Aspectos sociales y ciudades y cambio climático.

Transcripción

1 Estudio de la Durabilidad del Concreto Reforzado: Aplicación de las condiciones ambientales de la Zona Metropolitana de Monterrey.. Aspectos sociales y ciudades y cambio climático. Aldo Rubén Campos Silva 1,Gerardo del Jesús Fajardo San Miguel 2,José Manuel Mendoza Rangel 3, Gerardo Manuel Mejía Velázquez 4 Faculta de Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de Nuevo León. SIMA, Sistema Integral de Monitoreo Ambiental Sede regional: Noreste

2 Contenido i. Introducción. ii. Hipótesis. iii. Objetivos. iv. Metodología Experimental. v. Resultados. vi. Conclusiones

3 Concreto Reforzado Se refiere al concreto en el cual se ha embebido acero con el objetivo de mejorar sus propiedades mecánicas. Además es el material de construcción es el más utilizado en el mundo, por las siguientes características. versatilidad. economía y alcance lo hace un material único en su clase. Durabilidad. Concreto Reforzado. Introducción

4 Corrosión La corrosión ocurre como resultado de la formación de una celda electroquímica, la cual consiste en cuatro elementos principales : a) Un ánodo, donde ocurre la oxidación. b) Un cátodo, donde ocurre la reducción. c) Un conductor metálico, donde la corriente eléctrica es el flujo de electrones. d) Un electrolito; en este caso el concreto, donde la corriente eléctrica es generada por el flujo de iones en un medio acuoso. Ilustración del proceso de corrosión. Introducción

5 Daños causados por la corrosión Se gastan 300,000 millones de dólares por fallas en la infraestructura en los Estados Unidos de América. Es posible evitar pérdidas por alrededor de 100,000 millones de dólares. Las estructuras a cargo de la Red Federal de Carreteras en México, presentan diferentes grados de corrosión, debido a la penetración de cloruros y a la carbonatación. Puentes prioritarios por corrosión Prioridad Por penetración de cloruros Por carbonatación Alta Media Baja Introducción

6 Carbonatación La carbonatación es una reacción química la cual sucede entre la portlandita y el CO 2. Ca (OH) 2(S) + CO 2(g CaCO 3(S) + H 2 O La carbonatación disminuye el ph del concreto de valores mayores de 12.5 unidades a valores entre 8 y 9 unidades. La carbonatación requiere de ciertas condiciones: Contenido de humedad. Contenido de CO 2. Permeabilidad del concreto. Humedad Relativa. Introducción

7 La Hipótesis. Hipótesis y Objetivos Será posible correlacionar los parámetros (concentración de CO 2, humedad relativa, temperatura, etc.) usados en la prueba de carbonatación acelerada, para predecir la velocidad de carbonatación en al menos un ambiente natural representativo de la zona metropolitana de Monterrey. El Objetivo general: Determinar una correlación entre la prueba de carbonatación acelerada y carbonatación natural, la cual permita realizar una predicción confiable entre estas. Hipótesis y Objetivos

8 Metodología experimental Concretos Cemento CPO 40 Cemento CPC 30 R Relación agua/cemento Resistencia a la compresión Pruebas Natural Carbonatación Acelerada Metodología experimental

9 La exposición a carbonatación acelerada. Se expusieron los especímenes a cuatro ambientes artificiales, con concentración de CO 2 en 3%, 4%, 5% y 6%, y en los cuales se realizó la medición de la profundidad de carbonatación a 3, 7, 14 y 28 días, la HR se mantuvo en un rango de 60-70% y una temperatura de 30 C en los cuatro ambientes. Metodología experimental

10 La exposición a carbonatación natural. Se expusieron 3 especímenes para cada tipo de mezcla, con el fin de medir la profundidad de carbonatación, esta medición se realizó a 0, 95, 170, 246 y 270 días de exposición, con el objetivo de determinar el avance de carbonatación. Además se muestra la proyección a 365 días. Metodología experimental

11 Lugares de exposición. Norte de la zona metropolitana de Monterrey En la azotea del Instituto de Ingeniería Civil de la UANL (expuesto aproximadamente a 10 m de altura con respecto al nivel del suelo), ubicado en el municipio de San Nicolás de los Garza, Nuevo león, al Norte de la zona metropolitana de Monterrey. Centro de la zona metropolitana de Monterrey. En las instalaciones del Sistema Integral de Monitoreo Ambiental de Nuevo León (SIMA), eligiéndose la estación Obispado ubicada en el centro de Monterrey Metodología experimental

12 d1 d2 d3 d4 La medición de la profundidad de carbonatación. Se procedió a realizar el corte, haciendo una ranura en la periferia del espécimen. Posteriormente, se aplica un indicador ácido-base en este caso es una solución de fenolftaleína al 1%, esta solución se vierte sobre la superficie interna de la muestra. Superficie de colado d1 d1 d2 d2 C1 d3 d3 C3 d4 d4 C2 Metodología experimental

13 Caracterización de las condiciones ambientales Se realizaron mediciones puntuales de las condiciones meteorológicas en los lugares de exposición. La temperatura. La Humedad Relativa. La concentración de CO 2. Metodología experimental

14 La Resistencia a la compresión Resistencia a la compresión 28 días Kg/cm CPC Rel. a/c 0.6 CPC Rel. a/c 0.7 CPC Rel. a/c 0.8 CPO Rel. a/c 0.6 CPO Rel. a/c 0.7 CPO Rel. a/c Resistencia promedio Resultados

15 Concentración de CO2 en ppm. La concentración de CO 2, en diferentes ambientes. Zona Norte Zona habitacional Simón Bolívar y Leones Unidad médica de la UANL Simón Bolívar y Madero A B C D Características de la zona Lugar ubicado dentro de la ciudad Universitaria de la UANL, rodeada de avenidas principales. Zona habitacional rodeada por avenidas principales. Avenidas principales de la ciudad de Monterrey. Lugar ubicado dentro de una zona habitacional. Avenidas principales de la ciudad de Monterrey ppm 400 promedio de los 350 ambientes Norte Zona habitacional Simón Bolivar y leones Unidad medica UANL Simón Bólivar y Madero Ambientes A B C D B Resultados

16 Concentración de CO2 en ppm La concentración de CO 2 en las zona de exposición E Zona Norte Resultados

17 Humedad Relativa mensual en % Humedad Relativa mensual en % La Humedad Relativa Zona Norte Zona Centro mar-11 abr-11 may-11 jun-11 Resultados

18 Temperaturas mennsuales en C La Temperatura Zona Norte Zona Centro Temperatura s mensuales en C Temperatura promedio Temperatura máxima Temperatura mínima Temperatura promedio 9.85 Temperatura máxima Temperatura mínima mar-11 abr-11 may-11 jun-11 Resultados

19 Velocidad del viento en Km/h La velocidad del viento. Zona Norte Zona Centro Velocidad del viento en Km/h MARZO ABRIL MAYO JUNIO Resultados

20 Profundidad carbonatada, en mm La Profundidad de carbonatación vs Tiempo en condiciones naturales. Profundidad de carbonatación, mm Zona Norte Tiemp o (días) CPO 0.6 CPO 0.7 CPO 0.8 CPC 0.6 CPC 0.7 CPC Zona Centro 6.0 CPO 0.6 CPO CPO 0.8 CPC CPC 0.7 CPC y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = Tienpo de expósicion, en dias Resultados

21 Profundidad carbonatada, en mm La Profundidad de carbonatación vs Tiempo en un ambiente acelerado de 3% de CO CPO 0.6 CPO 0.7 y = x R² = CPO 0.8 CPC 0.6 CPC 0.7 CPC 0.8 y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = 0.052x R² = Tienpo de expósicion, en dias Resultados

22 Carbonatación natural en mm Relación entre la profundidad de carbonatación natural vs la profundidad de carbonatación acelerada. Encontrar relaciones entre ambiente acelerado y el ambiente natural, permite conocer su comportamiento y mediante éste, es posible realizar una predicción confiable. En la siguiente figura se presenta la profundidad de carbonatación obtenida en ambiente natural (95, 170, 246, 270 y 365 días) con su correspondiente en ambientes acelerados (28 días) para un mismo tipo de concreto (cemento CPO y distintas relaciones a/c de 0.6, 0.7 y 0.8) a una concentración de 3% de CO y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = 0.392x R² = Carbonatación acelerada en mm 28 y 95 días 28 y 170 días 28 y 246 días 28 y 270 días 28 y 365 días Resultados

23 Predicción de la profundidad de carbonatación. Resultados

24 Parámetro A Es la pendiente resultante de la relación entre la profundidad de carbonatación natural vs profundidad de carbonatación acelerada. La cual es dependiente de los factores ambientales y del tiempo de exposición. Resultados

25 Factor ambiental, m. El Factor ambiental establece una relación entre las condiciones naturales y aceleradas para especímenes similares. Factor ambiental (m), en años Concentración de 3% 4% 5% 6% CO 2 CPO CPC El Factor ambiental establece una relación de un tipo de concreto expuesto a carbonatación en condiciones aceleradas y naturales. Por tal motivo dichos valores son comparables para similares tipos de concreto expuestos en las mismas condiciones aquí establecidas. Resultados

26 Predicción Predicción en base a la raíz cuadrada del tiempo. Predicción Lineal. Resultados

27 Profundidad de carbonatación en Prueba (mm) Profundidad de carbonatación en Prueba (mm) Verificación. Verificación tiempo. Raíz cuadrada del Verificación Lineal Verificación y = x R² = Verificacion y = x R² = Verificacion 6 4 Verificacion Profundidad de carbonatacion Predicción (mm) Profundidad de carbonatación Prediccion (mm) Resultados

28 Conclusiones Las concentraciones de CO 2 ambiental, en la presente investigación resultaron menores a los valores de referencia encontrados en la literatura. En todo caso por debajo del promedio existente estimado en la atmósfera, el cual es de 380 ppm. Entre las diferentes zonas de exposición analizadas una variación del 31%, entre el mínimo y el máximo fue obtenido, lo cual confirma la existencia de microclimas dentro de la misma zona metropolitana. A través de los valores ambientales en las zonas de exposición Norte y Centro, podemos concluir que las diferencias más significativas entre ambas son en la Humedad Relativa y en la velocidad del viento. Con los datos encontrados por diversos investigadores en cuanto a cambio climático y a la información presentada en esta investigación, se concluye que se deben realizar predicciones con modelos que incluyan variables como la concentración de CO 2, la Humedad Relativa y Temperatura. Se confirmó que en ambientes más agresivos en concentración de CO 2, el avance del proceso de carbonatación fue mayor. Conclusiones

29 Conclusiones La predicción lineal presenta menor dispersión en sus puntos y su vinculación es mayor con los datos obtenidos de forma experimental en comparación con la predicción basada en la raíz del tiempo. Esto aplicándose al menos a los periodos de exposición concernientes a esta investigación. Conclusiones

30 Facultad de Ingeniería Civil. Agradecimientos Universidad Autónoma de Nuevo León. Especialmente se agradecen los apoyos otorgados para el desarrollo de esta tesis a los proyectos CONACYT Ciencia Básica CB-2007/82464 y PAICYT CA Instituciones como SIMA y CONAGUA para los que sin su apoyo esta Tesis no sería posible al menos en los términos en que es presentada. arcs86@hotmail.com

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