N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 Cj Cc 9.41 X10-3 1.05 xl0-2 9.94 xl0-3 8.37 X10-3 9.41 xl0-3 1.10 xl0-2 1.10 xl0-2 9.42 xl0-3 8.37 xl 0-3 9.94 xl0-3 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS Tablo 3. Resumen de los resultados de creep poro jales de fluorita. Ensayo Esfuerzo Vert. [MPa] 1.630 3.410 0.206 0.410 0.851 1.690 3.840 0.102 0.408 1.639 3.323 GM-041-01 GM-041-04 GM-041-05 Coeficiente de Compresión Secundario (C ) [x 10-3] CjCc 4.140 1.06 xl 0-2 1.18 xl 0-2 l.18xl0-2 1.00 xl 0-2 1.12x10-2 1.18 xl0-2 1.30 xl0-2 7.67 xl 0-3 6.49 xl 0-3 5.90 xl0-3 6.49 xl 0-3 4.600 4.610 3.910 4.380 4.610 5.070 2.990 2.530 2.300 2.530 0.03 - 0.06 (Holtz & Kovacs. 1981 ). La variación de Cª para los diferentes niveles de esfuerzos ensayados no se puede deílnir en base a los resultados obtenidos. De igual manera un mc!)'Or número de pruebas se reQUiere para obtener una evaluación más detallada de la relación Cj Cc Que se desprende de los resultados actuales. Una característica importante de los ensayos de creep es la determinación de las isotacas. Para efectos de facilitar la visualización de las mismas. en la Figura 5 se incluyen dichas curvas para un solo incremento de esfuerzos. Dichas gráficas muestran Que las curvas isotacas Que se distinguen son paralelas entre ellas con un gradiente menor Que el de Ce. Dichos gradiente (Cis) son de 0.30 y de 0.225 para la ceniza y los jales respectivamente. 2 ~ 2 - 0 - GM-41-01 -• & •• PFA-8 LCN 'real' 1.8 PFA-4 1.8 -· c ·-GM-41-03 1.6 - - GM-41-04 -• o- • PFA-9 c.= .« _.,_ PFA-8-01 - - PFA-8-02 - - PFA-8-03 - - GM-41-b02 .. .... .., ~ 1.4 - - GM-41-b03 .2 u > 1.2 i . . ... GM-41-b04 1 0.8 0.6 0.6 0.4 10 100 1000 10000 100000 Esfuerzo vertical efectivo (kPa) 1 10 100 10000 1000 Esfuerzo vertical efectl·vo (kPa) (b) (a) figuro 3. Curvos de compresibilidad: (o) Ceniza volante de Skelton Gronge, y(b) Jales de fluorita •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 100000 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS ◊ 204 1.050 kPa 1.000 o 816 kPa o 102 kPa " 3,385 kPa 0.950 0 408 kPa 0.900 el··· · ····· ....... ·········· •3 · •• · G· ~ -G.o o 1639 lt:Pa b 3323 k:Pa 0.800 ., 0.850 o 0.100 G··· ················· ·······G····G····O~ 0.750 o ····· ···t.· ·6 · ·· ··· · · •·· •· •·· ·· · 6 tto 0.1 1 t. ··· · ·······················6····1:.··t:,,·t:.•Jl 0.600 10 100 0.1 lag t (hr,;J 10 100 1000 /og t (hr,/ (b) {a) Figura 4. Resultados típicos de creep para: (a) Ceniza volantede Skelton Grange {Prueba PFA-04) y (b) Jales de fluorita (Prueba GM-041-5). 1,642 kPa l ', ' '\ . 0.91 0.89 ', í C,.=0.30 0.85 '' . C.=0.26 0.92 '' '' '3,~kPa ' 1 '' '' o 0.83 0.81 \, \, \ (ensayo.- 0.79 o.n prosigue) 0.75 . . .r lnlcfa l ', 0.87 ¡1-s~-t • 0. 94 Compreslon .. ISOTACAS: C,.=0.225 ' '\ 0.86 '\ ' . . . . . . _.__, +-- - - - - - ~ -~ - ~__._ 1000 c,-0.230 0.88 ' ', ' 0.9 Compreslon lnlcfal Estuorzo vertteal efectivo (kPa) 10000 24dlas (ensáyo prosgue) 0. 84 +----~-~--.;.._...,__~-'-t 1000 10000 Esfuerzo vertfcal efectivo (kPa) {a) lb) Figura 5. Gráfico de isotocas típicas para: (a) Ceniza volante de Skelton Grange, y (b) jales de fluorita 5 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS El comportamiento en consolidación unidimensional observado para la ceniza volante y los jales de íluorita ensayados es compatible con el comportamiento observado en materiales granulares gruesos. Es notorio Que las relaciones de vacíos iniciales obtenidas para ambos materiales íluctúan muy cerca de los valores de ema., determinados para ambos materiales. lo Que indica Que la preparación de las muestras fue efectiva. La comparativa de los valores de Ce de este estudio con determinaciones anteriores para la ceniza volante. algunos de ellos incluidos en la Figura 6. sugieren Que ocasiones anteriores los niveles de esfuerzos utilizados en consolidación unidimensional no resultaban ser lo suficientemente elevados para definir con claridad la LCN. sino Que se trazaba un gradiente Ce dentro de la parte de compresión inicial de la curva de compresibilidad. Para el caso de los jales de íluorita, no se cuenta con información previa, con excepción de resultados preliminares de este estudio incluidos en Stewart et al. (2006b). Sin embargo, si se comparan los resultados con CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS otros materiales de jales, el Ce obtenido es compatible con los rangos para lodos de jales de oro (Cc=0.35) y jales de bauxita (Ce entre 0.26 y 0.38) reportados por Vick ( 1990). Una representación esQuemálica del comportamiento a la compresibilidad de dichos materiales basada en los resultados de las pruebas realizadas se presenta en la Figura 4(b). En la Figura 6(b) se presenta una versión esQuematizada de la compresibilidad de los materiales estudiados y Que se puede extender a materiales granulares dentro del mismo rango de partículas. Dependiendo del valor de relación de vacíos inicial, las curvas de compresibilidad mostráran una porción de compresión inicial, tendiendo a un incremento en el valor de Ce hasta llegar a la porción lineal al alcanzar un gradiente homólogo al de la LCN. La tr<!)'ectoria de recomprensión elástica, ignorada generalmente para suelos granulares gruesos, corresponde en estos suelos a una línea con gradiente Ce. -·O- ·- PFA4 ----......_, • --. - · O- · PFA•t - ~ PFA-8-02 •- DiGlola & M.a.zo, 1972 ( Mat. suelto) o DIGlola & Nuuo., 1f72 ( Mat. denso) '... 2.50 - "' .. ..~ ~ ~ . _ TriYedl &Sud, 2002 {MaL denso) .2 2.00 '0 e o ~ o 1.50 a: 1.00 o.so.¡......~....,_~........~~..........~ - ~ 1 10 100 1000 10000 log cr\ 100000 Esfuerzo vertical efectivo (kPa) (a) (b) Figura 6. (a) Comparativa de estudios previos para ceniza volante y (b) representación esquemótico de la compresibilidad de rellenos depositados hidráulicamente. 6 CONCLUSIONES Los resultados de las pruebas de laboratorio para la ceniza volante y para los jales de íluorita indican QUe la compresibilidad de los mismos es compatible con la Que se observa en materiales granulares gruesos. Se considera indispensable Que en la realización de pruebas edométricas se apliQuen esfuerzos lo suficientemente elevados para garantizar la localización de la LCN. La compresibilidad en dichos materiales se observa como una curva inicial cuya posición es muy sensible a la relación de vacíos inicial. La LCN se alcanza a esfuerzos elevados, después de rebasar un esfuerzo de íluencia Que para la ceniza volante es de alrededor de I MPay para los jales de íluorita de ~ 3 MPa. Los resultados sugieren Que dicho esfuerzo de fluencia esta relacionado con la granulometría y la mineralogía de las partículas. La recomprensión elástica de este tipo de materiales es por lo general ignorada pero aparenta ser de una magnitud apreciable para los materiales estudiados. De igual manera. los resultados de creep sugieren Que la compresión secundaria para estos depósitos. aunQue •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A C.A. CHARLES-CRUZ y T.W. COUSENS jóvenes, puede resultar en una aportación significativa a los asentamientos totales de estructuras soportadas en terrenos de este tipo, por lo Que deberían tomarse en cuenta dentro de su diseño. 7 AGRADECIMIENTOS Los estudios incluidos aQuí constituyen una porción del trabajo de tesis doctoral del primer autor, financiados por el Programa al Mejoramiento del Profesorado (PROMEP) de la Secretaria de Educación Publica (SEP) a través de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). De igual manera, se contó con el financiamiento parcial por parte del Proyecto TAILSAFE de la Comunidad Económica Europea como parte del 5th Framework Research Programme. Se agradece el apoyo técnico del personal de la Universidad de Leeds en la obtención de las imágenes SEM y de las compañías Biffa Waste lnc. (por acceso al sitio de Skelton Grange) y a Glebe Mines Ud. (por acceso a los depósitos de jales de íluorita). 8 NOMENCLATURA Ce Ci.s C; Cª Ce emin Índice de compresibilidad Índice de compresibilidad de isotacas Índice de compresibilidad inicial Índice de compresión secundaria Índice de recomprensión elástica Relación de vacíos mínima emax Relación de vacíos máxima Gs Gravedad especíílca Cu Coeílciente de uniformidad d50 Diámetro eQuivalente del 50% de partículas Referencias 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Bowmon, E. T., ond Soga, K. (2003). "Creep, ogeing ond microstructurol chonge indense granular materiaIs." Soils ond Foundotions 43(4): 107-117. BSI (1990). BS 1377-2:1990. Methods of test forSoils forengineering purposes • Port 2: Clossificotion tests. BSI (1990). BS 1377-5: 1990. Methods of test forSoils forengineering purposes • Port 5: Compressibility, permeobility ond durobility tests. Cheng, Y. P., Bolton, M.O., ond Nokoto, Y.(2005). Groincrushing ond uiticol stotes observed inOEM simulotions. 5th lnternotionol Conference on the Micromechonics of Granular Medio, PowdersondGrains (2005). H.García-Rojo, ond McNomora. Sttutgort, Toylorond fra ncis Group: 13931397. Cheng, Y.P., Nokoto, Y., ond Bolton, M.O. (2003). "Oiscreteelement simulotionof crushoble soil." Geotechnique 53(7): 633-641. Cousens, T. W. C., ondStewort, 0.1. (2003). "Behoviour of otriol embonkment on hydraulicolly placed fill." Engineering Geology. Ounhom, K. C. (1952). Memoirs of the Geologincol Survey Speciol Reports on theMineral Resources of Greot Br~oin (Vol. IV): fluorspor, HMSO. fukumoto, T. (1992). "Porticle breokoge choracterisitcs of granular soils." Soils ond foundotions 32(1 ): 26-40. Hogerty, M. M., Hite, O.R., Ullrich, C.R. ond Hogerty, O.J. (1993). "One-dimensionol high-pres.sure compression of granular medio." Journol of Geotechnicol Engineering 119(1 ): 1-18. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �COMPORTAMIENTO EN COMPRESIBILIDAD Y 'CREE P' DE MATERIALES DE RELLENO DEPOSITADO~ HIDRAULICAMENTE· CENIZA VOLANTE Y JALES MINEROS 1O. Hardin, B. O. (1985). "Crushing of soil partidas." Journal of Geotechnical Engineering of the ASCE 111 (1 O): 11 77-1192. 11. Head, K.H. (1992). Manual of Soil Laborotory Testing {Vol. 1), Pentech Press, London. 12. Hoffmann, B. A., Sega, D.C., and Robertson, P.K. (2000). "In situground freezing toobtoinundsturbed somples of loase sand." Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering 126(11 ): 979-989. 13. Holtz, R. D., and Kovacs, W.D. (1981 ). An introductionto geotechnical engineering. Englewwod Cilffs, N.J., Prenlice-Hall, lnc. 14. Marsa1, R. J. (1967). "Large scaletesting of rockfill materia Is." Journal of Soils Mechanics and Foundations Oivision, Proceedings of the American Society of Civil Engineers 93(SM2): 27-43. 15. Martins, F. B., Bressoni, LA., Coop. M.R. and Bico, A.V.O. (2001). "Sorne aspects of the rnmpressiblity behaviour of a dayey sond." Canadian Geotechnical Journal 38: 11 77-1186. 16. McDowell, G. R., and Bolton, M.O. (1998). "On the Micromechanics of crushable aggregates." Geotechnique 48(5): 667-679. 17. McDowell, G. R., and Harireche, O. (2002). "Discreta element modelling of soil portide fracture." Geotechnique 52: 131 -135. 18. McDowell, G. R., Bollan, M.O. and Robertson, D. (1996). "The fractal crushing of granular materiaIs." Journal of Mechanics and Physics of Solids 44(12): 2079-2102. 19. Mitchell, J. K. (1992). Fundamentals of Soil Behaviour, JohnWiley and Sons, lnc. 20. Miuro, N., and Yamanouchi, T. (1973). "Compressibility anddroined shear characteristics of a sond under highconfining pressures." Technology reports of the Yamaguchi University 1(2): 271-290. 21. Nakata, Y., Hyodo, M., Hyde, A.F.L, Kato, Y., and Murota, H. (2001a). "Microscopic partide crushing of sond subjected to high pressure one dimensional compression." Soils and Foundations 41(1): 69-82. 22. Nakata, Y., Kato, Y., Hyodo, M., Hyde, A.F.l. and Murota, H. (2001 b). "One-dimesional compression behaviour of uniformlygroded sond related tosingle partide crushing strength." Soils and Foundations 41 (2): 39-51. 23. Nocilla, A., Coop, M.R.and Colleselli, F. (2006). "The Mechanics of an ltalianSilt: An Example of 'Tronsitional' Behaviour." Geotechnique 56(4): 261 -271. 24. Notholt, A. J. G. (1971). Fluorspar. D. E. Highley. London, Mineral Resources Consultative Committee. 25. Robertson, D., and Bollan, M.O. (2001). DEM simulations of crushable groins and solids. Powders and Gro is 2001. Sendai, Jopan: 623-626. 26. Schiffman, R. l., Vic~ S.G., and Gibson, R.E. (1988). Behaviorand properties of hydroulic fills. Hydroulic Fill Structures. D. J. A. VanZyl, andVick, S.G. (Ed.), ASCE, New York: 166-202. 27. Stewart, D. l., Charles-Cruz, C.A. and Cousens, T.W.C. (2006b). Stability and settlement characteristics of hydroulicolly placed mine tailings and pawer station fly ash. 5th ICEG EnvironmentalGeotechnics: Opportunities, Challenges and Responsibilities far Environmental Geotechnics. H. R. Thomas (Ed.). Cardiff, Thomas Thelford. Vol. 2: 966-975. 28. Stewart, D. l., Cousens, T.W.C. and Charles-Cruz, C.A. (2006a). "The interpretation of CPT data fromhydroulically placed PFA." Engineering Geology. 29. Taylor, D. W. (1948). Fundamentals of Soil Mechanics. New York, JohnWiley and Sons. 30. Vesic, A. S., and Clough, G.W. (1968). "Behavior of granular materials under high stress." Proceedings of the AmericanSociety of Civil Engineers Soils Mechanics and Foundations Division 94(SM3): 661-688. 31. Vic~ S. G. (1990). Planning, design and analysis of tailing dams, BITech Publishers, LTO. 32. Yamamuro, J. A., Bopp, P.A. and Lade, P.V. (1996). "One dimensional compression of sonds al high pressures." Journal of Geotechnical Engineering, ASCE 122(2): 147, 154. 33. Yoshimi, Y., and Gota, S. (1996). "Liquefaction resistance of silty sond based on insitu frozen somples" lnternational Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstrocts 33(8): 357. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU EFECTOS D E LA TEMPERATURA SOBRE LOS PARÁMET ROS REOLÓG ICOS Y PROPIEDADES INGENIERILES D EL HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE R. ZERBIN0 1, B. BARRAGÁN 2 • T. GARCÍA2 • L. AGULLÓ Y R. GETTU 3 RESUMEN Las condiciones ambientales pueden favorecer a la variabilidad de las propiedades en estado fresco del hormigón autocompactante (HA() y, consecuentemente, afectar la calidad durante la producción. Aunque en general se recurre a ensayos de tipo ingenieril para valorar las características del HA(, los estudios reológicos posibilijan una mayor comprensión de su comportamiento; contribuyendo, de este modo, a un diseño más racional del material. Se desarrolló un amplio programa experimental para analizar las propiedades reológicas del HAC, los factores que las influencian ysu vinculación con los resultados de los ensayos ingenieriles. Los resultados de este trabajo ponen de manifiesto el efecto de la temperatura del hormigón yel de la temperatura ambiente sobre las propiedades en estado fresco del HA(, verificándose que no puede minimizarse la atención a esta variable en el control de producción. l. INTRODUCCIÓN El Hormigón Autocompactante (HAC) constituye probablemente el mayor desarrollo de la tecnología del hormigón en los últimos 15 años. Se define al HAC como un hormigón Que es capaz de íluir en el interior de los encofrados y pasar a través de las armaduras logrando la compactación por la acción de su propio peso. sin presentar signos de segregación (Gettu y Agulló. 2004a. 2004b). Los estudios reológicos han permitido comprender el comportamiento del HAC y de ese modo han contribuido a un diseño más racional de este nuevo hormigón. En términos reológicos un HAC se caracteriza por poseer tensión umbral de cizallamiento (-r0) muy baja y una viscosidad plástica (µ) capaz de garantizar el transporte. llenado y posterior endurecimiento del material sin segregación. Como se desprende de la definición, las propiedades en estado fresco son determinantes en un HAC pues de ellas depende la calidad final de los elementos estructurales; la íluidez. la capacidad de paso y la resistencia a la segregación son fundamentales. pero en general las dos primeras se oponen a la última. Un HAC reQuiere una adecuada combinación entre la tensión umbral y la viscosidad plástica para lograr movilidad sin riesgos de segregación; en mezclas muy viscosas se reQUiere una tensión umbral prácticamente nula. mientras QUe en un HAC de baja viscosidad es conveniente Que dicho parámetro aumente. Una combinación donde ambos parámetros (-r0 y µ) fueran extremadamente bajos podría implicar riesgos de segregación (Nielsson y Wallevik. 2003). De acuerdo con las características del elemento a llenar se recomiendan diferentes clases de HAC. Que son definidas en base a ensayos de tipo ingenieril como el escurrimiento. el embudo en V o la caja en L (SCCEPG. 2005). Los cambios en la composición del hormigón modifican su respuesta reológica (Beaupré et al. 1998). El contenido de agua afecta la viscosidad plástica y la resistencia al ílujo. a mayor contenido de agua ambos 'CONICET-LEMIT. Facultad de Ingeniería UNLP. La Plata. Argentina 'Opto. de Ingeniería de la Construcción. Universilat Politécnica Caialunya. España 3 Civíl Engineeñng Oepartment. Indian lnstitute oí Technology Madras. Chennai. India CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE ~ parámetros se reducen en forma significativa. Los aditivos reductores de agua, en especial los superplaslificantes. reducen ligeramente la viscosidad plástica pero disminuyen en gran medida la resistencia al ílujo. El aire incorporado reduce ambos parámetros, en general a medida Que aumenta el contenido de aire los efectos sobre la viscosidad son menores. El tipo de cemento y las adiciones minerales también afectan la respuesta reológica. No es sencillo acotar el efecto del tipo de árido. ya Que cuando éste se modifica también cambian otras variables como el contenido de agua o el volumen de pasta, pero se ha encontrado Que las partículas con formas redondeadas reducen significativamente la viscosidad plástica y. en parte, la tensión umbral. Sin embargo para el mismo conjunto de materiales existen otros factores Que modifican la respuesta reológica. entre ellos se destacan el paso del tiempo y los cambios de temperatura. Estos factores poseen una gran importancia desde el punto de vista de las aplicaciones: las condiciones ambientales podrían contribuir a la variabilidad en las propiedades y afectar la calidad durante la producción del HAC. En términos reológicos la pérdida de trabajabilidad en el tiempo se traduce en cambios en la tensión umbral y la viscosidad. Que se ha observado son más importantes en la primera. Un estudio reciente (Griesser et al. 2005) donde se compararon morteros elaborados a temperaturas entre 8 y 30° C con diferentes tipos de cementos y aditivos. se concluye Que prácticamente cada combinación cemento-superplastificante posee características reológicas particulares para una temperatura dada. Otros autores han observado Que el tipo de cemento puede cambiar la respuesta reológica en el tiempo y Que la temperatura afecta la reología del HAC en especial con superplastificantes de tipo policarboxilato (Brameshuber y Uebachs, 2003; Caszewski y Szwabowski, 2004: Grzeszczyk y Sudol, 2005): la adsorción de aditivo en las partículas del cemento es iníluenciada por la temperatura. Por estas razones, en la elección de la combinación superplastificante- cemento se deberán tener en cuenta las condiciones ambientales durante la fabricación y las condiciones de temperatura de la obra. Al respecto, Khrapko (2005) destaca Que los cambios estacionales de temperatura constituyen uno de los mayores factores Que afecta las prestaciones del HAC, lo Que obliga a ajustes en las dosis de aditivos. En este trabajo se presentan resultados de un amplio programa experimental donde se analizaron las características reológicas del HAC y su vinculación con los ensayos de tipo ingenieril (Zerbino et al, 2006). En particular se discute el efecto de la temperatura del hormigón y el de la temperatura ambiente sobre las propiedades del HAC. 2. PROGRAMA EXPERIMENTAL 2.1. Materiales El estudio se realizó sobre dos tipos de HAC Que difieren principalmente en el tamaño máximo de árido ( 12 y 20 mm) identificados como HAC-I2 y HAC-20. Ambos fueron elaborados empleando arenas y gravas de machaQueo. cemento tipo CEM 1 42.5 R. filler calizo y un superplastificante de tipo policarboxílico. La relación agua/(cemento+filler) fue igual a 0.38 y la relación filler/cemento igual a 0.30. A modo de referencia, la resistencia media a compresión a los 28 días fue de 46.4 y 42.6 MPa para HAC-I2 y HAC-20 respectivamente. ■ -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU A 2.2. Metodología de Evaluación El comportamiento reológico fue evaluado mediante un viscosímetro para hormigones BML Viscosimeter 3. El aparato cuenta con un recipiente de aproximadamente 20 litros y proporciona como resultados pares de valores momento torsor - velocidad de giro Que se obtienen a velocidades decrecientes. A partir de los mismos. su software calcula la tensión umbral y la viscosidad plástica aplicando el modelo de Bingham. En forma simultánea a las medidas con el viscosímetro se realizó el ensayo de escurrimiento, obteniendo como resultados el diámetro de escurrimiento, Dr·Y el tiempo en alcanzar un diámetro de 500 mm, t50 , (UNE 83361 :2007) y se midió el tiempo de vaciado en el embudo en V. Tv (UNE 83364:2007). 2.3. Series En la Serie I se estudió el efecto de la temperatura de elaboración sobre las propiedades del HAC. Para ello se emplearon amasadas de 25 litros: una vez acabado el mezclado se realizaron los ensayos de escurrimiento y embudo en V. y luego en forma inmediata y con el mismo material se determinaron los parámetros reológicos. En cada jornada se realizaron varias amasadas de un mismo tipo de HAC variando la temperatura. Se elaboraron seis grupos de HAC (1a IV. Tabla 1). En el grupo I se varió únicamente la temperatura del agua de mezclado. la Que fue incorporada a 37, 22 y 2 °C, obteniéndose mezclas con temperaturas de 27 , 24 y 21 °C respectivamente. En los grupos restantes se acondicionaron todos los materiales componentes (excepto del aditivo), manteniéndolos durante 24 horas en ambientes a distintas temperaturas entre 5 y 40 °C. De este modo se logró una mayor variación en la temperatura de cada HAC. Para evitar diferencias en el contenido de humedad, todos los materiales fueron herméticamente embolsados durante el almacenamiento. En los HAC realizados en invierno fue necesario aumentar el contenido de aditivo con respecto a los hormigones preparados en verano donde la temperatura ambiente era unos I O °C mayor. En el grupo IV se incorporó una dosis mayor a la del grupo 111 a fin de alcanzar los niveles de escurrimiento a temperaturas intermedias previamente logrados en verano. En la Serie 2 se analiza el efecto de la temperatura ambiente sobre los cambios en las propiedades del hormigón durante los primeros 90 minutos posteriores al mezclado. Incluye 3 amasadas de 200 litros de HAC12 y otras 3 de HAC-20. Dentro de los primeros I O minutos después de finalizado el amasado se realizaron ensayos de embudo en V y escurrimiento y se determinaron los parámetros reológicos. El material restante se mantuvo en reposo en recipientes plásticos (muestras de 50 litros) ubicados dentro de una cámara con control de temperatura y humedad. Se realizaron pruebas a temperaturas de 20. 30 y 40 °C, todas manteniendo la humedad relativa ambiente igual a 80 %. Con estas muestras se repitieron medidas simultáneas de los parámetros reológicos y ensayos ingenieriles dentro de los 30 y 90 minutos posteriores a la fabricación. los hormigones fueron ligeramente removidos antes de ser ensayados. En esta serie el material empleado para cada ensayo no fue reutilizado. Como era previsible, varios HAC perdieron tal condición con el paso del tiempo. en especial los expuestos CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE ~ a mayor temperatura. Estas mezclas permiten extender el rango de medidas para analizar la vinculación entre parámetros reológicos y resultados de los ensayos ingenieriles. En varios de ellos no se pudieron determinar los tiempos t50 o T.- 3. RESULTADOS Y ANÁLISIS 3.1. Serie I: Efecto de lo temperatura de lo mezclo La Figura I a muestra las curvas momento torsor (N.m) vs. velocidad (revoluciones por segundo) obtenidas con el viscosímetro BML en los HAC- 12 del grupo l. elaborado con agua a distinta temperatura. Se observa cómo aunQue los hormigones alcanzaron temperaturas apenas diferentes las curvas se modificaron y la m<!}'Or íluidez correspondió al HAC con temperatura intermedia. Por su parte la Figura I b presenta las curvas del grupo VI, donde se alcanzaron temperaturas de 17, 27 y 3S °C; nuevamente la mayor íluidez se obtuvo con la temperatura intermedia y la mayor viscosidad plástica cuando los materiales fueron incorporados con menor temperatura. En la Tabla I se indican para todos los grupos de HAC de la Serie 1. la temperatura del ambiente y el tipo de hormigón, junto con las propiedades en estado fresco de cada hormigón: los resultados de los ensayos de escurrimiento (Dry t50), embudo en V (T) y los parámetros reológicos (-r 0 y µ). En la Figura 2 se representan los resultados de cada grupo en función de la temperatura del HAC. es posible apreciar cómo la mayor íluidez se produjo normalmente en el HAC con temperatura intermedia. Lo expuesto se verifica tanto a partir de los resultados de los ensayos ingenieriles como en los parámetros reológicos. Cabe recordar QUe en los los grupos 111 y IV (más en el último) se aumentó el contenido de superíluidficante con respecto a los otros HAC-12, este hecho justifica las diferencias entre las mezclas. Las tendencias observadas concuerdan con estudios sobre morteros donde se encontró mayor viscosidad ,...._ 7 - , - - - - - - . - - - - - , - - - - - , ,,__7 E. 6 ·-+· ?-ior 5 ..._ 24ºC --- 21°c b.... o ~ 4 o ..... o .)' E b.... :,. .... _/ . ¿ o /, o -~ .J e: 2 <U E o 1 r / ,,,,-" ~ 4 +----+---+➔-----1 .8 o • ..... 0.2 0.4 3 +---+-,,.=-:,+<--+----1 2 +-----,,<~ :;._:_--+-----t ~ 1 +-___..,"--+---+----! ~ .k" ¿ o -+- 35ºC --· 27°C -+-- 17ºC 6 0.6 O + - - - - + - - --+-- -- < o 0.2 0.4 0.6 Velocidad (rps) Velocidad (rps) figura 1. Curvas momento torsor - velocidad en HA( con distinta temperatura. la {izquierda): Grupo I HAC-12 con agua a distinta temperatura 1b {derecha): Grupo IV, HAC-20 con todos los materiales a distinto temperatura • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU Tablo 1. Serie 1: Efecto de lotemperatura de lo mezclo Paró metros Embudo Grupo y tipo de H.AC I HAC-12 11 HAC-12 III HAC-12 IV HAC-12 V HAC-12 VI HAC-20 Temperatura Ambiente HAC ("C) (ºC) 27 24±2 24 21 37 24 ± 2 26 12 20 15 ±2 16 12 20 15 ± 2 13 9 38 29 27±2 26 23 17 35 27 ± 2 27 17 Parámetros reo lógicos 'º (Pa) o 3 4 35 5 o 26 21 21 o 13 10 26 26 17 11 32 12 o o Escurrimiento Embudo en V Tv (lllill) t;o (s) 590 665 635 560 640 640 590 615 600 685 715 683 580 602 635 662 530 575 750 640 2.1 1.7 2.5 2.1 1.7 3.4 2.7 3.0 2.0 2.3 2.0 2.6 2.8 l.2 2.3 1.8 4.4 3.3 1.4 3.3 5.3 4.7 5.0 6.2 5.8 8.3 6.9 6.8 6.8 ~l Df (Pa.s) 69 48 60 48 55 85 71 60 66 79 69 83 63 61 60 71 133 67 76 128 (s) 6.1 7.6 8.1 4.7 6.4 5.9 5.5 11.5 7.2 6.8 8.8 a bajas temperaturas (Caszewski y Szwabowski, 2004). Por su parte Kas:rynska (2005) informa poca variación de trabajabilidad en HAC entre 5 y 25 °C y mayor demanda de superfludificante y pérdidas de fluidez a 30 °C. Otros autores observaron mayor fluidez a 20 °C Que a 10 °C (Pellerin et al. 2005). La influencia de la temperatura depende, entre otros factores. del rango de variación. del tipo de aditivo y de su compatibilidad con el cemento y las adiciones empleadas. z Es evidente Que la temperatura constituye una fuente de variabilidad para un HAC cuya importancia no puede minimizarse. Si bien estas experiencias se realizaron con un único conjunto de materiales, los resultados indican efectos más significativos para temperaturas elevadas, aproximadamente por encima de 25 °C. A menor temperatura, ni la tensión umbral ni el diámetro de escurrimiento muestran tendencias definidas. De todos modos, la viscosidad muestra una tendencia decreciente con la temperatura. lo propio parece ocurrir con el tiempo t50; en el Tv el efecto fue menos marcado. Se detectó un aumento de viscosidad cuando se incorporó el agua a muy baja temperatura. 3.2. Serie 2: Efecto de la temperatura delambiente Esta serie fue realizada para estudiar el efecto de la temperatura ambiente sobre los cambios en las propiedades del hormigón luego de la fabricación. Incluye medidas simultáneas de los parámetros reológicos y ensayos ingenieriles al finalizar el amasado y determinaciones posteriores en mezclas expuestas a temperaturas entre 20 y 40 °C. La Figura 3 representa la variación en el tiempo de los parámetros reológicos en HAC-12 y HAC-20, mientras Que la Fig. 4 incluye los resultados de los ensayos ingenieriles. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE 20 ¡:; -o V, 5 E-< • ♦ .... .D • "'º V, ~ .- •- • .ei-. ~cf -i:,:s • ◊ 10 t i:,:i D • ca... 30 ::s 140 o.. 120 .__, Cll u .... 100 80 o. 60 -o ·--oo 40 20 u V, '2' o.. .__, E o • V i:,:s o □ cf - V V, 20 o > ' 40 o ' o Temperatura (ºC) 20 40 Temperatura (ºC) 800 6 E E .__, o 5 ◊ cae 700 . Q) ♦ E ¡¡¡ o u ◊ 2 o . D ~ ,-, º• ' o 40 • n OJ o ' 20 o 1 • o V ....,V> ·Cll 500 o o V, {J o º □ ♦ ....o'"" 600 • 4 ___, 3 ,,....__ ◊ ◊ t.¡:: o o . V, o ,,....__ ~ ,,..._ 40 20 40 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) 15 • 10 ◊ º◊ ♦ 5 o ♦ ♦ ◊ º• 1!11,. -u o o D • ' o 20 40 Temperatura (ºC) o 1 o 11 • Ill o IV • V o VI Figura 2. Serie 1, Grupos Ia VI: Variación de las propiedades con la temperatura del HAC; tensión umbral {-t 0), viscosidad plástica(µ), diámetro de escurrimiento (D1), tiempo en escurrir 500 mm (150 ) ytiempo de pasaje en el embudo en V(Tvl •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU Se observa una pérdida de autocompactabilidad en el tiempo. en especial al superar los 30 minutos luego de finalizado el amasado. Como era de esperar. los cambios fueron mayores en los hormigones expuestos a temperaturas más elevadas. Considerando los parámetros reológicos. los cambios son inicialmente menos evidentes en la tensión umbral Que en la viscosidad plástica. a la vez Que el efecto de la temperatura ambiente sobre la viscosidad fue menor. ----o. '-' '«! HAC-12 ctl ca,_ 120 .D .D ♦ 80 § "' e ·O 40 ♦ ~ ¡.... 80 ♦ e e ·O HAC-20 o. '-' ca.... 120 E ::l o i!I o o o o ' ' 30 60 "'e o o 40 ♦ ¡.... o o 90 ----120 "' (d o. 100 HAC-12 '-' ctl o ·.;::: 80 "' o. 60 "O o ctl 40 "O ~ o"' 20 o "' o - -{lj o r:Jt ' ' 30 60 □ o ' ' 30 60 120 ----"' ctl HAC-20 p., '-' 100 octl ·.;::: 80 o "' o. 60 "O o• ctl 40 "O 19 ¡¡; oo 20 "' o 90 o o ♦ -{lj > 90 Tiempo (minutos) o 20 ºC ♦ Tiempo (minutos) n j] u a a) Tiempo (minutos) --> -- 160 160 30 ºC • 40 ºC o ' ' 30 60 90 Tiempo (minutos) o 20 ºC □ 30 ºC • 40 ºC Figuro 3. Serie 2: Variación en el tiempo de los parámetros reológicos en HAC-12 y HAC-20 expuestos a diferentes temperaturas En lo Que respecta a la variación en el tiempo de los ensayos ingenieriles. se observa la mayor pérdida del diámetro de escurrimiento para las mayores temperaturas. También se aprecian m~ores cambios en el tiempo de vaciado Tv en el HAC-20, lo Que puede asociarse a una menor capacidad de paso en los HAC con áridos de mayor tamaño. Finalmente en la Figura 5 se representan, en base a los resultados de ambas series. la variación de la tensión umbral con el diámetro de escurrimiento y las vinculaciones entre la viscosidad plástica y el tiempo t50 o el tiempo en el embudo en V. Es posible apreciar QUe las relaciones entre estos parámetros reológicos y los resultados de los ensayos ingenieriles no se modifican substancialmente por efecto de la temperatura. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE --§ '-' ca e <;:: ........o ~ _§ o 800 700 600 500 400 300 200 -E ,... r,. ~ ♦ e '-' n O ♦ o o (-:! e <;:: o ♦ b ~ E -C-:! o HAC-12 o ' ' 30 60 800 700 600 500 400 300 200 151 u ♦ ♦ Tiempo (minutos) 3.0 2.5 2.0 V > .__, 1.5 o ....."' 1.0 0.5 o -- - 3.0 2.5 2.0 V> '-' 1.5 o ....."' 1.0 0.5 00 -- -- ♦ HAC-12 O.O o 1 1 30 60 60 - u 1 1 30 60 16 -- .__, V> 8 •o □ ♦ o □ T o 1 ' 30 60 20 ºC o o o 8 t □ ♦ o o 90 Tiempo (minutos) □ 12 4 ~ o 90 HAC-20 12 4 90 Tiempo (minutos) HAC-12 -- 30 HAC-20 o 90 16 .__, ' --• Tiempo (minutos) V> ' Tiempo (minutos) - o o HAC-20 o 90 □ ♦ o 30 ºC • 40 ºC o ' ' 30 60 90 Tiempo (minutos) o 20 ºC o 30 ºC • 40 ºC Figuro 4. Variación en el tiempo de los resultados de los ensayos de escurrimientoy embudoen Ven HAC-12 y HA(•20 expuestos a diferentes temperaturas •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A R. ZERBINO. B BARRAGAN. T. GARCIA. L AGULLO y R. GETTU ~ E E ._., "',:: ;,:: o p "'E 800 600 5 \ y. 4 400 o o 3 .§. 2 • ! 200 ' ' ' O 40 80 120 160 Tensión umbral (Pa) • HAC- 12 o HAC-20 D 16 ~ 12 o º· ºº~ 8 • •t5 • ar:P : o - 1 ~~ o • •• •• - •• o 3-' ~ º•o • . ' 40 80 o O 120 160 Viscosidad plástica (Pa.s) • HAC-12 o HAC-20 D a-&•• - 4 ' • . o O 40 80 120 160 Viscosidad plástica (Pa.s) • HAC-1 2 o HAC-20 Figura S. Series l y 2: Vinculaciones entre los resultados de los ensayos ingenieriles en función de los parámetros reológicos en hormigones elaborados yexpuestos a diferentes temperaturas 4. CONCLUSIONES En este trabajo se analizó el efecto de la temperatura sobre el comportamiento reológico del hormigón autocompactante (HAC) empleando dos HAC. con áridos de 12 y 20 mm de tamaño máximo. las principales conclusiones se presentan a continuación. Se verifica Que la temperatura del hormigón puede constituir una causa importante de variabilidad en el HAC. En mezclas fabricadas a distintas temperaturas con el mismo conjunto y proporciones de materiales componentes. se observó una mejor respuesta reológica en el HAC con temperaturas intermedias. en el entorno de 20 ºC. Que en los hormigones con temperaturas extremas (cercanas a 10° o 40 °C). Se comprobó Que los parámetros reológicos pueden variar significativamente durante los primeros 90 minutos por efecto de la temperatura del ambiente. Los resultados de los ensayos ingenieriles. como el escurrimiento o el embudo en V, mostraron tendencias semejantes. Para el mismo conjunto de materiales. las vinculaciones entre la tensión umbral y el diámetro de escurrimiento y entre la viscosidad plástica y el tiempo t 50 o el tiempo en el embudo en V. no se modificaron substancialmente por efecto de la temperatura. AGRADEClMl EN TOS Los autores agradecen al Ministerio de Educación y Ciencia la financiación a través de los Proyectos. MAT2003-05530, PSE-380000-2007-1: HABITAT 2030 y BIA2006-15471-C02-0 1. y el apoyo del Programa Al~an. Programa de becas de alto nivel de la Unión Europea para América Latina. beca nº E04E047473AR (primer autor). CIENCIA FlC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS f'ARAMETRO, REOLOGICO, Y PROPIEDADES INGENIERILb DEL H ORMIGON AUTOCOMPACTANTE REFERENCIAS , l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll 12 13 BEAUPRE, D. yMINDESS, S. (1998). Rheology of fresh Concrete: Principies, Measurement, and Applications, en Materials Science of Concrete V, (Ed. Skalny, J. and Mindess, S.), pp 149-, 190, American Ceramic Society, USA. BRAMESHUBER, W. y UEBACHS, S. The influence of the temperature on the rheological properties of self-compacting concrete, en Proc. Third lnt. RILEM Symposium (Ed. Wallevik, O. and Nielsson, 1.), pp. 174-183, Reykjavik, lceland. CASZEWSKI, J. G. ySZWABOWSKI, J. (2004). lnfluence of superplasticizers on rheological behaviour of fresh cement mortars, en Cem. and Conc. Res 34, pp. 235- 248. GETTU, R. yAGULLÓ, L. (2004a) Estado del arte del hormigón autocompactable ysu caracterización - Parte 1, en CementoHormigón 861, pp. 37-47. , GETTU, R. yAGULLO, L. (2004b) Estado del arte del hormigón autocompactable ysu caracterización - Parte 11, en CementoHormigón 862, pp. 9-31. GRIESSER, A., JACOBS, F. and HUNKELER, F. (2005). lnfluence of different super-plasticizers on the rheological properties of mortars, en Admixtures - Enhancing concrete performance, Proc. lnt. Conf. Univ. of Dundee, (Ed. Dhir, R.K., Hewlett, P.C. and Newlands, M.D., Thomas Telford Pub), pp. 141-148, Scotland, UK. GRZESZClYK, S. ySUDOL, M. (2005). The influence of tempernture on the fluidity of fresh self compacting concrete, en Admixtures - Enhancing concrete performance, Proc. lnt. Conf. Univ. of Dundee, (Ed. Dhir, R.K., Hewlett, P.C. and Newlands, M.D., Thomas Telford Pub), pp. 165-170, Scotland, UK. Kaszynska, M. (2005). Earlyage properties of SCC en Sec. North Am. Conf. on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete (SCC) and the Fourth lnt. RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, (Ed. Shah, S.P., Hanley Wood Pub.) pp 905-910, Addison, 1L, USA. KHRAPKO, M. (2005). Experience withsupplying SCC, en Sec. North Am. Conf. on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete (SC() and the Fourth lnt. RILEM Symposium on Sett-Compacting Concrete, (Ed. Shah, S.P., Hanley Wood Pub.) pp 1189-1194, Addison, ll USA. NIELSSON, l. yWALLEVIK, 0.H. (2003). Rheologycalevaluation of sorne empirical test methods-Preliminary results- en Proc. Third lnt. RILEM Symposium (Ed. Wallevik, O. and Nielsson, 1.), pp. 59-68, Reykjavik, lceland. PELLERIN, B., MAITRASSE, P. yMICOLLIER, S. (2005). lmproving consistency of SCC rheological behavior by meons of appropriate admixturization, en Sec. North Am. Conf. on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete (SC() and the Fourth lnt. RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, (Ed. Shah, S.P., Hanley Wood Pub.) pp 17-23, Addison, ll USA. SCCEPG (2005). The European Guidelines for SCC Specification, Production and Use, httpJ/www.efnarc.or¡vpdf/SCCGuidelinesMay2005.pdf ' , , ZERBINO, R., AGU LLO, L. BARRAGAN, B., GARCIA, T. yGETTU, R. (2006). Caracterización reológica de hormigones autocompactables, Dto. Ingeniería de la Construcción, Universidad Politécnica de Catalunya, pp. 83. •·- - CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 ~ ~ �A R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. GALVAN-MARTINEZ ÁNOD OS GALVÁNICOS PARA LA PROTECC IÓN DE ESTRUCT URAS INMERSAS EN AGUA D E MAR R. 0ROZCO-CRUZ1 • E. A. MARTiNEZ1 Y R. GALVÁN· MARTiNEZ1 RESUMEN La gran mayoría de estructuras que contengan un componente metálico son susceptibles de presentar daños y deterioro por el fenómeno de corrosión. Existen diferentes métodos de control y prevención de este fenómeno y uno de los mayormente utilizados es la de Protección Catódica. En años recientes, las aleaciones base aluminio se han utilizado en sistemas de protección catódica como ánodos de sacrificio. Este trabajo presenta el análisis electroquímico comparativo entre una aleación AI-Zn-ln, de naturaleza comercial, yuna aleación AI-Zn-Mg, de nueva generación, inmersas en agua de mar natural. Se hizo un seguimiento del potencial de corrosión, se aplicaron las técnicas de Resistencia a la polarización (Rp) y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIE), así como microanálisis con Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) para llevar a cabo la evaluación de cada una de estas aleaciones. Los potenciales de corrosión que presentaron las aleaciones estuvieron en el intervalode - 950 a - l 017 mV vs ECS. Apesarde que la aleación con In es comercial, no presenta grandes atractivos en comparación con la aleación, de nueva generación, con contenido de Mg. Palabras clave: protección catódica, ánodo galvánico, aluminio, AI-Zn-Mg, impedancia electroquímica. l. INTRODUCCIÓN El concreto reforzado utiliza acero para aportarle las propiedades de resistencia a la tensión QUe es necesaria en el concreto estructural. Esto evita la falla de las estructuras de concreto Que están sujetas a esfuerzos de tensión y ílexión debido al tráfico, los vientos, las cargas muertas y los ciclos térmicos. Sin embargo. cuando el refuerzo se corroe, la formación de óxido conduce a la pérdida de adherencia entre el acero y el concreto y la consecuente delaminación y exfoliación. Si no se lleva a cabo una inspección adecuada, la integridad de la estructura puede verse afectada. La reducción del área de sección transversal del acero reduce su capacidad de carga. El acero en el concreto se encuentra usualmente en condición pasiva, no corroído. Sin embargo. el concreto reforzado con acero es frecuentemente utilizado en ambientes severos donde está presente el agua de mar. Cuando los cloruros se mueven dentro del concreto, provocan la ruptura de la capa pasiva de protección del acero. causando Que éste se oxide y se delamine. Los pilotes de puentes fabricados con estos materiales presentan deterioro por corrosión. y día con día investigadores llevan a cabo esfuerzos por tratar de controlar. de alguna manera, este fenómeno. Una alternativa de control y protección de la corrosión de estructuras sumergidas es la protección catódica (PC). Esta técnica se ha utilizado en el campo del concreto reforzado primeramente como un método para alargar la vida en servicio de estructuras ya deterioradas. Su uso tradicional es el de prevenir la corrosión del acero ya sea enterrado o sumergido y su aplicación abarca desde buQues, puentes y hasta tuberías de gas y petróleo. En los últimos 50 años. la PC ha dejado de ser una simple técnica y se ha hecho uso de la ciencia para desarrollar mejoras a este método. De esto, se pueden encontrar excelentes referencias Que cubren los aspectos teóricos y prácticos [ 1-7]. ' C. A. Ingeniería de Corrosióny Protección. Unidad AntiCorrosión. Instituto de Ingeniería. Universidad \k!racruzana. S. S. Juan Pablo JI s/n. Zona Uni\oersitaria. Región Wracruz. C. P. 94294. Email: rorozco@uv.mx. riorozcoc@yahoo.com.mx. Tel. + (S2) 229 77 S2-000 ext. 222 14. 2222 3. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR • La corrosión es un proceso electroQuímico de gran importancia económica.ya Que se estima Que el 4 % de Producto Interno Bruto de los Estados Unidos de América se consumen en el combate contra este fenómeno 191. Este porcentaje tiende a ser constante o mayor globalmente. Para Que existan reacciones de corrosión es necesario Que exista una celda electroQuímica. Esta celda comprende un ánodo, un cátodo. un electrolito y una unión metálica. La base de la PC es lo Que ocurre en una celda electroQuímica. La estructura a proteger será el cátodo. Que estará unido eléctricamente a un material anódico. Que se corroerá preferencialmente y ambos. deberán estar inmersos en un electrolito. A este sistema se le llama "protección catódica por ánodos galvánicos". Estos ánodos galvánicos son aleaciones de Mg. Zn yA1[7.81. La gran mayoría de ensayos de ánodos galvánicos se enfocan a estudiar los siguientes parámetros: 1.- Potencial electroquímico (E) 2.-Capacidad de drenaje de corriente ((OC) 3.- Morlología y característicos de corrosión 4.- Metalurgia del ánodo El potencial electroQuímico es una función de la aleación y su ambiente. Un dato numérico activo. de este parámetro. es deseable debido a Que un potencial noble estaría indicando la presencia de pasivación. Las normas NACE (National Associalion of Corrosion Engineers) 11 O] y DNV (Det Norske Veritas) [ 1 11 especifican Que un ánodo de aluminio debe tener un potencial de circuito cerrado activo aproximadamente a -1000 mV (vs ECS). La CDC representa un factor de la efectividad de las aleaciones anódicas. Las dos normas anteriores. especifican Que la eficiencia electroQuímica debe oscilar entre 2300 y 2700 Ah/kg. Finalmente. un tercer factor importante Que siempre es valorado es el comportamiento a la corrosión y los productos resultantes. Por otro lado, heterogeneidades y variaciones de la metalurgia de la aleación en su microestructura reflejan el comportamiento y la eficiencia electroQuímica de estos materiales. Las aleaciones base aluminio han sido utilizadas en ambiente marino desde hace algunas décadas. esto con el objetivo de tener alguna alternativa después del zinc. Diferentes aleaciones base aluminio han sido estudiadas desde 1966. tales como AI-Zn-ln. AI-Zn-Sn y AI-Zn-Hg l 121. La influencia Que tienen algunos elementos de aleación como el zinc. titanio. mercurio e indio han sido estudiados por algunos investigadores 11 3. 141. Cada uno de estos elementos ha demostrado ser muy bueno como agente activador del aluminio. sin embargo. los buenos resultados Que se han obtenido contrastan con el aumento en el daño del ambiente. Debido a esta problemática, se han desarrollado una serie de nuevos materiales AI-Zn-Mg Que han sido estudiados y evaluados como ánodos galvánicos con el objetivo de obtener una nueva generación de ánodos de sacrificio base aluminio 11 S-1 71. De estas investigaciones se han obtenido diferentes resultados, siendo algunas de las más importantes la obtención de una eficiencia electroQuímica de 75%. la aleación con mayor contenido de magnesio, 8.5% atómico. Así como la obtención de aleaciones Que no contengan elementos contaminantes. • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. A GALVAN-MARTINEZ El objetivo del presente trabajo es el análisis comparativo de dos aleaciones: la primer aleación es un material conocido. el ánodo de aluminio AI-Zn-ln. y el otro es el material con contenido de magnesio de la aleación AI-Zn-Mg. 2. CONDICIONES EXPERIMENTALES La aleación AI-Zn-Mg fue preparada en un horno de inducción al vacío y colada por gravedad en un molde de acero. Los elementos metálicos utilizados en la aleación fueron de pureza comercial (99.5%) previamente pesados. La aleación AI-Zn-ln es una aleación comercial adQuirida para esta evaluación. La composición Química fue determinada mediante la técnica de espectroscopia de emisión, y los resultados se presentan en la tabla 1. Cada espécimen fue seccionado y preparado mediante un desbaste con papel de carburo de silicio comercial de 240. 320. 400 y 600 µm. con el objetivo de obtener una superficie homogénea y libre de impurezas. para posteriormente ser lavados y desengrasados con acetona. La evaluación electroQuímica de estas aleaciones. Que se llevó a cabo en agua de mar natural de la costa del Golfo de México, se realizó utilizando la técnica de Espectroscopia de Impedancia ElectroQuímica (EIE) y Resistencia a la polarización (Rp) así como un seguimiento constante de los valores del potencial de corrosión (E corr) a través del tiempo de exposición. El eQuipo utilizado para los experimentos fue un potenciostato Gill AC (ACM lnstruments) con las siguientes características utilizadas en la prueba de EIE: intervalo de frecuencias de I O KHz a I O mHz ( 1O puntos por década) e imponiendo una señal de I O mV. Para la prueba de Rp . se tomo como base lo mencionado en la norma ASTM G59-97 [ 18] donde después de tener establecido el Ecorr durante 15 minutos. se polarizó 30 mV catódicos y 30 mV anódicos con una velocidad de barrido de 60 mV/min. El eQuipo utilizado fue controlado con una computadora utilizando un software de la misma compañía. El tiempo de exposición de las dos muestras en agua de mar fue de 29 días. El arreglo experimental utilizado fue una celda de tres electrodos. Un electrodo de referencia de calomel saturado (ECS), un electrodo auxiliar de grafito (EAG) y el electrodo de trabajo, Que fue la muestra en cuestión. Durante todo el tiempo de exposición, se hizo un seguimiento del valor de Ecorr en función del tiempo. Después del tiempo de exposición. las muestras fueron retiradas, lavadas con agua destilada y secadas para observar la morfología de las fases presentes en los productos mediante la técnica de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Tabla 1- Composición química de las aleaciones base Al (%). Aleación Al Zn Mg In AI-Zn-ln Bol. 1- 3 0.5 - 1 0.2 AI-Zn-Mg Bol. 12.08 wt. 5.33 at. CIENCIA FIC 5.57 wt. 6.61 ot. N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 Cu fe 0.10 max 0.010 max. 0.0093 wt. 0.2106 wt. --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR • 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la figura la se presentan los resultados obtenidos de las mediciones de potencial, Ec0 ,,. en función del tiempo de exposición (29 días). Se logra observar como al inicio de la exposición existe una peQueña diferencia en los valores. La aleación AI-Zn-ln presenta un valor de - 1OI O mV. mientras QUe para la aleación AI-ZnMg presenta -955 mV. estos valores son referidos contra un electrodo de calomel saturado. Al inicio de la exposición la aleación con In presenta valores más activos Que la aleación con Mg. En ningún caso el potencial llegó a un estado estable, siempre estuvo en un intervalo entre -9 50 y - l OI O mV Cabe mencionar Que la aleación con In presenta un aumento en el valor del Ecorr en los días 15 y 16. Para esta aleación. la razón por la Que se esta presentando corrosión por picado es la disminución localizada de In y sería la responsable de no desarrollar potenciales más activos Que -950 mV vs ECS, según lo encontrado por Attanasio y col. l 19]. En ensayos de laboratorio, con solución de NaCI al 3%, Orozco-Cruz y col.120] obtuvieron resultados de una aleación con mayor contenido de Mg presentando valores de Ecorr en el intervalo de -1 O12 a -1 O17 mV (ECS). De la misma manera . Barbucciy col. 12 1]. Foley y Trazskoma 122]. Talavera y col. 123] obtuvieron valores del mismo orden de magnitud trabajando con aleaciones semejantes. La peQueña diferencia en los valores de Ecorr, sería las condiciones del electrolito, Que para las evaluaciones actuales fue agua de mar natural. En la figura 1b. se presenta los resultados obtenidos con la técnica de Rp. Se observa una inestabilidad de los valores de Rp para ambas aleaciones. La aleación con In presenta los valores menores. indicando con esto una velocidad de corrosión mayor. El comportamiento Que tiene a través del tiempo es de aumento y disminución Que se observan por los picos. no hay una estabilización en algún valor. Esto estaría indicando la posible pasivación y activación de las aleaciones. mediante corrosión por picado, ya Que un problema Que presentan estas aleaciones es precisamente la formación de una capa pasiva debida al aluminio [ 12]. 1- AJ-Zn.fn - - AI-Zn-Mg j 1- w ., ...E -900 . E u .!. -950 8000 7000 6000 5000 Q. 4000 Q. a: 3000 2000 1000 g -1 000 l: .,: o ~ ! 10000 9000 -850 ~ AI-Zn.fn - - AI-Zn-Mg -1050 -1 100 -1 150 ..........~.........._~........._~..........,~~................................ ......... ~ o 5 10 15 20 25 30 o o 5 15 10 20 25 30 tiempo (días) tiempo (días) b) o) figuro 1.-o) Desempeño del Ecorr de los aleaciones duranteel seguimiento en función del tiempo que estuvieron inmersos en agua de mor natural por 29 días, b) Comportamiento de lo Rp en función del tiempo de exposición de los dos aleaciones en agua de mor natural durante 29 días. En la figura 2 y 3 se presentan los resultados obtenidos mediante la técnica de EIE mostrando los diagramas de NyQuist y Bode para las dos aleaciones en cuestión. La forma de los diagramas presenta diferencias • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. A GALVAN·MARTINEZ importantes. Para la aleación con Mg. se logra observar una forma de arco semicircular. Este semicírculo tiene un comportamiento diferente al paso del tiempo. Se logra observar como aumenta y disminuye el diámetro. tendiendo a disminuir comparativamente desde el inicio hasta al final de la exposición. Estos cambios en el diámetro del semicírculo son indicios de cambios en el mecanismo de corrosión así como de la posible activación y pasivación de la aleación. 10' -7000 ,--- - - - - - - - - - - - - - - - , -0- 1 d - . - 7d -<r 14d -_,, _· 22d 29d -5000 8' _, 102 10' 10'' Ñ' E -4000 y 10" 10' 10 2 1o' 10' Frecuencia (Hz) E N - - - - 7d -O- 14 d 22 d ~ - 29d -N 1o' -6000 8::-" --o- 1 d -3000 -2000 "' -50 ~ - -1000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -25 o L......JL....L.I.LUJl.1...--L..J..Ju.LLl.<L-L..J..JU.WJL-.L..L.U.W"--.L..L.UJ.WI 10·• 1cf 1 o' 10 2 10' 1o' 7000 Z: (Ohm-cm2) Frecuencia (Hz) figuro 2.- Diagramas de EIE de lo aleación AI-Zn-Mg sumergido en aguo de mor del Golfo de México durante 696 h. Por otro lado. para la aleación con In. se logra observar un comportamiento inductivo de los semicírculos. Se puede observar como al paso del tiempo. el diámetro de los semicírculos disminuye. exceptuando el obtenido al día 22. Esto podría ser atribuido. como se ha comentado constantemente. a la corrosión por pi-7500 ~ --------------~ -0- 1d ........ 7d -0- 14d - -<7 10' - N 22d 29d 1o' a, .3 -5000 1o' 10' 1...--JL...U.LUJI.I...-L..J..Ju.LLl.<L-L..J..JU.WJL-.L..L.- - - - ' 10'' 10' 10 2 \ • Frecuencia (Hz) o 2500~--~---~---~---~ o 2500 5000 7 500 10000 Frecuencia (Hz) Z: (Ohm-cm2) CIENCIA FIC 25 =-L..J..JLi.llJJ.L_.L..L..1.J..LUJ.l.._.L..L..LI..J.JJ"'---.J...J...------' 1()'' 10' 102 N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR • caduras [24J. La existencia del ataQue por picado es consistente con la noción de Que el agotamiento de In es responsable del comportamiento presentado. esto de acuerdo a las investigaciones obtenidas por Uruchurtu [25 ]y Reboul et al [26J. En la figura 4. se puede observar el comportamiento del modulo de la impedancia, IZI. en función del tiempo tomado a un valor constante de 0.2 Hz. Para la aleación con In existe una serie de variaciones mientras Que para la aleación con Mg después de los primeros 5 días tiende a estabilizarse en un intervalo peQueño. 30000 25000 i . 20000 u E 15000 .e Q. !::j 10000 5000 o o 5 10 15 20 25 30 tiempo (días) Figura 4.- Grófico del módulo de la impedancia en función del tiempo de exposición de las dos aleaciones sumergidas en agua de mar del Golfo de México durante 696 h. Después de los 29 días de exposición. la morfología de la superficie de la muestra fue examinada visualmente. Los productos de corrosión Que se obtuvieron fueron de color grisáceo. de apariencia gelatinosa y con formación de cristales adheridos a la superficie. En la Figura Sa se presenta la morfología resultante de la muestra con In y la Sb es la correspondiente a la muestra con Mg. En la figura 6 se presenta el análisis realizado con la técnica de EDX mediante microanálisis. a la aleación con Mg, y de esto se puede pensar Que se encuentra algún producto de aluminio así como algún cloruro. ya Que los picos de gran intensidad son de Al. CI, O y Zn: este producto sería Al 20 3 • xAJCl 3 y H20 l 16]. El metal de aluminio reacciona rápidamente con a) b) Figura 5.- Observación visual de las aleaciones después de 29 días de exposición, a) aleaciónAI-Zn-ln, b) aleaciónAI-Zn-Mg . • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �R. OROZCO-CRUZ. E. A. MARTINEZ y R. A GALVAN-MARTINEZ el ión CI· en una solución líQuida Que contiene NaCI. Se puede crear una hipótesis en Que la barrera natural de óxido de la aleación es transfarmada en forma gradual en una capa de sal hidratada en la interfase óxidosolución. Para las dos aleaciones se pudo observar un producto blanco parecido a un gel. Para la aleación con In. se encontró Que la eficiencia electroQUímica alcanza un 86 % [24J. mientras Que para la aleación con Mg alcanza una eficiencia de 73% [ 161. cps o 25 20 CI 15 10 5 s o o Zn 10 5 En ergy (keV) Figuro 6.- Microanólisis mediante EDX de los productos de corrosión formados sobre la aleación AI-Zn-Mg después de 29 días de exposición en agua de mar natural del gotto de México. 4. CONCLUSIONES a) La aleación AI-Zn-ln, como aleación comercial no presentó buen comportamiento electroQuímico en agua de mar natural. Del mismo modo, la nueva aleación. Que esta siendo estudiada y evaluada de acuerdo a cantidad de magnesio presenta condiciones parecidas a la aleación anterior. la Que la hace como una buena aleación candidata para obtener una nueva generación de aleaciones galvánicas. b) El seguimiento del Ecorr presentó Que los valores encontrados están en el valor mínimo necesario. de acuerdo a los parámetros Que marcan las dos normas internacionales más conocidas. NACE y DNV. c) La técnica de EIE arroja resultados valiosos respecto a información de formación de capas o productos de corrosión. d) Los productos de corrosión de la aleación con Mg presentaron una fase Que no contiene elementos contaminantes para el ecosistema marino. REFERENCIAS 1. 2. 3. Peobody, A.W. (1967). "Control of Pipeline Corrosion", NACE lnternotionol, Houston. Porker, M.E. ond Peattie, E.G. (1984). "Pipeline Corrosion ond Cothodic Protection", Third Edition, Gulf Publishing Co., Houston. Morgon, J.H. (1987). Cothodic Protection, Second Edition, NACE lnternotionol, Houston. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �ÁNODOS GALVANICOS PARA LA PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS INMERSAS EN AGUA DE MAR 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. Von 8oeckmonn W., Schwenk, W.and Prinz, W.Editors, {1997), "Handbook of Cathodic Corrosion Protection. Theory and Practica of Electrochemical Protection Processes", Third Edition, Gulf Publishing Co., Houston. Code of Practica CP1021, Cathodic Protection, 8SI, London {1973), NACE RP 01-69, "Control of Externo! Corrosion on Underground or Submerged Metollic Piping Systems", NACE lnternotional, Houston {l 969), Avila, J. ond Genesco, J. {l 991 ). Mas Allá de la Herrumbre 11. La lucha contra lo corrosión, FCE, México, D.F. Ashworth, V.(1986). "The Theory of Cothodic Protection and its Relotion to the Electrochemical. Theory of Corrosion inCathodic Protection: Theory and Practica", V. Ashworth and C.J.L 8ooker Editors, Ellis Horwood Ltd., Chichester, England, p. 13-30. 8ennett, L. H. {1978), "Economic Effects of Metollic Corrosion inthe US", N8S Special Publication 511-1, Washington OC. Standard Test Method "lmpressed Current Laborotory Testing of Aluminum Alloy Anodes", NACE Standard TMOl 90-98. NACE lnternationol, Houston, 1998. DNV Recommended Proctice RP 8401 {1993): «Cathodic Protection Design», Det Norske Varitas lndustry AS, Hovik1993. Reading, J. T., Newport J. J. (1966). Moler. Protect. 5, 15 - 22. Despic A.E. {1976) J. App. Electrochem. 6, 449- 504. Solleh, M. {l 978). Ph. D. Thesis, UMIST, Monchester. Orozco-Cruz, R., Genesco J. y Juórez-lslos, J.A. {2004) Memorias del XIX Congreso de loSociedad Mexicano de Electroquímico. Corr. 11-1. pag. 1-9. Son Luis Potosí, S. L P. Orozco-Cruz, R., "Desarrollo y Evaluación Electroquímico de Aleaciones AI-Zn-Mg como Ánodos de Sacrificio". Tesis Doctoral. Facultad de Químico. UNAM. Cd. Universitario. México, D. f. Enero de 2006. Orozco, R., Genesco, J ond Juórez-lslos, J.A., Journol of Moteriols Engineering ond Performance, JMEPEG {2007). Vol. 16 {2). pp. 229-235. ASTM 659-97, "Standard Proctice for Conducting PotentiodynomicPolarizotion Resistonce Meosurements", Annuol 8ook of ASTMStandards, Vol. 03.02, Philodelphio, Pennsylvonio: ASTMlnternotionol, 2000. Attonosio, S.T., Murroy, J.N. ond Hoys, R.A., {1996), "Non-Uniform Electrochemicol 8ehovior of lndium-Activated Aluminum Alloy Anodes", Corrosion/96, NACE lnternotional, Houston, Poper No. 00546. Orozco-Cruz R., Genescó J, y Juórez-lslos J. A. {2003) Desarrollo y Evaluación Electroquímico de una Aleación AI-Zn-Mg, XVIII Congreso de la Sociedad Mexicano de Electroquímico. Tópico 1. Tl-8P. Chihuahua, Chih. 8arbucci A, Cerisolo G, 8ruzzone G, Soccone A. {l 997) Electrochim. Acta 42, 2369. Foley R.T, Trzoskomo P.P (1978), in Possivity of Metols, R.P. Fronkentol ondJ. Kruger Editors, The Electrochemicol Society, New Jersey, pp. 337. Calaveras M.A., Voldez S., Juórez-lslos J.A., Genescó J. (200 l) "Development ond Testing of Aluminum Socrificiol Anodes ln/Hgfree". Corrosion/2001, NACE lnternotionol, Houston, Poper No. 01508. Suarez, M., Rodriguez, C., Rodriguez, F.J., Juárez, J. ond Genesco, J., {1999), "EIS Testing of on lndium ActivotedAluminiumAlloy Socrificiol Anode Using DNV RP 8401", EUROCORR'99. Symposium: Marine Corrosion. Dechemo, Fronkfurt, p.l-9. Uruchurtu, J. (1991), "Electrochemicol lnvestigations of the Activotion Mechanismof Aluminum", Corrosion 47, 6, 472-479. Reboul, M.C., Gimenez, P. ond Romeou, J.J., {1983), "A Proposed ActivotionMechonism forAI-Zn-ln Anodes", Corrosiorv'83, NACE lnternotionol, Houston, Poper No. 00214. • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 • �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI ~ ~ MATERIALES POROSOS D E CARBURO D E SILICIO (SIC) CON CERO EXPANS IÓN TÉRMICA ISAÍAS )UÁR.EZ RAMiREZ 1• ANTONIO A ZALDIVAR CADENA' . LETICIA M . TORRES- MARTiNEZ 1, ARQJJiMEDES CRUZ LóPEZ, KO)l MATSUMARU 2 Y Kozo ISHIZAKl 2 RESUMEN En el presente trabajo se llevó a cabo la fabricación de materiales porosas de Carburo de Silicio (Si() con cero expansión térmico a temperatura ambiente. Estos materiales fueron preparados a 850º( a partir de una mezcla de una mezcla de Si(, un material vítreo enlazante (VBM) y Alumino Silicato de litio (LiAISi04) . El compuesto LiAISi04 fue adicionado en diferentes proporciones, yse encontró que un cambio en la cantidad de LiAISi04 da como resu~ado un material con cero expansión térmico. LiAISi04 fue también adicionado con diferente tamaño de partícula yse encontró una ligera variación en el valor de expansión térmico yun aumentoconsiderable en elmodulo de Young. la porosidad de estos materiales fue de oprox., 50%yvalores de modulo de Young de modulode entre 14 GPa y27 GPa. Mediante dttracción de rayos-X(DRX) ymicroscopia electrónico de barrido (MEB) se determinó que no existe una reacción entre el Si( yLiAISi04 durante el proceso de sinterizado, y que las fases se unen por elVBM, el cualfunde a la temperatura de sinterizado. En conclusión, la adición de LiAISi04 yVBM al Si(, permitió la fabricación de materiales porosas de Si( con cero expansión térmico a temperatura ambiente yalta resistencia mecánico. Palabras clave: Materiales porosos; Cero expansión térmico; Si(; material vftreo enlazante (VBM); LiAISi04; modulode Young. ABSTRACT In the present work it wos corried out the fabricotion of silicon corbide (Si() porous material having zero thermal expansion around room temperature. These materials were prepared at 850º( storting from a mixture of Si(, vitrified bonding material (VBM) ond lithium aluminum silicote (LiAISi0J LiAISi0 4 compound wos added in different weight proportions, and it was found that a change in the amount of LiAISi04 leods to a material with cero thermal expansion at room temperature. LiAISi04 wos olso added with different particle size and it was found a slight variation of the thermalexpansion coefficient, but a considerable increase of Porosity ofthese materia Is was around 50%, and Young's modulus values between 14 GPa and 27 GPa. Through X-ray dttfraction (XRD) and sconning electron microscopy (SEM) it wos determined that no reaction occurred between Si( and LiAISi01 during sintering, and they are joined by the VBM, which melted at the sintering temperature. In conclusion, the oddition of LiAISi04 and VBM toSi(, allowed the fabricotion of porous Si( materials withzero thermal expansion at room temperature ond high mechanicol resistance. Keywords: Porous materials; Cero thermal expansion; Si(; vitrified bonding material (VBM); LiAISi0¡ Young's modulus. INTRODUCCION Los materiales porosos han atraído la atención de muchos investigadores debido a Que la formación de poros tiene como consecuencia un cambio en las propiedades de los materiales. y los materiales porosos formados pueden ser usados como filtros. purificadores de agua. sensores de gases. aislantes térmicos. ruedas para molienda. y juegan un papel muy importante en la producción de hidrogeno y protección del medio 'Departmento de Ecomaleriales y Energía, Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Autónoma de Nuevo l eón.644 51. México. Mechanical Engineering Department. Nagaoka UniversityofTechnolo¡;y. 1603- 1 Kamitomioka, Nagaoka. Niigala 940-21 88. Japan. E-mail correspondign autor: ijuarez@fic.uanl.mx 2 CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • ambiente entre otras aplicaciones debido a su bajo coeficiente de expansión térmica y resistencia al choQue térmico [ 1,2]. Generalmente la fabricación de materiales porosos reQuiere del uso de agentes formadores de poros, como "binders" orgánicos (PVA, alcohol polivinílico o PVB), carbón (C) en polvo, materiales vitrificados, o por un proceso de sinterizado parcial. El carburo de silicio SiC poroso ha adQuirido considerable atención debido a Que puede ser utilizado como sustrato para dispositivos semiconductores u ópticos [3]. dispositivos de vacío "chuck" para herramientas de molienda industrial [4].y como filtro para procesos Químicos [5]. Las propiedades del SiC lo hace uno de los materiales industriales más importantes y Que ha sido extensamente estudiado y usado como material abrasivo, electrónico. óptico entre otras aplicaciones [6-9]. Las mejoras en los métodos de fabricación del SiC poroso así como la fabricación de materiales porosos de SiC con bajo coeficiente de expansión y alto módulo de Young pueden incrementar su aplicación. Además, considerando la importancia Que la nanotecnología ha alcanzado dentro de la ciencia de los materiales en los últimos tiempos. se plantea en el presente trabajo Que el uso de reactivos con partículas de tamaño nanométrico es efectivo para mejorar la resistencia mecánica y obtener una mejor distribución del tamaño y forma de poro. mejorando las propiedades considerablemente. En este trabajo se presenta el desarrollo de materiales porosos de SiC sinterizado a 850ºC usando un material de enlace vitrificante LiAISiO4 (Eucriptita). el cual se adiciona para obtener materiales con muy baja expansión térmica. El LiAlSiO4 ha sido extensivamente utilizado para modificar la expansión térmica de ciertos materialesya Que tiene un coeficiente de expansión térmica negativo (en inglés NTE) (auAIS;o 4 = -6.2x 10·6 K 1) [ 1O]. Su uso ha hecho posible controlar la expansión térmica para producir materiales con muy baja expansión térmica. Normalmente para desarrollar un material con baja expansión térmica. el coeficiente de expansión térmica debería ser modificado mediante una mezcla de un material con expansión térmica positiva (en inglés PTE) con otro material Que tenga expansión térmica negativa (NTE). otra forma es mediante dopado de algunos elementos en la estructura del material. o por selección la esteQuiometría adecuada de materiales de partida [ 11-16]. En este trabajo se presentan los resultados del comportamiento de la expansión térmica de materiales porosos Que contienen SiC, VBM y LiAlSiO 4 , así como los resultados del modulo de Young. Además. también se muestran los resultados de los análisis de caracterización estructural a través de rayos-X y microscopía electrónica de barrido de los materiales porosos fabricados. PARTE EXPERIMENTAL Sinterizado Los polvos utilizados fueron SiC grado comercial, Que contiene una mezcla de polimorfos con estructura cúbica y hexagonal, con tamaño de partícula Que pasa malla 600 (20µm). polvos de VBM con tamaño de partícula de Sµm, Que están compuestos principalmente por SiO2 y Al 2O3 (NanoTem Co.) , y polvos de LiAISiO4 con tamaño de partícula de 18 µm, preparado por reacción de estado sólido como se describe a continuación . • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI ~ ~ Se mezclaron cantidades esteQuiométricas de Li 2CO3 , SiO2 y Al 2O3 par producir LiAISiO4 de acuerdo a la siguiente reacción: - - - > 2LiAISiO4 + co2 Inicialmente la mezcla fue calcinada a I 000ºC en una mufla eléctrica para eliminar el CO 2 , posteriormente la muestra fue tratada a 1100ºC por 12 horas, con molienda intermitente para homogenizar y un tratamiento final a 1200ºC por 12 horas. La caracterización de los productos de reacción fue mediante difracción de rayos-X y el tamaño de partícula fue medido por un método de centrifugación_ Después de la síntesis de LiAISiO4 , una porción de éste fue colocada dentro de un molino de bolas con la finalidad de reducir el tamaño de partícula_ Una vez realizado lo anterior, se prepararon 5 muestras mezclando SiC { 10g). VBM (Sg). y LiAISiO4 , este último añadido en diferentes proporciones (0, 2.5, 5, 7.5 y I0g). Todas las muestras fueron preparadas en forma de barras rectangulares con dimensiones de 70 mm de largo y 20 mm de ancho utilizando una presión uniaxial de 6 MPa por I minuto_ Las muestras fueron calentadas a una temperatura de 8S0ºC utilizando una velocidad de calentamiento de 132 K/h y manteniéndolas a esta temperatura durante I hora. Difracción de rayos-X(DRX) El análisis por difracción de rayos-X se llevó a cabo para identificar los materiales después del proceso de sinterizado a 8S0ºC_ El análisis fue realizado utilizando un difractómetro Shimadzu XRD-6000™ con radiación CuKcx,_ Porosidad La porosidad fue medida utilizando el método de ArQuímedes_ Todas las muestras fueron calentadas a ebullición por 3 horas en agua destilada, para luego ser enfriadas a temperatura ambiente por 24 horas antes de la medición. Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) Las micrografías de MEB fueron tomadas en un microscopio electrónico de barrido KEYENCE VE 7800TM para observar las características estructurales de los materiales porosos después del proceso de sinterización; las muestra a analizar fueron cubiertas con una película de carbón. Expansión Térmica El análisis de expansión térmica se llevó a cabo en un dilatómetro ULVAC DLY9200TM desde -20ºC hasta 200ºC utilizando celdas de cuarzo como soporte en una atmósfera de helio aplicando una velocidad de calentamiento y/o enfriamiento de 12 K/min; el tamaño de la muestra fue SO mm x S mm x S mm CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • Modulode Young El modulo de Young fue medido mediante un método de frecuencia resonante (RF) utilizando un eQuipo JE_RT3 Nippon Techno.Plus Co., LTD. Las muestras con dimensiones SO mm x S mm x I mm fueron mediadas en el intervalo de frecuencias 1000 Hz a 3000 Hz. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DRX En la figura I se muestran los patrones de difracción de cada uno de los materiales porosos sinterizados. Se puede observar Que la intensidad de los picos de la fase LiAISiO4 aumenta a medida QUe se aumenta el contenido de LiAISiO4 , mientras Que la intensidad de los picos de la fase de SiC no cambian; el material vítreo (VBM) se funde durante el proceso de sinterización provocando únicamente Que se enlacen físicamente los granos de LiAISiO4 y SiC. De acuerdo con estos resultados. durante el proceso de sinterizado a 850ºC no existe reacción alguna entre SiC. LiAISiO4 y VBM. Porosidad La figura 2 muestra la variación de la porosidad a medida Que la cantidad de LiAISiO4 se incrementa. Los materiales Que contienen SIC y VBM muestran valores de porosidad cercanos a 40%, y con la adición de LiAISiO4 • la porosidad aumenta en un 10% aproximadamente. Todos los materiales sinterizados en este trabajo mostraron valores de porosidad cercanos al 50%. El material vítreo se agregó para sinterizar el material poroso a temperaturas bajas (menores a I 000ºC). y controlar la porosidad. Sin embargo. la adición de la fase LiAISiO4 causo un incremento de sitios vacíos en la muestra. con casi todos los poros abiertos, esto debido a la formación de puentes de la fase VBM entre los granos de SiC y LiAlSiO 4 y como consecuencia la porosidad aumenta. SEM En la figura 3 se muestra un par de micrografías de lo materiales cerámicos porosos sinterizados a 900°C preparados en a) con SiC y. Además, Se puede observar Que la fase de SiC y LiAISiO4 están enlazadas por la fase VBM y se muestra la presencia de grandes poros entre los granos. Es importante mencionar QUe los materiales cerámicos porosos presentaron una porosidad del 40%. Las micrografias muestran claramente Que el material vítreo fundió durante el proceso de sinterizado y esta disperso entre las fases SiC y LiAlSiO 4 mojándolos y enlazándolos. Estas micrografías muestran la presencia de microfracturas así como también poros de diferentes formas y tamaños, Que se formaron entre los granos de LiAISiO4 y SiC cuando se conectaron a través de puentes de VBM. Expansión Térmica La adición de LiAISiO4 reduce la expansión térmica y es posible obtener materiales con valores de expansión térmica muy bajos, por lo tanto se espera QUe los materiales Que contengan mayores cantidades de la fase • -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI S=SiC L = UAISiO , V = VBM ~ ~ X = Grams of UAISiO, in SiC-VBM-LiAISiO, ::, x = 10 ro ~ >- .'::::'. x= 7.5 1 V, e (IJ .., e x=5 L L L s ss 20 40 30 L s x=2 .5 s s x=O 60 50 70 29 Figuro 1. Patrones DRX de materia Is porosos de Si( después del sinterizado a 850° C. #...... Q.. - 52 48 - >- -~ "' 44 - a.. 40 - ...oo .. 36 o ' ' ' 2.5 5 7.5 ' 10 Grams of LIAISI04 in SIC-VBM-LiAISI04 Figuro 2. Variación de lo porosidad con la cantidadde LiAISi04 en SiC-VBM-LiAISiOr Figuro 3. Miuogrofias de los materiales porosos de Si( o850ºC. o) Preparados con LiAISi04de tamaño de partícula de 18 micros y b) Preparodos con Si( de tamaño de partícula de 4 micros. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • LiAISiO4 den como resultado un material con NTE. En este trabajo. los valores de coeficiente de expansión térmica (TEC) se midieron en el intervalo de temperatura de -20ºC a 200ºC. La Figura 4 muestra los valores de TEC experimentales y calculados. incluyendo y excluyendo la porosidad con la cantidad de fase LiAISiO4 • La expansión térmica dismin~e a medida Que el contenido de la fase LiAISiO4 aumenta. obteniéndose un material con NZTE a temperatura ambiente cuando se añadieron altas concentraciones de LiAISiO4 • Además. los materiales Que contienen mas de 7 .5 g de LiAISiO4 mostraron alta porosidad, -50%. De acuerdo a estos resultados. es claro Que la cantidad de la fase LiAISiO4 y la porosidad son factores dominantes para controlar el TEC de materiales porosos de SiC sinterizados en este trabajo. pero la porosidad tiene un menor efecto en el intervalo. 5 .... @TEC including porosity DTEC excluding porosity @TEC experimental 1 !lo:: 4 ·~ '°o 1 .... ....>< 3 ·~ 'IS - 2 1 - u o - w 1- -1 o t •• • t ' ' ' ' 2.5 5 7.5 10 G ram s ofL I AI Si04i n SIC -VBM-LIAI Si0 4 figuro 4. Valores experimentales ycalculados de TE( que incluyen yexcluyen lo porosidad vs lo cantidad de LiAISi04 en SiC-VBM-LiAISiOr Por otro lado. se encontró Que el comportamiento de la expansión térmica de los materiales porosos de SiC en donde se varió el tamaño de partícula del LiAISiO 4 no se ve afectado considerablemente. y su valor se mantiene cercano a cero, ver figura 5. Módulode Young El modulo de Young disminuye a medida Que la porosidad y la cantidad de LiAISiO4 aumenta como se muestra en la figura 6. La muestra Que contiene solo SiC y VBM presentan valores de módulo de Young alrededor de 45 GPa, pero con la adición de LiAISiO 4 el módulo de Young disminuye a valores de entre 27 GPa y 14 GPa. Al realizar la medición del modulo de Young de los materiales porosos donde se utilizó LiAISiO4 con diferente tamaño de partícula. se encontró Que el modulo de Young se incrementó en aprox.. 50% (22 GPa cuando se utilizó LiAISiO 4 con tamaño de partícula de 4 micras. y 15 GPa cuando se utilizó LiAISiO 4 con tamaño de partícula de 18 micras). ver figura 7. ■ -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 �hAIAS JUAREZ RAM I REZ. ANTON IO t\ ZALDIVAR CADENA. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. t\RQ_lJIMEDES CRUZ LOPEZ. KO JI MATSUMARU y Kozo bHIZAKI 1.5 o e " -.... "'e )( 1.25 - 1 ~ 111 0. ~ ~ '9 1 o h) Á ~ -~ )( 111 .. e" E 0.75 - " a) ~ Á 0 .5 ' 40 ' ' ' ' ' ' ' ' ' 42 44 46 48 50 52 Poros lty, P /% Figuro 5. Variación del coeficiente de expansión térmico de los materiales porosos de Si( a 850°(. a) Preparados con liAISi04 de tamaño de partícula de 18 micros y b) Preparados con Si( de to moño de partícula de 4 micros. 111 50 • 0,. e, ...... A ...., 40 ,- x =O - "' ..:! ,ij 30 ,_ x = 2.S tA o E e ::::, x =1 0 x =7.S 6Á & ■ ., = Grams of LiAISiO , in SiC-VBM-LiAISiO , o >- 10 36 . . 40 44 • x =S "' 20 ,"c:,1 . 48 . 52 Poroslty, PI% Figuro 6. volares de modulo deYoung paro los materiales porosos de Si( preparados a 850º( variando el contenidode LiAISi04 111 E!:. ......., e, 24 21 - - "' ::, ::, i:, 18 - - a) o ~ "' CI e ::, o > i 15 - - . . 12 ' 40 42 . . . ' ' ' ' 44 46 48 50 52 Poros lty, P /% Figuro 7. Valores de modulo deYoung de los materiales porosos de Si( a 850°(. a) Preparados con liAISi04 de tamaño de partícula de 18 micros y b) Preparados con Si( detamaño de partícula de 4 micros. De acuerdo a estos resultados, otros factores diferentes a la porosidad y la cantidad de LiAISiO4 están afectando el coeficiente de expansión térmica y los valores de módulo de Young de los materiales porosos de SiC. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �MATERIALES POROSOS DE CARBURO DE SI LICIO (SIC► CON CERO EXf'ANS ION TERM ICA • CONCLUSIONES A través de la sinterización a 850ºC de una mezcla de SiC, un material vítreo enlazante (VBM) y LiAlSiO4, es posible fabricar materiales porosos con cero expansión térmica a temperatura ambiente. Un cambio en la cantidad de LiAISiO 4, así como su variación en el tamaño de partícula da como resultado materiales porosos con expansión térmica cercana a cero y alto modulo de Young. La presencia del material vítreo enlazan te es fundamental en la fabricación de materiales cerámicos porosos y además permite Que el LiAISiO4 pueda estar enlazado al SiC sin reaccionar durante la sinterización. Tanto la cantidad de LiAISiO4como la porosidad son factores dominantes en el control del coeficiente de expansión de materiales cerámicos porosos, pero la porosidad tiene menor efecto en este intervalo de temperatura. Mientras Que la variación en el tamaño de partícula de LiAISiO4 es factor determinante en el aumento del modulo de Young. • • • • REFERENCIAS l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll 12 13 14 15 K. lshizaki, S. Komarneni and M. Nanko., Porous Materia Is. Process Technology and Applications. Kluwer Academic Publishers. The Netherlands (l 998). Mana bu Fukushima, You Zhou, Yu-lchi Yoshizawa, "Fabrication and microstructural characterization of porous silicon carbide with nano-sized powders", Materials Science and Engineering B, In Press 2007, doi: 10.1016/j.mseb.2007.09.026 Shor, Joseph S. and Antonhy D. Kurtz., United Stotes Potent 5,569,932. October 29 (l 996). Fabrication of Dicing blades devices. NanoTem lnc., Japan. http://www.nano-tem.com Exchange Filters. www.notoxfilters.corwtechnology.htm Timothy J. Perham, Lutgard C. De Jonghe and Warren J. MoberlyChan., Joining of Silicon Carbide witha Cordierite Glass-Ceramic. Journal of the American Ceramic Society 82 (2), pp. 297-305 (l 999). Ruishou Li., Temperature-lnduced Direct Casting of SiC. Doctor Thesis Dissertation, Max-Planck lnstijut Für Metallforschung, Stuttgart, Germany (2001). Suyama, T. Komeda and Y. ltoh., Development of High-strength Reoction-sintered Silicon Carbide. Diamond and Reloted Materials 12, pp. 1201-1204 (2003). J. C. Zolper and M. Skowronki; Advances in Silicon Carbide Electronics. MRS Bulletin, Volume 30, pp. 273-278 (2005). Rustum Roy, D. K. Agrawal and H. A. McKinstry., Very Low Thermal Exponsion Coefficient Materia Is. Ann. Rev. Mater. Sci. 19, pp. 59-81 (1989). Deon-Mo Liu ond Jesse J. Brown, Jr., Thermal Exponsion of Porous (Ca l-x,Mgx)Zr4(P04)6 ceramics. MateriaIs Chemistry and Physics 33, pp. 43-49 (l 993). Evans J. S. O., Negative Thermal Expansion Materia Is. Journalof Chemical Society Dalton Transijion 19, pp. 3317-3326 (l 999) Technical Glasses., Types of TechnicalGlasses. Research ond Technology development. Schott Glass Company. Germany (200) Nippon Steel ComponyTM, Technical Report No.84 (2001 ). Basovaraj Angadi, V.M. Jali, M. T. Lagare, N.S. Kini and A.M. Umarji., Synthesis and Thermal Expansion of Ca l-xSrxlr4P6024. Bull. Moter. Sci., Vol. 25, No. 3, pp. 191-196 (2002) . • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A SALAS DAN IEL v rERR1Ño ADRIÁN METODOLOGÍ A PARA LA EVALUACIÓN SOClOECONÓMICA DE PROYECTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE INFRAESTRUCTURA H IDRÁULICA PLUVIAL SALAS DAN IEL Y FERRJÑO ADR IÁN RESUMEN Dada la escasez de recursos para satisfacer las necesidades de la población que son de carácter ilimitado, la Secretoria de Hacienda y CréditoPúblico a través de su unidad de inversiones ysus programas de inversión anual para proyectos relacionados con la protección de centros de población (PCP) referente a inundaciones, establece que se deben aplicar metodologías para la evaluación socioeconómica de proyectos que permitan orientar los recursos federales disponibles a aquellas acciones que garanticen la mayor rentabilidad. En este contexto se presenta una metodología con sustento robusto, tanto en lo socioeconómico como en lo técnico, que permije distinguir de manera suficientementeclara, la rentabilidad socioeconómica asociada a un proyecto de inversión en infraestructura hidráulica pluvial ofreciendo a las autoridades una herramienta confiable para la toma decisiones ante proyectos de esta índole. Palabras clave: Inundaciones, marco-lógico, rentabilidad, vulnerabilidad. Given the shortage of funds available to satisfy the everlasting needs of the community, the Secretary of Property and PublicCredit, through their investments unit and its annual investments for Protection of Population Centers (PP() against floods program; establishes the methodologies for the socioeconomic evaluation of projects that allow to bring the available federal funds to those actions that guarantee greater profits. In this context, they presenta methodology with strong supports, both in socioeconomics and technicalactivities, which allows to distinguish with clority the socioeconomic profitabil~ of the investment project in a pluvial hydraulic infrastructure, orming the authorities with a reliable tool forthe decision-taking regording projects of this nature. Keywords: Floods, logicalframeworks, profitability, vulnerability. INTRODUCCIÓN En los últimos 20 años, las inundaciones en centros de población urbana se han convertido en un problema tanto en el territorio de la república Mexicana como en muchos países del mundo. Esta problemática se ha traducido principalmente en: pérdida de vidas humanas, pérdidas parciales o totales de viviendas. pérdida de menaje y tiempo productivo de la población afectada entre otros daños. Esta situación debe analizarse en el contexto del rápido crecimiento poblacional experimentado por ciudades medianas y grandes en el caso de México desde los años 50' s. y Que se ha traducido no solo en el crecimiento horizontal de los desarrollos habitacionales sino en el desarrollo de zonas industriales y comerciales CUERPO ACADÉMICO CIENCIAS DELAGUA Av. Pedro de Alba S/N. Ciudad Universitaria. San Nicolás de los Garza Nuevo León daniel.salaslmn@uanl.mx. aferrino@fic.uanl.mx CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �METODOLOGIA PARA LA EVALUACION SOCIOECONOMICA DE rRoYECTO, PARA LA CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA H tDRAULICA PLUV IAL ~ dentro de las propias zonas urbanas. Este hecho, en conjunto con una deficiente planeación urbana, se ha traducido en obstrucción de cauces naturales y menor permeabilidad del suelo. En un contexto de Marco Lógico [Ort-20051. puede pensarse en una problemática definida de la siguiente manera: 1 1---+ Efecto 1 1 1---+ Problema 1 1 1 1 1 1--+ Causas 1 1 1 1 Figura 1. Ejemplo de morco lógico aplicado a un coso de Inundación. Las causas refieren a la mala planeación urbana y a la baja o nula rigidez en las normas y lineamientos para los nuevos desarrollos urbanísticos . precipitación intensa. falta de cultura en la población sobre el manejo de la basura, ingeniería mal diseñada, construida o supervisada así como nulo mantenimiento a la infraestructura pluvial existente; PROBLEMA Que es justamente la inundación y la velocidad del agua y el EFECTO QUe son las perdidas de vidas humanas. daños a vivienda . pérdida de menaje etc.). Este mismo marco da pie a distinguir los frentes para la resolución de la problemática y. por tanto. para erradicar la pérdida de vidas humanas y económicas. ocasionada por ésta. Puesto Que ya la problemática existe en las ciudades, aun si su población dejara de crecer, la planeación urbana es la clave. Este ejercicio. visto desde una óptica Que busca eliminar las inundaciones. debe prever la construcción de infraestructura hidráulica pluvial. En esta línea. la naturaleza siempre insuficiente de los recursos exige un análisis riguroso de rentabilidad social esperada de cada proyecto hidráulico. AunQue es evidente Que cualQuiera de éstos Que evite inundaciones traerá beneficios sociales. es menester preguntarse si dichos beneficios son los máximos Que pueden ser recogidos con los recursos invertidos. • __ , CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE· DICIEMBRE 2007 ~ �SALAS DAN I EL v rERR1Ño AoR1AN A En este contexto, se presenta una metodología con sustento robusto tanto en lo socioeconómico como en lo técnico (hidrológico-hidráulico) QUe permite distinguir de manera suficientemente clara, la rentabilidad socioeconómica asociada a un Proyecto de Inversión en infraestructura hidráulica pluvial ofreciendo a las autoridades una herramienta confiable para la toma decisiones en proyectos de beneficio social de protección a centros de población. METODOLOGÍA La Secretaría de Hacienda y Crédito Público a través de su unidad de inversiones para proyectos de agua potable, alcantarillado, saneamiento y protección a centros de población establece la siguiente metodología [CNA, 2007] y Que con la experiencia de los autores se ha aplicado con éxito en diferentes centros urbanos del país.Como ejemplo se puede mencionar la factibilidad socioeconómica de la construcción de mas de 25 importantes obras pluviales ya ejecutadas en el área metropolitana de la ciudad de Monterrey durante el 2005 al 2007. Evaluación Socioeconómica La principal característica Que debe ser tomada en cuenta para la evaluación de este tipo de proyectos es Que sus beneficios son contingentes. Es decir. los beneficios se presentan si, y sólo si, se presentan lluvias de determinada intensidad. En ausencia de lluvias, y por tanto de inundaciones. el beneficio es nulo. Pensando en estos términos, y como es conocido Que la intensidad de la lluvia es inversamente proporcional a su probabilidad de ocurrencia como se aprecia en la figura 1, puede distinguirse Que los beneficios son una función creciente de la intensidad de las lluvias y. por tanto los beneficios asociados a un proyecto de inversión en infraestructura hidráulica para la Protección de Centros de Población, son una función decreciente de la probabilidad de ocurrencia de las lluvias conocido como periodo de retorno. De esta manera, el área bajo la curva de la figura 2 es un reflejo de los beneficios asociados a un Proyecto de este tipo. También puede ser visto como un promedio de todos los beneficios Que ocurrirían bajo precipitaciones de diferentes intensidades ponderadas por su probabilidad de ocurrencia. .. ,g o DI PI P robab ilidad ( 1 /T r) Figuro 2.- Curvo de probabilidad de ocurrencia contra daño esperado. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE · DICIEMBRE 2007 --■ �METODOLOGIA PARA LA EVALUACION SOCIOECONOMICA DE rRoYECTO, PARA LA CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA H tDRAULICA PLUV IAL ~ Existen tres factores determinantes para la estimación de los beneficios: • • • El tirante Que alcanza la zona de inundación El área Que alcanza la zona de inundación La velocidad Que alcanza la corriente Estos factores deben ser estimados para la zona Que se busca beneficiar. bajo diferentes escenarios de intensidad de lluvia. idealmente cuatro las cuales son: • • • AQuella precipitación Que genera los tirantes mínimos causantes de daños {alrededor de 20 cm.). AQuella precipitación necesaria para Que genere los tirantes para los cuales estará preparada la infraestructura Que busca construirse. Dos precipitaciones intermedias entre las anteriores. En la figura 3 se puede distinguir justamente la definición de una zona de inundación bajo cuatro precipitaciones tipo de diferentes intensidades y periodos de retorno). figura 3.- Manchas de Inundación. Habiéndose obtenido el mapeo de las zonas de inundación. incluyendo la cuenca de la Que forma parte. puede procederse a una evaluación socioeconómica formal. Los daños Que suelen encontrarse. y medirse. de manera más recurrente son: • Daños a la estructura de las viviendas .,_ _ CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 ~ �A SALAS DAN I EL v rERR1Ño AoR1AN • • • • • • • • • • • Pérdida de menaje en las viviendas Horas-hombre perdidas por ausencias en el Lrabajo Mayores costos de traslado Daños a vehículos. Daños a las viviendas o reducción sus afectaciones. Pérdidas económicas de los negocios ubicados denlro de la zona de inundación. Coslos en manlenimiento de calles y avenidas por concepto de reparación o reposición de la carpeta asfállica. Número de accidentes viales por las inundaciones. Incidencia de enfermedades gastrointestinales y de la piel. Costos para la implementación de operalivos de rescate durante y después de las lluvias. Coslos por asistencia social para dar ayuda a los damnificados. La experiencia ha demostrado Que los beneficios más importantes son los daños a la estructura de las viviendas y la pérdida de menaje en las viviendas. Su estimación descansa en una función de vulnerabilidad. construida por el Fondo Nacional de Desastres. [FONDEN-20041. para cinco diferentes lipos de vivienda, asociados cada uno a un nivel de riesgo diferente. En este caso la figura 4 muestra los porcentajes de los daños Que se esliman para una vivienda de clase media-baja. en función del nivel de agua (tirante) generado durante una lluvia. En esle caso los daños más severos comienzan a darse a partir de un nivel tirante de 0.40 a 1.00 metro y además en la figura 5 se ilustra el tipo de menaje para la vivienda lipo 1(una sola planta). 100 90 80 r¡ ,e 70 60 .a 50 'O 40 •~ 30 20 10 .. ,.... o - - - ~ ,_ } ,_ - - - / -- .. g g Q o ~ g " o _) ~ .,g o / ~ g "l o 8 6"! o g 6Q ~ ~ 6 6., " 8 'l' o "! ~ N 8 Q N :'.l ó ¿; Rango de tirante (m) figuro 4. función de vulnerabilidad poro uno viviendotipo 111{medio-bojo) Criterios de decisión El Valor Actual Neto Social (VANS). Uno de los criterios empleados para medir la rentabilidad de cada proyecto se mide por el crilerio del valor actual neto social (VANS) . el cual está definido por la diferencia de la suma de los beneficios anuales (Bi). menos la suma de los costos (Ci) de las obras obtenidos duranle el horizonte de vida del proyeclo y CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �~ METODOLOGIA PARA LA EVALUACION SOCIOECONOMICA DE rRoYECTO, PARA LA CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA H tDRAULICA PLUV IAL ~ descontados por la tasa de retorno social. La expresión matemática de la función de VANS Queda definida de la siguiente manera. VANS = ¿(Bi - Ci) (l -rs)1 En donde: VASN = Valor actual social neto Bi = Beneficio anuales sociales Ci = Costos anuales sociales rs = Tasa social de descuento i = Periodo t = Año calendario, en donde en el año O, se inician las erogaciones de las inversiones --- ' .20 2.00 200 2.00 ,~o ·- l .80 1.60 1.60 lAO ' .. ' .. 2.20 120 - IDO 0.80 1.00 0.80 0.60 0.60 º·'° 02 - - r = l .60 'w , í\ ", l.. 1 y-=- Á / \ 1 \ ft l 040 ._ !1é 1 l.40 l .20 \ J l.00 ~.80 ~.60 ~.40 02 1 Figura 5.-Menaje para lo viviendo tipo 1(uno solo planto). El criterio de decisión es: invertir sólo si el VANS es positivo. Por tal motivo resulta conveniente considerar todos beneficios y costos atribuibles a la realización del proyecto. con la finalidad de tomar la mejor decisión. Si el VANS es positivo significará Que el valor presente de los beneficios atribuibles al proyecto excede a la totalidad de sus costos. incluyendo el costo de oportunidad de los recursos invertidos. La Tasa Interna de Retorno La Tasa Interna de Retorno Social (TIRS) es la tasa de descuento Que iguala el valor presente de todos los costos y beneficios asociados al Proyecto. La expresión matemática de la función de VANS Queda definida de la siguiente manera. O = ¿(Bi - Ci) ( I -TIRS)1 En donde: Bi = Beneficio anuales sociales Ci = Costos anuales sociales TIRS = Tasa Interna de Retorno i = Periodo t = Año calendario. en donde en el año O. se inician las erogaciones de las inversiones ■ -- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �A SALAS DAN I EL v rERR1Ño AoR1AN La TIRS representa la tasa a la Que la sociedad recupera los recursos invertidos; y puesto Que la Tasa Social de Descuento (TSD) representa el costo alternativo de los recursos. un proyecto debe ser realizado sólo si esta última es menor a la TIRS. Es decir, se recomienda la realización de un proyecto sólo si el Rendimiento del Proyecto representado por la TIRS es mayor a sus costos de oportunidad. representados por la TSD. Para Que este tipo de estudios tengan éxito es muy recomendable tomar en cuenta los siguientes aspectos: • • • • • • Considerar Que la evaluación socioeconómica no es un reQuisito si no una herramienta. Siempre utilizar fuentes oficiales, por ejemplo: INEGI, CONAPO. CENAPRED-2005. Incluir un adecuado análisis de alternativas. Deben de analizarse los proyectos para dar solución a cuencas de manera integral ya QUe al segmentarlo se separan los beneficios y existe la posibilidad de Que el proyecto no sea rentable. Es muy conveniente Que las dependencias solicitantes trabajen sobre un programa multianual regido por un plan maestro o rector del manejo de aguas pluviales para la zona urbana. Deben de planearse la realización de estos estudios. CONCLUSIONES Como se ha mencionado la evaluación socioeconómica permite determinar el proyecto de inversión más conveniente para resolver la problemática presentada determinando la rentabilidad positiva o la más rentable. AunQUe este parámetro es el Que rige la realización del proyecto con recursos del país. debe estar sustentado en una factibilidad técnica. ambiental y legal. Es decir la evaluación socioeconómica puede determinar la alternativa más rentable pero esta no necesariamente cumple con todas las factibilidades. Un proyecto debe ser factible en todos los aspectos para Que sea realizable. especialmente para Que sea muy unida la parte técnica y la evaluación socioeconómica. REFERENCIAS l 2 3 4 5 [(NA, 2007] Gerencia de Estudios y Proyectos de Agua Potable y Redes de Alcantarillado, 2007," Metodologías de Evaluación Socioeconómico para proyectos de Agua Potable, Alcantarillado, Saneamiento y Protección a Centros de Población", SEMARNAT. [ORT-2005]0rtegón, Pacheco, Prieto; 2005. "Metodología del Marco Lógico para la planificación, elseguimientoyla evaluación de Proyectos yProgramas ILPES". [CNA-1999], GASIR 1999."Manual de lineamientos para la elaboración de estudios y proyectos de agua potable alcantarillado y Saneamiento". SEMARNAT. [CENAPRE0-2005] Cenapred 2005 "Guía Metodológico para la Elaboración de Mapas de Riesgo por Inundaciones, con arrastre de Sedimentos". [FONDEN-2004], FONDEN, 2004 "Atención a las Viviendas, Reglas de Operación del Fondo Nacional para Desastres Naturales", publicadas en el Diario Oficial de la Federación del día 22 de octubre de 2004. Informe de daños a viviendas en par inundaciones en el 2003. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 --■ �A NOTICIAS NOTICIAS IX LATIN-AMERICAN CONGRESS OF PATHOLOGY AND XI CONGRESS OF QUALITY CONTROL IN CONSTRUCTION Se invito oprofesores, alumnos, profesionales de lo industrio de lo constrncción y publico en generalol IXLotin-Americon Congress of Pothology ond XICongress of Ouolity Control in Construction, organizado por CONPAT, que se celebraró en Quito, Ecuador, los días 24 al 27 de Septiembre de 2008. Poro mayor información: www.conpot2007.com ACI SPRING 2008 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito o profesores, alumnos, profesionales de lo industria del cemento yconcreto y publico en general o la Convención de Primavera del ACI, que se celebrará en Los Ángeles, CA, E. U. los días 30 de Marzo al 3 de Abril de 2008. Para mayor información: http//www.oci-int.org/generoVhome.osp http//www.concrete.org/EVEHTS/EV_CONVENTIONS.HTM American Concrete lnstitute• Advandng cont:11!/e Ju101Liedg,! 4th CONCRETE BRIDGE CONFERENCE 2008 Se invito a profesores, alumnos, profesionales del área de estrncturos, tecnología del concreto ycorrosión, así como publico en general alConcrete Bridge Conference 2008 organizada por lo PCA, que se celebrará en St. Louis, Mi.ssouri, E. U. los días 4 -7 de Moyo de 2008. Paro mayor información: http//www.nationolconcretebridge.org UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facultad de Ingeniería Civil Subdirección de Estudios Posgrado Acontinuación se presentan los Progromasde Posgradode nuestro Dependencia: Doctorado en Ingeniería de Materiales de Construcción y Estructuras Para mayor información: Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez Subdirector de Estudios de Posgrado e Investigación Tel/Fax8376-3970, 8332-1902 Email: subpos@ficuanl.mx ópvaldez@fic.uanl.mx Maestría en Ciencias con orientación en: • Materiales de Constrncción • Ingeniería Estructural • Ingeniería Ambiental Maestría en Ingeniería con orientación en: • • • • Ingeniería Estructuro! Ingeniería Ambiental Ingeniería de Tránsito yTransporte Hidrológica Subterránea •-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DIC IEMBRE 2007 �A NOTICIAS UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIOS POSGRADO COORDINACIÓNDE EDUCACIÓN CONTÍNUA CURSOS DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL 2008 de CURSO 03 roo, 31 roo, 07obr 26 roo, 02jun 14obr Diseño de ioodos oslólli<os Conrrol de co lidod en mel(los o4ólli<os Diseño de emul!iooes oslóbicos ypolímeros modiftodores fguóJOSde impoC!O viol V-,oJidod utbono lnrroducción o lo odminislrO<ión porolo ind,griode lo conS!Jucción l'to<eso de füiroción de obro público lnrroducción ol onólisisde precios unñorios Anólisi~ diseño y Of)e<O<ión de lisiemos de obagecimienlo de oguo pololie ron énfOlis en ,edes de dislribución Diseño por vielllo tt.on1omien1os 1opogrolicos lopog,ofío moderno con est0<ión 1010] Deso rrollodor de vivielldo Obro por odminigroción Anólisis estiuaurol Anólisis ydiseñode cimenrociones fguó!O!, proye<1os yrromirO<ión de 'IÍl'ienoo 6eodesio Loba,oro,io de mecónico de suelos 1 Diseño de povimenros Hexibles Si!leroos de inlonooci6n geogró6co l'ia¡ecto yob,o civilde insllllociones hospilolorios Diseño de estruouros de concll!IO rel0120oo Mminislroción de conr,oros de obro público VolU<Kiónde inmuebles urbanos llormos lécnicos complemen!orios poro diseño y coestrucción de eg,uouros meiólicos Loba101orio de mecónico de suelos 11 AudilOIÍO !écnico de (OOSIIUC(ión de obco público Uso de nuevos molerilles poro lo1ong1ucci6n ConseJVOci6n de outopislos y/oconer~os El peritaje IOpogrófico Si!leroos de posicionomienro global (GPS) l'ia¡ecto de olmniorillodo ~o,¡ecto de inslOloc~ hidNiulicos poro edificios Control 1opog1ó6co en ob,o civil ~o,¡eao de si~emo de oguo poroble 21obr 28obr 08 moy 09 jun 19 rooy 23 jun 30 jun IOroor 07 jul 04 ogo ll ogo 19 ogo 2Sogo 01 sep 08sep 22 sep 29sep 0600 1300 2000 27 oo 03nov 10 nov 24 nov 18 nov ISsep 08di< 01 die 28 jul ISdie A1entamen1e, Informes e inscripciones, lnduyen, 'AlERE FAMMAM VERITATIS' SUBDIRECCIÓtl DE ESTUDIOS DE POSGRADO EINVESTIGACIÓtl -lns!ruccioo M.I. luis Manuel Arando Moltez COORDINACIÓN DE EDUCACIÓN CONTÍNUA DIIIKlOtl Tel/Fox: 83321902 83763970 llt. PedroLVoldez Tomez SUIIDIIIKlOtl Df POSGUDO I IIM5TIGACIÓtl emd, educiv@lic.ua nl.m1 dedicuonl@hotmoil.rom M.C. EdgorAmouri Aoeogo Bofde\os COOIDIIW)C)I Df IDUCACION CONTINUA CIENCIA FIC N0.3 ""°' ll obr 30 mor 06jun 18obr 2Sob, 07IOOy 14 rooy 13jun 23 IOOy 24 jun 04jul 14 mor 11 jul 08ogo !Soga 22ogo 29ogo OS sep 12 sep 26 sep 0300 IOOC! 17 OC! 24 OC! 31 OC! 07 nov 14 nov 28 nov 22nov 20 sep 12 die OS die 01 ogo 19 die 'lodos las soo de 20 horot 'Do t.soViernesde lHIOo 21,00 h,s -(ongoncio de IISÍSlencio -Manual de apuntes - Ejercicios Costos, -Alumnos de lo fl( 5800.00 -Alumnos y rmestros de lo UANl S1,600.00 - Externoso lo UAHl S2,800.00 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 a 07 mor 04 ob, �INFORMACIÓN PARA AUTORES A INFORMACIÓN PARA AUTORES Acontinuación se presenta la guía para redacción de los artículos. l. Extensión e idioma de documentos Los trabajos deberán presentarse en español oinglés entre 5y 12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficas e imágenes. 2. Formato El artículo será presentado en tamaño 21.6 x27. 9cm (carta). Elmargen superioreinferior deberá serde 2.5cm, el izquierdo de 3cm yel derecho de 3cm. 2.1 Título Máximo 2 renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 14 puntos, con interlínea normal y centrado. 2.2 Autor oautores Nombre o iniciales yapellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 12 puntos, en negritas. Al final de cada nombre se colocará un número superíndice para especificar su adscripción. 2.3 Adscripción Colocarla al pie de página; incluir su filiación, departamento o Cuerpo Académico a que pertenecen, correo electrónico y número telefónico. Al inicio, colocar un superíndice en negritas para correlacionarlo con el autor, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a l Opuntos, con interlínea normal yalineación a la izquierda. 2.4 Resumen Deberá presentarse de manera concisa sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tanto en españolcomo en inglés, con un mínimo del 00 palabras yun máximo de 300 palabras (cada uno). Tipografiado en altas ybajas, tipo Ariala l Opuntos, con interlinea normalyjustificado. 2. 5 Palabras clave Representarán los términos más importantes yespectticos relacionados con la temática del artículo. Se colocarán debajo del resumen (o abstract) respectivamente, con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen. 2.6 Cuerpo deltexto Auna columna, con tipograffa en altas ybajas, tipo Arial a l l puntos, interlínea normal yjustificado. Se procurará que la redacción sea lo más concisa posible, con los siguientes apartados: 2.6. l Introducción Deberá suministrar información suficiente que sea antecedente del tema desarrollado, de tal forma que permija al lector evaluar yentender los resultados del estudio sin necesidad de tener que recurrir a publicaciones previas sabre el tema. Deberá contener además, las referencias que aporten información sobresaliente acerca del tema y evitar presentar una revisión exhaustiva. 2.6.2Metodología oparte experimental Deberá describirel diseño del experimento ycontenersuficiente información técnica, que permitasu repetición. Enesta sección deberá, presentar- •-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �INFORMACIÓN PARA AUTORES A se cualquiercondición que se considere relevante en elestudio. También, deberán presentarse las técnicas olos métodos empleados. No deberán describirse detalladamente las técnicas o métodos de uso general; la descripción de métodos deberá limijarse a aquellas sijuaciones en que éstos sean novedosos omuy complicodos. 2.6.3 Resultados ydiscusión Esta sección deberá contener los resultados de los experimentos yla interpretación de los mismos. Los resultados deberán presentarse con un orden lógico, de forma clara yconciso, de ser posible en forma de tablas ofiguras. Deberá evitarse presentar figuras de resultados que quizás podrían tener una mejor presentación en forma de tablas yviceversa. Cuando sea necesario presentar figuras ofotografías, su número deberá limitarse a aquellas que presentenaspectos relevantes del trabajo o de los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberán incluirse los resultados relevantes. 2.6.4 Conclusiones Deberánemanar de la discusión ypresentarse en forma clara yconcisa. 2.6.5 Reconocimientos Incluir el reconocimientoa las instituciones o personas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del trabajo. 2.6.6 Referencias bibliográficas Deberán citarse en el artículo con un número al final del párrafo (al). Deben estar numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, con la siguiente información: Autores o editores, füulo del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa edijorial, año de publicación, volumen y número de páginas. 2.6.7 Tablas, gráficas, imágenes, figuras yfórmulas Deberán sernumeradas secuencialmente como aparecen en el texto, con números arábigos yhaciendo referencia aellas como Tabla l. A, Fórmula l. B... etc. Tipografiado en altasybajas, Arial a l Opuntos ycursiva con interlineado normal. En elcaso de tablas, el título deberá indicarse en la parte superior. En el caso de las gráficas, imágenes yfiguras, su títulodebe colocarse en la parte inferior ydeberán tener calidad para impresión láser. Las gráficas, imágenes yfiguras deben sertambién incluidas por separado, sin editar yen su resolución original. 3. Responsabilidad yDerechos de Autor El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no representan necesariamente los puntos de vista de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro ycitando la fuente. 4. Envío de artículos Los artículos deberán ser enviados a los editores a las siguientes direcciones electrónicas: pva ldez@fic.ua nl.mx gfajardo@fic.uanl.mx óentregados en la Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de la Facultadde Ingeniería Civilde la UANL. CIENCIA FIC N0.3 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �NOTAS NOTAS •-- CIENCIA FIC No.3 SEPTIEMBRE - DIC IEMBRE 2007 A �A PATROCINADORES ='~:~~~~ ·· - i• ~'111111 ----~~ ---~ ----~ DYCUSA y. . . . . . . . . . Empresa Certificada ISO 9001 :2000 í1111ovacró11 y Caridad en LIEBERMAN 1996 2005 Premios CEMEX 1995 1996 2000 2005 www.dycusa.com CALIDAD, EXPERIENCIA, SEGURIDAD Y ENTUSIASMO Proyectos de Infraestructura Edificación Comercial Industrial Av. Manuel J. Clouthíer No. 3112 Col. Santa Maria C.P. 64650 Monterrey, N.L. México Tel. 01 (81) 1158 4200 Fax 01 (81) 1158 4221 01800 813 OYCUSA www.ductocret.com • ventas@ductocret.com S D UBERIA O CON RE O • Tubería de Concreto Simple de 4'1f (10 cm) hasta 24"8' (61 cm). • Tubería de Concreto Reforzado de 12•1 (30 cm) hasta &4•lf (213 cm). • Dlsponlbles en longitudes •• 1 m a 2.5 m • Productos E•peclales de Concreto como: Pozos de Visita y Brocaln con Tapa. • Fabricamos cualquier especltlcacl6n: SCT; ASTM; AASHTO; NOMC9; NOMC20; NOM401; NOM402 • los Tubos pueden ser Fabricados con Junta de Mortero o Junta de Hule • Cumpllmos con un Slstoma do Aseguramiento de Calidad que cumple con la NOM-CC-4·1 990 OFICINAS: RIO GRIJALVA No. 112 NTE. COL. OEL VALLE, C .P. 66220 (81) 378 - 09 83 S 2 3 6818 PLANTA: CARRETERA A SALTILLO KM. 61.5 SANTA CATARJ NA, N.L 1 CIENCIA FIC ~1&- N0.3 8 ti• 9 SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2007 �REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA ~ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSI DAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN NO. 3 CUATRIMESTRAL SEPTI EMBRE - D JCIEMBRE 2007 MURAL UBICADO EN El FRONTISPICIO DE lA FIC- UAN L AUTOR DEL MURAL: FEDERICO CANTU VOLUMlN I NUMrnO 3 SEP rllMBIU - DICIEMBRE 2007 ISSN: EN TRAMITE � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ciencia FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Año de publicación El año cuando se publico 2007 Número Número de la revista 3 Mes de publicación Mes cuando se publicó Septiembre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Tetramestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1753745&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia FIC, Revista de divulgación científica y tecnológica, 2007, No 3, Septiembre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource Valdez Tamez, Pedro Leobardo, Coordinador de Investigación FIC Subject The topic of the resource Materiales de construcción Ingeniería civil Concreto Efectos de la arquitectura Sustentabilidad Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Fajardo San Miguel, Gerardo, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/09/2007 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource text/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020075 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Aluminio Ánodo galvánico Asentamientos Cero expansión térmica Compresibilidad Creep Hormigón autocompactable Impedancia electroquímica Materiales porosos Protección catódica