6148 • r~¡ DESCARTE ¡ •I ¡ 1 ¡¡ :· Estudios y Ensayos sobre el Concreto Impregnado con Polimeros. T E s 1 s j, Que para obtener el título de: INGENIERO C 1 V 1 L presenta: Jesús Eliecer Fajardo Aguilar México, D. F. 1978 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. FACULTAD DE INGENIERIA EXAMENES PROFESIONALES 60-1-262 . v;: . UNIV•ERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE México Al Pasante seffor JESUS ELIECER FAJARDO AGUILAR, Presente En atenci6n a su solicitud relativa, me es grato transcribir a usted a continuaci6n el tema que aprobado p9r esta Direcci6n propuso el Pr.2_ fesor Ing, Jorge H. de Alba Castañeda, para que lo desarrolle como tesis en su Examen Profesional de Ingeniero CIVIL. "ESTUDIOS Y ENSAYOS SOBRE EL CONCRETO IMPREGNADO CON POLIMEROS 11 1 , Introducci6n 2. Los polúne ros 3, Concreto precolado e impregnado con polúneros 4, Concreto ligero impregnado con polúneros 5, Aplicaciones del concreto impregnado con polúnero·s 6, P:rotección a la corrosión del acero de refuerzo 7, Costos 8, Conclusiones Ruego a usted se sirva tomar debida nota ele que en cumplimiento de lo especificado por la Ley ele Profesiones, deberá prestar Servicio- Social durante un tiempo mínimo de seis meses como requisito indi§. pensable para sustentar Examen Profesional; así como de la disposj ci6n de la Dirección General de Servicios Escolares en el sentido de que se imprima en lugar visible de los ejemplares de la tesis, el tí- tulo del trabajo realizado. Atentamente "POR MI RAZA HABLARA EL ESPIRITU" Cd. Universitaria, a 18 de julio de 1977 EL DIRECTOR ~ ql~ ING. ENRIQUE DEL VALLE CALDERON EVC/GSA/ser A las memorias imborrables de mi Padre y David. ••• A mi madre eternamente agradecido Con todo mi a mor. A mis hermanos con cariño A las memorias imborrables de mi Padre y David. A mi madre eternamente agradecido Con todo mi amor. A mis hermanos con cariño A nú esposa por toda su ayuda con mucho amor y cariño. A mi hijo Luis Francisco, con ternura A nús fanúliares A mis maestros con admiraci6n y respeto. A mis compañeros A mis amigos INDICE Pág. CAPITULO l. INTRODUCCION ....................... ; , .. ,, . . 1 CAPITULO 2. LOS POLIMEROS. ..•.•................ , . . . . • • . S 2. J.. Conceptos Básicos ........ , •...•..........• /. ; ,', 6 2. 2. Procesos de Polirrierizaci6n ................... ~. 7 2.3. Peso Molecular y su Distribución................. 9 2. 4. Textura de los Polfmeros ......•..............• , . 10 2. 5. Clasificación de los Polímeros ..........•.. , .. : . . 13 2.6. Tipos de Concreto con Polfmeros •...........•.. ,, 18 CAPITULO 3. CONCRETO PRECOLADO E IMPREGNADO CON POLIMEROS (CIP)......... . .. .. . . . .. . .. .. .. .. . . 20 3.1. Preparación del CIP............................. 22 3. 2. Propiedades del CIP ......... , . • . . . . . . . . • . . . . • • • . 25 3. 3. Propiedades de Durabilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • 35 3.4. Flujo PHistico................................. .. 47 CAPITULO 4. CONCRETO LIGERO IMPREGNADO CON POLIME- ROS........................................... 49 4 .1. Preparación ele Especímenes de Perlita........... 50 4. 2. Propiedades del Concreto Ligero ..•º . . . • • • . • • • • • • • 52 4.3. Concreto Perlita Ferro-Cemento................. 57 4.4. Resumen ................ ·.•.....•........•...... 59 CAPITULO 5. APLICACIONES DEL CIP......... .. .. • .. .. • .. .. 63 5.1. Concreto Completamente Impregnado............. 64 5. 2. Concreto Parcialmente Impregnado. . . . . . . . . . . • . . . 78 CAPITULO 6. PROTECCION A LA CORROSION DEL ACERO DE REFUERZO.. • . . . • . . . . . . . . • • • . • . • • . . . . • . • . . 82 6 .1. Losas Parcialmente Impregnadas. • . . . • . . . • . . . . . . . 84 6.2. Especfmenes de Pilotes Completamente Impregna- dos............................................ 95 6.3. Resumen .....•.•.•...•.. ,...................... 99 CAPITULO 7. COSTOS....................................... 103 7 .1. Análisis de Costos. • • • • • • • • • . • • . . • . • . . . . • • • • • . . • 104 7. 2. Costo Unitario. . . . . . • . . . . • . • • • . . • • . • • . . . • • . . • . . . 106 CAPITULO 8. CONCLUSIONES................................ 118 BIBLIOGRAFIA........... • • . • . . • • . • . . . . • . . • • . • . 121 1. lNTRODUCCION 1. INTRODUCCION La calidad ele un material será eL grado en que cumpla un - conjunto de exigencias funcionales que la experiencia determina como d~ seables y positivas. El concepto de calidad es relativo y recalca el m~ jor funcionamiento de unas exigencias funcionales que se consideran más importantes que otras. En el concreto se considera siempre c_omo ca-- racterística principal la resistencia a compresión. El concreto mas re- sistente es mas rígido, más impermeable, m{ts durable, etc., pero al - mismo tiempo presenta una mayor retracción, un módulo de elasticidad- mlis elevado y por tanto, una mayor facilidad para la fisuración. Como las exigencias humanas cada día son mayores y por - consecuencia de ésto, las exigencias funcionales, no es de extrañarse que una organización técnica internacional haya creado un grupo de trab§!._ jo para el estudio del concreto de alta resistencia, entendiéndose por -- concreto de alta resistencia el que puede soportar esfuerzos de compre- sión mayores de 1000 Kg/cm2. La acción de los agresivos sobre el concreto es un proceso eminentemente superficial, por lo menos en su iniciación, de ahí que si reducimos todo lo que podamos la superficie de posible contacto entre el agresivo y el concreto, habremos defendido sustancialmente a éste. La succión capilar, la permeabilidad, etc., estll.n muy lig~ das a la existencia o no, de poros en la masa del concreto. Lo mis - - ,., mo puede decirse de la resistencia a los ciclos alternos de congelación - y deshielo. Las obras de concreto suelen vivir decenas de años y es i!!_ dispensable conseguir que durante su vida útil la obra esté en perfecto - estado de funcionamiento. Si queremos evitar la penetración en el concreto de sustan - cias extrañas, generalmente flufdos, debemos cerrar las vfas de acceso. Sin conductos capilares no habr[l succión. Sin conductos capilares, no - habdl permeabilidad a líquidos o gases. Si podemos evitar que se lle-- nen de agua esos poros no. existir~ el peligro del efecto expansivo de - éste al congelarse. Al disminuir la permeabilidad del concreto dismi-- nufmos la posible superficie de contacto entre el concreto y los agentes agresivos al mismo. Se comprende que desde "cualquier [lngulo que se mire, el - concreto se mejorará si sus huecos se rellenan de algo. ¿Pero qué pu~ de ser ese algo? La red porosa del concreto es arbitraria, caprichosa e irregular. Si cada uno de esos canalfculos lo rellenamos con un ma- terial contfnuo, podemos formar una especie de hebras, de fibras en el interior del concreto que nos produzcan un aumento grande de la resis - tencia a la tensión, el cual producir[\ un beneficioso efecto sobre la re- sistencia a la compresión, que a su vez aumentará ya que la rotura por compresión de los materiales no dúctiles se producen por roturn a ten - sión en las direcciones perpendiculares a la dirección en que se ejerce - 3 - el esfuerzo principal de compresión. Y en aquellas roturas por compr~ si6n, en las que el esfuerzo cortante es predominante, estas fibras re- sistentes a tensión contribuir{ln a aumentar la resistencia de la misma - manera que lo hacen los estribos en una pieza de concreto reforzado. El relleno debe hacerse con un material resistente a la ten si6n y que sea introducido en el interior del concreto una vez que éste- haya alcanzado un determinado grado de endurecimiento. Esto resulta fkil si podemos disponer de un material que - en forma lfquida impregne al concreto rellenando todos sus huecos y se solidifique después. Este sistema sólo es utilizable en piezas prefabri- cadas de concreto. Este problema lo resuelve la industria de los materiales - pl{lsticos. Los polfmeros representan una rama moderna de la química cuyo desarrollo e industrialización, efectuado en los últimos años, ha - mostrado uno de los crecimientos m{ls notable-;; y sorprendentes de la industria. En este trabajo se muestran algunos de los estudios y ens~ yos que se han hecho últimamente en países donde la aplicaci6n de este nuevo material es un hecho. Adem{ls, presenta las técnicas de prepar~ ci6n y otros aspectos de gran importancia y beneficio en la industria de la construcci6n. - 4 - 2. LOS POLIMEROS 2. 1. Conceptos B1'lsicos. 2. 2. Proceso de Polimerización. 2.3. Peso Molecular y su Distribución. 2. 4, Textura de los Polfmeros. 2. 5. Clasificación de los Polfmeros. 2. 6. Tipos de Concreto con Polfmeros. 2. LOS POLIMEROS El t!:lrmino Polfmeros fue introducido por Berzelius1 para distinguir dos compuestos de la misma composición, pero de diferente - peso molecular. Es una palabra derivada de dos rafees: de una griega, Polius, que significa muchos; y de otra latina, Merus, que quiere decir puro, sin mezcla. 2 .1. Conceptos BAsicos Un polímero es una substancia (frecuentemente sintética) -- compuesta de molt!culas gigantes que han sido f?rmadas por la unión de un número considerable de moléculas simples. A cada una de éstas se le denomina unidad monomérica o monómero. El proceso de polimerización es aquel mediante el cual se pueden hacer reaccionar repetitivamente a las unidades monoméricas p~ ra generar polímeros. En muchos casos la reacción repetitiva produce macromol~ culas lineales, como una cadena (figura 2.1). En otros casos produce - cadenas ramificadas (figura 2.2). En otras instancias los polímeros es- t!'m estructurados como cadenas interconectadas en forma de redes tri di - 1. Berzelius, juan J.: célebre químico sueco, uno de los organizadores de la Química Moderna. Instituyó la anotación atómica por símbo- los, desarrolló la teorfa de la electrólisis (descomposición de un - cuerpo en solución por medio de la electricidad). - 6 - mensionales (figura 2.3), al usarse en la polimerización por etapas, mo nómeros con más de dos grupos reactivos. 2. 2. Procesos de Polimerización Los procesos de polimerización se dividen en dos grupos principales: polimerización por condensación o de reacciones por etapas' y polimerización por adición o de reacciones en cadenas. Las polimerizaciones por condensación son enteramente aná logas a la condensación de compuestos de peso molecular bajo. El pro- ceso de condensación para la formación de polímeros se efect(Ja cuando - dos moléculas polifuncionales (tales como etilenglicol y ácido adípico) reaccionan entre sf, con la posible eliminación de una molécula sencilla tal como el agua. Las polimerizaciones por adición consisten en reacciones en cadenas en las cuales el portador activo del eslabón puede ser un ión o una substancia reactiva con un electrón no apareado llamado radical li-- bre. Un radical libre se genera al descomponerse un material relativa- mente inestable al que se le denomina iniciador. El proceso de reacción consta de tres etapas: iniciación, - propagación y terminación. Los radicales libres por tener un electrón impar poseen - - una gran reactividad química y al encontrarse con moléculas del monó-- mero se adicionan a él. Asf, el radical libre deja de serlo y se estab.!_ liza al aparear un electrón con uno de los electrones del monómero. En - 7 - Figura 2. l. fulfmeros lineales (termoplásticos) Figura 2.2. Polfmeros ramificados (termopl{lsticos) Figura 2.3. Polfmeros en redes tridimensionales (termofijos) - 8 - esta forma el ex -radical libre ha resuelto su problema y entra en cal- - ma, pero ha dejado al monómero con un electrón impar. Entonces se - ha formado un nuevo radical libre que debe ahora aparear su electrón y lo que hace es adicionarse a otra molécula de monómero. A su vez es te nuevo radical libre se adiciona a otra molécula de monómero y no es difícil adivinar que este proceso se repita muchas veces, porque cada - vez que ocurre se forma un nuevo radical .libre.. Así se producen cade- nas muy largas de macroradicales. Eventualmente, dos de estos macr~ radicales se encl!entran y se unen formando una molécula de polímero - que puede ser de diferente tamaño. Los polfmeros sintetizados en reacciones de cadena con ti e - - nen primordialmente sólo átomos de carbono en la cadena principal (po1.!_ meros de cadena sencilla). Los polfmeros sintetizados en reacciones -- por etapas pueden contener como parte integral de la cadena otros áto-- mos provenientes del grupo funcional de mon6mero (polfmeros de cadena múltiple). 2. 3. Peso Molecular y su Distribución Este concepto reviste gran importancia para el estudio de - las propiedades de aplicación de los polfmeros. En los dos procesos de polimerización, anteriormente descritos, el largo de la cadena estll de- terminado por la disponibilidad de grupos reactivos en los extremos de - las cadenas en crecimiento. En el caso de polimerización por radica - - les libres, el largo de la cadena estll determinado por el tiempo por el - 9 - cual la cadena crece antes del evento de chocar y reaccionar con otro - radical libre. En cada caso distinto de polimerización, el producto pol.!_ mérico contiene molt!culas de diferentes longitudes de cadena, de aquí - que los valores experimentales del peso molecular representan valores - promedios. En valores promedios algunos estfin basados en conteos del- número de moléculas existentes en una masa conocida de material, co-- mo en el caso de anfilisis de grupo terminal en las moléculas. Esta - información, relacionada al número de Avogrado, proporciona el núme- ro promedio del peso molecular, Mn, de la muestra analizada. En el - caso de polfmeros tfpicos, el número promedio está. situado muy cerca - del pico máximo de la curva de distribución de peso de polfmero y re-- presenta el peso molecular más probable, como se muestra en la figura 2.4. 2. 4. Textura de los Polímeros El arreglo geométrico de los {ltomos de una cadena polímé- rica podrfa clasificarse en dos categorfas principales: A). Arreglos Denominados Configuraciones. Estos arreglos son determinados por las liguraciones qufm.!_ cas en la molécula. Estas configuraciones no pueden ser alteradas a - menos que se induzca un rompimiento en las valencias qufmicas de las- moléculas. - 10 - B). Arreglos Llamados Conformaciones. Son resultantes de rotaciones alrededor de las ligaduras. - Estas. conformaciones son tfpicas en las diversas formas adoptadas por- las cadenas de un polfmero en solución. Una molécula polimérica est11 en continuo movimiento tanto- en una solución dilufda, donde la cadena del polímero est{l rodeada por - moléculas pequeñas, como en una masa fundida de polfmero, donde to-- das las cadenas son semejantes. Esto se debe a la energfa térmica que fuerza ::i la molécula a adoptar continuamente conformaciones nuevas y - diferentes. Como el polfmero fundido es sometido a un proceso de en - friamiento, se restringe el movimiento molecular y pueden ocurrir los - siguientes fenómenos: si hay desarrollo de cristalinidad, el material se vuelve duro, fuerte y rígido. Si no hay cristalización el material puede resultar duro, rígido y quebradizo o aún flexible a la temperatura am-:.. biente. La cristalinidad es favorecida sustancialmente si todos los- sustituyentes de cada átomo de carbón de las cadenas son pequeñas o -- iguales, como es el caso del polietileno. Contrariamente .si alguno de - los grupos sustituyentes son relativamente voluminosos, como es el ca- so del poliestireno, el material tiene posibilidades de cristalizar. Sin - embargo, el desarrollo de las polimerizaciones estereospecíficas han - favorecido configuraciones ordenadas, aún en el caso de grupos volumino sos, permitiendo así regularidad y cristalinidad. - 11 - L'.ls propiedades de un polímero amorfo (no cristalino) son - determinadas por el grado de restricci6n del movimiento molecular de - sus cadenas. A medida que un polfmero es enfriado y deja de fluir pa- sa por un tipo de transición de segundo grado. En este punto hay un - cambio de pendiente en las curvas Vc;ilumen - Temperatura. Este punto determina la transición vítrea (Tg), que es de gran trascendencia en la - definición de la relación entre la estructura molecular y las propiedades de un polímero. Si un P?limero a la temperatura ambiente se encuentra por encima de su transición vítrea, su constitución será flexible y correosa, como es el caso de los hules y elastórneros. Un polímero amorfo que a la temperatura ambiente se en - - cuentre por debajo de la temperatura vftrea, se caracteriza por su rig_!. dez, dureza y estabilidad dimensional (como son los terniofijos). El pr~ blema que se tiene es que el material se vuelve un tanto quebradizo. E~ ta fragilidad se debe a que el movimiento está restringido a efectuarse en segmentos muy cortos de la cadena dando por resultado que el mat~ rial no pueda deformarse y consecuentemente no pueda absorber esfue~ zos mecrtnicos pronunciados. En contraste, un polímero altamente cri~ talino como es el caso del nylon 6, es mucho m{ls resistente y fuerte - • debido a su arreglo molecular ordenado •. Existen procedimientos físicos para inducir la cristalinidad. Por ejemplo, el poli carbonato reforzado con fibra de grafito posee una - alta energía de superficie, se puede transferir el ordenamiento del re-- - 12 - ~ 1r:::i1·~. ....................r ,;m. ....1. ~~~~~7illllll. .r .-...........- -....:..1 fuerzo a la matriz polimérica mediante el procesamiento de llegar a la - temperatura de transici6n vftrea y después de dar un tiempo determina - do disminuir abruptamente la temperatura para dejar a las cadenas del- polfmero en cierto orden. Es posible lograr también la cristalinidad en la resina ep6xica al cargarla con di6xido de titanio o cuarzo. Existen propiedades de los polímeros en función de su peso molecular y cristalin,idad como lo muestra la figura 2. 5. 2. 5. Clasificación de los Polímeros Una forma conveniente de clasificaci6n de los polfmeros s6 licios estA en función de su estructura molecular y es, la siguiente: A). Polfmeros Vítreos Son los que se solidifican como vidrio debido a la configur~ ci6n de los grupos laterales de la cadena (polfmeros atActicos ); ademlis, a la temperatura ambiente se encuentran por debajo de su transici6n vf- trea y se caracterizan por sus excelentes propiedades ópticas. Como - ejemplo tenemos al poliestireno y el polimetil metacrilato. B). Polímeros en Red Son primordialmente los elastómeros y las resinas termofi - jas. Los elastómeros se encuentran muy por encima de su transición - vftrea. C). Polímeros Cristalinos Presentan un alto grado de regularidad en el arreglo de sus cadenas, misma que resulta en propiedades mec{!nicas excelentes. - 13 - Número promedio Largo de la cadena Figura 2,4, Distribución de peso molecular 1 Duro, ¡Duro, 1 Quebradizo 1R esistente, Rfgido 1 "O No Polimérico 1 Cll "·Oa - -- - - _L - -- ::.:: 1 C.l.i 1 l ..C../J. Suave, IDuro, u1-< Ceroso Quebradizo, lo Flexible Peso Ninguna < 1 000 1 000 - 10 000 >1 0 000 molecular Figura 2,5, Propiedades de polímeros en función de su peso molecular y cristalinidad Para entender un poco mns las deformaciones, moldeos y - resistencias de algunos polímeros se tienen las ~igtúentes definiciones: A). Polfmeros Isot1'lcticos Son aquellos en cuya cadena principal se encuentran grupos funcionales dispuestos de un solo lado del plano que forme la molécula. - Un ejemplo de estos polímeros es el cloruro de vinilo. ~bido al tipo de enlaces exis.tentes entre los 1'ltomos de car bono, éstos pueden rotar con relativa facilidad. Como también existe fa cilidad para que se deslicen, pueden moldearse con toda facilidad. Dentro del grupo funcional en contra mas a los halógenos, é- teres, alcoholes, etc .• B). Polímeros Sindiotlkticos Son los que poseen en la estructura química de" sus cadenas, grupos funcionales dispuestos a uno y otro lado del plano que pueda for- mar su estructura, con una frecuencia ordenada. En esta rama se en-- cuentra la celulosa. La molécula de estos polfmeros presenta una mayor dificul- tad para rotar que la de los polfmeros isotncticos y por ende tienden a ser m1'ls rígidos y menos deformables. C). Polímeros Atllcticos En estos polfmeros los grupos funcionales se encuentran a uno y otro lado del plano que forma su estructura en forma esporlldica. Puede decirse que las propiedades de estos polfmeros son intermedias - entre los dos polímeros definidos anteriormente, debido a que al añadfr - 15 - : ~ sele un catalizador estereospecffico, éste orienta la reacción para prod!:!_ cir polfmeros isotActicos o bien sindioUkticos. D). Polfmeros Lineales Son aquellos cuyas cadenas no se encuentran eslabonadas en tre sí y pueden ser los polímeros antes mencionados y aquellos que no tienen grupos funcionales. E). Polímeros Reticulares Son los que tienen alguna conexión entre sus cadenas, ya - sea por la misma formación del polímero en su proceso inicial (baque!!_ tas), o bien por algün elemento adicionado de reticulación o enlace co-- mo el azufre (hule vulcanizado). Es por ésto que aparecen los llama-- dos pUlsticos termofijos y los pUlsticos termoplAsticos. Otra clasificación importante y prActica para los polfmeros estll. basada en su procesamiento y uso final: A). Plé.sticos Son polímeros orgAnicos que pueden moldearse con el fin - de darles una función definida. Se subdividen en materiales termoprnst.!_ cos y termofijos. A los primeros al elevArseles su temperatura y la - presión cambian de forma y reaccionan con los Acidos y los alca lis, - - ademAs de ser combustibles. No sucede lo mismo con los termofijos, - que son todo lo contrario. Dentro de los termopH\sticos podemos encontrar al polietil~ no, polierstireno, cloruro de poli vinilo (PVC), nylon, polimetacrilato, - etileno, etc .• En los termofijos tenemos a la metamina, fenal, formal - 16 - dehido, resinas epóxicas, resinas fenólicas, etc .. B). Elastómeros Son materiales orgánicos de rncil deformación y con la pro- piedad de poder absorber cantidades grandes de energfa de deformación. Cuando se finaliza la deformación recupera su forma natural. Los polímeros que son clasificados como elastómeros deben tener .las siguientes caracterfsticas: a). Estar por encima de su transición vftrea a la tempera- tura ambiente. b). Ser amorfos. c). Poseer una estructura tridimensional para restringir el movimiento exagerado de la~ cadenas. Dentro de los elatómeros encontramos al hule natural, neo- pi;eno, uretano, nitrflo, acrilatos, silicones, etc .. C). Fibras Son aquellos polímeros que están en función de una rela-- ci6n DH\metro - Longitud que los hace caracterfsticos. Esta clasifica-- ción depende de la forma de aplicación o uso final en vez de alguna pr~ piedad. Asf, podemos sugerir que una fibra sea un mater.ial cuyo largo es al menos 100 veces mayor que el diámetro. Caben dentro de esta - clasificación las fibras acrflicas, nylon, poliester, acetatq de cloruro, - acetato de vinilo, etc .. Las fibras poliméricas pueden ser naturales o sintéticas. - Algunos polfmeros que son usados como fibras también son usados como - 17 - plil.sticos, este es el caso del nylon y el acetato de celulosa. D). Materiales Compuestos Son los que se encuenfran formados por dos o mas materia les polim~ricos; algún polfmero y un material convencional; o las combl_ naciones que puedan derivarse de ellos. El poliester reforzado con fi- bra de vidrio es uno de estos materiales. E). Peliculas Son aquellos polfmeros que no se fragmentan ni se qtúebran en espesores muy pequeños al procesarse. F). Adhesivos Son los que poseen energfa superficial, como son los pega- mentos epóxicos. 2. 6. Tipos de Concreto con Polimeros Actualmente estAn siendo desarrollados por la industria de - la construcción tres tipos b1\sicos de polfmeros para el concreto: A). Concreto Impregnado de Polfmeros (CIP) Consiste en un concreto de cemento Portland prefabricado, - impregnado mediante un mon6mero que posteriormente se polimeriza, B). Concreto con Polfmero (CP) Consiste en un agregado (grava, arena) mezclado con un -- mon6mero. Esta mezcla no contiene agua ni cemento y se polimeriza - por técnicas como curado con vapor, por ejemplo. - 18 - C). Concreto de Cemento con Polimeros (CCP) Consiste en un material fabricado a partir de una mezcla - consistente en un monómero o pollmero en forma de latex (para que se - incorpore con el agua). Este se añade a la mezcla normal para hacer - concreto con cemento. Se deja curar y posteriormente se polimeriza. En el caso del concreto ordinario el cemento es el agente - aglomerante; en el caso del concreto con polímero (CP), el aglomerante es el monómero; en el caso del concreto impregnado con polímeros (ClP}, los aglomerantes son el cemento y el polfmero. La mayoría de las experiencias se han logrado con la adi - - ciOn del polfmero metacrilato de metilo (MMA}, pero pueden hacerse -- combinaciones de otra índole en las que se incorporen otros polímeros,. ya formados, dentro del concreto. En este trabajo se presentara.u sólo los estudios que se han hecho sobre el CIP, por ser el tipo de concreto en el cual se ha expetj mentado ma.s y del que se tienen miis y mejores conocimientos. - 19 - 3. CONCRETO PRECOLADO E IMPREGNADO CON PO LIMEROS (CIP) 3. l. Preparación del CIP. 3. 2. Propiedades Mec~nicas del CIP. 3. 3. Propiedades de Durabilidad. 3.4. Flujo PU!stico. • 3. CONCRETO PRECOLADO E IMPREGNADO CON POLIMEROS (CIP) El progreso en la industria de la construcción depende del- mejoramiento de las propiedades b{lsicas de los materiales usados en la construcción. El concreto es barato y sus constituyentes son casi uni - - versalmente utilizables. Tiene la capacidad para proporcionar esfuerzo alto a la compresión, durabilidad, resistencia al fuego y otras propied~ des cuando es combinado con un refuerzo convencional o es pre -reforz~ do. A pesar de estas µosibles cualidades de estabilidad por t~rmino lar g;o, la presencia de vacfos en el sistema, su pobre esfuerzo a la flexión, su bajo esfuerzo a la tensión, su limitada ductibilidad y su limitada habi lidad para absorber energfa ha llevado a la continuación de trabajos en-· prktica. Probablemente la debilidad m{ls significante del concreto es el bajo esfuerzo a la rotura, el cual en ambientes fuera del control del diseñador conduce a la rotura progresiva y astillamiento, que a su vez- hace al material altamente permeable, menos durable, m{ls sensible a - los efectos externos, tales como: cargas de impacto y fatiga, ataque -- qufmico, congelación y deshielo, fuego y corrosión del acero de refuerzo. La necesidad de una mayor resistencia a la rotura, una me jorada dureza y una estabilidad m[1s grande en a'mbientes y condiciones - adversas ha llevado a la búsqueda de nuevos materiales que pueden toda vfa revolucionar a la industria de la construcción. Esfuerzo, rigidez, dureza y durabilidad mejoradas son alg~ - 21 nas de las propiedades significantes de estos nuevos materiales, y un - efectivo e inteligente uso de ellos puede llevar a mejorar el uso de los materiales en nuevas {!reas y las ya existentes, y puede, no sólo redu- cir el elevado costo de mantenimiento de estructuras sino también pro- porcionarle protección a largo plazo, Serfa ideal asumir que los nuevos materiales de construc- - ción no tienen problemas. !-lay dificultades de fabricación satisfactoria - y hay, claro est{l, limitaciones en las propiedades físicas y mec{inicas. Pero si las propiedades mejoradas son explotadas apropiadamente habrrm nuevas {!reas de utilización y ejecución del concreto. Sin embargo, un - mejornmiento de las propiedades del material no pueden siempre tradu- cirse en acción estructural, o los resultados del material buscado poder ser aplicados directamente al diseño estructural sin una interpretación y modificación adecuadas de datos de ensayos. Una evaluación propia y - una apreciación de Ingenierfa de la aparición de los nuevos materiales - es requerida en relación a su uso destinado, y el propósito principal de su papel es manifestarse en algunos aspectos ingenieriles de diseño en - estos nuevos materiales. El CIP es un concreto a base de cemento Portland endurecí do impregnado con un mon6mero, para llenar sus huecos. Posteriormen te se polimeriza ese monómero. 3. l. Preparación del CIP La preparación del CIP requiere de la elaboración previa - - 22 - del concreto, para llenar luego sus hueco,,s. o poros con un monómero y enseguida polimerizar el monómero. La cantidad de monómero para -- impregnar el concreto depende del grado de humedad. Puesto que las - propiedades mecAnicas del CIP aumentan con mayores cargas de polfme- ros, se considera rutinario secar completamente el concreto en hornos. La impregnación con monómero consiste en empitpar los - - elementos previamente secos, en un monómero liquido, durante un tiem po suficiente para que todos los poros accesibles puedan llenarse. El - tiempo de impregnación depende de muchos factores: la profundidad a la que debe penetrar el monOmero, la porosidad total del concreto, el ta- maño del poro, la viscocidad del monómero, si se emplean o no el va - cfo o la presión, La cantidad neces,aria para alcanzar la saturación d~ pende de la porosidad del concreto. Comunmente se aplica una sobre-- presión durante la impregnación de l, 7 kg/cm2 aproximadamente. Para tener una idea de los requisitos necesarios para la impregnación, podemos indicar que para que ésta sea completa se re·- - quiere de lo siguiente: a). Secar el concreto a 300ºF (149ºC). b), Evacuar el aire del concreto durante 30 minutos. c). Saturar el concreto con algún sistema de mon6mero du- rante dos horas con una sobrepresión de 1. 7 kg/cm2. d). Retirar el exceso de monómero del tanque de impregnación. e), Polimerizar rripidamente para evitar pfadida en la supe~ ficie por mon6mero drenado y evaporación. - 23 - La polimerización del monómero puede efectuarse por un -- proceso termo-catalftico, éste puede hacerse en agua caliente, la cual - reduce al mínimo la evaporación, aunque no necesariamente el drenado; o en un recipiente de impregnación del monómero, en donde se puede i!!_ troducir vapor de monómero para reducir la evaporación. Otro proceso para reducir la evaporación y el drenado es sumergir el concreto im-- pregnado con monómero en una solución viscosa de un polfmero de baja volatilidad, para producir una capa estable sobre el concreto. En algu- nos procesos el concreto se envuelve en hoja de aluminio o pelfcula de - poJ.ietileno para reducir al mínimo la evaporación antes de la radiación - o el tratamiento térmico. El tiempo para la polimerización estA en relación directa - con el tipo del monómero, del catalizador, de la concentración del cat~ lizador, de la temperatura y para el proceso de radiación, de la intensi dad de la radiación y del tamaño del especimen. Es evidente que después de impregnarse el concreto con mo nómero, al ser polimerizado, el concreto ha ganado peso, que estA en - función de la porosidad del concreto. En la figura 3; 1 se ilustra la va - riación en contenido de polfmero con respecto a la densidad del concre - to para una sola revol tura de 350 ~g/cm2 • Nótese que el polímero CO!!_ tenido estA indicado como un porcentaje de peso cargado, en 3, que es el peso del polrmero, w, dividido entre el peso del concreto seco, wc, y entre 100. Esta unidad es adecuada cuando se comparan concretos de densidad comparables, y para estimar las cantidades necesarias del mo - 24 - n6rnero. Para muchos usos es preferible la concentración de polímero- en volumen, lo cual permite que las necesidades de polfmero de concr~ tos de diferentes densidades se puedan comparar. La concentración en volumen se obtiene multiplicando el peso cargado por la relación de de!:!_ sidad del concreto a la densidad del polfmero. Por ejemplo, de la fig!:!_ ra 3.1, la mayor carga de polímero (3 en péso) es para un concreto de densidad 2.1 g/cm3. El material m1is denso tiene una concentración de volumen de: 7 . 9 12..1 237 = 14 . 2 3 La concentración en volumen del polímero es: 2.23 6.1 ---= 11.63 1.17 3, 2. Propiedades del C I P El concreto impregnado de polfmero es en apariencia mu- - cho muy parecido al concreto convencional. Aparte de los recubrimien tos de ciertas superficies de polímero, el CIP es indistinguible del co~ creta convencional con una observación casual. En wia inspección mAs estrecha, el CIP puede distinguirse por la presencia de polfmeros en los vacfos y por una apariencia ligeramente obscura, un poco similar a la apariencia del concreto convencional húmedo, Las razones de los incrementos en las propiedades de es - fuerzo no son del todo comprendidas, especialmente en atención a las - propiedades estructurales del polímero mismo. Los factores que con - - - 25 - 1 HCTO DE LA DENSIDAD tN !.A CARGA DE POLIMEAO lt.CMPOSICION DEL CONCRETO, SERIES AECJ 10 1.1 si MONOMEAO: MMA : 7.6 z o~ 1A ffi. 1.1 ~ 1,0 ~ 61 ºo ¡¡] 66 ~ 64 g: .o,( 6.2 ,. a: ~ 60 •• ... ,,, ,., ,, . l 21 DENSIDAD, V¡cm3 •.• '----'---..l-~--'-----'--~----' 1•50 1500 1550 PESO SECO, gr. Fig. 3 .1. Variación del contenido de polfmero con respecto a la densidad para Wla misma revoltura de concreto. tribuyen aparentemente al mejoramiento del esfuerzo incluye una mejo-- rfa en la mezcla cemento/agregado y la reparación de microfacturas por el polfmero, el cual tiende a eliminar la fractura y propagación de gri~ tas. Las diferencias en las propiedades de algunos polfmeros afecta el grado por el cual los cambios anteriores tienen lugar. Los ensayos realizados con el CIP y los resultados obteni - dos, se detallan a continuación: A). Relación Esfuerzo - Deformación en el CIP Q_uiz~~ Jª .9.1:!.!!!Qfil:raciOn mAs impresionante de un cambio -- fundamental en la naturaleza, después de la impregnación con polfmero, tiene lugar al observar un especimen de CIP roto por compresión. El - concreto normal manifie.sta la falla con algunas grietas, pero esencial- - mente permanece de una pieza. El ClP se fractura, destrozandose com pletamente. En la figura 3. 2. se presentan curvas de esfuerzo deforma - ción para cilindros de concreto normal y de ClP. El concreto normal - presenta una tfpica conducta no lineal esfuerzo - deformación, casi des - de el comienzo de la carga; en la fractura, la curva esfuerzo-deforma- ción se acerca a la horizontal. La desviación de la lfnea recta se atri buye en alto grado a la falla progresiva de la adherencia entre cemento y agregado. La muestra de CIP se comporta muy diferente, La cur-- va esfuerzo-deformación es lineal hasta que, en este caso, se aplica -- mAs del 78% de la carga de ruptura. En la fractura, la desviación de - la lfnea recta es relativamente pequeña. El CIP se comporta de un mo - 27 - l2 1.1 CP NO. 31268 CON CARGA DE PMMA LO AL S.4°/o EN PESO .;.; QJl M .... ~~ (l7 o :N;; M "u. ffl Q.I °" (),J Q2 OJ OEFORMACION (µmm/mm! Fig. 3.2. Curvas de Esfuerzo-Deformación de los cilindros de concreto normal y de CIP. do esencialmente eH'lstico. La línea de la curva esfuerzo-deformación - sugiere que parte del papel que juega el polímero consiste en. mejorar - la adherencia del mortero y el agregado. El resultado mrts importante es que la resistencia a la COI!!_ presión y el m6dulo elrlstico del CIP son relativamente mayores que en - el concreto normal. En el ejemplo mostrado, la resistencia a la com-- presión del CIP es de 1190 kg/cm2, y el módulo de elasticidad es de -- 3. 85 x 10 5 kg/cm 2 . B). Factores que Afectan la Resistencia a la Compresión y al Módulo de Elasticidad del CIP. Probablemente el factor que mrts afecta la resistencia a la- compresión del CIP es el grado de impregnación de los poros de concr~ to. Esto se muestra en la figura 3, 3, mediante la grMica de resisten - cia a la compresión en comparación con la impregnación de polfmero. - Para cualquier sistema de elaboración del CIP, la resistencia máxima se obtiene con la máxima polimerización. En la misma figura se indican - otras dos variables: el tipo de polfmero y la técnica de polimerización. Los resultados que se obtienen con el estireno polimerizado termo-cata- lfticamente son muy bajas, mientras que los resultados para el mismo - estireno tratado por radiación son comparables con los del metacrilato - de metilo. MMA, con tratamiento termo-calalitico. En la tabla 3 .1 se muestran los resultados obtenidos de en sayos de especímenes de concreto de 350 kg/cm2 nominal, curados en - atmósfera con niebla durante 28 dfas. Los especimenes eran de 7. 5 cm - 29 - C>-0 MMA - CON RADIACION 1)00 :.~.:: ~~7RYE~~o_c~;::~~~~~l~~50c l:r••-A E$TIAEN0 r 2°toDE PEROXIOO A 7!iºC o 1.0 2.0 J.o •.o 5o 6.o 1.0 LLENADO DE PDLIMERO, ºto EN PESO Fig. 3.3. Resistencia a la compresi6n en funci6n de la impregnaci6n de polfmero. Tabla 3, l, Polímero Carga, º/o en peso Resistencia a la compresión (limites) kg/cm2 (psi) Tratamiento Térmico Tratamiento por Radiación MMA 4.2 - 5.7 ' 1275 (18 200) 1421 (20 300) Estireno 4.2- 6.0 616 ( 6 600) 987 (14 100) MMA + lD°to TMPTMA* 5.5 - 7.6 1330 ( 19 000) 1512 (21 600) Acrilato de nitrilo 3.2- 6.0 752 (10750) 1009 (14 410) Cloruro de astireno 4.9-6.9 1006 ( 14 400) 1127 (16 100) • TMPTMA: Tr imetacrilato de trimetilpropano de di1'lmetro y 15 cm de .alto. Los polímeros tuvieron diferentes trata-- miemos, como se muestra en esa tabla. En todos los casos, las muestras tratadas con radiaci6n tu- vieron resistencias más altas. Para el estireno y para el acrilato de ni trilo las diferencias son muy grandes, y éstas sugieren que el tratamie!!_ to térmico puede causar una dañosa reacción interna entre él polímero y el concreto. Esto no aclara por qué el tratamiento mediante radiaci6n - produce consistentemente resistencias m1'ls altas con este concreto. Se- aprecia que con el MMA y el MMA + TMPTMA se· obtien' en las m1'ls al-- tas resistencias a la compresi6n. Probablemente el segundo factor en importancia que afecta - la resistencia del CIP, es el concreto mismo. Al concreto de mayor r~ sistencia inicial corresponde la mayor resistencia en el CIP, aunque el- incremento relativo es mayor para los concretos m1'ls débiles. En traba jos recientes sobre concretos curados a vapor a alta presi6n, se tuvie- ron resistencias a la compresión hasta de 2100 kg/cm2 para concretos - polimerizados alrededor de 73 en peso. Otros trabajos indican que concretos curados a vapor origi - nan resistencias a la compresión m1'ls altas en el CIP que los curados - en agua o con niebla. Mediciones de los poros mostraron que el tama- ño medio de ellos en cementos •curados a vapor, es mayor que en ce - - mentes curados en agua. Esto conduce a una mayor eficiencia en la im pregnaci6n de polímeros, Probablemente los factores que afectan la resistencia a la - - 31 - compresión del CIP afectan de la misma manera al módulo elástico. Es- te es mayor que el del concreto normal. El incremento en el m6clulo - sigue aproximadamente Llllíl relación de la rafz cuadrada con la resisten cia a la compresión en forma muy parecida a la del concreto normal. - Se puede predecir, bas{tncfose en esta relación, un m6dulo de elasticidad de cerca de 7 x 10 5 kg/cm2 para un CIP de 2100 kg/cm2 . C). Resistencia del CIP a la Tensión En la grMica 3. 4 se muestra la resistencia a la tensión - en fllllción de la impregnación ele polfmero. El mejoramiento es muy s~ mejante al observado en la resistencia a la compresión. Para un impregnado de polfmero de alrededor de 63 en p~ so, la resistencia a la tensión es cerca de cuatro veces la del concreto normal. La relación de resistencia a la compresión a resistencia a la tensión es casi la misma para el CIP que para el concreto normal. Es - ta prueba fue hecha con el mismo especimen de concreto con que se hi- cieron las pruebas de compresión. Los mismos factores que afectan la resistencia a la compresión del CIP, afectan la resistencia a la tensión. O). Resistencia del CIP a la Flex.i ón El m~ulo de ruptura a la flexión del CIP es también cerca de cuatro veces mayor que la del concreto normal y depende en alto - - grado de la impregnación del polfmero, del tipo de polfmero y de su -- tratamiento. Esto se ilustra en la figura 3. 5. La prueba fue hecha con el mismo concreto con que se hi- cieron las pruebas anteriores. Los factores que afectan la resistencia - 32 - f. ••_ ____________. ...,,,..._,,,,.""""''=•"""-"""-""'mriir&f;>:Ji'\"J'.ll,g;,.~~!OU~XMí!lillllllillllll ______. ...__;;......:_ 130 0 'MMA CON AAOIACION 120 X MMA y ~º/o PtAOXIOO A 1sºc + ESTIAENO CON AAOIACION 11 A o ESTIAENO V 2º10PEAOXIDO A 1sºc CARGA: "3,5 o lo CONCRETO SIN SECAR o X 100 .l :U 0 10 GONCAETO SECO' o I ,'x 90 I ) + I + I z I ¡o;; 70 ~/ ~ .:s. < 60 v·,// :', .... - /1><6. ¡ü 50 .,,. ó ~ ~o IC ------,.__.......,..-_... o. JO ,,-'- "' CONTROL 20 10 oo 1.0 2.0 3.0 4.Ó 5.0 6.0 7.0 LLE.NADO DE POUMEAO. ºJo E.N PESO Fig. 3.4. Resistencia a la tensión de un concreto impregnado de polfmero en función de la impregnación. \'..' ·f [ ...... ---------------"""""'..-"""""""-'-""""'"'""'"'"''·"'~!ll'll'...~'""'!Jé•!1J!,i il3·~ ----------~ 0 MMA CON AADIACION X MMA V s010 PEHOXIDO A 1sºc + ESTIRENO CON RADIACION. O, ESTIRENO V 2º10 PEROXIOO A 1sºc CARGA.: i:J,6 ºto CONCRETO SIN SECAR ..\.3.5 ºto CONCRETO SECO o o lO 2.0 3.0 ~.o 50 6.0 LLENADO DE POLIMERO, ºJo EN PESO Fig. 3.5. Resistencia a la flexión del concreto impregnado de polfmero, en función de la impregnación. a la compresión son los mismos que afectan al módulo de ruptura. En la tabla 3.2 se presenta un resumen de las propiedades típicas para concreto impregnado con MMA, que es el polímero que m~ jores resultados dió, polimerizado por tratamiento de radiaci6n y ter--- mo -ca talftico. Adem{ls de las ventajas que present6 el CIP con respecto a las resistencias de compresi6n, tensión y flexi6n, se observa de la ta - - bla que la resistencia de abrasi6n es casi 70% mils grande, la absor- - ción de agua y permeabilidad son reducidas de 80% a 903, la conductiv..!_ dad térmica es casi la misma y el coeficiente de expansi6n es casi 303 m{ls grande. Se ha demostrado que los sistemas de monómeros y el pr~ ceso de producción usados en la elaboración del CIP pueden ser cambia- dos para dar un producto con requerinúentos especiales. Por ejemplo, - sistemas especiales de mon6meros pueden ser formulados para resistir - altas temperaturas o la profundidad de impregnación puede ser controla - da para dar un producto de buena durabilidad. La gr Mica 3. 6 muestra - la resistencia de concretos no impregnados sometidos a diferentes tem - peraturas. 3 .3. Propiedades de Durabilidad Las evaluaciones de durabilidad que han sido hechas inclu-- yen: congelación-deshielo, ataque de sulfato, resistencia a {leidos y resis tencia al agua destilada caliente. - 35 - Tabla 3.2. Propiedades Físicas y MecAnicas del ClP para Aplicaciones Normales de Temperaturas Propiedad Concreto no Concreto Impregnado con MMA. Mejoramiento 3 Impregnado R T R T E' s fu erzo de Compresi636 psi. 5,300 20,300 18,200 285 244 MOdulo de Elasticidad, 1 psi. 3 . .5 6.3 6.2 80 77 Esfuerzo de Tensión, psi. 420 1,600 1,500 290 262 Módulo de Ruptura, psi. 740 2,600 2,300 256 210 Módulo de Elasticidad de Flexión, psi x 106. 4.3 6,2 7.1 44 65 Dureza, martillo Tipo "L". 32 55 52 73 62 Pérdida de Abrasión, in. o.oso 0.016 0.015 67 70 Pérdida de Abrasión, gr. 14 4 4 71 71 Cavitación, in •• 2 horas. 0.320 0.064 0.020 80 94 Absorción de Agua 3 6.40 1.08 0.34 83 95 Permeabilidad, 104 ft/yr 5.3 0.8 1.4 85 73 Conductividad Térmica Bty /ft-hr -"F 1.332 1.306 1.265 2 5 Difusi vidad, 73 "F 0.0387 0.0409 0,0385 6 o Coeficiente de Expansión, 10-6 in/in/"F 4.02 5.36 5,25 33 31 Calor Específico, 73 °F, Bru/lb /º F 0.241 0.214 0.220 11 .9 Gravedad Específica 2,317 2.319 2.386 R = Polimerización por Radiación T = Polimerización Termo -·-Catalítica ~.---·1.¡.''111· ___•. __ ___________l lllill'lf¡j¡.......,,~"""""""ll!lllr:·llll1*:tl>·- .n"''·~~~~~~Uí""'. ____________. ...,_ _______, ;,..;;.,;,..;;....;...-ol 2,000, --M·M-A- -¡- 1 ,.}- Estireno-TMPTMA 1 -·Lt im1 í-e! gn;l -1-IA0 1- . 1 1,000 -¡-----¡-u----+-'---¡ No 1 0'----·'----...___ __L_ __. _ ~I_ __. __ _ Q) 'O 1,500 ,-- -,----¡- - o . J ; ! 1 .. 1 ~ Estireno-TMPTMA , 1 ~.§o !,ooo¡---~~·~F----·;~ ,".~¡·· ¡ ·· · --·-·- ;- -¡~----i-1c .--;...=:-.-6-1..: Q) ..... C/) ":J" e(/). _c.., SOO~··_:= MM¿ ----:---------¡.;;;_¿:~~#'.1Pr~g!1~do +---~--·- ~~ 1 o-- r:>----··-r-~----.:1·-·---i----T---P- i ____ j 0 1 oL---1-- : L . 1 . L___ _ 20,000r-=--r 1r. -.-.:r1 , (!>...,.- : :::: -¡ -J~ 1 -;--- ' \. ~MA ---¡' 10,0001.. -·--·-¡ ... -... ·---·---·----¡.-_- Estireno -TMPTMA j ! _·.r-.... -.- t.·--- 1 °'" ~---p---;·-,---:::j -, ~ 1 ¡ \ ¡ -~~:pre~ado -20 o 20 40 60 8') 100 140 160 Temperatura, ºC Fig. 3.6. Esfuerzos del concreto impregnado de polfmero a varias temperaturas, Las mejorías en ln durahi lidad del CJP son debido a la re- clucci6n de la peri11eabilidacl Ja cual tiende a cerrar el interior del con- :Y·' creto de agentes agresivos. Los polímeros en estudio tienen resistencia a los ataques químicos y la pasta de cemento es protegida de ataques -- por la barrera físic:i presentada por el polímero. A). Congelaci6n - Deshielo Es de esperarse que un concreto ele buena calidad resista - 500 ciclos por el método estlindar de congelación deshielo antes de fallar (253 de pérdida de peso). En vista de que en el ClP los poros del con- creto estt'tn completamente llenos, la cantidad de rigua que puede entrar- en la estructura y hacer daño es limitada. En la figura 3. 7 se mues-- tran algunos resultados de congehlci6n -deshielo en 4 muestras de CIP y- en 2 muestras testigo. Las pérdidas de peso son significativamente me nores en las muestras de CIP. Las muestras de CIP designadas CP - lB - 3A y 3B han soportado algunos miles de ciclos sin pérdida de peso significativo. La figura 3, 8 ilustra muestras de concreto normal e im- - pregnado después de 490 ciclos. Pruebas a la compresión de muestras de CIP que han sido- sometidas a aproximadamente 1000 ciclos, sin pérdida de peso signific~ ti va, muestran considerable dism.inuci6n en resistencia. B). Resistencia a los Sulfatos El ataque de sulfatos al concreto es causado, en primer lu- gar, por la reacción de los sulfatos solubles con el hidróxido ele calcio, - 38 - • 26 MMA = METACRILATO DE METILO R = POLIMERIZADO POR RADIACION 25 = CONTROL CP.().3A T PDLIMERIZADO !- RUPTURA, 490 CICLOS TERMO CATALITICAMENTE 10 9 o o- 8 o· 1w1) a. 7 CP-1A-3A 5.9°/oMMA-R ow 6 o<( o 5 wa: a. 4 3 CP·lB-3A CP-16-36 2 6.9 °/oMMA-T \ / 6.6°/~(MMA-T X )\ )( \ 100 200 300 400 500 600 700 800 CICLOS DE CONGELACION-DESHIELO Fig. 3. 7. Durabilidad a la congelación -deshielo del concreto impregnado con polímero. Fig. 3. 8. Concreto normal y concreto impregnado de polJmero después de 490 ciclos de congelación. produciendo esta reacción compuestos con mayor volumen que los reac- cionantes, La reacción causa expansión y agrietamientos en el concreto. La prueba de resistencia a los sulfatos se hace en ciclos ele 24 horas. El concreto es sumergido en una solución de sulfato de so- - dio al 2.13 durante 16 horas y después secado en caliente durante 8 ho ras. Una expansión neta de O. 23 es considerada como falla. En la figura 3. 9 se ilustran algunos resultados. Los con - - cretas polimerizados indican expansión ae cerca de un décimo de los con cretas normales. La figura 3 .10 es una muestra del CIP y concreto normal - después de 450 cilos de prueba. El concreto normal estfl completamen- te agrietado y con expansión de O. 5% comparado con un O. 23 del CIP. C). Resistencia a los Acidos Para determinar la resistencia del CIP a los flcidos, las muestras y testigos son sumergidos en una solución al 153 de 1ícido clorhídrico o de Acido sulfúrico y retirados periódicamente para ser pe- sados. Algunos resultados con ácido clorhídrico se muestran en la fig~ ra 3.11. La presencia de polímero en los poros reduce la pérdida de - peso en el CIP, pero el mejoramiento no es tan bueno como el que se - tiene en el ataque de los sulfatos o por la acción de congelación -deshie - lo. La figura 3.12 muestra los efectos del Acido, El ataque por fa solución del Acido sulfúrico al 153 es m1'1s severo que con el Acido clorhídrico. El CIP llenado con MMA tratado tér- micamente sufre una pérdida de peso del 123 en 80 dfas. Un mejora-- - 41 - MMA = METACRILATO DE METILO R = POLIMERIZADO POR RADIACION 0.08 T = POLIMERIZADO TERMO-CATALITICAMENTE 0.07 0.06 ....... CONTROL CP·0.48 0.05 0!2. 0.04 oz ¡¡; .TO.DE.METILO = CONTROL CP.Q.17A R POLIMERIZAD~ POR RADIACION 11 T = POLIMERIZADO TERMO-CATALITICAMENTE 10 9 8 º!!. o 7 ow"..' 6 ow <( 5 o ao: 4 ow.. 3 2 EXPOSICION, DIAS Fig. 3.11. Resistencia a los ácidos. Acción del ácido clorhídrico al 15% en concreto normal y - en concreto impregnado de polímero. miento considerable en la resistencia del CIP a los [!ciclos se obtiene -- cuando el CIP se le da Lm recubrimiento con dos capas supetiiciales de- polit:!ster estireno. Algunos tubos del ClP probados ele esta manera, in- dicaron una pérdida de peso de 0.13 en 100 dfas de pruebas. En com- paración, tubos de CIP sin recubrimientos, tuvieron una pérdida de peso de aproximadamente 503. O). Resistencia al Agua Destilada Caliente Las pruebas para determinar esta resistencia del CIP fue - - ron efectuadas en auto clave por goteo del condensado caliente sobre la superficie de la muestra. Los resultados se expresan usualmente en -- pérdida de peso en 3, pero la profundidad del ataque es rn[ts significat;!_ va ya que el efecto tiene lugar en la superficie. Las variables mi.is i rn portantes en esta prueba son: la temperatura, el polímero y la velocidad de goteo del condensado. Usualmente si el polímero es estable en agua a la temperatura de la prueba, el ClP serl'I también relativamente esta - ble. Esta prueba extensiva a polímeros de alta temperatura est1i limit~ da a dos que son: 903 de ftalató de dialilo + 103 de metacrilato de met.!_ lo (Dap. -MMA) y 603 de estireno + 403 de trimetacrilato de trimetil -- propano (Estireno-TMPTMA). Estos han sido probados a 121 º, 143° y - 117ºC, con velocidad promedio de goteo de agua destilada de 454 a 681 gotas por hora. Los resultados de la intensidad de ataque a estas tem- peraturas est1in en la tabla 3. 3. - 45 - ., :.• . ..> ·-·,. ..· .·~·!.'..\·~ .... ' . ~· . . · 'C..... • ¡.' l ' ~~ ~· Fig. 3.12. Concreto impregnado con polfrnero, (derecha), y concreto no impregnado, (izquierda), después ele ser expuesto a ~te ido - - clorhídrico. 3. 4. Flujo PH'lstico El flujo pHistico del CIP bajo misma carga es usualmente 5 a 10 veces menor que el del concreto no impregnado. Sin embargo al- gunas muestras del ClP preparadas con MMA han indicado un flujo plfls - tico "negativo", esto es, un cambio neto de longitud en dirección opues- ta a la carga. Así en muestras a compresión alcanza mayor longitud y en muestras bajo tensión es m(ts corto. Estos fenómenos sólo se han - observado bajo cargas a la compresión de 56 kg/cm2 y con cargas a la tensión de 12. 5 y 24 kg/cm2, Con cargas de compresión mayores de - 56 kg/cm2, el flujo pl(tstico se vuelve normal (positivo), Adem(ts, el - flujo pH'lstico negativo no se ha observado en todas las muestras, Alg~ nos resultados de flujo pi(tstico se muestran en la figura 3, 13, - 47 - Tabla 3.3. Erosión del CIP con agua destilada · (mm/año) Te moeratura ªe Testigo CIP (Oap + MMA) CIP (Sti + TMPTMA) (ºFI 121 (250) 30 12 6 143 (290) 40 25 8 177 (350) 60-70 30 10 Oap + MMA = 90°to ltalato de dialilo + lO°to metacrilato de metilo Sti .¡. TMPTMA = 60°/o Estireno + 40º/o trimetacrilato de trimetilpropano CONTROL , R o' , ~ .,,..-- - - -------- - ---- 50 \.~:::-"""i'. ;rc.r~-.'_,~·\ ! . - ............ .....,... .. ...--. __ ~ __ ............ -..._-_T· -· 100 o 10 20 60 140 220 300 380 460 540 620 700 780 860 TIEMPO BAJO CARGA-DIAS CONCRETO IMPREGNADO CON MMA SERIES CP-1 Fig. 3 .13. Flujo pH'lstico en el concreto impregnado de polímero. La gr1ífica muestra el flujo negativo, motivados ~or cargas de com- presión de 56 kg/cm lt •• 4. CONCRETO LIGERO IMPREGNAOO CON POLIMEROS 4. l. Preparación de Especímenes de Perlita. 4. 2. Propiedades del Concreto Ligero. 4.3. Concreto Perlita Ferro - Cemento. 4.5. Resumen. 4. CONCRETO LIGERO Il\!1PREGNAOO CON POLIMEROS El concreto ligero es de dos clases dependiendo del tipo de agregado usado: el estructural y el aislante. El primero es preparado- con cenizas volcAnicas o escorias de altos hornos. Tiene una resisten - cia a la compresión de 280 a 350 kg/cm2 y una densidad de 1600 a -- - 2 1900 kg/cm . El concreto ligero aislante ·contiene· cenizas volcAnicas - expandidas, tales como vidrio espumado y perlita. Su densidad es de - 480 kg/cm2• Este es un concreto altamente poroso y es usado como - aislante térmico. Los resultados de las investigaciones llevadas a cabo con - el concreto normal, hicieron investigar también al concreto ligero. Para esto se seleccionó como agregado la perlita y los polfmeros metil meta - crilato, MMA, y el poliestireno. 4 .1. Preparación de Especímenes de Perlita Los datos·· que corresponden a la mezcla para especímenes - de ensayo se ..m uestran en la tabla 4; 1. Una vez mezclado el concreto- perlita, se uefaron los moldes hasta las 3/4 partes de su capacidad. - Se utilizó una varilla para eliminar el aire atrapado en la parte lateral de los moldes. C-eneralmente uno o dos movimientos son suficientes. - ~spués se llenó el molde y la superficie del concreto se aplanó con - - una regla. Se evitó la compactación o vibrado. El curado se realizó- durante 7 a -10 días en condiciones de temperatura ambiente y humedad ordinaria. - 50 - Tabla 4.1. Datos de mezcla para concretos ligeros de tipo aislante Perlita 1:8 sin inclu1lbn Perll11 1:8 Perlita 1:6 do airo Perlita 1:6 Cemento kg 10.96 10.95 Agrel!ldo kg 14.21 7.62 17.01 7.62 Agutkg 7,62 15.99 7.62 15.99 15,34 16.93 ~~~1~1=~¡:~~" 0.00 0.28 0,28 0.053 0.28 0.059 0.059 01n11d1d húmeda kfm 3 648.81 0.059 586.33 629.59 01n11dad 11co kglm 432.54 704.88 368.46 416.52 488.81 .¡·· Los ensayos se analizaron para evaluar las técnicas de im- pregnación de concreto perlita. Los parl!metros investigados incluyeron un método de encapulación, viscocidad del monómero, intensidad de ra-- diación y densidad del concreto. Los resultados de estos ensayos indicaron que muestras con alta carga de polímero uniformemente distribufdo y con buena apariencia superficial, pueden ser producidas mediante las siguientes técnicas: el - concreto de perlita es colado, curado y secado y luego impregnado en el molde con un monómero viscoso de 50 cps. La impregnación se realiza mediante el mt!todo de inmersión al vacfo y la polimerización por radia- ción de los moldes, mediante una intensidad maxima de radiación de --- 3 x 105 Rad./hr. También es usado con éxito la polimerización termo-catalft.!_ ca bajo agua a 70ºC pero hasta ahora, aunque la investigación se conti-- nüa, se dispone de poca información. 4. 2. Propiedades del Concreto Ligero Aunque los resultados de ensayos de trabajos previos fue-- ron alentadores, se realizaron pruebas posteriores para reducir la va - riación hallada en las propiedades. Ya que se producfan especfmenes - bien impregnados, se insistió en el desarrollo de técnicas para la fabri- cación de cilindros de perlita uniformes. Los parl!metros investigados - incluyeron la remoción de finos de perlita, exclusor del agente inclusor de aire; adición de fibras de acero y de vidrio; y vibración mecl!nica o compactación. - 52 - Se prepararon especímenes de concreto de perlita con rela - ción 1 :8 y l :6 sin inclusión de aire. Los especfmenes, colocados en moldes metálicos, fueron impregnados con una solución al 203 de PMMA, y polimerizados por radiación. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 4.2. La eliminación del agente inclusor de aire produjo compue~ tos con altas densidadeR finales, pero con mejores propiedades de resi~ tencias y menores contenidos de polímeros. También se observó mejor apariencia superficial. Sin embargo, bajo las condiciones de impregna- ción utilizadas, las muestras de perlita de relación 1 :6 no estaban com- pletamente impregnadas. Esto probablemente se debió a la alta densidad del especimen y a la alta viscocidad del monómero. Fundados en estos resultados y en otros anteriores, se pr~ paró una serie de especímenes de perlita de relación 1:8 sin aire inclu.f. do y especfmenes de 1:5 con inclusión de aire para su evaluación. Se - eligió perlita 1:5 debido, a que su densidad en seco fue superior a la de- 1:6, pero similar a aquella de 1:8 sin aire inclufdo. Los ensayos por - realizar en la serie incluyeron: resistencia a la compresión, resistencia a la tensión por compresión diametral, resistencia a la flexión, fatiga, - ensayo al impacto y durabilidad a la congelación y deshielo. Se impre[ naron con poliestireno y MMA, grupos por duplicados de especímenes -- de cada material. Las tablas 4.3 y 4.4 muestran los resultados de las prue-- bas. En general, los resultados de resistencia para cualquier composi - - 53 - Tabla 4.2. Resistencia a la tensión por compresión diametral de concreto perlita sin aire incl~do, Perlita 1:6 y 1:8 Mon6mero, solución al 20º/o PMMA (viscosidad 60 cps) Polimerización inducida por radiación Impregnación v polimerización en moldes Especímenes secados a 110°c (230ºFl Dimensión de los especímenes, 7.6 cm de diámetro x 15.2 cm de longitud Densidad Densidad Contenido de polfmero Mu1nr1 Resistencia Nr. ek~¡~c~ final ºJo en peso ºto Resistencia kg/m3 en volumen a la compresi6n a fa tensión 1:6-A-I --------------------- kg/crn2 dra~:t~~,;;~:;~~2 624.78 1:6-A-2 1,175.87 634,39 46.9 l:S-A-3 1,239,95 46.7 618.37 49,0 108,llB 1,121.40 51.5 44.8 42,6 110.39 l:B-A-1 78.04 612.64 1:8-A-2 1,142.23 512.64 55.2 l:B-A-3 1,151.84 53.4 512.64 55,6 556.86 l:B-A-4 1,148,63 53,8 512.64 55.4 526,92 53.9 576.54 l:B-A-6 1,150.24 496.62 55,6 54.1 1:8-A-6 1,124.60 106.17 512.64 55.9 1,150,24 63.3 55.5 110.39 ---r---- 54.1 108.98 ~~---~~ (al Dimensiones de los especlmenes clllndricos: 7.62 cm de diámetro x 15.24 cm de longitud lbl Dimensi6n de los espe=clm cnes en barras 5.08 x 5.08 x 25.4 cm. le) Factor de corrección (promedio de ensayos/control) Id) Catálogo No. 30 del Instituto de Perlita, estimación fundada sobre densidad en seco (e) Sin agente inclusor de aire (f) Tabla 4. 4. Resumen de los resultados de las series de ensayos en concreto perlita impregnado con poliestireno. Monórnero, 50 º/o poliester - 50 º/o es!ireno (a) Impregnación por inmersión al vaclo Mil todo de encapsulación en moldes mediante exceso de monómero Polimerización inducida por. radiación Todos los especímenes secados hasta peso constante a 110ºc (230º F) Todos los especímenes ensayados en BNL Resistencia Agre"ado Densidad Contenido de polfrncro Densidad Resistencia a a la tensión Resistencia 1 Factor de Muestra relación en seco ºlo en º/o en final la compresibnlb) por compresibn la fle•ión(cl correcciónld) Nr. de mezcla kg/rn3 peso volumen kg/m3 kg/cm2 diametral. kg/cm2 kg/cm2 Contro1(e) 1: 8a/oAEA (1) o o tt,95 2.8t 0.56 8Nt01 413.32 64,7 60.6 t,171.06 462.64 102 410,11 64.6 60.0 1,161.45 465.45 103 410,11 60.6 50.5 1,041.30 337.49 35,3 8N104 419.72 63.4 58.2 1, 147,03 53.58 106 405,31 65.2 60.9 1,167,86 59.69 111 405.31 65.6 62.0 1, 180.67 59.62 20.5 8N122 347,63 66.1 54,4 1,028.48 76.64 124 358.85 67,1 58.5 1,089.36 74.04 150 382,88 64.4 55.6 1,078.15 106.17 15.2 Control le) 1:5 o o 17.58 3,52 0.10 24.3 50121 503,03 58.9 57.7 1,223.93 423.97 122 472.59 6t.O 59.2 t,2t2.7t 420.45 123 509.44 58.t 57.5 1,2t5.92 438.73 60120 453.37 62.2 59,8 t,20t.50 53.58 142 488,6t 59.1 56,5 1,196.69 51.75 15.0 50132 446.96 58,7 50.9 1,084.55 115.31 134 434.14 60.2 52,6 1,092.26 107,43 136 483,80 57.1 51.6 1,129.41 107.01 137 408,51 63.6 57.2 1,123.00 65.60 142 (a) Mezcla de monómeros formulada por dilución de Plaskon 941; composición 23º/o estireno-77° /o Plaskon 941 (b) Dimensiones de los especímenes cilíndricos: 7.62 cm. de diámetro x 15.24 cm de largo, (c) Dimensione.s de los especímenes en barras: 5.08 x 5.08 x 25.4 cm. (d) Factor de corrección= (promedio de ensayos/;:ontrol de perlita) (e) Catálogo No, 3p del Instituto de Peri Ita, estimación, basada sobre densidad en seco ( f) Sin agente lnclusor de aire. ción son bastantes uniformes. Las mayores resistencias se obtuvieron - en muestras hechas con MMA, y los resultados m[!s uniformes con per- lita 1:5 MMA. Los datos de los ensayos de fatiga estan contenidos en la - figura 4. 1. Comparados con otros datos obtenidos, para concreto de a - gregado estructural de peso normal, todos los especímenes de peso lig~ ro de tipo aislante impregnados, mostraron menor resistencia a ciclos - de fatiga con el aumento de la carga para las muestras de perlita 1:5. - Especímenes impregnados con MMA mostraron propiedades ligeramente- superiores a las obtenidas en especímenes impregnados con poliestireno. Los resultados obtenidos con perlita 1 :8 no son tan precisos como para- poder emitir una conclusión. 4.3. Concreto Perlita Ferro - Cemento Los paneles hechos con coricreto de perlita, impregnados - con polfmero, pueden tener una aplicación a casas prefabricadas y en - otras construcx:iones, debido a su peso ligero y a su alta resistencia. Se han realizado experimentos. para determinar si las pro- piedades del concreto de perlita a la tensión y a la flexión pueden ser - mejoradas mediante el empleo de una malla de alambre de refuerzo. -- También podrían esperarse mejores resultados en los ciclos de fatiga. Paneles aislantes de tipo ferro-cemento, fabricados con con creta de perlita 1 :6 y una malla de alambre de 1. 27 x 1. 27 cm y diAm~ tro de 0.1016 cm, se impregnaron con MMA y fueron polimerizados por - 57 - ~ 11 : ~ ..............................~ 1n•msaw~rn.m!lll.!lll~~~mw""'$~m~r~tOO&ll.!~. ...... _. ............_ _; ._.....;..._ 0·6 + ().5 X Perlita-MM_A ~:5 1 O Perlita-Polio.;osurt::no l :5 .¡. Petllta-MMA , :6 º"' A Perlita-P~iostirttno 1 :8 Veloddad de ciclo f>.14/min 1 1 1 ,,,,, 1 1 111111 t 1 ",,1 1 .. ,, • .T 1a5 1<>6 Ciclos de fatiga Fig. 4. l. Datos de ensayos de fatiga, para concreto de perlita impregnado. IAL:W radiación. Se practicaron medidas ele la resistencia a In flexión, em- - pleanclo paneles de 2. 54 x 10.16 x 40. 64 cm. Los resultados se mues- t•ra n en la tabla 4. 5 . Parece que no existe w1 aumento en la resistencia a la flexión (128 kg/cm2) al aumentar la concentración de alambre. Existe - un aumento, aproximadamente lineal, del módulo de elasticidad a la flexión de 2. 6 7 a 4. 01. x 104 kg/c m2 . La mayor concentración de metal utilizada en las muestras de ensayo fue de 2.33 en volumen. El ferro- cemento de peso normal generalmente contiene un 53 de volumen de ace ro. Sin embargo, al aumentar el contenido de metal en la composición, resultarfa también un aumento significativo en la densidad final. En un trabajo previo se indicó que la impregnación con 603 de estireno -403 TMITM1\ aumentó la res.is tencia a 133 kg/crn2, campa- rada con la resistencia a la flexión de 42 kg/cm2 para ferro-cemento -- normal. En todos los ensayos, la falla fue determinada al presenta~ se la primera grieta, aunque la máxima carga fue mayor en las mues-- tras que contenían alambre. 4.4. Resumen Actualmente se están valorando las propiedades estructurales y de durabilidad del concreto de tipo aislante, impregnados. El propós.!_ to es acrecentar las propiedades en forma tal, que el material pueda ser usado en una forma variada de aplicaciones en carreteras. - 59 - .........................l l'P.!~!llf;l!!~~llm!~~!!'!;l!!!~n~-~~~mr1111. .................... ..;.~;..;. Tabla 4. 5. Resultado de los ensayos de resistencia a la flexión para perlita ferro-cemento. Perlita 1:6 Monómero, solución de PMMA viscosidad 50 cps Dimensión de los especímenes 2.54 y 10.16 x 40.64 cm Dimensiones del alambre 1.27 x 1.27 cm con espaciadores de0.31 cm- e" mero. 2!2 ie 0,15 eEgª a. u '--;:~-:;S;--..,.,l::-=--.,.1.,.,~-...J 600 800 1000 1200 "º..ºJ Promedio de la densidad final Kg/m3 1.20 0.90 i'~·/oAEA Fig. 4.3. Relación entre la resistencia a la - MMA I:~ t1:5 tensión por compresión diametral - 1:8 "/ÍJAEA y la densidad de un concreto de per Poliestireno __ .9¡ 1:5 ..... --ó lita impregnado de polímero. - 0.30 1:6 1:8 . . . . . 600 800 1000 1200 1'00 Promedio de la densidad final Kg/m3 NE 1:5 ~ 1.50 MMA "e "' 1:6" Fig. 4.4. ~ 1.20 Ó 1:8 .w/o AEA Relación entre la resistencia pro - !.!.! medio, a la flexión y la densidad - ·g 0,90 /1:5 de un concreto de perlita impregna Pl:8 w/oAEA .~ do de polímero. - I ~ 0,60 Poliestir~no !!! h8 '"O :o¡¡ 0.30 ae E . 600 800 1º ºº 1200 "ºº Promedio de la densidad final Kg/cm3 .5. APLICACIONES DEL CIP 5.1. Concreto Completamente Impregnado. 5. 2. Concreto Parcialmente Impregnado. .. ,_ .., ; 5. APLICACIONES DEL CIP El esfuerzo mejorado y la durabilidad del CIP pueden ser de beneficio para una amplia variedad de aplicaciones. Sin embargo, con - cada aplicación la ventaja económica también ha de ser establecida, Por ésto se evalúa la factibilidad económica antes de emprender estudios de - tallados de alguna aplicación. Un número de aplicaciones que se encuentran en estudio son de interés principal en el uso del concreto. 5.1. Concreto Completamente Impregnado Dentro de las aplicaciones que puede tener el CIP en el arn plio campo de la construcción destacaremos las siguientes: A). Sistema CIP de Sopotte y l~ecubrimiento de Túneles. Con el desarrollo de mércx!os mecanizados para hacer túne- les se ha incrementado la necesidad de sistemas de dipido recubrimien - to de túneles. Los sistemas utilizando segmentos precolados de concre- to convencional han sido usados por más de 30 años en Europa, pero no han sido utilizadas en alguna extensión significa ti va en los Estados Uní- dos. La decisión para evaluar unidades de concreto impregnadas con - polfmeros está basada en beneficios anticipados, resultando esfuerzos i!!_ crementados, resistencia a la abrasión mejorada y Lm casi 95% de red u~ ción en la permeabilidad y propiedades de absorción. Un programa ex - perimental fue realizado para determinar la costeabilidad de soporte y - '\ - 64 - recubrimiento de túneles con CIP. El programa incluye ensayos a esca- la real utilizando al mismo tiempo concreto precolado convencional e im pregnado de polímero. Los segmentos precolados son instalados dentro de una cA-- mara de ensayo de concreto revestido para una sección de túnel de 8 pies de dHimetro interno por 8 pies de longitud. 21 diafragmas activa -- dos hidrllulicamente est{in localizados entre la pared de la cAmara de e!!. sayo y el• sistema de soporte y revestimiento para proporcionar presión- en la corona arriba de 1500 lb/pulg2. La prueba actual es mostrada en la figura 5.1. El programa de investigación también incluye segmentos- individuales de prueba para determinar propiedades físicas y mecAnicas. La tabla 5.1 resume los resultados de ensayo en la escala real y ensa - yos de segmentos individuales, los cuales resumen: a). El sistema ClP es viable, y comparado con un sistema de concreto convencional, puede proporcionar incrementos en la capaci-- dad de carga o una capacidad igual con una sección m{is delgada. b). Con un concreto pobre, el sistema CIP alcanzó l. 6 ve- ces m1'ls carga que en el sistema de concreto convencional con un espe- sor igual. c). Con un sistema ClP de un espesor de 5.1 cm (2 pulg.) con un relleno de arena se lag ró la misma carga que en el sistema co~ vencional de concreto de igual espesor con un relleno de 8. 9 cm (3. 5 -- pulg.) de concreto. d). Las juntas entre los segmentos pueden diseiiarse para- - 65 - Figura 5.1. Ensayo de Escala Real en un Sistema de Soporte y Recubrimiento de un Túnel Precolado Impregnado de Polímero i....----------------------~·" ""''"'"·'···-· Tabla 5.1. Resumen de Ensayos de Túneles de Soporte y Recubrí miento Ensayo Concreto no Impregnado Concreto Impregnado de Polímero. Segmento Aislado Rotura a lá Tensión 800 lbs (360 kgf) 4,000 lbs (1, 800 kgf) Falla de Volteo Completa 8,000 lbs (3' 600 kgf) 18,000 lbs (8, 200 kgf) .;," Escala Real Deformación Promedio 0.047 in (0.12 cm 0.30 in (0.08 cm en 220 psi en 14.1 kgf/cm 2 ) en 210 psi en 14. 8 k~/cm2) Carga de la Falla 245 psi (17 kgf/cm 2 ) 404 psi (28 kgf/cm2 un comportamiento satisfactorio. El CIP proporciona una resistencia su perior en las juntas. e). Las ventajas económicas de un sistema CIP pueden de- ter minarse sólo sobre una aplicación especffica. Sin embargo, un análi sis preliminar muestra ventajas para el CJP en túneles largos, con dUi- metro ele 6.1 m (20 pies) o mayor. El programa también incluye estudios sobre los E...fectos del fuego y las altas temperaturas, las características del quemado de la s~ perficie y la transmisión de calor. El CIP generalmente retiene su re- sistencia hasta los l 77ºC. Los ensayos indican que el concreto impreii nado con MMA pierde su resistencia a los 260ºC pero recupera su re-- sistencia al enfriarse. También una inflamabilidad muy baja, muy poco a nada de humo, y ninguna indicación que los gases de combusión pre-- sentaron un serio peligro a la salud. El estudio ele la transmisión de - calor indicó que el e~tado inestable de los gradientes de temperatura d~ bido al fuego dentro del recubrimiento en el túnel baja rápidamente deb_l do a la gran absorción de temperatura del material que lo circunda. En el caso extremo de fuego en el túnel, la temperatura más alta calculada para el recubrimiento fue de 349ºC. B). Tuberías t Las investigaciones sobre tuberías del CIP han inclufdo la - impregnación y ensayo de tubos de concreto de 12, 24 y 36 pulg de. cliá metro interno. La sección mi'.is grande ensayada fue ele 6 pies de 9T'argo y 3 pies de dUimetro interno con paredes delgadas y gruesas. Las - 68 - secciones de tubería se construyeron en dos formas: a). Método de cabezal obturador. b). Método de rolado en suspensión. Se incluyó en ambos métodos la tubería con malla metAlica de refuerzo y tuberfa sin refuerzo. Los ensayos se hicieron con Lllla - serie de pruebas de tres apoyos y presión hidrostAtica. Los resultados de las pruebas de tres apoyos , mostrad os· en la tabla 5. 2, demuestran - que el tubo sin refuerzo impregnado de polímero fue dos veces mAs re- sistente que los especímenes no impregnados. El resultado también muestra que el tubo no reforzado e im pregnado de polímero, de 24 pulg, fue 203 mfis resistente que el tubo - del mismo tamaño de concreto reforzado no impregnado. Esto es, la :. posibilidad de eliminación de acero para compensar mucho el incremen - to del costo del ClP. Los ensayos hidrost:'.lticos, los cuales fueron también reali- zados, mostraron que la tubería del C1P fue casi dos veces mlls resis-- tente que la tubería no impregnada. Para suplementar estas pruebas, un programa extenso es - ' encaminado para desarrollar datos de diseño, normas de requerimientos de servicio y evaluaciones económicas. Fueron hechas pruebas en especímenes de tuberías de 6 pies de largo y 3 pies de di1'1metro interior y el espesor de la pared. de 4 - pulg. El trabajo incluy:.:! mediciones de las deflexiones vertical y hori- zontal, esfuerzo último de especímenes probados en los sistemas de los - 69 - Tabla 5.2. Evaluación de los Ensayos de Tres Apoyos. Grupo de Carga Promedio de Carga Ultima Incremento Especímen !Jolfmero Promed~o Sobre el - (%w) (lb/ft ) Control (90 A-12 o.o 1,780 A-12 6. 5 3,760 111 B-12 o.o 5,020 B-12 4.7 12,480 149 A-24 o.o 1,730 A-24 4.8 4,400 154 B-24 . o.o 3,410 B-24 4.9 7,200 111 R-24 o.o 3,660 R-24 5.0 4,990 36 A-12 = Tubería de pared delgada de 12 pulg. de dif!metro. B-12 = Tuberfa de pared gruesa de 12 pulg. de diámetro. A-24 = Tuberfa de pared delgada de 24 pulg. de diámetro. 13-24 = Tuberfa de pared gruesa de 24 pulg. de diámetro. R-24 = Tubería reforzada de pared delgada de 24 pulg. de diámetro. .. tres apoyos y presión hidrost.'.'tticu. También el esfuerzo cortante y la - durabilidad est!'in siendo evaluadas. Otra evaluación actualmente en estu áio, se hace en tuberías de concreto reforzado impregnado de polfmero- reforzado con fibra de vidrio. Otra investigación de las tuberías de concreto incluye prue - bas~'de campo de drenaje. Dado que la,s concentraciones de sulfato en - esta prueba son completa mente altas, la in·stalación proporcionaría una - información ütil en la función de la tuberfa de CIP en un ambiente fuer- a te de sulfato. fbr Oltimo, ninguna de las dos tuberías, la convencional o la de CIP, mostró deterioración. Otro campo de evaluación de tuberías de CIP se lleva a ca - bo para obtener la resistencia al ataque de !'icido sulf[irico, f.ormado por la oxidación del ácido sulfhfdrico, al colocarse en sistemas de agua ne- gra. El di!'imetro de las tuberías es de 8 pulg. Un futuro trabajo propuesto para tuberías de CIP incluye e~ sayos adicionales para verificar la conservación en {leidos, estudios m~ jorados de diseño, pruebas de campo a escala real, revaluación de los - estudios económicos y preparación de especificaciones. Continuando es- te trabajo, la próxima fase incluye el diseño y construcción de una pla~ ta de impregnación y polimerización de escala real para .la producción - de tuberías de CIP. C). Plantas de Desalinización El programa fue iniciado para desarrollar concreto impre~ nado con polímero como un material ele construcción en estructuras de - 71 - destilaci6n multigraduales para desalinizaci6n de agua. En tales ambien tes los materiales deben resistir a los efectos corrosivos del agua desr.!_ lada, sal.muera, y vapor a temperaturas arriba de 290ºF (143 ºC). El programa de prueba consiste en la selecci6n de materia les, desarrollo de técnicas de proceso para su preparación y medicio-- nes de las propiedades estructurales de durabilidad de los materiales. Para simular condiciones de exposici6n, el concreto se ex - pone a salmuera, a W1a interfase de salm~1era y vapor, vapor, y agua - destilada en temperaturas fluctuando arriba de los 290ºF. El esfuerzo y las propiedades elásticas son determinadas - como un cambio en las propiedades físicas por tiempos de exposición - extensos, los cuales fluctuaron clescle 6 meses a 2 y 3 años. Como parte de este programa, fue hecha una evaluación eco nómica preliminar, la cual indicó un ahorro en los costos de construc- - ción sobre los de concreto convencional. D). Carreteras A causa de los serios problemas que existen en los Estados Unidos en la deterioración de las cubiertas de puentes, un programa p~ ra estudiar la factibilidad del uso del CIP en la construcción de losas - de puentes fue iniciado en 1972. El programa incluye: diseño, manufa~ turación, impregnación de polfmero y ensayo de paneles de aproximada- mente 16 pies de largo por 4 pies de ancho y 6 pulg de espesor. De- talles de diseño en este estudio estAn interesados en: desarrollo de la - losa para acción compuesta con vigas de concreto, paneles de losas pa- - 72 - ra conexiones de vigas y transferencia de carga entre paneles de losas. El ensayo de este programa incluye pruebas de carga estAt.!. ca para falla, pruebas de carga de fatiga y pruebas de cortantes para el desarrollo de acci6n compuesta, en paneles sencillos y en· juegos de tres, unidos mediente un post-tensado. Con los ensayos se determin6 la deflexión,. distribución de - esfuerzos carga a la primera grieta' carga última y la transmisión de carga a través de las juntas de los paneles. Los paneles resistieron - mAs del doble en la carga última de diseño en el ensayo sencillo. En- los ensayos sobre el juego de tres paneles, éstos mostraron muy buena .. transmisión de carga a los adyacentes y resistieron cerca de 4 veces la carga última de diseño. D). Viviendas Los paneles de construcción de CIP estlin en consideraci6n - para el uso de la vivienda de bajo costo para obras de paso. Se ha ex presado un interés en paneles de construcci6n de CIP ligero, para el u - so de unidades habitacionales de muchos pisos. Los bloques de CIP pu~ den ser mAs ligeros que los normales y usados para paredes de apoyo - m{ls ligeras. Dado que pueden ser también m{ls largas, las unidades n~ cesitan ser menos manejadas. La figura 5.2 muestra algunos materia-- les para la construcción. E). Aplicaciones Submarinas La armada de los Estados Unidos est{l interesada en concre to impregnado con polfmeros para habitaciones submarinas, boyas pro-- - 73 - fundas y pilotes, Los ensayos de colapso hidrrtulico ejecutados en esfe- ras de concreto de diámetro pequeño indicaron que las esferas impregn~ das podrían ser sumergidas hasta dos veces la profundidad de las esfe-- rns de concreto ordinafiÜ. La armada también est(l interesada en la exploración del u- so del CIP en construcción de tanques de almacenamiento de combustible en la costa, ele 50 pies ele dHi.metro y plataformas largas y estables en- el ocel1no, La figura 5.3 muestra algunas aplicaciones submarinas, F). Poste de Alumbrado de Concreto Ligero En la figura 5.4 se muestra el diseño de un poste de alum- brado del tipo trazo largo o "break-away" construfdo de perlita 1:8. Como parte de este ensayo, diversas secciones del módulo- fueron fabricadas y están ilustradas en la figura 5. 5, que incluye un tu- bo de perlita 1:8 ele 91 cm de largo, 23 cm ele dH'lmetro exterior y 3.2 de espesor en pared; una sección de 30 cm de tubo de perlita 1 :6 y un - tubo de perlita 1:6 torneado en forma cónica de 1.52 m de longitud. Es te último representa una porción de poste de alumbrado. De estos ensayos se llegó a la conclusión de que debe usa~ se un equipo de vibración y compactación, a fin de reducir el número - de vacíos, así como emplear el concreto sin aire inclufdo. El tubo de 91 e m ele longitud, descrito anterior mente e ilus tracio en la figura S. 5, fue impregnado y recubierto con poliestireno. El métoclo de impregnación fue el siguiente: después de secar el tubo a --- llOºC, la superficie exterior fue envuelta con H\mina de aluminio; el -- - 74 - Figura 5. 2. Materiales para construcción de CIP. Figlira 5.3. Habitación submarina y boya. 1------3.0SM------l '( ¡ L!mpu1 de .,• ( se.e cm ~ :~ Aadiodt 1.98 ... cy_ 6.03an, Oet1lleA Platin• de .cero 1'....l.1.9cM lno1dt.l•1.il~ 1.9 e¡pesor x IC>.6CM f,' 15.2 de díjmetro _ 19CM. )..__ Ver det11l1 A ll.J6 -''- 9.71cm •.2QM, :a. .. _J M11trl1I de concreto p11so llgtro 1: 8 .Wl--<-lil-· ...._ -llM--+-<- Agujero de 2.22 Monbmetro MMA \~~.J,,.,~W:f- cm dl~mctro Oensidld Inicial 336.42 Kutm3 Contenido l!n pol(mero 65°/o en peso Densidad final 977 .72 Kg/m3 ..... . Sect. C-C Resistencia a 11 comprulbn 386.65 Kg/cm2 Resistencia• 11 rotura por tenslbn 91.4 Kg/an2 Moni.je del poste de lluminaclbn Figura Dise11o de un modelo de poste de alumbrado tipo brazo larxo. "break-away •: de concreto perlita polimerizado. 5.4. El concreto tiene u11a resistencia a la te11sió11 por compresión diametral de 91.4 kg/cm2. Figura 5. S. Prototipo de un poste de alumbrado de perlita-polfmero y secciones de tubo. A la derecha, tubo de perlita 1 :8 con un diAmetro exterior de 22.86 cm. y pared con un espesor de 3.18 cm. Al centro, - tubo de concreto perlita 1 :6. A la iz - - - - quierda, sección torneada dcl. prototipo de poste de alumbrado de concreto perl i - ta 1:6. monómero que fue introducido en la superficie interior del tubo fue ab- - sorbido con rapidez por el concreto y polimerizado en 40 minutos aprox..!_ madamente. Posteriormente la superficie interior del tubo fue recubier- ta con poliestireno. G). Tubería de Concreto Ligero El ensayo de durabilidad de la sección del tubo de perlita - constituye un adelanto para determinar la aplicación potencial del mate-- ria! a un tubo ele drenaje de peso ligero. Después de una exposición en ~cido sulfúrico al 53 durante 120 dfas, la muestra, que contiene 65% en peso de poliestireno, no muestra evidencia de algún ataque. El concreto ligero (de perlita con poliestireno) puede tener- otras aplicaciones, como son las siguientes: para rellenos o friones en - los niveles de peso; como aislante térmico y en techos volados; en blo- ques especiales ele concreto; y en otros productos no estructurales, siem pre que su densidad sea de 320 a 480 kg/m2 y tenga una resistencia a - la compresión de 7 a 14 kg/cm2. Si su densidad está entre 800 y 960 kg/cm2 y la resistencia a la compresión es de 70 kg/cm2, puede usarse en paneles y muros. Este material tiene la ventaja de ser fAcilmente - trabaj able con herramientas de carpintería. 5. 2. Concreto Parcialmente Impregnado El concreto parcialmente impregnado parece ser aceptable - para muchas aplicaciones en las cuales se requiere un concreto durable pero que no necesite la gran resistencia excepcional del concreto com-- - 78 - . \· pletamente impregnado, El proceso de impregnación parcial tiene una - profundidad limitada bajo la superficie y es relativamente sencillo, no - requiere del equipo de vacfo ni de la presión de impregnación que es re querida en el proceso de impregnación total. El proceso co11siste bAsi- camente en secar el concreto, impregnarlo con monómero bajo condicio- nes atmosft~ricas y la polimerización se puede llevar a cabo con agua - caliente. El método es aceptable para un sistema de producción con - tfnua en una planta y para la impregnación superficial de estructuras de concreto en el campo. Una aplicación práctica de este. tipo de concreto es en las - losas de concreto para puentes, mediante una impregnación superficial. - Este proceso, para proteger las !::isas de concreto contra el daño causa- do causado por la sal de deshielo (sal de cloruro), es un método prActi- co para impregnar con polímero hasta una profundidad de cuando menos una pulgada. Varios programas estAn siendo conducidos para estudiar es - tos problemas, Se esU'ln estudiando métodos de reparación y restaura- - ción de losas deterioradas gravemente, Para protección de estas losas, contaminadas de cloruro, es necesario llevar a cabo la impregnación hasta el acero de refuerzo a una profundidad de 4 pulg, por ejemplo, El sistema de monómero utilizado es el MMA - TMP'TMA, - El método es relativamente simple y utiliza un equipo que puede ser rn- - 79 - cilmente ensamblado por un contratista. La losa de concreto se seca bajo un encerramiento port!l.til- que sopla aire caliente sobre la superficie. La temperatura del aire ba jo el encerramiento se mantiene en cerca ele 120ºC durante tres dias o - hasta que el concreto est!l. lo suficientemente seco hasta una profundidad de 3 a 4 pulg. Se retira el encerramiento y se deja enfriar la losa de concreto. Se riega arena sobre la losa hasta un espesor de 1/4 pul, se aplica un rnonómero para que sature completamente la arena y se deja - que penetre en el concreto durante la noche. La arena sirve para cont~ ner el rnonórnero. Se coloca una membrana de polietileno sobre la are na saturada con monómero para evitar la evaporación del mismo. El - Monómero se aplica varias veces con el fin de mantener una cantidad s~ ficiente para la penetración. Entonces se coloca el encerramiento sobre la arena saturada con monómero y sobre la barrera de polietileno contra la evaporación. Se sopla aire caliente a W10S 66 °C dentro del en cerra - miento para iniciar la evaporación. Los resultados ele los ensayos ini - éiales indican que este método es capaz de producir una capa ele polfm~ ro de 2 pulg cte espesor en el concreto. Los objetivos completos del programa incluyen: selección de sistemas químicos para impregnación de superficies de losas de concre- to para puentes, desarrollo ele técnicas de campo y aparatos para im - - - pregnación, evaluación de la efectividad de la técnica y su demostración en el campo. Se demostró el método de impregnación superficial sobre un - 80 - puente recién construfdo. La losa completa del puente de 61 pies de largo por 28 pies de ancho fue tratada a la vez. Los núcleos obtenidos de la losa mostraron una penetración del polímero hasta un poco mris - de 1,0 pulg. - 81 - 6. PROTECCION A LA CORROSION DEL ACERO DE REFUERZO 6.1. Losas Parcialmente Impregnadas. 6. 2. Especfmenes de Pilotes Completamente Impregnados. 6.3. Resumen. 6. PROTECClON A LA CORROSION DEL ACERO DE REFUERZO En los últimos años se ha dado mucha atención al problema de deterioración de losas de concreto para puentes. La deterioración - puede ser causada o acelerada por muchos factores, incluyendo sobreca!:. ga, ·disminución de volumen y cargas repetidas. Sin embargo, una de - las causas, si no la principal, de la deterioración de la losa de concre- to es la penetración de agua. La congelación y deshielo del agua den - - tro del concreto puede resultar un daño severo para el concreto. La co rrosi6n de las varillas de refuerzo, también como resultado de la pene- tración del agua, es un serio problema porque es frecuentemente progr~ si va y puede llevar definitiva mente a la rotura o al astilla miento del - - concreto. El uso de sal como un agente cleshielador acelera la corro-- sión del acero de refuerzo. Como resultado de las ventajas que el ClP mostró, con el - aumento de sus propiedades mecfmicas y de durabilidad, se ·inició una - investigación para desarrollar técnicas de impregnación parcial o supe!:_ ficial para losas de concreto para puentes. Dado que la deterioración, por congelación y deshielo, y la corrosión del refuerzo son dos de las - causas principales de la deterioración de las losas de concreto, el pr~ cedimiento de impregnación de la superficie tiene un potencial considera ble para prolongar las vidas de las cubiertas. En este capítulo se resume la investigación sobre la pro-- tección a la corrosión proporcionada al acero de refuerzo, en losas de- - 83 - superficie impregnada sujetas a aplicaciones de agua salada en un largo- tiempo y pilotes completamente impregnados por extensos períodos de -- tiempo. 6 .1. Losas Parcialmente Impregnadas Los especímenes de ensayo consistieron en 20 pares de lo- sas, 5. 5 x 40 x 43 pulgs. , fueron colados y curados bajo condiciones de campo simulada. Cada par consistió de una losa reforzada y una no r~ forzada. El refuerzo consistía de 7 varillas #8 y su arreglo se mues-- tra en la figura 6'. 1. El claro nominal cubierto era de 1. 25 pulgs. El concreto tenía una relación agua -cemento de 6. 5 gal/seco, un factor de - cemento de 6.0 saco/yd3, un hundimiento de 3 pulg y un esfuerzo de compresión de 6400 lb/pulg2 dE! 28 días de curado hümedo. El proceso es el siguiente: A). Impregnación del Polímero L'ls losas de 90 días de edad antes de la impregnación y - fueron secadas con una manta caliente por un mfnimo de 3 días. Las - temperaturas de superficie estaban en el orden de 140° a 150ºF. Des-- pués del secado, las losas fueron cubiertas con una membrana de polie~ tireno y luego se dejó enfriar. Un agregado fino, ligero (pizarra expandida) y seco fue co- locado en la losa a una profundidad de 0.25 pulg. para retener el mon~ mero. Las losas fueron inclinadas 0.25 pulg/pie, para simular la in--- clinación mínima de losas para puente. Estas, las cuales estaban trata - 84 - 40" ~ s-112"1--a.~"--I ¡ s-11itJ_ El1 1 Típico 1 -L-.ti.'- ----L l2 f-4" Claro Figura 6 .1. Arreglo de varillas de refuerzo del# 8 en losas de ensayo. das en pares, fueron entonces mojadas completa mente con la solución de monómero. El agregado fue mantenido húmedo por la aplicación periód.!_ ca del monómero, a medida que se requirió. Los monómeros usados - fueron: el metacrilato de metilo, MMA, el metacrilato de isobutilo, IBMJ\, y el metacrilato ele isodecilo, IDMA. Con cada monómero fueron usados 13 (wt) de peróxido de benzoylo, BT, de catalizador y 103 (wt) - de trimetacrilato de trimetil propano, TMPTMA, como agente de enlace. Los sistemas de mon6meros y cantidades se muestran en la tabla 6.1. - Los tiempos de remojo fluctuaron desde 10 u 20 horns. Después de completarse el período de remojo, las losas fueron curadas con agua caliente (200ºF), estancada a una profundidad - de 3 pulg, sobre w1a membrana plAstica la cual cubría las losas o por- rnantas calientes. Las curvas típicas de temperatura para los dos mét~ dos se muestran en la figura 6. 2. Debido al efecto aislante del agreg~ do fino ligero, las temperaturas de superficies de las losas no alcanza - ron la del agua caliente durante el curado o de las mantas calientes du - rante el secado. Durante todo el trata miento de las losas, éstas con ti - nuaron al aire libre en un ambiente desfavorable. B). Procedimiento de Ensayo Diez pares de ·losas fueron impregnadas, cada losa reforza da fue colocada sobre cuatro bloques de concreto para mantenerlas alz~ das. Las losas sin refuerzo fueron cortadas en especímenes de 12 x 12 pulg y 11 evadas al Laboratorio para ensayos de penetración de agua, a - brasión y congelación y deshielo, los cuales han sido previa mente des - - 86 - -·.:·,·,:'2!"'º' 180 ~ Agua Caliente - Superficie Superior o Agua Caliente - Superficie Inferior t:1 Manta Caliente - Superficie Superior n 1 A Manta Caliente - Superficie Inferior 1 Q Aire "ºI ~.._, 1401 .":1:-< ..;'¡. "1-<' t Q.) 1 120 .r ;;:: E' ~ ~'' 100 ...... ___ ~ ------·-----·- 1 ---...... ---o1 2:00 3:00 4:00 5:00 6•00 7:00 ª'ºº 9:00 ª'ºº 9:00 pm om Tiempo (Horas) Figura 6. 2. Curvas de tiempo - temperatura para losas tratadas en el campo. ij critos. El número de ciclos de congelación y deshielo que cada especf- men aguantó es dado en la tabla 6 .1. Los especfmenes de control, 1 y 6, fallaron después de 30 y 40 ciclos respectivamente. Todos los esp~ cfmenes tratados con MMA completaron 120 ciclos, que era un lfmite - arbitrario. Cada losa de refuerzo era rociada dos veces al dfa, cinco- dfas de cada semana (excepto cuando estaba lloviendo), con una solución ele 7, 5 lbs de sal en 30 galones ele agua. La aplicación de agua salada duró 618 días. C). Evaluación de Especímenes Al conclLúrse la aplicación de rocfo ele agua, las losas ele- control desarrollaron cuartiaduras sobre las varillas de refuerzo con al guna mancha ele corrosión, como evidencia, en la superficie. 1.Ds esp~ cfmenes impregnados estaban generalmente en muy buena condición. Sin embargo, alguna mancha era observada a lo largo de los lados donde - - resalta la forma de amarrado del alambre. Las losas fueron rotas con un martillo ele aire. Las vari- 1 llas de refuerzo y las piezas representativas del concreto fueron remo- vidas para una nueva evaluación. La profundidad y calidad de la impregnación del polfmero en cada una de las losas tratadas esU\n dadas en la tabla 6 .1. La impreg- nación del polfmero era pobre en contraste a los resultados logrados u - sancto procedimientos comunes. El color del polímero era generalmen - te oscuro y la profundidad de la impregnación fluctuaba desde 0,25 a -- - 88 - Tabla 6.1. Resumen de trata mtentos de losas y ensayos de CongelaclCm-Deshlelo, Ulsa No. Sistema del Cantidad de l 1empo de remóJO, Métódó Prolünd1dád CitlóS mono mero monOmero horas y rango de de cura promedio de mAxlmos ml¡m2 temperatura , ºF polímero, In. de conge lac!On y deshielo. Control 30 2 MMAª 4280 10 73'-94' HWC o. 25-0. 75 12oe tenue, uniforme 3 !BMAª 3600 10 77' -93º HW o. 75 91 Tenue, uniforme 4 IflMA8 4500 24 75º -90'' HW 0.5-1.S 117 tenue, uniforme s !DMAª 2700 10 i7° -93º HW 0.25-0.5 120 muy tenue uniforme 6 Control 40 7 !DMAª 3600 24 75º -90' HW o. 25-0. s 117 obscuro a tenue MM1\8 6750 24 75º -93º o. 5-0. 75 12oe 8 tenue, uniforme ~1MAb 900 .0.25 93º HW MMAª 4500 18 59º80° y 9 MMAb 1350 80º Hlld 0.25-0. 5 tenue no w1iforme 120e 10 MMA 6750 24 75' -90° l-IW o. 5-0. 75 120e 11 MMA 9900 18 59° -80° HB 0.25-0.50 120e 12 MMA 9900 24 SS' -82º HB 0.5 120e muy tenue. uniforme Se Incluyen los monOmeros, 1% BP, 10% TMPTMA. b La segunda apllcacion Incluye 4% DMPT. e Agua caliente. d Manta callenre. e , . Ensayo terminado después de 120 ciclos. O. 75 pulg. Examinaciones microscópicas no revelan polímeros en los - pocos huecos de aire encontrados cerca de la superficie o en microcoa:E_ tiaduras extendiéndose desde la superficie superior. La razón principal, por los tratamientos de baja calidad, probablemente sean las bajas tem - peraturas de secado (140 a 150ºF), las cuales estaban siendo usadas en el término de estos trata mie n tos. Adicionalmente, el concreto de más - alta calidad resultó con una porosidad mfiR .baja 1 lo cual admite menos - monómero para ser absorbido según se comparó con un concreto de es - fuerzo más bajo. La impregnación de calidad más bajo proporcionó una indicación a la protección núnima. Las impregnaciones significativame!!_ te mejores, que son ahora sostenidas regularmente, proporcionaron me- jor protección. O). Corrosión de las Varillas de Refuerzo Para esta determinación, cada varilla fue examinada en ba- se a la superficie media superior y a la superficie media más baja. Ca da varilla era de nuevo subdividida en incrementos de O. 5 pulg. Un resumen de las mediciones de la corrosión es dado en - la tabla 6.2. Los valores de la corrosión están dados: a). Para las varillas interiores única mente. b). Para las varillas exteriores únicamente. c). Para todas las varillas. Las varillas interiores, despreciando las 3 pulg exteriores en cada extremo, proporcionaron una representación más realista de la protección a la corrosión, Puede verse de la tabla 6. 2 que todas las va - 90 - Tabla 6.2. Resumen de corrosión del refuerzo a de la losa. Losa Monómero Total para to Varillas ex - Varillas b das las vari - teriores interiores !las, 3 (l,5,6.7),3 (2,3,4),3 25.0 19.0 30.0 2 MMA 7.5 10.0 0.7 3 IBMA 2.5 2.2. 2.5 4 IBMA 2.4 3.7 0.2 5 lDMA 4.4 7.0 LO 6 21.6 19.0 24.0 7 lDMA 2.0 ?. • 7 0.7 8 MMA 2.0 2.2 0.7 9 MMA l. 5 l. 7 1.2 10 MMA 3.7 4.5 1.3 11 MMA 3.3 4.9 1.2 12 MMA 2.4 3.5 1.3 a Basadas en porcentaje de Area de la superficie de varillas. b Omitiendo 3 pulg. en cada término. rillas interiores de las losas impregnadas tuvieron valores de corrosión mAs bajo que el promedio de todas las varillas, excepto la losa #3, la- cual tuvo el mismo valor. Las varillas interiores de los controles, 1 y 6, indicaron mAs corrosión que el promedio de todas las varillas, Basa do en las varillas interiores, los especfmeries de control tuvieron una co rrosión promedio de 273 contra únicamente 1.13 para el promedio de to das las losas impregnadas, lo cual indica ·24 veces más corrosión para - los especímenes de control. La facilitación de la impregnación de polf- mero llega a ser aún más significante cuando es considerada la calidad - relativamente pobre de la impregnación de polímero. E). Contenido del Ion de Cloruro El contenido del ión cloruro fue determinado de especfme-:.. nes tomados de las losas 1, 2, 4, 7, 8 y 12, c¡ue tenían aproximadame!!_ te 4 pulg 2 y una variación en profw1didad desde l. 25 pulg a 3. 75 pulg. Muestras para análisis fueron obtenidas por perforación de agujeros en el concreto con un diámetro de 5/8 pulg a una profundidad- de 1. 25 pulg que era el recubrimiento aproximado del claro para la m~ yoría de las losas. En la mayorfa de los casos el contenido de cloruro fue determinado por un procedimiento que consistía en la 'lixiviación (de~ lave, por irrigación y drenaje, de los compuestos solubles) del concreto pulverizado con agua caliente destilada y además determinado por análi- sis volumétrico con una solución normal de nitrato de plata. El punto - final fue determinado usando un contador y un electrodo especffico. Este procedimiento determina únicamente cloruro soluble en agua. - 92 - Para comparación algunas de las losas (1 y 12), fueron an~ lizadas usando el procedimiento en el cual la muestra es tratada con á- cido nftrico y el resultado representa el contenido total de cloruro. Los resultados se presentan en la tabla 6.3 en términos de porcentaje por peso y partes por millón de cloruro, basado en el peso - del. concreto pulverizado secado a 71 ºC. En suma, los contenidos de cloruro están dados en térrni-- nos de libras/yd3 • Los valores de la tabla 6.3 representan el prome-- dio de dos ensayos por losa por el método de la lixiviación del concreto y un ensayo por losa por el método con ácido nftrico. Es de notar que los constituyentes de los concretos usados en estos estudios producen contenidos de cloruro de 0.2 a 0.3 lb/yd3, los cuales están inclufdos en los valores medidos de los especfmenes de ensayo. Los resultados muestran que la impregnación del polfmero- fue completamente útil en la reducción de la penetración del cloruro en el concreto. La losa 4, tratada con IBMA, indicaron un contenido de - cloruro ce.rea de 303, tan alto como en la losa de control. La losa 8 tuvo el contenido de cloruro mfts alto de las losas impregnadas, pero - la losa 12, la cual tuvo un contenido de cloruro mfts bajo (1.1 lb/yd3), aparentemente tuvo la mejor impregnación con MMA de las series basa- das en la durabilidad de la congelación y deshielo y podría representar mas aproximadamente los tratamientos que actualmente se hacen, ._ 93 - Tabla 6.3. Contenido de cloruro en losas de superficie impregnada. Método THD Método FHWA Relación d Especfmen a Control ªe CIP Porcentaje PPM lb/cu. yd Porcentaje PPM lb/cu.yd PC-19-1 0.58 5830 23.3 0.62 6200 24.8 -- - PC-19-2 0.09 858 3.4 0.147 PC-19-4 0.17 1740 7.0 0.298 PC-19-7 o.os 528 2.1 0.091 PC-19-8 0.22 2228 8.9 0.382 PC-19-12 0.03 268 l. l. 0.04 409 1.6 0.046 a : Basado según el método THD. Método THD: Lixiviación del concreto. Método FHWA: Tratamiento con écido nftrico) 6. 2. Especímenes de Pilotes Completamente Impregnados D::>s series de especímenes de prueba fueron colocados en - agua salada para evaluar la protección proporcionada por el CIP. Los - especímenes fueron de 3 x 3 x 46 pulg y contenían una varilla #6 de - 41 pulg de largo en el centro. Un gancho de acero galvanizado fue c~ locado en un extremo para proporcionar un medio de unión de los espec_!:. menes. El recubrimiento del claro en las· ~arillas fue de aproximada - - mente 1.125 pulg. La primera serie (PC-16) fue ~echa de concreto con una relación agua -cemento de 6. 5 gal/saco, un factor de cemento de - - - 6.0 saco/yd3, un hundimiento de 6.0 pulg y un esfuerzo de compresión- de 5190 lb/pulg2 con 28 días de curado. La segunda serie (PC-37) fue hecha de concreto con una re !ación agua-cemento de 8.5 gal/saco, un factor de cemento de 4.5 ----- q saco/ydv, un hundimiento de 5 pulg y un esfuerzo a la compresión de - 3940 lb/yd3 con 28 dfas ele curado. El proceso es el siguiente: A). Impregnación del Polímero Los especímenes fueron secados completamente, enfriados y colocados en un vacfo de aproximadamente 26 pulg de mercurio por 15 horas. La solución de monómero fue inyectada en la cl'lmara de evacua ci6n después del vacío. Los monómeros usados fue.ron: metacrílato de- metilo, MMA, estireno, S, metacrilato de isobutilo, IBMA, y acrilato - de burilo, BA. El catalizador fue peróxido de benzoylo, BT. El siste- ma de monómero para cada especimen es dado en la tabla 6. 4. - 95 - '··'.-·:' Tabla 6.4. Resumen de la corrosión del refuerzo en pilotes. Peróxido de Carga del Corrosión promedio Especimen Benzoylo Monómero polfmero Corrosión por grupo %( w) % % 3 PC-16-1 11.30 9.90 PC-16-2 b PC-16·3 a.so PC-16-4 1.0 MMA 4.45 0.40 0.32 PC-16·5 1.0 MMA 4.56 b PC-16-6 1.0 MMA 4.44 0.25 PC-16-7 1.0 s 4.72 0.35 0.25 PC-16-8 1.0 s 4.73 b PC-16-9 1.0 s 4. 77 0.15 PC-16-10 0.5 MMA 4. 74 0.06 0.03 PC-16-11 0.5 MMA 4.70 b PC-16-12 0.5 MMA. 4.66 o PC-37-1 45.00 39.25 PC-37·2 51.50 PC-37-3 22.ooc PC-37·4 1.0 MMA 4.24 0.60 0.33 PC-37-5 1.0 MMA 4.40 o PC-37-6 1.0 MMA 4.64 0.40 PC-37-7 1.0 IBMA 4.78 0.16 0.74. PC-37-8 1.0 IBMA 4.76 o PC-37·9 1.0 IBMA 4.57 2.05 PC-37-10 1.0 BA 4.61 0.60 0.42 PC-37-11 1.0 BA 4.34 0.10 PC-37-12 1.0 BA 4.53 0.55 • Todos los especímenes fueron remojados por 5 horas, des - pués de lo cual fueron envueltos en polietileno y curados en agua calien- te. Las temperaturas del agua fueron de aproximadamente l 75ºC excee_ to para los PC-37-10, 11 y 12, en los cuales la temperatura fue de --- 140ºF, las cargas de polímero casi constantes y fluctuaban desde 4. 28% a 4.783. B). Procedimiento de Ensayo Los pilotes fueron colocados en agua salada a una profundi - dad de 34 pulg. Los ensayos del PC-16 empezaron en Enero 13 de 1972. Los especímenes 2, 5, 8 y 11 fueron removidos en julio 28 de 1974. El resto de los especímenes fueron removidos en Mayo 28 de 1974. La se rie de especímenes PC-37 fueron colbcados en agua salada en Mayo 9 de 1973 y r~movidos en Mayo 28 de 1974, C). Evaluación de Especímenes Los especfmenes fueron cubiertos con lapas después de la - exposición al agua salada y secados antes de la impregnación. D). Corrosión de las Varillas de Refuerzo Las varillas de dos especímenes de PC-16 fueron removidas después de 197 dfas de exposición. La no corrosión era visible en algunas de las varillas de - especímenes impregnados y el polímero pudo observarse a lo largo de - las varillas de uno de esos especfmenes. Después de 866 días, las varillas de los especfmenes PC-16 impregnados, desarrollaron muy pocas Areas de corrosión. El - - 97 - método de medición del 11rea de corrosión fue el mismo que para las va rillas de las losas. Los resultados se muestran en la tabla 6. 4. Las - varillas de los especímenes de control tuvieron corrosión sobre 9. 93 de su 1'trea de superficie. Las varillas de los especfmenes de C1P tuvieron corrosión sobre un promedio de sólo O. 023 de su superficie. Los especfmenes de PC-37, después de 384 días de exposi- ción, Indicaron corrosión sustancial en las· varillas ele los especfmenes - ele control, 393 sobre la superficie de la varilla. Sin embargo, las v~ rillas de los especímenes impregnados tuvieron corrosi6n sobre única-- mente O. 53 ele su superficie. La corrosión significativamente mas gra~ de de los especfmenes de control para PC-37, asf comparada para PC-16, probablemente se debió al concreto de calidad m1'ls baja. Sin _.:. embargo, los especfmenes PC-37 estuvieron en el agua menos de la mi- tad de lo que estuvieron los especfmenes PC-16. En un estudio previo - se consideró la relación agua-cemento desde 6. 25 a 7 .O gal/saco, en l~ sas con un recubrimiento de 1. O pulg, resultó un incremento de casi el 703 en la corrosión. E). Contenido del Ión Cloruro Las muestras para an{llisis fueron obtenidas de 'especímenes representativos ele 10 pulg en la parte superior e inferior, respectiva-- mente. En la parte inferior, usando una perforadora de mampostería - de 5 / 8 pulg. Las muestras fueron obtenidas desde la superficie a una - profundidad de O. 5 pulg a 1. O pulg, la cual era el recubrimiento del el~ ro del acero de refuerzo. Los métodos de anl'.üisis fueron los mismos - que para las losas. Los resultados estrin resumidos en la tabla 6.5. Cada va-- lor de contenido de cloruro es el promedio de dos ensayos. El coeficiente de variación fue muy bajo, menor de 13. Las de contenido de cloruro para los especfmenes de CIP a los conteni - dos de cloruro para el control se muestran en la columna a la derecha - para profundidad de 0.5 a 1.0 pulg de superficie. Varfai1 "desde 0.034 a 0.058 para el concreto de mejor calidad (PC-16) y de 0.045 a 0.085 pa- ra el de m11s baja calidad (PC-37), lo cual indica protección muy efecti- va proporcionada por el CIP. La tabla 6.6 resume la relación de los contenidos de cloru- ro de la pulgada media interior. Como se esperaba, el contenido de clo ruro es siempre m11s grande cerca ele la superficie. Sin embargo, es - interesante notar que para los controles (PC-16-1 y PC-37-2) el conteni- do de cloruro fluctúa desde únicamente 9 a 803 m11s grande para la pu.!_ gada media exterior así comparada a la pulgada media interior. Para - los especfmenes de CIP, adem11s de tener muchos contenidos absolutos - de cloruro m11s bajos, el gradiente es mucho m{ts grande, indicando qu.!_ z11s un sistema de filtración mucho mAs eficiente. 6.3. Resumen Las .losas de superficie impregnadas y pilotes totalmente - impregnados han sido sujetos a ensayo de exposición de agua salada por un término largo para determinar la protección a la corrosión proporci~ - 99 - Tabla 6.5. Contenido del ión cloruro en pilotes de CIP. ¡ ;_j Método TI-ID Método FHWA "~ ) Localización Espesor de la Porcen- PPM lb¡éu. yd. furcen- PPM lb/cu. yd. Relación de a ~i Especimen en el pilote superficie in taje taje. CIP a control ~ Superior 0-0.5 0.38 3801 15.2 0.44 4446 17.9 0.5-1.0 0.34 3481 13. 7 .. PC-16-1 0-0.5 O.SS 5490 22.0 0.62 6230 24.9 Inferior 0.5-1.0 0.39 3876 15.5 Superior 0-0.5 0.17 1698 6.8 0.20 1952 7.8 :i 0.5-1.0 0.02 200 0.8 0.058 ·J: PC-16-4 0-0.5 0.21 2128 8.5 '~ Inferior 0.5-1.0 0.01 140 0,6 0.03 286 1,1 0.034 ' Superior 0-0.5 0.12 1149 4.6 ~ 0.5-1.0 0.01 118 o.s 0.034 PC-16-7 0-0.5 0.13 1282 5,1 Inferior 0.5-1.0 0.02 215 0.9 0.056 Superior 0-0.5 o.SI 5086 20.3 0.54 5414 21.6 0.5-1.0 0.34 3440 13.8 PC-37-2 0-0,S 0.47 4702 18, 8 Inferior 0.5-1.0 0.26 2622 Superior o-o.5 o.14 10.5 1401 5.6 o. 5-1.0 0.03 267 1.1 0,078 PC-37 ~6 0-0.5 0.18 1816 7.3 0.19 1916 7.7 Inferior 0.5-1.0 0.02 222 0.9 0.085 Superior o-o.s 0.07 748 3.o 0.07 686 2.7 0.5-1.0 0.02 156 0.6 0.045 PC-37.-9 0-0.5 0.08 749 3.0 Inferior 0.5-1.0 0.02 163 0,6 Superior o-o.5 0.06 630 2.5 0.06 566 2.3 0.5-1.0 0.02 174 0.7 0.051 PC-37-12 0-0.5 0.09 890 3,6 Inferior 0.5-1.0 0.01 138 0.6 0.053 a: Basado según método THD Método THD: LixiviaciOn del concreto. Método FHWA: Tratamiento con acido nftrico. .. Tabla 6, 6. Resumen del contenido re la ti vo de i6n de cloruro como una función del espesor de la superficie. Especrmen Contenido de i6n de cloruro del exterior. Contenido ~e i6n de cloruro del interior. Localización en ei pilote Superior Inferior PC-16-1 1.09 1.42 PC-16-4 8.49 15.20 PC-16-7 9.73 5.96 PC-37-2 1.48 1.80 PC-37-6 5.25 8 .-19 PC-37-9 4.'80 4.60 PC-37-12 3.62 6.45 . :. :¡ nada por el polímero. La evaluaci6n ~· esos especfmenes conducen a - las siguientes conclusiones: A). La corrosi6n en las varillas en las losas de control no impregnadas fueron casi 24 veces mAs grandes que para varillas en lo- sas parcialmente impregnadas, aún cuando la impregnaci6n era relativa - mente baja (1/4 a 3/4 pulg). B).• •El contenido promedio de ión cloruro medido desde la superficie de la losa a la varilla fluctuaba desde 1.1 a 8. 9 lb ¡yi en - - las losas impregnadas, o 4. 6 a 38. 23 del contenido de cloruro en las - losas de control. C). La corrosi6n de las varillas en los pilotes completa-- mente impregnadas fluctuaban desde 0.25 a 1.03 del Area de superficie casi comparada a 9. 93 para varillas en el concreto de control, de cali- dad mAs alta y 39. 253 en el concreto de mns baja calidad. D). Los contenidos mnximos de cloruro medidos en los p.!_ lotes de control de calidad más alta y mns baja fueron 22. O lb/yd3 y - 20.3 lb/yd3, respectivamente. Los especfmenes de CIP tuvieron cante- nidos ele cloruro fluctuando desde 3. 4 a 8. 53 de los controles. E). ~ todas, dos muestras ensayadas bajo tratamiento con Acido nftrico dieron contenidos de i6n cloruro mAs altos que el mé- todo de lixi viaci6n. - 102 - 7. COSTOS 7 .. 1. Anlllisis de Costos . 7. 2. Costo Unitario. 7. COSTOS Actualmente es imposible realizar con toda exactitud un an~ lisis de costo del CIP debido a los factores que lo afectan y que est[ln - relacionados directamente con su aplicaci6n. Las estimaciones prelimi- nares est{!n en funci6n del costo de los materiales y un costo aproxima- do del proceso de formaci6n del concreto. 7. 1 . AnAlisis de Costos Si un miembro de concreto convencional es transformado en un miembro altamente impregnado con polfmero, es de esperarse un in- cremento en el costo ele este nuevo producto. Intervienen en este proc~ so de transformación factores que elevan considerablemente el costo del ClP. Es evidente que la cantidad de mon6mero a usarse estar[! - en relaci6n con la porosidad que muestre la pieza, por ésto se requiere una seguridad de secamiento completo del miembro. Los costos de ma- terial y manufacturación pueden representar una cantidad decisiva en el- incremento del costo del CIP. Con respecto a los costos de procesa- - miento, el método de secamiento completo o parcial puede ser campar~ do con el tratamiento especial de tipo usual. La impregnación y polim~ rizaci6n implica sin embargo, un factor especial de costo del CIP en re !ación al equipo y proceso de producción. Si analizarnos detenidamente el costo ele la elaboración del - 104 - CIP, veremos que realmente puede catalogarse como incosteable dentro- de la industria de la construcd6n. Pero, cierto es que para algunos u- sos es indispensable un material mAs resistente. Así, pueden j ustificaE_ se los altos costos del CIP, compens{lndolo con modificaciones no sólo en una de sus propiedades sino en varias de ellas. Estas modificaciones - nos llevarían a una aplicación económica del miembro, porque en cier- tas 1ireas donde el concreto ordinario se deteriora. rApidamente el uso - del CIP serfa favorable no s6lo en lo económico sino también en lo pr1i~ tico. Esto puede ejemplificarse en el caso de cubiertas de puentes, en donde el uso de él tiene una mayor aceptación. Estas cubiertas tienen - una vida útil de 15 años, pero después de 10s 2 años de construfda va - requiriendo de un mayor mantenimiento. El costo de este mantenimien.- to excede el costo inicial, incrementando, desde luego, el costo inicial y real de la obra, Con una aplicación de CIP esto resultaría mAs eco- n6mico, pues el mantenimiento sería mínimo. Para analizar mejor el costo del CIP pueden hacerse las si guientes consideraciones: A). Que la cantidad de CIP a ser fabricada sea represen- rada por una producción en serie. B). Que exista una seguridad razonable de que el sistema- ser1i usado pare una producción grande sobre w1 período largo de tiempo, 3 años por ejemplo. La primera consideración asegura que los costos puestos - en marcha no influyen indebidamente sobre los costos unitarios. La se - 105 - !: j gunda consideración asegura que los costos del equipo pueden ser amorti zados sobre una cantidad razonable de producción. Las ventajas económicas se obtienen indirectamente ya que - no es suficiente comparar los costos de los düerentes tipos de concreto en función de la resistencia, que al aumentar reduce el costo a aproxi - madamente la mitad del costo del concreto simple. Al disminuir las -- secciones transversales de los elementos estructurales (desde 20 a so~ .. dependiendo de su aplicación), da como resultado estructuras ligeras, a - deml1s de reducir apreciablemente los costos de la cimentación. Adem{ls, la durabilidad obtenida en propiedades como la re- sistencia al ataque de substancias qufmicas e intemperismo prolongar{ln - la vida útil de las estructuras o miembros estructurales. 7. 2. Costo Unitario Para obtener el costo unitario del CIP, se establece el dise ño de una planta eficiente de producción en serie y el costo de produc-- ción de dicha planta. Todos estos valores estAn, en un momento dado, - supeditados a cambios debido a la fluctuación de la moneda y otros fac- tores, como son: el lugar en donde se instale la planta y el costo de los materiales entre otros. Para evaluar este costo detallaremos las siguientes conside- raciones: . A). Bosquejo del Proceso de Manufacturación de los Produc- tos de CIP. - 106 - Se usar~n como materiales bases los prcx:luctos de concreto, tales como, paneles, vigas, tuberías, pilotes, etc., que son, en muchos casos, manufacturados por moldeamiento con vaciado o métcx:lo centrifu- gal y cura de agua o de vapor. La secuencia para la manufacturación de los prcx:luctós de - ClP se muestra en la siguiente figura: Materiales ,,._~l'-vacuación limeri- Bases mpregnación Fig. 7 .1. Secuencia para la manufacturación de productos de CIP. Las condiciones de cada proceso son: a). Proceso de Seca miento en Horno. Temperatura: . . . . . . . . • . • • . • • . • . lSOºC (Mrucimo 200ºC). Presión: . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • Presión ordinaria. Fuente de calor: Aceite pesado. (Combustible) Tiempo de secamiento: 5 a 24 Horas (Variable de acuerdo a la· densidad de los materiales bases}. b). Proceso de Evacuaci0n - Impregnación. Temperatura: ..•.. ·. .•..•.•..... 5 a lOºC. Evacuación: ......•..•....•..... 1 a 100 mm Hg. ? Presión para Impregnación: .••... 0.1 a 1.0 MN/m- (por aire comprimido). - 107 - Tiempo de Evacuación/Impregna-: ción: . . • . . • . . • . • . . . . . • . . . . • . . . . . 30 rrún utas. c). Proceso de Polimerización Ti;io de polimerización: . . . . . . . . • Térmica usando agua ca- liente. Temperatura:................... 50 a 90ºC (con agua ca- liente). Fuente de calor:............... Aceite pesado. (Combustible) Presión: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presión ordinaria. Tiempo de polimerización:...... 2 a 20 Horas. B). Requerimientos Básicos Para incrementar la calidad del CIP, reducir los costos de- producción del CIP y mantener la seguridad de los procesos de manufac- turación, han sido adoptados los siguientes requerimientos básicos: a). El suministro de material debe ser estable y bajo en - costo. b). La energía y labor deben ser usados en cantidades rnfni mas para productos de CIP. c). La planta de CIP puede ser operada automAticamente. d). La planta· de CIP no producir{l elementos los cuales pu~ dan causar contaminación ambiental. e). Los productos de CIP serAn estables y capaces de man - tener su calidad. - 108 - C). Equipo de la Planta La planta consiste de 2 hornos de secamiento, un refrigera- dor, un tanque de impregnaciCm, un tanque de agua caliente y 2 tanques- de poliÍnerizaci6n. Además, la planta incluye 3 tanques originales, un - tanque de almacenamiento de mon6mero, un. tanque de combustible, un - secador de vacío, un compresor de aire, un receptor de aire, un trata- dor de vapor, sistemas de transportación y sistema de control. Esta planta asf equipada tendrfa una capacidad de produc--- ción de 4 m3 /!-Ir. de CIP y se muestra en las figuras 7. 2 y 7 .3. Un ciclo del proceso tfpico será como sigue: cada material- base es colocado en un transportador por una grúa y guiado hacia el ho!_ no de secamiento, que puede contener un peso de 50 ton. Después de 5 a 24 horas de secamiento, los materiales bases son conducidos al refri- gerador, en el cual son sometidos a enfría miento por 5 horas. De aquf son transportados al tanque de impregnación, el cual es cerrado y eva-- cuado. Después de un período prescrito de evacuación, el tanque es -- cargado con mon6mero desde el tanque de almacenamiento y el mon6me- 2 ro en el tanque es presionado con O. 5 MN/m de aire comprimido para- la impregnación completa. En este caso, el ciclo total de. evacuación -i1!!. pregnaci6n toma 1 hora. El monómero se regresa al tanque de almace - na miento y los materiales bases impregnados son sacados con el trans - - portador y llevados al tanque de polimerización. El tanque es cargado - con agua caliente desde el tanque de agua caliente. Después del perfodo prescrito de polimerización, los productos de CIP, asf convertidos, son - 109 - ¡.__filfJaa_ ________ ----- - - - . ______ .J:ñ)Ql]. ___ _ ·- ·-··--------·- -·---·- """' J i..-- ... flN¡JO ·-- ---- /(}l.YJO ... 4'1r'o ___' /.J.1Xl ____ .J~r0-4._d.:.ro_ _ ,_ _____ _J .JS'1Q ____. ; ¡ 1 r,------1-1 - ., ! :: 1 - 1 i1 J! 1 1 1 1 ri 1 1 ; ; Figura 7. l. Plano de planta para producción en serie del CIP. r 1, D 11; J· -• -.-,'- ' ··90_-J .;. '·· UnidAJ dt, ::ur.\ r1rr1,1r-.ao16n ":'fJ : Orad11•4or d• tt~p1r11turu, :"l t Indloudor do hriti1n.tur:.1, fJAI fn.llct~br de to1:1J11r.atur11 '( n.l"l'r..:lo r/fCI t'flntndor di Cllr\trot cl1 \ll'lt'lll'.illll'Ro 1'1 1 lndla•dor di ru·11116n. Pllll Contador d1 ~rtul6n y n1ATlll4o 1'J~1 V!J.vuJ.n. 111 ••curUu4 d1 prut6n, r.r: 1 Vrn