CIENCIA FIC
CIENCIA FIC R E V I S T A D E D I V U L G A C I Ó N C I E N T Í F I C A Y T E C N O L Ó G I C A F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A C I V I L Universidad Autónoma de Nuevo León No. 1 Cuatrimestral Enero - Abril 2007
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<strong>CIENCIA</strong><br />
<strong>FIC</strong><br />
R E V I S T A D E D I V U L G A C I Ó N C I E N T Í F I C A Y T E C N O L Ó G I C A<br />
F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A C I V I L<br />
Universidad Autónoma de Nuevo León No. 1 Cuatrimestral Enero - Abril 2007
Consejo Editorial<br />
<strong>CIENCIA</strong><br />
<strong>FIC</strong><br />
R E V I S T A D E D I V U L G A C I Ó N C I E N T Í F I C A Y T E C N O L Ó G I C A<br />
F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A C I V I L<br />
Universidad Autónoma de Nuevo León No. 1 Cuatrimestral Enero - Abril 2007<br />
Ing. José Antonio González Treviño<br />
Rector<br />
Dr. Jesús Áncer Rodríguez<br />
Secretario General<br />
Dr. UbaIdo Ortiz Méndez<br />
Secretario Académico<br />
Ing. Oscar J. Moreira Flores<br />
Director de la Facultad de Ingeniería Civil<br />
Dr. Guillermo Villarreal Garza<br />
Subdirector de la Facultad de Ingeniería Civil<br />
Ing. Justino César González Álvarez M. en I.<br />
Subdirector de Estudios de Posgrado, <strong>FIC</strong><br />
Ing. Ma. Inés Fuentes Rodríguez<br />
Secretaria Académica de la Facultad de Ingeniería Civil<br />
Dr. Rafael Gallegos López<br />
Coordinador General del Instituto de Ingeniería Civil “RRV”<br />
Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez<br />
Coordinador de Investigación, <strong>FIC</strong><br />
Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez<br />
Dr. Gerardo Fajardo San Miguel<br />
Editores<br />
Portada: Ben Frankin Bridge, Philadelphia<br />
Diseño: Armando Landois<br />
Formato: José Alejandro Herrera González<br />
El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no de los editores.<br />
El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Contenido<br />
6<br />
Editorial<br />
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la<br />
durabilidad del concreto reforzado.<br />
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto:<br />
Sus dilemas de diseño y construcción.<br />
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza,<br />
Salvador R. Marines Delgado<br />
Effect of overexploitation of the aquifer of the Hundido Valley<br />
and the impact on the ecological reserve of the Cuatro<br />
Cienegas Valley of Coahuila, Mexico.<br />
Rodríguez M. J. M., Souza S. V., Arriaga Díaz de León L. E<br />
4<br />
5<br />
19<br />
32<br />
Concreto para uso estructural, económico, durable y<br />
sustentable con alto contenido de ceniza volante.<br />
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
39<br />
23<br />
Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias<br />
de video y redes neuronales artificiales.<br />
Mauro Maldonado Chan, Dr. Rafael Gallegos López,<br />
M.C. Federico López Vázquez, Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina,<br />
Dr. Mauricio Cabrera Ríos<br />
53<br />
Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes<br />
peatonales metálicos utilizando frecuencias naturales.<br />
Dr. Guillermo Villarreal Garza, Dr. Ricardo González Alcorta<br />
62<br />
65<br />
Uso de materiales cerámicos en procesos fotoinducidos para<br />
descontaminar aguas residuales de la industria química.<br />
Torres Guerra Leticia M., Garza Tovar Lorena L.,<br />
Cruz López Arquímedes, Juárez Ramírez Isaías<br />
71<br />
89<br />
Participación de la mujer en un sistema sustentable de<br />
autoconstrucción asistida.<br />
Bianca C. Guevara Moreno, César A. Juárez Alvarado,<br />
Pedro L. Valdez Tamez, Jorge L. Acevedo Dávila<br />
Noticias<br />
Información para autores<br />
80<br />
91<br />
93<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> es una revista cuatrimestral, de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil,<br />
sin fines de lucro, editada por la Coordinación de Investigación.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Editorial<br />
Editorial<br />
En gran medida los avances científicos y tecnológicos están encaminados no sólo a la generación de nuevos<br />
productos sino al establecimiento de procesos que garanticen un desarrollo sustentable, los cuales involucran<br />
sin lugar a dudas, a todas las áreas del conocimiento. La ingeniería civil no es la excepción, debe cumplir la<br />
función esencial de fomentar la producción de nuevos materiales además de desarrollar esquemas tecnológicamente<br />
adecuados que aseguren la mejor utilización de los recursos naturales y de los procesos que satisfagan<br />
las necesidades de una comunidad cambiante y demandante. El suministro, control y tratamiento de aguas, la<br />
exigencia en propiedades y funciones que los nuevos materiales de construcción deben de cumplir, la vialidad<br />
y urbanización, los diseños optimizados de las estructuras, etc.; son sólo algunos ejemplos. Así mismo, dentro<br />
de este contexto de exigencias, es de suma importancia que se propicie la plataforma educativa para que los<br />
futuros profesionales de estas áreas, cuenten con las competencias profesionales y actitudinales que demanda<br />
el mercado laboral tanto nacional como internacional.<br />
Con este propósito, la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León, ha establecido<br />
en su plan de desarrollo 2012, incidir decididamente en el fomento de la investigación científica y tecnológica<br />
en las diferentes áreas de conocimiento de la ingeniería civil. Como una de sus estrategias pretende<br />
mejorar la difusión de los avances, que en este rubro, se realizan en su Instituto de Ingeniería Civil (IIC). Por<br />
tal razón, la revista <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong>, es uno de los instrumentos coyunturales cuyo principal objetivo es enterar<br />
a la comunidad de las investigaciones que se desarrollan en los diferentes Departamentos del IIC.<br />
El primer número de la revista <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> cuenta con un total de ocho artículos científicos, de los cuales<br />
se resalta la participación de las áreas de Tecnología del Concreto, Estructuras, Geohidrología, Ingeniería<br />
Ambiental e Ingeniería de Tránsito y Transporte.<br />
Esperamos que los contenidos de la revista <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong>, contribuyan a mejorar la innovación, el pensamiento<br />
creativo, el desarrollo de nuevas tecnologías de los jóvenes estudiantes y profesores de la comunidad<br />
y aquellos que desarrollan actividades relacionadas con la ingeniería civil.<br />
Dr. Pedro Leobardo Valdez Tamez<br />
Dr. Gerardo Fajardo San Miguel<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
RESUMEN<br />
El rol de las puzolanas naturales en el<br />
mejoramiento de la durabilidad<br />
del concreto reforzado<br />
J. Pacheco 2 , G. Fajardo 1 , P. Valdez 1 , A. Badillo 2<br />
La durabilidad de las estructuras de concreto es afectada por la corrosión del acero de refuerzo, siendo el principal problema que preocupa<br />
seriamente al sector de la construcción en todo el mundo. Para prolongar dicha durabilidad, se ha propuesto la utilización de materiales cementantes<br />
complementarios. Aunado a ello, se ha visto que la utilización de estos materiales reduce los costos de producción del concreto y<br />
pueden controlar la emisión de gases que provocan el efecto invernadero. En México existen zonas volcánicas de las cuales se pueden obtener<br />
estos materiales. En este trabajo, se analizó la utilización de una puzolana natural mexicana como reemplazo del cemento pórtland ordinario en<br />
dosificaciones de 0, 10 y 20%. Se fabricaron cilindros de mortero con un acero embebido en el centro de los mismos. Los especímenes fueron<br />
expuestos a ciclos de inmersión en una solución de 35 g/L de NaCl y secado a 40 °C, para acelerar el proceso de penetración de los cloruros. Se<br />
determinó la resistencia a la compresión, el potencial de corrosión del acero, la resistividad eléctrica del mortero, la concentración de cloruros y<br />
la resistencia a la polarización con el objetivo de caracterizar física, mecánica, eléctrica y electroquímicamente a los especímenes de mortero. La<br />
utilización de puzolana natural incrementa la resistividad eléctrica del mortero y la iniciación del proceso de corrosión, disminuyendo consecuentemente<br />
la velocidad de degradación por corrosión del acero de refuerzo.<br />
Palabras clave: cloruros; corrosión; durabilidad; puzolanas naturales<br />
1. Introducción<br />
El concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo. En principio, la durabilidad de estas<br />
estructuras es asegurada por la protección, tanto química como física, que el concreto le confiere al acero<br />
contra la corrosión. Varios trabajos [1 – 5] han puesto en evidencia como las reacciones de hidratación del<br />
cemento producen una solución intersticial con un pH elevado (~13) que genera las condiciones óptimas<br />
para la estabilidad casi permanente del acero embebido en concreto. También funciona como una capa física<br />
protectora impidiendo o retardando el ingreso de agentes agresivos que pueden despasivar el acero e iniciar<br />
su corrosión. Sin embargo, como el concreto es un material poroso, este solamente aísla al acero de las sustancias<br />
agresivas del medio exterior que de una manera imperfecta. Esta barrera física depende mucho de la<br />
calidad del concreto y de los cuidados que este haya recibido (compactado, acabado y curado) durante su<br />
puesta en servicio.<br />
La principal causa de deterioro que compromete la durabilidad de las estructuras de concreto es el causado<br />
por la exposición a los cloruros provenientes de sales de deshielo o de un ambiente marino [6] (ver Figura 1).<br />
Cualquiera que sea el origen, los cloruros penetran en el concreto por transporte de agua que los contiene, así<br />
como por difusión y por absorción. El ingreso prolongado y repetido, con el tiempo, puede dar por resultado<br />
una alta concentración de cloruros en la superficie del acero de refuerzo. Los cloruros pueden estar incorpora-<br />
1<br />
Departamento de Tecnología del Concreto de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. gfajardo@fic.uanl.mx<br />
2<br />
Estudiante de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
dos en los productos de hidratación del cemento (químicamente adheridos), absorbidos en la superficie de los<br />
poros de gel (físicamente adheridos), o bien disponibles para la reacción agresiva del acero (libres). Sin embargo<br />
la distribución de los iones entre las tres formas no es permanente, ya que hay una situación de equilibrio<br />
tal que algunos de los iones cloruro libres están siempre presentes en el agua de los poros. Por consiguiente,<br />
solo los cloruros que exceden los necesarios para este equilibrio pueden llegar a adherirse [7].<br />
Figura 1. Algunos ejemplos de deterioro por corrosión del acero de refuerzo de las estructuras de concreto.<br />
Los daños ocasionados por la corrosión generada por los cloruros, tan solo en Estados Unidos, producen<br />
cuantiosas pérdidas económicas anuales, tales que pueden superar los $276 billones de dólares [8]. Debido<br />
a esto, la necesidad siempre creciente de prolongar la durabilidad de las estructuras de concreto reforzado<br />
reduciendo los costos de producción a conducido a la utilización de formulaciones de concreto empleando<br />
materiales cementantes suplementarios en diferentes porcentajes de sustitución del cemento. Por efecto de su<br />
morfología, composición química, mineralógica y tamaño de las partículas, algunos materiales presentan actividad<br />
puzolánica significativa [9]; i.e. las partículas reaccionan con el hidróxido de calcio en presencia de agua<br />
para producir un material con características cementantes [9, 10]. Estos materiales se pueden utilizar como<br />
adición o sustitución parcial del cemento pórtland en función de las propiedades y de los efectos esperados<br />
en el concreto.<br />
Es así que la utilización de materiales con características puzolánicas y en particular las cenizas volantes<br />
se ha convertido en una práctica común en estos últimos años. Las cenizas volantes son un subproducto de<br />
la combustión de carbón pulverizado en plantas generadoras de electricidad y es el más utilizado en Estados<br />
Unidos [11]. Algunos estudios se han enfocado sobre el rol de la ceniza volante en el mecanismo de corrosión<br />
del acero de refuerzo inducido por los cloruros [12-15]. Se ha visto que conduce a un incremento en la resistividad<br />
eléctrica de las matrices cementantes que la incluyen [12-14], y consecuentemente a una disminución<br />
en los coeficientes de difusión de los cloruros a través del concreto, por otro contribuye a un incremento en<br />
la capacidad de retención de los cloruros debido al aporte adicional de aluminatos [15].<br />
Sin embargo, estas cenizas si bien son menos costosas que el cemento, y su empleo reduce en cierta forma<br />
los costos finales, no dejan de ser un material artificial, que presenta un costo relativo a su consecuente<br />
recolección, tratamiento y caracterización. Además de incluirse cenizas volantes, humo de sílice y escoria<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
de alto horno en el concreto con el fin de disminuir la corrosión, se ha analizado la utilización de puzolanas<br />
naturales, las cuales poseen características puzolánicas similares. La experiencia con puzolanas naturales data<br />
de principios del siglo XX. En ese entonces fueron utilizadas en la construcción de presas para controlar el<br />
incremento de temperatura. También se usaron para mejorar la resistencia al ataque de sulfato y está entre los<br />
primeros materiales en controlar, comprobadamente, la reacción álcali agregado [11].<br />
El efecto de las puzolanas sobre el mecanismo de corrosión, es un tópico que ha sido muy poco analizado<br />
[16-17]. Se puede citar como relevante el efectuado por Kouloumbi et al. [16]. Ellos determinaron la eficiencia<br />
de puzolanas naturales griegas en la corrosión de concreto reforzado. Utilizaron una puzolana natural<br />
griega de Santorin y un cemento Pórtland ordinario. Se fabricaron especímenes cilíndricos de mortero con<br />
barras de acero de 5 mm de diámetro. Posterior al curado los especímenes fueron sumergidos en una solución<br />
de 3.5% de NaCl por cinco meses. Encontraron una reducción del 40% en la pérdida de masa de las barras<br />
de acero a cinco meses a 5 meses de exposición. El uso de la puzolana natural fue clave para estos resultados,<br />
pues aporta prácticamente los mismos resultados que la ceniza volante. No obstante, en otro trabajo [17] se<br />
ha encontrado que la actividad puzolánica no siempre tiende a mejorar las propiedades de un concreto, ya que<br />
depende de la composición química y mineralógica de la puzolana utilizada.<br />
México cuenta con zonas volcánicas importantes en las cuales se pueden obtener estos materiales puzolánicos<br />
(o puzolanas naturales) que presentan características mineralógicas similares a las puzolanas artificiales<br />
(cenizas volantes, escoria, humo de sílice).<br />
Por otro lado, existe un claro consenso en que el desarrollo sustentable de las industrias de cemento y concreto<br />
puede lograrse con la sustitución parcial de un porcentaje de cemento con materiales con características<br />
puzolánicas. En la industria del concreto, la ceniza volante se ha utilizado con éxito, ya que reduce el costo<br />
de producción por metro cúbico de este material. Es así, que la utilización de estos materiales además de un<br />
mejoramiento en las propiedades del concreto en estado fresco [9, 10] y endurecido [12-20], resulta en un<br />
beneficio económico.<br />
El propósito de esta investigación es analizar el efecto de la utilización de un tipo de puzolana natural<br />
mexicana en un mortero reforzado sometido a un proceso acelerado de corrosión. Diferentes pruebas de<br />
laboratorio fueron aplicadas en muestras de mortero con diferentes cantidades de puzolana. Medidas del<br />
potencial de electrodo del acero, resistencia de polarización y resistividad del mortero fueron obtenidas para<br />
evaluar el proceso de corrosión. De igual forma, se obtuvo la resistencia a la compresión y el contenido de<br />
cloruro del mortero.<br />
2. Desarrollo Experimental<br />
2.1 Materiales<br />
En las formulaciones de los morteros se utilizó un cemento pórtland CPO40R, un cemento pórtland<br />
compuesto comercial CPC30R, (que cumplen con la norma NMX-C-414-ONNCCE) y una puzolana natural<br />
(PN) mexicana. La puzolana natural es del tipo andesita y fue utilizada en sustitución parcial del CPO en pro-<br />
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El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
porciones de 0, 10 y 20%. La puzolana tiene una textura piroclástica con matriz criptocristalina con vidrio de<br />
composición ácida. Tiene fragmentos de feldespatos e hidróxido de hierro [21]. De acuerdo con la norma, el<br />
CPC se compone de clinker, yeso y de dos o más adiciones. Las composiciones químicas de estos materiales<br />
son presentadas en la Tabla 1. Para todos los casos se utilizó una relación A/cm 1 de 0.65 y una consistencia<br />
de 50 mm de minirevenimiento. Se utilizó agregado fino calizo cuyo tamaño máximo nominal de partícula fue<br />
de 4.8 mm. En total se diseñaron tres composiciones de mortero las cuales se muestran en la Tabla 2.<br />
Tabla 1. Composición química de los cementos y puzolana utilizados.<br />
% SiO 2<br />
Al 2<br />
O 3<br />
Fe 2<br />
O 3<br />
CaO MgO SO 3<br />
Na 2<br />
O K 2<br />
O TiO 2<br />
P 2<br />
O 5<br />
Mn 2<br />
O 3<br />
Pl<br />
CPO 18.88 4.35 1.86 64.46 1.24 3.35 0.31 0.60 0.20 0.11 0.04 2.6<br />
CPC 17.6 4.70 1.77 64.74 1.23 3.26 0.37 0.80 0.19 0.13 0.02 4.6<br />
PN 59.48 17.03 4.70 4.70 1.85 0.00 1.64 1.11 0.67 0.03 0.09 7.7<br />
Tabla 2. Dosificación de las composiciones utilizadas.<br />
MORTERO A/Cm Cemento, kg/m 3 Arena/Cm Puzolana, %<br />
CPO 0.65 401 4:1 0<br />
CPC 0.65 401 4:1 0<br />
CPO 1<br />
0P 0.65 372 4:1 10<br />
CPO 2<br />
0P 0.65 321 4:1 20<br />
2.2 Fabricación de probetas<br />
Con las composiciones de mortero se fabricaron probetas cilíndricas de 50 mm de diámetro y 130 mm<br />
de altura con una varilla de acero colocada en el centro de las mismas. El acero tiene un diámetro de 9.5<br />
mm y una longitud de 170 mm. Antes de su colocación se procedió a una preparación de la superficie de las<br />
varillas, la cual se presenta en la Figura 2a. En la Figura 2b se muestra una representación esquemática de la<br />
configuración de las probetas.<br />
Mortero<br />
Conductor Eléctrico<br />
(a)<br />
Figura 2. Preparación del acero embebido en el concreto, a) fijación del conductor eléctrico, aplicación de pintura anticorrosiva, aislamiento eléctrico y<br />
delimitación del área de estudio. b) Representación esquemática de la probeta de mortero. Acotaciones en mm.<br />
1<br />
Cm = total del material cementante utilizado, i.e. cemento + puzolana.<br />
(b)<br />
Acero<br />
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J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
Para las pruebas de resistencia a la compresión, se fabricaron cilindros de cada composición con dimensiones<br />
de 100 mm de diámetro y 200 mm de altura. Todos los colados fueron realizados de acuerdo a la norma<br />
ASTM C 192/C92m-06.<br />
Las probetas fueron coladas y mantenidas a 20°C durante 24 horas sin intercambio de humedad. Posteriormente,<br />
fueron desmoldadas y curadas en un cuarto a 20 ± 1°C y 100 de HR durante 28 y 56 días.<br />
Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión, realizadas de acuerdo con la norma ASTM C<br />
39-03 a 28 y 56 días, son presentados en la Tabla 3. En ella, se puede constatar, que a 28 días se presenta<br />
una ligera reducción en las probetas fabricadas con PN, comparados con aquellos fabricados sin esta adición.<br />
Esta reducción puede atribuirse a la reacción puzolánica lenta de ciertos materiales suplementarios, Un curado<br />
húmedo continuo y con temperaturas favorables puede ser necesario por periodos más largos que los<br />
normalmente requeridos [11] cuando se utiliza este tipo de materiales. Posteriormente, a 56 días se observa<br />
un ligero incremento en la resistencia a la compresión (37 MPa). La sustitución de cemento por puzolana no<br />
disminuye la resistencia a la compresión de los morteros de manera tal que perjudique al concreto.<br />
2.3 Exposición<br />
En condiciones normales el proceso de corrosión suele ser lento y tiene un tiempo de desarrollo medido<br />
generalmente en años. Para acelerar dicho proceso, las probetas fueron sometidas a la penetración de cloruros<br />
a través de ciclos de 3 días de inmersión parcial en una solución de NaCl a 35 g/l y 4 días de secado a 40<br />
ºC en horno con circulación forzada de aire. Bajo estas condiciones, el fenómeno de corrosión será inducido<br />
solamente por los cloruros, debido a que el alto contenido de agua en la matriz de mortero impide la carbonatación<br />
del mismo [22]. Las pruebas electroquímicas fueron conducidas al final del periodo de inmersión<br />
con el objetivo de minimizar la contribución de la caída óhmica del mortero. Se analizaron como mínimo 4<br />
probetas por cada composición.<br />
2.4 Técnicas electroquímicas aplicadas<br />
Tabla 3. Resistencia a la compresión de cilindros de mortero<br />
Resistencia a la compresión, MPa<br />
Composición 28 días 56 días<br />
CPO 41.6 41.0<br />
CPC 36.0 ----<br />
CPO10P 34.5 37.0<br />
CPO20P 39.0 37.5<br />
Medidas del potencial de corrosión (E corr<br />
), la resistencia a la polarización (Rp) y de la resistencia eléctrica<br />
del mortero fueron llevadas al cabo con un Potenciostato/Galvanostato VoltaLab PGZ-301 conectado a una<br />
computadora personal. La respuesta del sistema acero – mortero fue observada en un intervalo de frecuencias<br />
de 1 Hz a 100 kHz. La polarización aplicada al sistema fue de 10 mV pico a pico a partir del potencial del<br />
acero (esta prueba fue desarrollada justo antes de la Rp). Todos los resultados fueron tratados usando Zview<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
2.0. La técnica de Rp fue aplicada utilizando una velocidad de barrido de 12 mV/min disminuyendo en algunos<br />
casos hasta 6 mV/min para un estado pasivo del acero y una perturbación de 20 mV en sentido anódico<br />
y 20 mV en sentido catódico. Los resultados de Rp fueron transformados a densidad de corriente (i corr<br />
) con la<br />
relación de Stern and Geary [23] (i corr<br />
=B/Rp). Se tomaron en cuenta diferentes valores de b: si el acero estaba<br />
en estado pasivo (si E corr<br />
> –250 mV vs SCE, b = 52 mV) o en estado activo (si E corr<br />
< –250 mV vs SCE, b =<br />
26 mV) [24]. Para la conducción de estas pruebas, se utilizó una configuración a tres electrodos, empleando<br />
un electrodo de referencia de calomel saturado (SCE, por sus siglas en inglés) y un electrodo auxiliar de acero<br />
inoxidable 304L. En la Figura 3 se muestra un esquema de la celda de medida empleada.<br />
2.5 Estado superficial del acero<br />
Sobre algunas probetas se practicó el ensayo de tensión por compresión diametral con el objetivo de observar<br />
el estado de corrosión del acero. Al mismo tiempo, se recuperaron muestras en los alrededores de la<br />
interfase acero – mortero, para determinar el contenido de cloruros totales (solubles al ácido).<br />
3. Resultados<br />
3.1 Potencial de corrosión<br />
Figura 3. Celda de medición utilizada.<br />
La evolución del potencial de corrosión de las diferentes probetas fabricadas es presentada en función del<br />
tiempo (correspondiente al número de ciclos de inmersión y secado) en la Figura 4. La línea horizontal mostrada<br />
en la gráfica representa los diferentes intervalos de probabilidad de corrosión de acuerdo con Andrade<br />
et al. [25].<br />
10 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
100<br />
0<br />
-100<br />
Ecorr vs. SCE (mV)<br />
-200<br />
-300<br />
-400<br />
BAJA PROBABILIDAD<br />
DE CORROSION<br />
ALTA PROBABILIDAD<br />
DE CORROSION<br />
-500<br />
-600<br />
CPO<br />
CPC<br />
CPO10P<br />
CPO20P<br />
-700<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110<br />
Tiempo (días)<br />
Se puede observar que durante los primeros 35 días se obtuvieron valores cercanos a -100 mV vs. SCE.<br />
Durante este periodo, se mantuvo una tendencia generalizada, en las cuatro diferentes composiciones, a permanecer<br />
en la zona que indica baja probabilidad de corrosión del acero. A partir de los 42 días, el potencial<br />
de corrosión de las probetas de CPC y CPO disminuye gradualmente hasta colocarse en valores cercanos a los<br />
–600 mV, en comparación con el resto de las probetas estudiadas. Cabe recalcar, que durante este periodo,<br />
las probetas fabricadas con puzolana, nombradas CPO10P y CPO20P, no presentan indicio de disminución en<br />
su potencial de corrosión. Sin embargo, antes de los 80 días se presenta una disminución gradual del potencial<br />
de corrosión de los especímenes con composición CPO10P y continúa disminuyendo hasta la fase final del<br />
periodo de prueba. En contraste y para este mismo periodo, las probetas CPO20P permanecen en una zona<br />
de baja probabilidad de corrosión con valores superiores a los -100mV.<br />
3.2 Velocidad de corrosión<br />
Figura 4. Evolución del potencial de corrosión para los diferentes morteros fabricados.<br />
En la Figura 5, se muestra el comportamiento de la velocidad de corrosión, i corr<br />
, para las diferentes composiciones<br />
ensayadas. De acuerdo con artículos relacionados con el tema [25], se han propuesto diversas zonas<br />
donde se califica a la velocidad de corrosión en función del i corr<br />
medido. Dichas zonas están delimitadas por<br />
las líneas horizontales punteadas mostradas en la figura.<br />
Se constata que durante los primeros días, las cuatro composiciones presentaban un comportamiento similar<br />
mostrando valores de icorr inferiores a 0.1 mA/cm 2 . A partir de los 42 días, la i corr<br />
de las probetas CPC,<br />
y poco después las probetas CPO, incrementa de forma gradual hasta colocarse en la zona de alta velocidad<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
11
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
10.0<br />
ALTA<br />
1.0<br />
icorr ( A/cm²)<br />
MODERADA<br />
BAJA<br />
0.1<br />
DESPRECIABLE<br />
CPO<br />
CPC<br />
CPO10P<br />
CPC20P<br />
0.0<br />
de corrosión, con valores superiores a 1.0 mA/cm 2 a 60 días de exposición y que continua incrementándose<br />
hasta alcanzar valores cercanos a 3 mA/cm 2 a 90 días. En contraste, las probetas fabricadas con puzolana<br />
(composiciones CPO10P y CPO20P) presentan valores que oscilan entre 0.05 y 0.07 mA/cm 2 , en todo caso<br />
representativo de una velocidad de corrosión despreciable.<br />
No obstante, a los 77 días, se nota una clara activación de las probetas fabricadas con 10% de puzolana<br />
natural (CPO10P) aumentando gradualmente su i corr<br />
hasta valores ligeramente superiores a 1.0 mA/cm 2 hacia<br />
el final del periodo de prueba. Se observa también, durante este mismo periodo, que las probetas CPO20P<br />
no han incrementado su velocidad de corrosión.<br />
3.3 Resistividad<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110<br />
Tiempo (días)<br />
Figura 5. Comportamiento de velocidad de corrosión de morteros fabricados durante el periodo de prueba.<br />
La resistividad eléctrica de los materiales cementantes, r es un parámetro que está influenciado directamente<br />
por la porosidad y por la concentración iónica en la solución de poro. En la Fig. 6 se muestra el comportamiento<br />
de la r para cada composición de probetas fabricadas.<br />
Se observa que la resistividad de los especímenes fabricados con 20% de puzolana es hasta 2 veces superior<br />
que aquellas fabricadas con 10% de puzolana y hasta 5 veces superior que las composiciones CPO y<br />
CPC. La disminución de la porosidad por el efecto de la utilización de puzolanas, evidenciada por la elevada<br />
resistividad obtenida, afectaría la penetración de los cloruros y por ende la concentración de los mismos al<br />
interior de los especímenes.<br />
12 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
30<br />
CP0 CPC CPO10P CPO20P<br />
25<br />
20<br />
Resistividad (k cm)<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91<br />
Tiempo (Días)<br />
Figura 6. Evolución de la resistividad para cada composición de probetas fabricadas.<br />
3.4 Contenido de cloruros<br />
El contenido de cloruros totales obtenido en relación al peso de material cementante utilizado en la interfase<br />
acero-mortero a 80 días de exposición se ilustra en la Tabla 4. Se considera un valor de 0.28 % como el<br />
límite máximo de cloruros totales permisible para las estructuras de concreto reforzado [26,27] expuestas en<br />
zonas agresivas o costeras. Se constata que, solo las composiciones CPO y CPC fueron los que presentaron<br />
mayor concentración de cloruros totales en la interfase, alcanzando valores cercanos a 1.3% por peso de<br />
material cementante.<br />
Para las composiciones CPO10P y CPO20P la concentración de cloruros diminuyó a 0.70% y 0.54%,<br />
respectivamente. Aún, cuando todas las composiciones cuentan con el nivel mínimo de concentración de<br />
cloruros para el inicio de la corrosión, éste no determina por sí solo la certeza de riesgos de corrosión o en<br />
su defecto la severidad del ataque. Como se discutirá más adelante, la resistividad influye significativamente<br />
en el proceso de corrosión, lo que conlleva a comportamientos diferidos en las composiciones con puzolana<br />
natural.<br />
Tabla 4. Concentración de cloruros totales en la interfase acero-mortero.<br />
Composición<br />
Contenido de cloruros<br />
(% en peso con respecto al material cementante)<br />
CPO 1.27<br />
CPC 1.26<br />
CPO10P 0.70<br />
CPO20P 0.54<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
13
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
3.5 Estado superficial del acero<br />
En la Figura 7 se muestran el estado superficial de las varillas embebidas en las diferentes probetas extraídas<br />
a los 70 días de exposición. Se observan zonas de degradación en las composiciones CPO y CPC producidas<br />
por el proceso activo de la corrosión en el área expuesta a la incursión de cloruros presentes en el ambiente<br />
salino. En contraste, en ambas composiciones CPO10P y CPO20P no se observan picaduras o degradación<br />
alguna a simple vista. Los resultados indican que el acero embebido en mortero fabricado con PN tiene un<br />
mejor comportamiento que el acero embebido en mortero fabricado con cementos ordinarios y/o comerciales.<br />
En estudios realizados sobre pastas de mortero, se ha comprobado que la adición de ceniza volante afecta<br />
la composición y el espesor de la capa protectora del que se forma sobre la superficie del acero durante el<br />
endurecimiento del concreto [28].<br />
4. Discusión<br />
(a) (b) (c) (d)<br />
Figura 7. Estado superficial del acero a 80 días de exposición, a) CPO, b) CPC, d) CPO10P y d) CPO20P.<br />
Para la condición de exposición estudiada en este trabajo (especímenes sometidos a ciclos de inmersión<br />
y secado) en las cuales se considera que el pH de la solución de poro no cambia durante el ataque de los<br />
cloruros, el potencial y la velocidad de corrosión revelaron tres diferentes etapas durante la exposición. Una<br />
primera etapa observada durante los primeros días de exposición caracterizada por valores de E corr<br />
> -250<br />
mV representativos de un estado pasivo del acero. Este estado fue confirmado por los valores de i corr<br />
, los cuales<br />
fueron inferiores a 0.1 mA/cm 2 .<br />
La segunda etapa, caracterizada por una transición gradual (entre 50 y 60 días, para CPO y CPC; y entre<br />
75 y 85 días, para CPO10P) de la zona que indica pasividad del acero de refuerzo hacia la zona de corrosión<br />
activa, fue observada en el rango -250 a -500 mV. Este estado también fue confirmado por los valores de<br />
icorr, para los intervalos de exposición similares.<br />
La tercera etapa reveló valores de E corr<br />
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
de i corr<br />
evidencian que las tres composiciones están en un estado de alta velocidad de corrosión, con valores<br />
superiores a 1.0 mA/cm 2 .<br />
La correlación de los resultados de E corr<br />
e i corr<br />
obtenidos, supone que la disponibilidad de oxígeno fue suficiente<br />
en la etapa de secado, ya que no se encontraron problemas de polarización por concentración (como<br />
en otros trabajos [29, 30]) provocada por la disminución de la difusión de oxígeno en concreto saturado<br />
[31].<br />
La utilización de puzolana reduce la porosidad del mortero, la cual está directamente relacionada con la<br />
resistividad. Las pruebas desarrolladas en este trabajo evidenciaron un incremento en la resistividad de las<br />
composiciones fabricadas con PN, siendo mayor en las que se utilizó un 20% de sustitución de CPO. Se sabe<br />
que una baja porosidad influye en el ingreso de agentes agresivos externos (cloruros), efecto que fue verificado<br />
en este trabajo donde el contenido de cloruros fue reducido hasta en un 50% en las composiciones fabricadas<br />
con 10 y 20% de PN.<br />
Este comportamiento se podría considerar superior a aquel encontrado por Salta [32] quien sustituyendo<br />
50% de CPO por ceniza volante, encontró una reducción en el coeficiente de difusión de cloruros a la mitad<br />
del valor obtenido en composiciones fabricadas utilizando sólo CPO.<br />
Los valores de E corr<br />
e i corr<br />
(Figuras 4 y 5) demostraron el efecto benéfico de la puzolana natural en lo que<br />
respecta al inicio de la corrosión y a la rapidez de degradación del acero de refuerzo. Especímenes con 10%<br />
y 20% de PN permanecieron sin indicios de corrosión, respectivamente, durante 70 y 100 días, mientras<br />
aquellos fabricados sin PN (CPO y CPC) se activaron después de aproximadamente 50 días del inicio de los<br />
ciclos de inmersión y secado.<br />
Este comportamiento se debe principalmente a la reducción ya comentada de la porosidad provocada por<br />
la utilización de la puzolana.<br />
En la Figura 9 se presenta el comportamiento de la velocidad de corrosión en función de la resistividad obtenida<br />
a diferentes tiempos. Las líneas punteadas son aquellas que distinguen los diferentes criterios, tanto de<br />
velocidad de de corrosión (horizontales) como de resistividad (vertical) mencionados con anterioridad [25].<br />
Se observa que los morteros CPO y CPC presentan resistividades inferiores a 10 kΩ-cm y valores de<br />
i corr<br />
que aumentan de forma gradual desde 0.1 mA/cm 2 hasta 4.0 mA/cm 2 . Estos resultados concuerdan con<br />
los obtenidos por Andrade et al. [25] para estructuras en las cuales la resistividad no es un parámetro que<br />
controlaría el mecanismo de corrosión. Por otra parte, para los morteros con 10% de puzolana CPO10P, los<br />
valores de resistividad se encuentran en el umbral de cambio, donde se observa que la velocidad de corrosión<br />
aumenta, existiendo otros parámetros (contenido de cloruros, oxígeno, humedad, etc.) además de la resistividad<br />
que controlarían el proceso de degradación del acero. De manera similar, para los especímenes CPO20P<br />
que presentan resistividades elevadas, y por lo tanto, velocidades de corrosión muy bajas en comparación<br />
con las de CPO y CPC, la resistividad se manifiesta como el parámetro principal que controla el proceso de<br />
corrosión.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
15
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
10.0<br />
CPO<br />
CPO10P<br />
CPC<br />
CPO20P<br />
1.0<br />
icorr ( A/cm2)<br />
0.1<br />
0.0<br />
0 5 10 15 20 25 30<br />
Resistividad (k cm)<br />
9. Relación encontrada entre la resistividad y la i corr<br />
para los morteros fabricados<br />
De esta forma la incorporación de puzolana influye tanto en la iniciación como en la progresión de la corrosión.<br />
En efecto, la PN adicionada en forma de pequeñas partículas y posteriormente durante su hidratación<br />
tiene la capacidad de obstruir parcialmente los vacíos y poros. El efecto de la elevada resistividad sería significativo<br />
en la resistencia a la corrosión a largo plazo de las estructuras de concreto reforzado, resultados que<br />
concuerdan con los reportados por Kouloumbi et al. [16].<br />
5. Conclusiones<br />
La utilización de puzolanas naturales Mexicanas en sustitución parcial de cemento portland tiene un efecto<br />
en el comportamiento de la corrosión del acero de refuerzo:<br />
•<br />
•<br />
•<br />
Incrementada la resistividad eléctrica del mortero;<br />
Una sustitución del 20% de cemento por puzolana prolonga el tiempo de inducción de la corrosión<br />
y reduce la velocidad de degradación por corrosión en un orden de magnitud. Lo cual fue<br />
verificado con el estado superficial del acero durante la inspección visual;<br />
Los ciclos de inmersión y secado en una solución de 35 g/L NaCl muestran claramente que la<br />
utilización de puzolana ofrece una mejor protección al acero embebido en comparación con los<br />
especímenes fabricados con cementos comerciales y ordinarios.<br />
La disminución de la resistencia a la compresión en los morteros fabricados con puzolana es razonable, y<br />
dado la reducción del contenido de cloruros, la puzolana puede ser utilizada en concretos con resistencias<br />
convencionales sin ningún efecto adverso.<br />
16 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
J. Pacheco, G. Fajardo, P. Valdez, A. Badillo<br />
Agradecimientos<br />
Los trabajos descritos en este artículo fueron desarrollados en el Departamento de Tecnología del Concreto<br />
del Instituto de Ingeniería Civil de la <strong>FIC</strong>-UANL. Los autores expresan su más profundo agradecimiento<br />
al PROVERICYT, PAICYT y SEP por los apoyos financieros otorgados a los proyectos CA-1294-06 y PRO-<br />
MEP/103.5/05/1697.<br />
Referencias<br />
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title 72, 16, p. 159, 1975.<br />
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401.<br />
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9 A. Fraay, J. M. Bijen and Y. M. de Haan, The Reaction of Fly Ash in Concrete a Critical Examination, Cement and Concrete<br />
Research, Volume 19, (1989), pp. 235-246<br />
10 Use of fly ash in concrete, ACI Committee 226 Report, ACI Materials Journal, September/October, (1987), pp. 81<br />
11 Portland Cement Association, Diseño y Control de Mezclas de Concreto, Portland Cement Association, 1a edición, Capítulo<br />
3, Pagina 77-91<br />
12 M. Maslehuddin, H. Saricimen, A.I. Al-Mana, Effect of Fly Ash Addition on the corrosion resisting characteristics of concrete,<br />
ACI Materials Journal, 1987.<br />
13 M. Montemor, A.M.P. Simões, M.M. Salta, Effect of Fly Ash on concrete reinforcement corrosion studied by EIS, Cement<br />
and Concrete Composites, 2000.<br />
14 W. Sun, Y. Zhang, S. Lui, Y. Zhang, The influence of Mineral Admixtures on Resistance to Corrosion of steel bars in Green<br />
high-performance Concrete, Cement and Concrete Research, 2004.<br />
15 K. Ampadu, K Torii, Chloride ingress and steel corrosion in cement mortars incorporating low-quality fly ashes, Cement and<br />
Concrete Research, 2002.<br />
16 N. Kouloumbi, G. Batis, P. Pantazopolou, Efficiency of Natural Greek Pozzolan in Chloride-Induced Corrosion of Steel Reinforcement,<br />
Cement, Concrete and Aggregates, 1995.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
17
El rol de las puzolanas naturales en el mejoramiento de la durabilidad del concreto reforzado<br />
17 N.S. Rengaswamy, S. Srinivasan and P.S. Mohan, Durability of Portland-Pozzolana concrete compared with ordinary<br />
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Thailand 1987.<br />
18 P. C. Aïtcin, Cement and Concrete Development from an Environmental Perspective, Concrete Technology for a Sustainable<br />
Development in the 21st Century, Edited by Odd Gjørv and Koji Sakai, (2000), pp. 210.<br />
19 M.F. Montemor, M.P. Cunha, M.G. Ferreira, A.M. Simões, Corrosion behavior of rebars in fly ash mortar exposed to carbon<br />
dioxide and chlorides, Cement and Concrete Composites, 2002.<br />
20 Ch. Yoon-Seok, K. Jung-Gu, L. Kwang-Myong, Corrosion behavior of steel bar embedded in fly ash concrete, Corrosion<br />
Science 48 (2006), 1733 – 1745.<br />
21 P. Valdez, PhD Thesis, “Desarrollo de un método para evaluar materiales naturales con potencial puzolánico para su uso<br />
en cemento”, Universidad Autónoma de Nuevo León, 2002.<br />
22 Tutti K, editor. Corrosion of steel in Concrete. Swedish Cement and Concrete Research Institute, Sweden, Stockholm,<br />
1982.<br />
23 M. Stern, A.L. Geary, J. Electrochem. Soc. 104 (56) (1957).<br />
24 J.A. Gonzalez, A. Molina, M. Escudero, M.C. Andrade, NACE Corrosion 85 Conf. Paper no. 257, Boston 1995.<br />
25 C. Andrade, C. Alonso, Corrosion rate monitoring in the laboratory and on-site, Construction and Building Materials, Vol.<br />
10, No. 5, pp 315-328, 1996.<br />
26 C. Andrade, M. A. Sanjuán, Chloride diffusion coefficient obtained from migration tests of high performance concrete, in:<br />
Proceedings of Rebar International Workshop on Durability of High Performance Concrete, Viena 1994, ed.: H. Sommer,<br />
published by RILEM, pp. 208-218.<br />
27 D. W. Pfeifer et al., A critique of the ACI 318 Chloride Limits, PCI Journal, March-April (1992), pp. 68-71.<br />
28 Montemor MF, Simões AMP, Ferreira MGS. Corrosion 1998,54:347.<br />
29 Arup, In: A.P. Crane, editor, Corrosion of reinforcement in concrete construction, U.K. London, p. 151, 1983.<br />
30 B. Elsener and H. Böhni, Materials Science Forum, 111/112, p. 635, 1992.<br />
31 Thomas MDA, Matthews J. Mater Struct 1992,25:388.<br />
32 Salta MM. In: Swamy RN, editor. Corrosion and corrosion protection of steel in concrete. Sheffield, UK, 1994, p. 793.<br />
18 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
RESUMEN<br />
Puentes curvos de trabes de<br />
acero y losa de concreto:<br />
sus dilemas de diseño y construcción<br />
Ricardo González Alcorta 1 , Guillermo Villarreal Garza 1 , Salvador R. Marines Delgado 2<br />
En este artículo se presenta una discusión sobre los aspectos que deben de tomarse en cuenta en el diseño y construcción de puentes curvos<br />
horizontales, poniendo especial énfasis en los criterios de predicción del nivel de esfuerzos y deformaciones que tendrá la superestructura en las<br />
diferentes etapas de montaje y servicio. Se presenta un caso de aplicación de un puente curvo formado por trabes de acero y losas de concreto.<br />
Se mencionan las hipótesis de análisis consideradas para su diseño y se presentan las principales dificultades encontradas durante su proceso<br />
constructivo.<br />
ABSTRACT<br />
This paper provides a discussion on the aspects that must be taken into account in the design and construction of horizontally curved steel I<br />
girder bridges, with an special emphasis in the criteria for prediction of the stress and deformation levels that the superstructure will have in the<br />
different stages. A case of study of a horizontally curved steel I-girders and concrete slab bridge is discussed. The main hypotheses of analyses<br />
considered for the design and the main difficulties found during their constructive process are presented.<br />
Introducción<br />
Las restricciones geométricas de las vialidades urbanas actuales plantean frecuentemente la necesidad de<br />
proyectar geométricamente puentes con una configuración curva horizontal. Dependiendo del radio de curvatura<br />
de estos puentes es posible solucionar la superestructura segmentándola en tramos rectos, con base<br />
en un sistema tradicional de trabes rectas y losa de concreto. Sin embargo, cuando el proyecto geométrico<br />
del puente requiere de radios de curvatura pequeños, la solución tradicional de segmentos de trabes rectas<br />
resulta poco práctica y de muy baja calidad estética.<br />
Los puentes formados por trabes curvas de acero y losas de concreto constituyen una alternativa de solución<br />
muy atractiva estéticamente y cuya aplicación se ha incrementado recientemente en diversas ciudades de<br />
nuestro país. Sin embargo, la experiencia en el diseño y en la construcción de este tipo de puentes nos alerta<br />
del cuidado que se debe tener en cada una de sus etapas, tanto de su fase de diseño (concepto, análisis, dimensionamiento<br />
y detalle) así como de su fase constructiva (fabricación, transporte y montaje) a fin de tener<br />
una estructura que cumpla con los requisitos de seguridad, funcionalidad y estética que son planteados desde<br />
su proyecto.<br />
Actualmente en México no existe una normativa para el diseño de puentes curvos horizontales, por lo que<br />
1<br />
Profesor-Investigador de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. ri_gzz_alcorta@hotmail.com<br />
2<br />
Profesor de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
19
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: sus dilemas de diseño y construcción<br />
convencionalmente se recurre al código de diseño AASTHO (AASHTO, 2003) para su dimensionamiento.<br />
Las especificaciones para diseño de puentes curvos horizontales del código AASHTO (en sus ediciones 1980,<br />
1993 y 2004) son una de las dos únicas normativas para este tipo de puentes, siendo el código japonés la<br />
otra alternativa disponible a nivel mundial (Japan Road Association -JRA-, 1988).<br />
Concepto estructural de un puente curvo<br />
Configuración de superestructura del puente<br />
Un gran porcentaje de los puentes curvos horizontales que se construyen mundialmente están constituidos<br />
por una superestructura cuyo proyecto geométrico requiere de uno o dos carriles. Existen dos formas de<br />
solucionar la configuración de este tipo de puentes:<br />
a) Un sistema conformado por un cajón de concreto o acero, con losa de concreto como tablero principal<br />
para la vialidad (figura 1). Este tipo de sistema estructural ha sido ampliamente utilizado en México y presenta<br />
la ventaja de poseer una gran rigidez torsional, siempre y cuando se eviten agrietamientos en los elementos<br />
que conforman el cajón en puentes de concreto (figura 1a), o En el caso de puentes de acero, se mantenga<br />
la forma geométrica del cajón colocando diafragmas intermedios con una separación adecuada (figura 1b).<br />
Losa de concreto<br />
Cajón de concreto<br />
Cajón de concreto<br />
Cajón de concreto<br />
a) Sección de concreto b) Sección cajón de acero<br />
Figura 1. Sistema conformado por un cajón de concreto o acero y losa de concreto<br />
b) Un sistema con base en trabes curvas de acero y losa de concreto como tablero (figura 2), cuya aplicación<br />
se ha incrementado recientemente en México. Las vigas curvas de acero tienen individualmente muy baja<br />
rigidez torsional y aseguran su estabilidad solo si son conectadas con las otras trabes por medio de un conjunto<br />
de diafragmas transversales, lo que a su vez conduce a aumentar significativamente la rigidez torsional<br />
del sistema en general (Davidson, 2003). En este artículo se concentra la discusión precisamente sobre este<br />
tipo de puentes curvos horizontales.<br />
Configuración de subestructura de puente<br />
La subestructura de un puente curvo de uno o dos carriles se resuelve convencionalmente con base en una<br />
columna central (ya sea de sección rectangular, circular u ovalada), conectada rígidamente a un cabezal sobre<br />
20 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
Figura 2. Sistema conformado por trabes de acero, diafragmas y losa de concreto<br />
el cual se apoyarán las trabes de la superestructura. La configuración de la subestructura conformada por la<br />
columna central y el cabezal es posible que tenga dos alternativas de acuerdo a la forma en que se apoya la<br />
superestructura:<br />
a) Un cabezal de sección rectangular, sobre el cual se apoyarán las trabes en el nivel superior del mismo. Generalmente este tipo de cabezal<br />
se configura con una sección transversal rectangular de peralte variable (figura 3a).<br />
b) Un cabezal “integrado” de sección T invertida, que tendrá una dimensión vertical igual al peralte de las trabes (figura 3b). Los cabezales<br />
de este tipo de configuración son de sección constante y debe ponerse mucha atención en el diseño de las ménsulas que configuran la<br />
sección T, ya que en caso de un dimensionamiento inadecuado pueden presentarse agrietamientos importantes o inclusive colapsos (Araiza,<br />
2004).<br />
a) Cabezal de sección rectangular b) Cabezal integrado de sección T invertida<br />
Figura 3. Estructuración típica de pilas centrales de puentes curvos<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
21
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: sus dilemas de diseño y construcción<br />
La cimentación de las columnas de la subestructura generalmente queda conformada por zapatas cuya<br />
dimensión se define por la capacidad de carga del suelo sobre el cual se desplantan; inclusive, en estratos<br />
con poca capacidad de carga, es común utilizar pilotes de concreto colados in situ para transferir las cargas a<br />
estratos resistentes conformados por roca (lutita).<br />
Tipos de apoyos para la superestructura<br />
Debido a que el comportamiento de un puente curvo (y al tipo de cargas a las que se somete) difiere en<br />
forma significativa al de un puente recto convencional, la selección del tipo de apoyo de la superestructura<br />
tiene un rol muy importante y debe asegurase que las hipótesis con las cuales se dimensionó el mismo correspondan<br />
con el tipo de restricción que les proporcione el sistema de apoyo seleccionado.<br />
Etapa de diseño estructural<br />
Las etapas del proceso de diseño de un puente curvo no difieren apreciablemente de las que se establecen<br />
al dimensionar un puente recto convencional. Una vez cubiertos todos los estudios preliminares necesarios<br />
para el dimensionamiento del puente (topográfico, proyecto geométrico, mecánica de suelos, hidráulico-hidrológico<br />
e interferencias), el proceso de diseño debe contemplar las siguientes etapas:<br />
a) La definición del concepto estructural, en el cual deben seleccionarse el tipo de superestructura y subestructura<br />
más convenientes de acuerdo a los requerimientos geométricos, económicos y estéticos del<br />
proyecto.<br />
b) El diseño preliminar del puente, en el cual deben predimensionarse todos los elementos que conforman<br />
la estructura del mismo, con base en las disposiciones reglamentarias de espesores, relaciones geométricas,<br />
relaciones peralte de trabe/claro del puente, etc. Para este dimensionamiento preliminar es altamente<br />
recomendable seguir los lineamientos del código AASHTO “Guide Specifications for Horizontally Curved<br />
Steel Girder Highway Bridges 2003” (AASHTO, 2003). No debe perderse de vista que ante la carencia de<br />
guías de diseño claras y de experimentación en puentes curvos horizontales, principalmente sometidos al<br />
nivel de cargas que se aplican en México, conviene tener un prediseño conservador de todos los elementos<br />
del puente.<br />
c) Análisis y diseño refinado del puente, en esta etapa debe seleccionarse el tipo de modelo matemático a<br />
utilizar para idealizar la estructura. Aunque el código AASHTO permite utilizar métodos aproximados de<br />
diseño para los elementos estructurales que conforman el puente curvo, es muy recomendable modelar<br />
tridimensionalmente el sistema estructural en su conjunto, generalmente usando elementos finitos para<br />
idealizar las trabes curvas y la losa de concreto.<br />
En esta etapa de diseño se requiere calcular las contraflechas de las trabes curvas para las fases de montaje<br />
y construcción, para lo cual re requiere plantear junto con el fabricante de las trabes y con el constructor el<br />
procedimiento de montaje a utilizar en el puente. Además, deben evaluarse los esfuerzos que se generan<br />
en las trabes curvas durante fases de montaje, construcción y servicio, de acuerdo a la planeación esta-<br />
22 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
blecida para tal efecto. Es conveniente considerar en el modelo matemático del puente la participación de<br />
la subestructura del mismo (cabezal, columnas, zapatas y –en su caso- pilotes), dado que para las cargas<br />
asociadas a los efectos de temperatura y fuerzas centrífugas la flexibilidad de la subestructura juega un<br />
papel importante y no es aconsejable modelar en forma aislada estos componentes estructurales.<br />
d) Detallado final del puente, en esta etapa deben realizarse los planos de la ingeniería de detalle y fabricación<br />
de los elementos estructurales que conforman el puente. Esta es una etapa fundamental de la etapa<br />
de diseño, ya que es necesario elaborar con el mayor detalle posible todos los planos de la ingeniería de<br />
tal forma que se minimicen los posibles errores o malas interpretaciones de la fabricación de las trabes.<br />
Es necesario que en los planos se establezca la metodología de montaje de los módulos de trabes que<br />
conformaran los tableros, teniendo el cuidado de jamás montar una trabe curva en forma aislada, ya que<br />
se provocarían deformaciones excesivas de la trabe e inclusive la inestabilidad de las mismas.<br />
Etapa constructiva<br />
La etapa constructiva de un puente curvo constituye uno de los retos más importantes de la ingeniería<br />
de puentes que se realiza actualmente en este país. Los requerimientos de control de calidad y supervisión<br />
técnica son mucho más estrictos que los que se requieren para la construcción de puentes rectos, por lo que<br />
se recomienda una planeación detallada de cada una de las etapas de trasporte, montaje y construcción de<br />
los tableros del puente.<br />
El reglamento AASHTO relaciona la etapa constructiva con el concepto de Constructibilidad del puente.<br />
Una de las fases críticas de la etapa constructiva del puente curvo es el montaje de las trabes y el colado de<br />
las losas de concreto de los tableros principales. La secuencia de montaje debe estar especificada claramente<br />
en los planos de montaje y debe ser supervisada estrictamente. Asimismo, debe asegurarse que siempre se<br />
monten las trabes conforme a lo planeado y contemplado en la etapa de diseño.<br />
Es conveniente recomendar el montaje por pares de trabes o por un conjunto de tres trabes y sus correspondientes<br />
diafragmas, tal como se ilustra en la fotografía 1.<br />
Fotografía 1. Montaje de trabes metálicas en tramo curvo de puente<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
23
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: sus dilemas de diseño y construcción<br />
Caso de estudio<br />
Descripción del puente y concepto estructural<br />
Se presenta un caso de aplicación de un puente curvo horizontal de dos carriles, con una superestructura<br />
formada por cinco trabes de acero y losas de concreto recientemente construido en la ciudad de Monterrey,<br />
Nuevo León. En la figura 4 se presenta una planta con las dimensiones del proyecto estructural. Se observa<br />
que el eje horizontal del proyecto es curvo, modulado por 8 tramos de aproximadamente 30 metros (ejes 1 a<br />
9) más dos rampas iniciales de tierra armada, con una longitud total del puente de 365.18 metros.<br />
Estudio de mecánica de suelos<br />
Figura 4. Geometría del puente curvo en estudio<br />
Con el fin de establecer las propiedades mecánicas de suelo sobre el cual se desplantó la estructura (estratigrafía<br />
y resistencia del suelo), se elaboró un estudio de mecánica de suelos, cuyos principales resultados<br />
arrojaron las siguientes observaciones:<br />
a) Se elaboraron 4 sondeos con máquina perforadora del tipo rotaria a 16, 22, 18.6 y a 20 metros.<br />
b) Como primera alternativa se recomendó utilizar pilotes colados en el lugar desplantados a una profundidad<br />
de 10 metros a partir del nivel de la calle, las cuales trabajarían por punta y fricción.<br />
c) Como segunda alternativa se recomendó utilizar pilotes colados en el lugar desplantados a una profundidad<br />
tal que se alcance el basamento rocoso constituido por la lutita, las cuales trabajarían por punta<br />
exclusivamente, con una capacidad admisible de 30 kg/cm 2 .<br />
24 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
d) No fue recomendable emplear una cimentación a base de zapatas aisladas debido a que se pudieran<br />
presentar asentamientos diferenciales por las características propias de los estratos superficiales. La profundidad<br />
de desplante de la zapatas, en caso de considerar esta alternativa es de 4 metros con una carga<br />
admisible de 1.0 kg/cm 2 .<br />
Finalmente se decidió utilizar la alternativa de pilotes de punta desplantados a una profundidad aproximada<br />
de 17 metros a partir del terreno natural, los cuales se desplantaron sobre el estrato de lutita.<br />
Descripción de la superestructura<br />
La superestructura del puente consiste de ocho claros, con un sistema estructural con base en trabes de<br />
acero formadas por tres placas soldadas, sobre las cuales se apoya una losa de concreto reforzado de 20 cm<br />
de espesor. Este sistema estructural presenta diafragmas transversales en forma de X conformados por perfiles<br />
de acero. Debido a la curvatura del puente y a la necesidad de tener sobreanchos de carril, la separación<br />
entre las trabes varía entre 1.60 metros en los tramos rectos a 2.2 metros en los tramos curvos. En la figura<br />
5 se muestra un arreglo de las trabes de acero del puente, con un volado de losa de 75 cm en los extremos<br />
del puente. La trabes de acero no tendrán continuidad sobre los apoyos, es decir, se consideran como simplemente<br />
apoyadas en cada extremo, ya que se seleccionó el concepto de “cabezal integrado” de sección T<br />
invertida para este puente.<br />
Figura 5. Elevación de la pila central del puente curvo en estudio<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
25
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: sus dilemas de diseño y construcción<br />
Descripción de la subestructura<br />
En la figura 5 se presenta una elevación transversal de una pila central del puente, donde se aprecia la estructuración<br />
de la pila conformada por el cabezal integrado de un peralte total de 1.50 metros, una columna<br />
circular de 1.50 metros de diámetro, una zapata rectangular de transferencia y 4 pilotes de concreto de 1.20<br />
metros de diámetro.<br />
Las cimentaciones de las pilas se estructuraron considerando las propiedades mecánicas del suelo de<br />
soporte de la estructura y la magnitud de las cargas a transmitir al estrato resistente, según el estudio de<br />
Mecánica de Suelos. La cimentación consistió en una zapata de transferencia de 6.00 por 6.00 metros de<br />
dimensiones en planta, con un espesor de 1.50 metros. Esta zapata de transferencia se apoya sobre 4 pilotes<br />
de concreto de 1.20 metros de diámetro, los cuales tienen una longitud de 15 metros a partir del nivel inferior<br />
de la zapata de transferencia.<br />
En los ejes extremos del puente (ejes 1 y 9) se utilizaron estribos de concreto, sobre los cuales se apoyarán<br />
las vigas extremas del puente y soportarán lateralmente las presiones laterales de la rampa de acceso al mismo.<br />
En la figura 6 se presenta una vista de los estribos del puente.<br />
Análisis y diseño del puente<br />
Figura 6. Elevación de un estribo del puente curvo en estudio<br />
Se desarrolló un modelo matemático tridimensional del puente utilizado el programa especializado de<br />
análisis y diseño estructural SAP2000 (SAP2000, 2005). Dada la potencialidad de este programa, fue posible<br />
modelar tridimensionalmente tanto la superestructura (losa, trabes de acero y diafragmas) como la subestructura<br />
(cabezal, columnas circulares, zapatas de transferencia y pilotes). Con el modelo matemático desarrollado<br />
de la estructura (figura 7), fue posible obtener la siguiente información:<br />
a) Acciones mecánicas para cada uno de los elementos estructurales (cargas axiales, cortantes, momentos<br />
flexionantes y momentos torsionantes).<br />
26 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
b) Desplazamientos verticales y horizontales de los elementos, tanto para el cálculo de las contraflechas<br />
como para la revisión de la etapa de servicio del puente.<br />
c) Acero de refuerzo en los elementos de concreto reforzado.<br />
d) Esfuerzos en trabes de acero para las fases de montaje y construcción, así como la fase de servicio del<br />
puente.<br />
Figura 7. Modelo matemático de la estructura del puente curvo horizontal<br />
En el modelo matemático se consideraron los siguientes elementos estructurales:<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
La losa principal de 20 cm de peralte total, idealizándose con elementos finitos tipo placa.<br />
Trabes de acero formadas por tres placas de acero.<br />
Cabezal de concreto. Se consideró un cabezal de sección T invertida de peralte constante. Sobre<br />
este cabezal se apoyan las trabes principales del puente en forma excéntrica, para tomar en cuenta<br />
la torsión y flexión actuando simultáneamente sobre el cabezal.<br />
La columna circular de 1.50 metros de diámetro.<br />
La zapata de transferencia de 1.50 metros de espesor.<br />
Los pilotes de concreto de 1.20 metros de diámetro y 15 metros de longitud. Para el apoyo<br />
lateral que le proporciona el suelo se consideraron resortes elásticos con una constante de 3<br />
kg/cm 2 /cm, de acuerdo a los estudios de mecánica de suelos del sitio.<br />
El camión de diseño utilizado para el dimensionamiento del puente fue el recomendado por el Instituto<br />
Mexicano del Transporte (IMT, 2004), denominado IMT 66.5, el cual tiene un peso total de 66.5 toneladas<br />
distribuidas en tres ejes del camión.<br />
Las trabes principales formadas de tres placas de acero fueron diseñadas considerando que se encuentran<br />
simplemente apoyadas en los cabezales de las pilas. El claro de las trabes se establece de acuerdo a las longitudes<br />
entre los cabezales. Cada segmento de puente tiene un apoyo fijo en un extremo y un apoyo móvil en el<br />
otro extremo, el cual fue modelado a través de un elemento tipo barra que tiene la misma rigidez que el apoyo<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
27
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: sus dilemas de diseño y construcción<br />
real de neopreno que se colocó en el puente. Esta consideración de análisis fue una hipótesis básica para el<br />
dimensionamiento de las columnas del puente, ya que si el puente no tuviese esa capacidad de movimiento en<br />
cada tramo del mismo, los efectos de temperatura hubieran provocado fuerzas horizontales radiales de gran<br />
magnitud, requiriendo dimensiones de columna significativamente superiores.<br />
En la figura 8 se muestra un corte esquemático de las dimensiones generales de la trabe, la cual presenta<br />
un peralte de 1.50 metros para todos los claros anteriormente mencionados.<br />
Figura 8. Dimensiones geométricas de las trabes de acero en los tramos curvos<br />
Las dimensiones de las trabes se definieron tomando en cuenta las recomendaciones del manual AASHTO,<br />
por medio del cual se consideraron los siguientes aspectos:<br />
a) El esfuerzo máximo en flexión se debe limitar a 0.5 Fy (Apartado 5.1, manual AASHTO). Para las trabes<br />
principales se decidió utilizar un esfuerzo de fluencia del acero A-50, por lo cual el esfuerzo máximo<br />
admisible debe limitarse a 1760 kg/cm 2 .<br />
b) El peralte mínimo de la trabe de los tramos curvos debe satisfacer la dimensión resultante de dividir el<br />
claro (L) entre el peralte total (h) a un valor de 25 (Apartado 12.2, manual AASHTO). En este caso se<br />
decidió tener una relación máxima de L/h igual a 20, por lo que resultó un peralte de 1.50 metros para el<br />
claro de 30 metros.<br />
c) El espesor de las placas de los patines de las trabes de los tramos curvos se definió de acuerdo a una<br />
relación máxima del ancho del patín (bf) entre el espesor (tf) de 18 (Apartado 5.2.1, manual AASHTO).<br />
Es así que para un patín de 50 cm se decidió utilizar un espesor 3.8 cm en el patín.<br />
28 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
d) El espesor de la placa del alma de la trabe se estableció de acuerdo a una relación máxima de peralte<br />
del alma (D) entre espesor del alma (tw) de 100 (Apartado 5.2.1, manual AASHTO). Es así que para un<br />
peralte de 150 cm se decidió utilizar un espesor de 1.9 cm en el alma. De acuerdo a esta especificación,<br />
las almas no requieren tener atiesadores intermedios.<br />
Esfuerzos de flexión en trabes principales<br />
Una vez propuestas las dimensiones de las trabes, los esfuerzos de flexión máximos se determinaron<br />
directamente del análisis tridimensional realizado con el programa SAP2000. Para definir este esfuerzo se<br />
analizaron dos fases del comportamiento de la trabe:<br />
a) Comportamiento de la trabe para la etapa de montaje y construcción (losa en estado fresco). Para esta<br />
fase se consideró que la losa de concreto no contribuye ni en la resistencia ni en la rigidez de la trabe.<br />
b) Comportamiento de la trabe para la etapa de servicio, considerando la carga viva, el impacto, frenaje y<br />
la fuerza centrífuga de los vehículos. En esta fase se consideró un comportamiento de sección compuesta<br />
formada por la trabe de acero y ancho efectivo de la losa de concreto.<br />
En la tabla 1 se muestra una comparación de los esfuerzos obtenidos en las trabes de los tramos rectos y<br />
en los tramos curvos del puente, donde se detecta un incremento en esfuerzo de un 23 % debido al efecto<br />
de curvatura de las trabes y del mayor ancho tributario en los tramos curvos del puente.<br />
Tabla 1. Esfuerzos obtenidos en trabes de acero en los tramos curvos<br />
Elemento estructural<br />
Trabe de 30 metros,<br />
Tramos rectos<br />
Trabe de 30 metros,<br />
Tramos curvos<br />
Esfuerzo de flexión, etapa de construcción<br />
(kg/cm 2 )<br />
Esfuerzo de flexión, etapa de servicio<br />
(kg/cm 2 )<br />
Esfuerzo total<br />
(kg/cm 2 )<br />
659 653 1312<br />
793 824 1617<br />
Desplazamientos en trabes principales<br />
Se determinaron los desplazamientos que presentan las trabes principales para las etapas de montaje,<br />
construcción y servicio. Por recomendaciones del manual AASHTO, debe darse una contraflecha para la<br />
etapa de construcción que considere la flecha de las cargas de peso propio, losa y carga muerta adicional.<br />
Asimismo, debe asegurarse que la flecha por carga viva e impacto no exceda de una flecha máxima con un<br />
valor de L/800, donde L es la longitud del claro.<br />
Etapa constructiva del puente<br />
Se llevo a cabo una supervisión técnica del proceso constructivo del puente en estudio, realizándose visitas<br />
periódicas al sitio para tener un control de calidad y asegurar que la planeación del proceso de montaje y<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
29
Puentes curvos de trabes de acero y losa de concreto: sus dilemas de diseño y construcción<br />
construcción se realizara satisfactoriamente en todas las fases de la construcción del puente.<br />
La fase más complicada de la etapa constructiva fue la asociada al transporte y montaje de las trabes, ya<br />
que se recomendó que se fabricaran en el taller las trabes con la longitud real entre apoyos, transportándose<br />
siempre en pares de trabes o, en su caso, un sistema de tres trabes con sus respectivos diafragmas intermedios<br />
(fotografía 1) .<br />
Para el transporte de las trabes desde el taller de fabricación al sitio de la obra fue necesario establecer una<br />
logística para la ruta vial más adecuada, en conjunto con las autoridades municipales, ya que se encontraron<br />
dificultades geométricas de acceso a la obra. Todo el transporte y montaje fue en horario nocturno.<br />
Se decidió “presentar” el sistema completo de trabes para cada uno de los claros de puente en los patios<br />
del taller de fabricación antes de trasportarlas a campo, de tal forma que se revisaran los niveles reales de cada<br />
una de las trabes. Se elaboró para cada tramo del puente una “cama de apoyos” con los desniveles reales de<br />
los apoyos, como se muestra en la fotografía 2.<br />
Fotografía 2. Presentación del conjunto de trabes en el taller de fabricación<br />
Se recomendó que no se colaran las losas de concreto de un tablero a menos de que ya se tuvieran montadas<br />
las trabes de tableros adyacentes, con el fin de minimizar los efectos torsionantes que pudieran inducirse<br />
por la excentricidad de la reacción de las trabes en el cabezal de la sección T invertida.<br />
El curado de las losas de concreto se realizó por medio de membranas de curado, las cuales fueron aplicadas<br />
de acuerdo a las especificaciones del proveedor de la membrana.<br />
Un detalle estructural muy importante que debe cuidarse es la junta entre la losa de concreto y la parte<br />
superior del cabezal, ya que si no existe una separación adecuada entre estos dos componentes (que puede<br />
solucionarse con un espesor de poliestireno o similar), pueden presentarse fisuras en el cabezal asociadas al<br />
movimiento relativo de la losa por efecto de las cargas vivas o por cambios de temperatura ambiental.<br />
30 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Ricardo González Alcorta, Guillermo Villarreal Garza, Salvador R. Marines Delgado<br />
Comentarios finales<br />
Los puentes curvos horizontales formados por trabes de acero y losas de concreto son una alternativa que<br />
frecuentemente va a ser utilizada en México dados los requerimientos geométricos de las vialidades urbanas<br />
actuales. Ante la carencia de un conocimiento pleno del comportamiento de este tipo de puentes, se recomienda<br />
ser conservadores en el dimensionamiento de los elementos estructurales que conforman este tipo<br />
de puentes. Asimismo, es necesario establecer programas de experimentación y monitoreo de los puentes<br />
recientemente construidos en México, con el fin de detectar aspectos no considerados en las etapas de diseño<br />
y construcción de los mismos.<br />
Referencias<br />
1 American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), (2003), Guide Specifications for Horizontally Curve<br />
Highway Bridges, 3rd Edition, Washington, D:C:<br />
2 Araiza J. C., (2004), “Caso de Ingeniería Forenese: El Colapso del Puente Tepalcates II”, XIV Congreso Estructural de Ingeniería<br />
Estructural, Acapulco Guerrero.<br />
3 Davidson J. S. and Yoo C. H. (2003), “Effects of Distortion on the Strength of Curved I-Shaped Bridge Girders”, TRB Annual<br />
Meeting<br />
4 IMT (2001), “Norma SCT para el Proyecto de Puentes y Estructuras (N-PRY-CAR-6-01-003/01)”<br />
5 Japan Road Association –JRA- (1988), “Specifications for highway bridges”, Japan<br />
6 SAP2000 (2005), “Structural Analysis Program”, Computers and Structures, Inc., Berkeley Cal.<br />
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Effect of overexploitation of the aquifer of the Hundido Valley and the impact on<br />
the ecological reserve of the Cuatro Ciengas Valley of Coahuila, Mexico<br />
Effect of overexploitation of the aquifer of<br />
the Hundido Valley and the impact on the<br />
ecological reserve of the Cuatro Cienegas<br />
Valley of Coahuila, Mexico<br />
Rodríguez M. J. M. 1 , Souza S. V. 2 , Arriaga Díaz de León L. E. 1<br />
RESUMEN<br />
Las condiciones predominantes de sequía que en la parte norte del estado de Coahuila nos hacen tomar una reflexión sobre el uso racional<br />
sostenido del recurso del agua en la región, a fin de preservar diferentes ecosistemas únicos en el mundo, en la reserva ecológica del Valle de<br />
Cuatro Ciénegas Coahuila México, donde habitan 37 especies en peligro de extinción.<br />
El análisis del balance hidrológico usado en el Valle del Hundido correspondiente a la cuenca fue calculado mediante la siguiente ecuación:<br />
EstVinf = Ext * As, donde As la entrada al flujo subterráneo es equivalente a = 17.28 X 10 6 m 2 /año. La infiltración del subsuelo en el Valle<br />
es de 2.45 X 10 6 m 3 /año extracciones por bombeo equivalente a 21.6X10 6 m 3 /año es igual a 0.<br />
El cambio de almacenamiento es igual a -1.87 X 10 6 m 3 /año. Esto demuestra que en dos años de haberse iniciado este proyecto el acuífero<br />
esta sobreexplotado. El origen del agua del Valle del Hundido esta relacionado con una cuenca cerrada así como a procesos sedimentarias<br />
asociadas a fenómenos cársticos y fallas inversas en un proceso de transgresión en el ancestral Golfo de México. La estructura es honda y esta<br />
concentración de sales sube debido a la circulación y saturación de las mismas, por lo tanto el incremento de sulfatos en la parte noreste del<br />
valle es producto de la disolución de paquetes de anhidritas en la formación Acatita en el cretácico inferior, y así como de los estratos a gran<br />
profundidad de los yesos del jurasico inferior de la formación Novillo.<br />
Palabras clave: sobre explotación, equilibrio hidrológico, fenómenos cársticos, sulfatos, cuenca endorreica.<br />
ABSTRACT<br />
The prevailing conditions of dryness in the northern part of the Coahuila state make us reflect on rational and sharp use resource water in the<br />
region without affecting the different ecosystem of the unique world- wide level ecological reserve where there inhabit 37 endemic endangered<br />
species in the Cuatro Ciengas Valley of Coahuila, Mexico. Analysis of the hydrologic balance used in the Valley of the Hundido rives basin was calculated<br />
using the following equations. Es + Vinf = Eext * As. Entrance by underground flow = 17.28x 10 6 m 3 /year. Infiltration underground<br />
of the valley = 2.45x 10 6 m 3 /year. Extractions by pumping 21.6 x10 6 m 3 , Exits = 0 Therefore the change of storage = -1.87x 10 6 m 3 /year,<br />
this demonstrates that two years after initiating the project the water –bearing one is over exploited. The origin of water in the Hundido Valley<br />
is closely related to the processes of sedimentation of rocks, being cached in karsts and Fault trout product of transgressions of the ancestral Gulf<br />
of Mexico. As the structure is deepened, its concentration of salts increases due to the both circulation and to saturation of the same one, for that<br />
reason there is an increase of sulphates in the northwestern part of the valley, product of the dissolution of plasters and present anhydrites in the<br />
Acatita Formation of the Lower Cretaceous to greater depth in lie plaster of Novillo Formation of the Lower Jurassic.<br />
Key words: overexploitation, hydrologic balance, karsts, sulphates, endorreic basin.<br />
1<br />
Institute of Civil Engineering, Autonomous University of Nuevo Leon, Mexico. jmrodriguez@fic.uanl.mx<br />
2<br />
Institute of Ecology, UNAM.<br />
32 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Rodríguez M. J. M., Souza S. V., Arriaga Díaz de León L. E.<br />
Introduction<br />
The Valley of the Hundido is located in the SW part of the State Coahuila, Mexico approximately 32 kilometers<br />
of the ecological reserve The Cuatro Cienegas Valley of Coahuila in the Sierra Madre Oriental at<br />
the eastern edge of the Chihuahua desert. The Cuatro Cienegas and Hundido Valley formed as product of<br />
original pushes of the north those that when hitting the block of Coahuila folded to the mountain ranges of la<br />
Fragua, San Marcos- El Pino and El Granizo. The conceptual groundwater flow models for the Cupido- Aurora/Paila<br />
aquifer in the Hundido Valley have invoked recharge through exposed carbonate rock in mountain<br />
Sierra de Los Alamitos, La Fragua and Granizo. Recharged groundwater has been hypothesized to flow down<br />
the hydrologic gradient from the Sierra de Los Alamitos southeast y southwest, The Sierra Colorada to west<br />
and La Fragua to north. Specific about the recharge region in the Hundido Valley it has to been addressed<br />
nor have the early conceptual flow models been adequately tested. An aquifer system has been defined in the<br />
area (Rodriguez-Diaz de Leon 2004), it consists of a shallow unconfined aquifer and deeper aquifer confined<br />
they separated by Formation La Peña. Although in each hydrology unit Cupido and Aurora has communicate<br />
shallow aquifer to fracture. The dynamic mechanism that gave rise to the folding of the structures in the area<br />
of investigation in the Hundido Valley, is based on three fundamental concepts: Presence of evaporates in two<br />
levels, Formation Novillo of the Lower Jurassic and Acatita Formation of the Lower Cretaceous, clastic and<br />
carbonated rocks, which conform them structure of the mountain ranges of the Northeast region of Mexico.<br />
Basal takeoff in the South margin of the Jabali Valley, (this crystalline) arising this rise acted in the deformation<br />
with a geometric of folds product of a recumbent and ridden anticline to the South against the Stop of the<br />
Island of Coahuila.(Eguilius A. S., 2000)<br />
This paper provides new information of the Cuatro Cienegas and Hundido Valley. Our objectives are to<br />
discuss evidence and history the San Marcos Fault to interpreted the Lower Jurassic and Lower Cretaceous<br />
stratigraphy of central Coahuila and pos-cretaceous fault in them Sierra de la Fragua, San Marcos- El Pino<br />
and Granizo.<br />
Method<br />
The structural and hydro geologic conceptual model of aquifer in the Hundido Valley based on information<br />
of field, rise of geophysical, geological, pump test, geochemistry analysis and video well, geological sections<br />
with satellite image and description of outcrops, in the mountain ranges of San Marco, La Fragua and El Granizo.<br />
We hypothesize that the subterranean karsts formation is communicated between valleys and aquatic<br />
systems by a series of cave tunnels giving it a look of gigantic emmental cheese. The presence of sequences<br />
exclusive to marine bacteria (Souza V. 2004) including strains from hydrothermal vents along with karts bacteria<br />
and temperature of the springs (32 degree Celsius) and same upper cuota in the surface of the Churince,<br />
La Becerra and Poza Azul the pozas in the Cuatro Cienegas Valley (Forti P., et., al., 2003) have the exact same<br />
water temperature from the well drilling in December 2003 in the Eastern flank of the La Fragua mountain<br />
witch confirms our geologic and hydro geologic hypothesis.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
33
Effect of overexploitation of the aquifer of the Hundido Valley and the impact on<br />
the ecological reserve of the Cuatro Ciengas Valley of Coahuila, Mexico<br />
Location and Hydrogeology of Study area.<br />
The Hundido Valley of the located in the Southwest part of the State Coahuila, approximately 32 kilometers<br />
of the ecological reserve. The region is characterized by intramontane plains and along mountains ridges that<br />
correspond facing anticlines. In the investigated area a thick succession of Cretaceous, limestone, lying on<br />
continental mudstone and sandstone, prevalently outcrop (Lehmann, et al 1999). Limestone displays massive<br />
to middle mudstone and sandstones of Paleocene cover it. A magmatic phase, coeval to the compressive<br />
tectogenesis, affected the whole area during Oligocene. Tectonic distension onset about 19 Myr ago (Earl<br />
Miocene) and continued during Pliocene accompanied by effusion of calc-alkaline lavas.<br />
Simbology<br />
Study Area<br />
San Marcos Fault<br />
La Fragua /Hundido Fault<br />
Fig. 1. Location of Study area<br />
The tectonic framework of the study area is characterized by occurrence of wide fold-and thrust structure,<br />
dissected by several prominent San Marcos fault. The fold structures, generated by the Oligocene- Miocene<br />
compressive tectonic, are segmented and displaced by several normal faults developed after the tectonic phase<br />
of uplifting occurred in the finish Eocene.<br />
Notwithstanding the mountains consist mainly of carbonate rock; karts landforms are quite rare because of<br />
the intensive intensive weathering. Significant karts landforms occur only in small area, generally located along<br />
major crests; infiltration forms, such as do lines, are practically absent.<br />
Endokarst systems are little developed and generally concentrated in restricted areas. Solution caves are<br />
rare often small in dimension. Along the lateral cliff of canyons, several niches and holes are detectable.<br />
“Cavernous” weathering and or mechanic enlargement of small interstratal karts conduits originate most of<br />
them.<br />
The aquifer in the Hundido Valley is composed of a group of Cretaceous carbonates that have two Formations<br />
Cupido and Aurora/ to Sabinas basin and Paila Formation corresponded to Sierra Los Alamitos,<br />
the thickness formations of approximately 350 meters in the Hundido Valley. Litho logically aquifer in region<br />
consist of rudist limestone’s, burrowed tidal-flat wackestones, grainstones, dolomite, nodular, chert, solutioncollapse<br />
breccias.<br />
34 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Rodríguez M. J. M., Souza S. V., Arriaga Díaz de León L. E.<br />
Recharge to the aquifer occurs through of the intense fracturing in the mountains La Fragua, Alamitos and<br />
El Granizo and San Marcos fault. The system fault and joint, has orientations lineament o Northeast and<br />
Southwest in the Hundido Valley (McKee, 1990).<br />
Fig. 2. Geologic map of Hundido Valley<br />
The mountain range la Fragua on its put to frontal fault Trout, with the mountain range of the San Marcos;<br />
the grudges of takeoff like the contact between the formations: Georgetown, Aurora, Peña and Cupido, produce<br />
hydraulic communication between the Hundido Valley and Cuatro Cienegas.<br />
Fig. 3. Desquamate Section<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
35
Effect of overexploitation of the aquifer of the Hundido Valley and the impact on<br />
the ecological reserve of the Cuatro Ciengas Valley of Coahuila, Mexico<br />
The Cuatro Cienegas valley and The Hundido Valley have been separated of the River basin of Sabinas,<br />
from their conformation at the beginning of the Tertiary one giving rise to endorreica River basin in the Hundido<br />
Valley. The origin of water in the Hundido Valley closely is related to the processes of sedimentation of rock,<br />
being catches in karts and fault trout. As the structure is deepened, its concentration of salt increases due to<br />
the low circulation and to the saturation of the same one, for that reason there is an increase of sulphates in<br />
the part the northwest of the valley product of the dissolution of plasters and present anhydrites in Acatita and<br />
Novillo Formations.<br />
Well Yields<br />
The hydro geological properties of the aquifer in carbonate rocks formations Cupido and Aurora depending<br />
of different cause’s associate of system faults and fractures in the wells to reflect zones very high<br />
transmissivity. Due to faster ground water flow along such open fractures, water would be expected to be<br />
more undersaturade than slower moving water in the fractured rock. Some lineations of highly under saturated<br />
waters correlate with know faults and photo-lineaments. Higher wells volumes to locations of the flanks north<br />
the Sierra Los Alamitos and south east to Sierra La Fragua, across faults San Marcos. At Table 1 has been<br />
listed the wells monitoring in the area Hundido Valley. 117 wells illustrate and distribution and localization<br />
along to center valley and flanks to the mountains Alamitos and La Fragua.<br />
Fig 4. Localization map of wells in the Hundido Valley<br />
36 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Rodríguez M. J. M., Souza S. V., Arriaga Díaz de León L. E.<br />
Hydrological Balance<br />
The analysis of the climatologic information of 30 years of observation in the stations: Cuatro Cienegas,<br />
Ocampo, Santa Teresa and Antiguos Mineros served to support us to obtain the following parameters: Annual<br />
average precipitation in the zone is of 219.5 mm/years, with season of rain do May to September, begin the<br />
rainiest month of September and the one of smaller precipitation the one of March with an average of 45.0<br />
and 5.3 mm/years respectively. Annual average temperature in the zone is of 21.6 degrees Celsius. The<br />
annual average evaporation in the four analyzed stations is of 2168.6 mm/years and annual average Evapotranspiración<br />
is of 182.0 mm/years<br />
Data were collected from May 2003 through May 2005 to determine the hydrologic balance and to improve<br />
quantification of ground water in the region.<br />
Inflow component<br />
Vp = incident precipitation in the region en million cubic meters<br />
Ve = surface water outflow in the region in million cubic meters<br />
Evt = Evapotranspiración in million cubic meters<br />
Vinf= surface water inflow in million cubic meters.<br />
Analysis of the hydrologic balance used in the Valley of the Hundido rives basin was calculated using the<br />
following equations. Es + Vinf = Eext * As. Entrance by underground flow = 17.28x 10 6 m 3 /year. Infiltration<br />
underground of the valley = 2.45x 10 6 m 3 /year. Extractions by pumping 21.6 x10 6 m 3 , Exits = 0<br />
Therefore the change of storage = -1.87x 10 6 m 3 /year. The Evapotranspiratión in the region to represent<br />
the 83% of total volume precipitation, the surface water outflow in the region to represent 15% to volume<br />
precipitation only 2% total volume inflow the Hundido Valley aquifer.<br />
Results and Discussion<br />
The analysis information of structural and hydro geologic conceptual model of aquifer in the Hundido<br />
Valley based on information of field, rise of geophysical, geological, pump test, geochemistry analysis and<br />
video well, geological sections with satellite image and description of outcrops, in the mountain ranges of San<br />
Marco, La Fragua and El Granizo.<br />
The conceptual groundwater flow models for the Cupido- Aurora/Paila aquifer in the Hundido Valley have<br />
invoked recharge through exposed carbonate rock in mountain Sierra de Los Alamitos, La Fragua and Granizo.<br />
Recharged groundwater has been hypothesized to flow down the hydrologic gradient from the Sierra de Los<br />
Alamitos southeast y southwest, The Sierra Colorada to west and La Fragua to north. Specific about the recharge<br />
region in the Hundido Valley is has to been addressed nor have the early conceptual flow models been<br />
adequately tested. An aquifer system has been defined in the area (Rodriguez-Diaz de Leon 2004), it consists<br />
of a shallow unconfined aquifer and deeper aquifer confined they separated by Formation La Peña. Although<br />
in each hydrology unit Cupido and Aurora is has communicate shallow aquifer to fracture.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
37
Effect of overexploitation of the aquifer of the Hundido Valley and the impact on<br />
the ecological reserve of the Cuatro Ciengas Valley of Coahuila, Mexico<br />
The mountain range la Fragua on its put to frontal fault Trout, with the mountain range of the San Marcos;<br />
the grudges of takeoff like the contact between the formations: Georgetown, Aurora, Peña and Cupido, produce<br />
hydraulic communication between the Hundido Valley and Cuatro Cienegas.<br />
Analysis of the hydrologic balance used in the Valley of the Hundido rives basin was calculated using the following<br />
equations. Es + Vinf = Eext * As. Entrance by underground flow = 17.28x 10 6 m 3 /year. Infiltration<br />
underground of the valley = 2.45x 10 6 m 3 /year. Extractions by pumping 21.6 x10 6 m 3 , Exits = 0 Therefore<br />
the change of storage = -1.87x 10 6 m 3 /year, this demonstrates that two years after initiating the project the<br />
water –bearing one is over exploited.<br />
Conclusion<br />
In this paper , an accurate hydro geological, structure , geophysical ,hydraulic and geochemistry study in<br />
the aquifer the Hundido Valley first analysis of the region were he can establish hypothesize that the subterranean<br />
karsts formation is communicated between valleys and aquatic systems by a series of cave tunnels giving<br />
it a look of gigantic emmental cheese. The results of our study represent the essential database for the future<br />
research regarding the assessment of groundwater resources vulnerability investigated overexploitation aquifer<br />
in the region.<br />
References<br />
1 Bartolini C., Richard T., Buffler and Cantu Ch. A., 2001. The Western Gulf of Mexico Basin, Tectonic, Sedimentary Basine and<br />
Petroleum System. Pp. 473.<br />
2 Eguilius A.S., Aranda G.M., Randell M., 2000. Tectónica de la Sierra Madre Oriental, México. Boletín de la Sos. Geol. Mex. V.<br />
LIII pp. 1-26<br />
3 Lenhmenn, C., Osterger D.A., Mantanez I.P., Sliter W., Arnand Vannean A., Banner J., 1999. Evolution Of. Cupido and Coahuila<br />
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de Flora y Fauna Cuatro Ciénegas, Coahuila, México. Memorias. Del Congreso Pág. 9. Agosto 13-14. Cuatro Ciénegas, Coahuila,<br />
México.<br />
7 Souza. V., Espinoza A. L., Escalante A., Farmer J., Rodríguez M. J. M., Eguiarte L. E., Soberón. X., Elser J.J., 2004 Congreso de<br />
Investigación Cuatro Ciénegas. Área de Protección de Flora y Fauna Cuatro Ciénegas, Coahuila, México. Memorias. Del Congreso<br />
Pág. 2. Agosto 13-14. Cuatro Ciénegas, Coahuila, México.<br />
8 Vargas J.C., 1993. Monografía geológica- Minera del estado de Coahuila. Secretaría de Minas e Industria Paraestatal, Subsecretaría<br />
de Minas, Púb. M -90,154 Pág.<br />
38 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
Concreto para uso estructural, económico,<br />
durable y sustentable con alto contenido de<br />
ceniza volante<br />
RESUMEN<br />
Alejandro Durán Herrera 1 , Jorge Maurilio Rivera Torres 2<br />
En este trabajo se fabricaron doce series de concreto todas ellas con un mismo consumo de cemento de 150 kg/m 3 . En seis series de estas<br />
se utilizo aditivo superfluidificante (SF)a base de naftaleno para obtener una reducción de agua del 35% y para dar una consistencia DIN de 55<br />
± 2cm. Para la fabricación de las seis series sin aditivo SF y con aditivo SF se utilizaron consumos de ceniza volante en adición (CV) de 0, 30,<br />
60, 90, 120 y 150% en masa con relación al peso del cemento. Conforme el consumo de CV se incrementaba la resistencia a la compresión se<br />
incremento de manera significativa, excepto para contenidos de ceniza mayores a 120%, debido a que el contenido de agua no fue suficiente<br />
para que se diera tanto la reacción de hidratación como la reacción puzolánica. Se lograron alcanzar resistencias a compresión con un consumo<br />
de 150 kg/m 3 de cemento y CV de 500 kgf/cm 2 a los 28 días y 820 kgf/cm 2 a un año. Se lograron reducciones significativas en la retracción por<br />
secado, hasta del 77% por el efecto combinado de la CV y el aditivo SF.<br />
Palabras claves: ceniza volante, compresión, reacción de hidratación, reacción puzolánica, retracción.<br />
ABSTRACT<br />
In this work we make twelve series of concrete, all with fixed cement consumptions of 150 kg/m 3 . In six of this series a naphthalene based<br />
superplastificizer was used to obtain a water reduction of 35% and a DIN consistency of 55 ± 2cm. For the series with and without admixture<br />
fly ash consumptions of 0, 30, 60, 90, 120 and 150%. Where used in addition to the cement content. The CV consumption was increased<br />
significantly except of CV contents higher than 120% because the water content is not enough to have a complete pozzolanic reaction. For this<br />
low cement concretes we obtained compressive strengths as high as 500 kgf/cm 2 at 28 days and 820 kgf/cm 2 at one year. The dry shrinkage<br />
was diminishing, the CV content was increased. Significant reductions in the dry shrinkage where obtained, up to 77% by the combined effect<br />
of CV and admixture SF.<br />
Key words: fly ash, compressive, reaction of hydration, pozzolanic reaction, retraction<br />
Introducción<br />
El concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo. Su producción, aparentemente muy<br />
simple y aunque fundamentalmente para fabricarlo basta solo mezclar un producto cementante, agregados<br />
y agua, es realmente muy complejo su comportamiento para la gran variedad de agregados y de productos<br />
cementantes hidráulicos disponibles.<br />
Se pueden producir una gran variedad de concretos con pesos volumétricos de 300 a 3000 kg/m 3 y con<br />
resistencias a la compresión que pueden variar de 50 a 2500 kgf/cm 2 según sea requerido. Se dice que un<br />
1<br />
Profesor Investigador, Jefe del Departamento de Tecnología del Concreto. Facultad de Ingeniería Civil. U. A. N. L.<br />
aduran@fic.uanl.mx<br />
2<br />
Profesor Asistente Investigador, Coordinador del Laboratorio del Departamento de Tecnología del Concreto. Facultad de Ingeniería Civil. U. A. N. L.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
39
Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
concreto es eficiente cuando resulta de la resistencia deseada, y que es económico y durable cuando resulta<br />
apropiado para las condiciones ambientales a las que estará expuesto.<br />
Su principal propiedad mecánica, la resistencia a la compresión, hasta los años setentas estaba limitada<br />
aproximadamente a 450 kgf/cm 2 dado que el principal factor, la relación entre el agua y el cemento estaba<br />
limitada a 0.45 por la incapacidad de la tecnología entonces existente para dar mayor fluidez sin aumentar la<br />
relación A/Cementante. Los diseños estructurales tradicionales se orientaban a dimensionar por resistencia,<br />
olvidando la vida útil de la obra; hasta que aparecieron los aditivos superfluidificantes, revolucionando así la<br />
Tecnología del Concreto lo cual ayudo a lograr concretos de alto comportamiento muy fluidos y resistentes<br />
y debido a esto el concreto empezó a ser empleado en la construcción de edificios altos o puentes que para<br />
ese entonces generalmente se construían en acero.<br />
En el concreto normal cuando esta fresco, el agua es esencial para obtener propiedades reológicas efectivas<br />
para su colocación; sin embargo, el exceso de agua de mezclado puede conducir a efectos perjudiciales<br />
cuando el concreto no ha endurecido. Para mejorar las propiedades del concreto endurecido es necesario<br />
reducir el contenido de agua. Esto es posible usando aditivos superfluidificantes (SF) para obtener un concreto<br />
más fluido, más trabajable al grado de producirlos autonivelables, sin necesidad de utilizar vibradores,<br />
ahorrando mano de obra en la colocación y dejando los colados verticales libres de defectos superficiales.<br />
Desde la invención del aditivo SF a base de naftaleno en Japón en los sesentas y después a base melamina en<br />
Alemania, y más recientemente de tipo acrílico en Italia, muchas investigaciones sobre sus efectos han sido<br />
realizadas y dadas a conocer en publicaciones internacionales, como en las organizadas por CANMET/ACI<br />
(1, 2, 3, 4, 5 y 6) y otros.<br />
La dispersión de partículas por el SF reduce el umbral del cortante de la pasta de cemento originando que<br />
el concreto fluya. La trabajabilidad puede ser de una duración corta; sin embargo es posible obtener una duración<br />
práctica usando de manera combinada aditivos retardantes del fraguado (7). Por su forma esférica el uso<br />
de ceniza volante aumenta la fluidez del concreto y en combinación con el aditivo SF se facilita la producción<br />
de concretos autonivelables (8).<br />
La retracción es una propiedad de la pasta, en el concreto el agregado tiene una influencia restrictiva en<br />
los cambios volumétricos que tendrán lugar en la pasta. El término retracción por secado, es generalmente<br />
empleado para el concreto en estado endurecido y representa las deformaciones causadas por la pérdida<br />
de agua que se presenta en el concreto en estado endurecido. El no contemplar este efectúen las etapas de<br />
diseño y construcción puede conducir a agrietamientos o alabeo de los elementos estructurales debido a las<br />
restricciones presentes durante la retracción. El ejemplo más obvio es la necesidad de suministrar juntas de<br />
contracción en pavimentos y losas (13).<br />
En concreto, las investigaciones han sido orientadas en producir mezclas muy compactas para aumentar<br />
la densidad y disminuir la permeabilidad con el fin. Esto se puede lograr añadiendo materiales cementantes<br />
suplementarios (MCS), tal como la ceniza volante (CV), escoria o microsílica, que a su vez mejoran las propiedades<br />
reológicas de la mezcla en estado fresco (9, 10, 11 y 12).<br />
El aspecto económico está relacionado con el consumo de cemento ya que normalmente éste es el ingre-<br />
40 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
diente más costoso, un exceso del mismo puede producir altas temperaturas al fraguar originando amplios<br />
cambios volumétricos y la aparición de grietas; para minimizar este problema se han estado utilizando complementos<br />
cementantes que disminuyen el calor de hidratación, como es el caso de la ceniza volante que aparte<br />
por ser un deshecho industrial contaminante al disponer de ella de manera definitiva como parte del concreto<br />
este material se vuelve sustentable.<br />
La durabilidad del concreto está relacionada fundamentalmente con la pasta de cemento, entre más impermeable<br />
sea ésta a los líquidos, gases y iones menos productos agresivos podrán ingresar al concreto y<br />
atacarlo, con el uso de la ceniza volante se puede lograr densificar la pasta ya que por su forma y su finura se<br />
aloja en los huecos entre las partículas de cemento y si además resulta reactiva se eficientiza el efecto densificador<br />
de la ceniza.<br />
El presente trabajo se planteo para lograr concretos estructurales económicos con alta trabajabilidad y alta<br />
resistencia mediante el uso de un aditivo superfluidificante. En este sentido la economía estará dada por los<br />
bajos consumos de cemento (150kg/m 3 ) inusuales en concretos convencionales estructurales y por la adición<br />
de una ceniza volante (desecho industrial contaminante) con propiedades puzolanicas que ayuda a la densificación<br />
de la matriz cementante y a la trabajabilidad del concreto en estado fresco, aspectos que nos ayudan<br />
a aumentar la durabilidad en un material sustentable.<br />
Estudio experimental<br />
El objetivo experimental de este estudio consistió en determinar el consumo óptimo de CV y aditivo SF<br />
para obtener la máxima resistencia a la compresión en concretos con una consistencia de fluidez DIN de 55<br />
± 2cm; el aditivo SF se usó como súper reductor de agua y fluidificante, la reducción de agua fue del 35%.<br />
El aditivo SF fue considerado como parte del agua de reacción de la mezcla.<br />
Cinco series de concretos fueron estudiadas; en todas ellas se empleo CV en diferentes cantidades, las cuáles<br />
fueron de 30, 60, 90, 120, y 150% en masa con respecto al consumo de cemento las cuales se identifican<br />
como CV30, CV60, CV90, CV120 y CV150. Para este estudio se fijo un consumo de cemento Pórtland de<br />
150 kg/m 3 de concreto para todas las series y conforme se adicionaba la CV el contenido de agregado fino<br />
era reducido proporcionalmente en volumen.<br />
También se fabricaron otras cinco series para el mismo consumo de cemento y las mismas adiciones de ceniza<br />
pero con aditivo SF necesario para dar una fluidez DIN de 55 cm las cuales se identifican como CV30SF,<br />
CV60SF, CV90SF, CV120SF y CV150SF. Además Se fabricó una mezcla de referencia (serie R) sin aditivo ni<br />
CV, solo con cemento (150 kg/m 3 ) buscando un concreto trabajable con una consistencia DIN de 55 cm,<br />
lo cual arrojo una relación A/C de 1.34; Por último se fabrico esta misma serie pero con aditivo (serie RSF)<br />
resultando una relación A/C de 0.87 para dar una fluidez DIN igual que la serie R de 55 cm.<br />
Materiales<br />
Se usó cemento Pórtland CPO 40 marca Monterrey (Tipo I según ASTM C 150). Las propiedades físicas<br />
y químicas son mostradas en la Tablas 1 y 2. El SF usado fue un naftaleno sulfonatado de formaldehído<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
41
Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
condensado marca ACON SF 1040 Tipo F según ASTM C 494M-99a y tipo I según ASTM C 1017-98. Se<br />
usó ceniza volante Tipo F de carbón bituminoso producida en la planta carboeléctrica CFE de Río Escondido,<br />
Coahuila, México. Las propiedades físicas y químicas son mostradas en la Tabla 1 y 2.<br />
Los agregados empleados fueron de caliza triturada del área de Monterrey. El agregado fino con una densidad<br />
seca de 2.63, una absorción de 1.59% y un módulo de finura de 2.77. El agregado grueso con una<br />
densidad seca de 2.6 y una absorción de 0.41%. Para las series en las que se esperaban resistencias a la compresión<br />
a los 28 días menores a 25 MPa, para optimizar el consumo de pasta se utilizo un tamaño máximo<br />
nominal (tmn) de 38 mm, para resistencias entre 25 y 40 MPa se utilizo un tmn de 25 mm y para resistencias<br />
mayores a 40 MPa se utilizo un tmn de 19 mm.<br />
La consistencia del concreto es uno de los parámetros principales que controlamos en este trabajo. Es de<br />
gran importancia que los valores medidos de la consistencia no se vean afectados por las variaciones en las<br />
granulometrías de los agregados. Para evitar este problema y mantener la granulometría uniforme en cada<br />
revoltura, los agregados finos y gruesos fueron separados inicialmente en sus diferentes tamaños de acuerdo a<br />
ASTM C 33, posteriormente fueron combinados en las cantidades requeridas para dar la granulometría específica<br />
seleccionada en cada revoltura. La granulometría seleccionada fue la típica de la ciudad de Monterrey,<br />
N. L. México y se muestran en las Tablas 3 y 4.<br />
Proporciones de la mezcla<br />
Todas las proporciones con sus correspondientes relaciones A/(C + CV) se muestran en las Tablas 5 y 6.<br />
Procedimiento de mezclado<br />
Para las mezclas de concreto se usó una máquina mezcladora de flujo de contracorriente marca Eirich. El<br />
tambor gira a 46 r.p.m. en el sentido de las manecillas del reloj y en el interior las paletas giran a 425 r.p.m.<br />
contrario a las manecillas del reloj.<br />
Las revolturas fueron hechas de la siguiente manera: primero se introdujeron en el tambor los agregados<br />
con el agua de absorción, luego se inicio el mezclado de estos materiales por un tiempo de 30 s, sin parar<br />
la máquina se adiciono el agua de mezclado, el cemento y la ceniza volante y se mezclo continuamente durante<br />
1 minuto, al terminar este tiempo se dejo reposar durante 1 minuto. Después de este tiempo se inicio<br />
nuevamente el mezclado durante 1 minuto añadiéndose el aditivo superfluidificante sin parar la máquina y al<br />
final se descarga.<br />
Propiedades del concreto fresco<br />
La mesa de fluidez DIN se utilizó para medir la consistencia y el método ASTM C 143-00 para determinar<br />
el revenimiento. La temperatura del concreto fue medida de acuerdo a ASTM C 1064-01, y el contenido de<br />
aire atrapado se midió empleando el método de presión ASTM C 231-97 Tipo B. Los resultados se muestran<br />
en las Tabla 7 y 8.<br />
42 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
Sangrado, tiempo de fraguado y perdida de consistencia<br />
El sangrado se observó solo en la mezcla de concreto de referencia y en las demás mezclas en las que no<br />
se adicionó aditivo superfluidificante; en las otras mezclas en las que se adicionó el aditivo superfluidificante<br />
no se presentó sangrado apreciable. Los tiempos de fraguado se determinaron de acuerdo a ASTM C 403-<br />
99. Los tiempos de fraguados se aparecen en la tabla 9. La pérdida de consistencia fue determinada usando<br />
la prueba de revenimiento en todas las mezclas, los resultados se muestran en la figura 1.<br />
Colado, curado de especimenes y retracción por secado<br />
Para el colado de los especimenes se utilizaron moldes de lámina de acero siguiendo el procedimiento<br />
descrito en ASTM C 192M-02 y para el ensaye a compresión se siguió el procedimiento descrito en ASTM<br />
C 39-01. Para los especimenes en los que se esperaba obtener una resistencia a la compresión menor de 25<br />
MPa como es el caso de las series R, CV30 y CV60 se usaron moldes cilíndricos de 15 cm de diámetro y de<br />
30 cm de altura; y cuando se esperaba obtener concreto con resistencias mayores a 25 MPa se usaron moldes<br />
cilíndricos de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura. Para obtener la resistencia promedio a la compresión se<br />
ensayaron tres especimenes a cada edad. El curado se hizo siguiendo el procedimiento descrito en ASTM C<br />
511-98. Para determinar la retracción por secado se fabricaron prismas de concreto de 7,5 cm x 7,5 cm x<br />
28,0 cm y se siguió el método establecido según ASTM C 157-99.<br />
Comentarios<br />
Todos los proporcionamientos se ajustaron para dar una consistencia de fluidez DIN de 55 ± 2cm. La<br />
temperatura en el cuarto de fabricación fue de 23,5 °C a 27,5 °C y en los concretos sin aditivo SF y con<br />
aditivo SF se presentaron temperaturas entre 26,5 °C y 30 °C y entre 30 °C y 34 °C respectivamente como<br />
aparecen en las tablas 7 y 8, el aumento en la temperatura de los concretos con aditivo SF puede ser atribuible<br />
a que al ir aumentando el consumo de CV va disminuyendo la relación A/C+CV y a la vez a que hay<br />
un aceleramiento de la reacción de hidratación al aumentar el consumo de aditivo SF, ya que al actuar como<br />
dispersante hay más superficie de cementante (cemento + CV) disponible para reaccionar con el agua. El<br />
contenido total de aire en los concretos con aditivo SF aumento entre de 0,5% a 1% con respecto a los concretos<br />
en los que no se utilizó el aditivo SF, lo cual indica que el uso de este aditivo tuvo como consecuencia<br />
un pequeño aumento en el aire total del concreto sin afectar en forma adversa al desarrollo de la resistencia<br />
a la compresión como se puede observar en las tablas 7, 8, 10 y 11.<br />
En los tiempos de fraguado inicial que aparecen en la tabla 9 se puede observar la influencia de los consumos<br />
bajos de CV (series CV30 y CV60), ya que el tiempo de fraguado inicial aumenta con respecto al concreto<br />
de referencia (serie R). Para las series CV 90, CV120 y CV150 los tiempos de fraguado inicial disminuyen<br />
con respecto a la serie R, esto puede ser debido a que al ir aumentando el consumo de CV disminuye al mismo<br />
tiempo la relación A/C+CV; para los tiempos de fraguado final se presenta la misma tendencia. En el caso de<br />
los concretos con aditivo SF se observa un aumento en los tiempos de fraguado inicial y final con respecto a<br />
los concretos en los que no se empleo aditivo SF, esto se puede deber a que al ir aumentando el consumo de<br />
aditivo SF y de manera simultanea el consumo de CV dan como consecuencia un retardo en dichos tiempos,<br />
los cuales para fines prácticos resultan no ser significativos.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
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Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
Los resultados de pérdida de revenimiento que aparecen en la figura 1, observamos como al aumentar el<br />
contenido de aditivo SF aumenta la pérdida de revenimiento, no obstante el beneficio que resulta al aumentar<br />
el consumo de ceniza volante. Para adiciones de ceniza volante arriba de 120% la pérdida es más pronunciada.<br />
La serie R presento la más alta deformación debida a la retracción por secado (1473 micro deformaciones)<br />
a una edad de 68 semanas, con relación a este valor, el uso de la CV origino una reducción de la retracción<br />
por secado de 1038 micro deformaciones para la serie CV150, el uso del aditivo SF origino una reducción de<br />
740 miro deformaciones para la serie RSF y el uso de CV mas aditivo SF origino una reducción de 1139 micro<br />
deformaciones par la serie CV150SF, estos valores representan reducciones de 70, 50 y 77% respectivamente<br />
a la edad de 68 semanas (ver figuras 2 y 3).<br />
En la figuras 2 y 3 se observa como al ir aumentando el consumo de ceniza volante las retracciones por<br />
secado van disminuyendo, esto es posible a que al ir aumentando el consumo de CV al mismo tiempo se va<br />
disminuyendo la relación A/C+CV, por lo que hay menos agua.<br />
En las figuras 4 y 5 se observan el desarrollo de resistencia a la compresión de los concretos con las diversas<br />
adiciones de ceniza volante; específicamente en la figura 5 se puede apreciar que la máxima resistencia<br />
se alcanza con una adición de ceniza volante de 120%. En las series CV150 y CV150SF la resistencia a la<br />
compresión fue menor, esto es atribuible al bajo consumo de agua que no alcanza a saturar todas las partículas<br />
del cemento para que se produzca el efecto puzolánico. Para 120% de ceniza volante la relación A/C+CV<br />
resulto ser de 0.4.<br />
El uso de grandes volúmenes de CV incrementa la durabilidad del concreto al aumentar la impermeabilidad<br />
atribuible a que las partículas finas de CV se alojan en los espacios entre las partículas de cemento y al contribuir<br />
a reducir el sangrado en la zona de transición pasta-agregado es más resistente. Aunado a esto reduce<br />
la generación de calor de hidratación, aumenta la resistencia a la acción de los sulfatos y aparte se obtiene un<br />
producto sustentable ya que la CV es un desecho industrial contaminante. El uso de la ceniza volante ayuda<br />
aumentar la trabajabilidad y disminuye la pérdida de revenimiento.<br />
Conclusiones<br />
Para la serie R, la resistencia a la compresión a los 28 días fue de 75 kgf/cm 2 , al ir aumentando tanto la CV<br />
como el aditivo SF para la consistencia de 55 ± 2cm DIN, la resistencia a la compresión se fue incrementando<br />
hasta un valor máximo de 820 kgf/cm 2 , lo cual representa un incremento de 1093 para la serie CV120SF,<br />
la cual resulto ser la que presento el mejor comportamiento, ya que la serie CV150SF presento resistencias<br />
inferiores, posiblemente debido a el poco consumo de agua que no alcanza a saturar las partículas de cemento<br />
para que se produzca de manera adecuada la reacción de hidratación del cemento Pórtland y el consiguiente<br />
efecto puzolánico, además para esta serie los problemas en la pérdida de revenimiento fueron significativos.<br />
Entre menor sea la retracción por secado, menor es el potencial de agrietamientos en un concreto, en este<br />
sentido, los resultados de retracción por secado ilustran claramente el beneficio de utilizar la CV y el aditivo<br />
SF en el concreto, ya sea solos o combinados. Con relación a los resultados obtenidos para la serie R, para las<br />
44 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
condiciones de este estudio a la edad de 68 semanas, en este sentido el uso de la CV arrojo una reducción<br />
máxima de 70% para las serie CV150, el uso de aditivo SF arrojo una reducción máxima de 50% para la serie<br />
RSF y en conjunto la CV y el aditivo SF arrojaron una reducción máxima de 77% para la serie CV150SF.<br />
Aunque el consumo de cementante total aumenta de 150 kg/m 3 a 375 kg/m 3 , el costo del cementante<br />
es mucho más bajo, ya que la ceniza volante es mucho mas barata que el cemento Pórtland, incluyendo el<br />
transporte de la ceniza volante a la ciudad de Monterrey el cual es de aproximadamente el 10% del costo del<br />
cemento.<br />
Referencias<br />
1 V. M. Malhotra. (1978). “CANMENT/ACI Internacional Conference on Superplasticizers in Concrete”, Ottawa, Canada,<br />
ACI SP62.<br />
2 V. M. Malhotra. (1981). “CANMENT/ACI Internacional Conference on Developments in the Use of Superplasticizers in<br />
Concrete”, Ottawa, Canada, ACI SP 68.<br />
3 V. M. Malhotra. (1989). “Third CANMENT/ACI Internacional on Superplasticizers and other Chemical Admixtures in<br />
Concrete”, Ottawa, Canada, ACI SP 119.<br />
4 V. M. Malhotra. (1994). “Fourth CANMENT/ACI Internacional Conference on Superplasticizers and Chemical Admixtures”,<br />
Montreal, Canada, ACI SP 148.<br />
5 R. Rivera. (1979). “Cuarto Simposio Internacional sobre Tecnología del Concreto- Superfluidificantes”, Monterrey, N. L.<br />
México. <strong>FIC</strong>-UANL.<br />
6 Chapman and Hall. (1990) “RLEM Internacional Symposium Admixtures for Concrete-Improvement of Porperties”, España.<br />
7 Larrald, F. De, Mailer, Y. (1994) “Engineering Properties of Very High Performance Concrete from Materilas to Structures”,<br />
E & FN Spon, London, pp 85-114.<br />
8 Hewlett, P. C. (1978) “The Concept of Superplasticizers Concrete”, Proceedings o fan Internacional Symposium. Vol. 1<br />
Ottawa, Canada. pp 1-28.<br />
9 V. M. Malhotra. (1986) “Second Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans<br />
in Concrete”, Madrid, España, ACI SP 91.<br />
10 V. M. Malhotra. (1989) “Third Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans<br />
in Concrete”, Tronheim, Norway, ACI SP 114.<br />
11 V. M. Malhotra. (1992) “Fourth Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans<br />
in Concrete”, Istanbul, Turkey, ACI SP 132.<br />
12 V. M. Malhotra. (1995) “Third Internacional Conference CANMENT/ACI Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans<br />
in Concrete”, Milwaukee, USA, ACI SP 153.<br />
13 Sydney Mindes et al. (2003) “Concrete”, Second Edition, Printece Hall, pp 418-419.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
45
Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
Finura:<br />
% que pasa 45 µm<br />
Blaine, m 2 /kg<br />
Gravedad específica<br />
Tiempo de Fraguado:<br />
Prueba Guillmore:<br />
Fraguado inicial, min<br />
Fraguado final, min<br />
Prueba de Vicat, min<br />
Resistencia a la compresión<br />
En cubos de 50 mm , MPa<br />
3 días<br />
7 días<br />
28 días<br />
Propiedades Físicas<br />
Índice de Actividad de Resistencia<br />
con Cemento Pórtland, %<br />
Tabla 1. Propiedades Físicas del Cemento Pórtland y de la Ceniza Volante<br />
Cemento Pórtland<br />
CPO 40 (Tipo I ASTM)<br />
----<br />
399<br />
3.1<br />
95<br />
184<br />
88<br />
26.5<br />
32.1<br />
40.5<br />
Ceniza Volante*<br />
Clase F ASTM<br />
56 – 60<br />
2.35 – 2.40<br />
7 días 73 – 76<br />
28 días 74 – 77<br />
Tabla 2. Análisis Químico del Cemento Pórtland y de la Ceniza Volante<br />
Análisis Químico, %<br />
Cemento Pórtland<br />
CPO 40 (Tipo I ASTM)<br />
Ceniza Volante*<br />
Clase F ASTM<br />
Dióxido de silicio (SiO 2<br />
) 19.6 59.6 – 62.2<br />
Oxido de aluminio (Al2O 3<br />
) 4.9 25.7 – 29.9<br />
Oxido férrico (Fe 2<br />
O 3<br />
) 2.2 4.2 – 2.5<br />
Oxido de calcio (CaO) 64.6 1.2 – 2.5<br />
Oxido de magnesio (MgO) 1.6 0.4 – 0.9<br />
Trióxido de azufre (SO 3<br />
) 3.3 0.3 – 1.5<br />
Oxido de Sodio (Na 2<br />
O) 0.26 0.6 – 1.4<br />
Oxido de Potasio (K 2<br />
O) 0.79 0.5 – 1.1<br />
Oxido de titanio (TiO 2<br />
) 0.21 0.9 – 1.0<br />
Oxido de fósforo (P 2<br />
O 5<br />
) 0.1 0.1 – 0.4<br />
Oxido de manganeso (Mn 2<br />
O 5<br />
) 0.04<br />
Cal libre 2.81<br />
Pérdida por Ignición 2.8 1.5 – 1.6<br />
Principales Compuestos Potenciales del Cemento<br />
C 3<br />
S 68.6<br />
C 2<br />
S 4.4<br />
C 3<br />
A 9.3<br />
C 4<br />
AF 6.7<br />
46 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
Malla<br />
#<br />
Granulometría de finos<br />
Tabla 3. Granulometría empleada para concretos sin aditivo superfluidificante<br />
% que pasa<br />
Para todas<br />
Las series<br />
Malla<br />
#<br />
Granulometría de gruesos<br />
Series R,<br />
CV30 y CV60<br />
3/8” 100 2” 100<br />
4 97.5 1 ½” 97.5<br />
% que pasa para<br />
Series CV90, CV120<br />
Y CV150<br />
8 90 1” 67.1 100<br />
16 67.5 ¾” 52.5 95<br />
30 42.5 ½” 30.3 55.7<br />
50 20 3/8” 20 37.5<br />
10 6 4 2.5 5<br />
8 2.5<br />
Módulo de finura = 2.77 Tamaño máximo 2” 1”<br />
T. Máx. Nominal 1 ½” ¾”<br />
Malla<br />
#<br />
Granulometría de finos<br />
% que pasa<br />
Para todas<br />
Las series<br />
3/8” 100<br />
Tabla 4. Granulometría empleada para concretos con aditivo superfluidificante<br />
Malla<br />
#<br />
Granulometría de gruesos<br />
Series RSF<br />
CV30SF y CV60SF<br />
4 97.5 1 ½” 100<br />
% que pasa para<br />
Series CV90SF,<br />
CV120SF y CV150SF<br />
8 90 1” 97.5 100<br />
16 67.5 ¾” 71.1 95<br />
30 42.5 ½” 42.5 55.7<br />
50 20 3/8” 28 37.5<br />
10 6 4 5 5<br />
8 2.5 2.5<br />
Módulo de finura = 2.77 Tamaño máximo 1 ½” 1”<br />
T. Máx. Nominal 1” ¾”<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
47
Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
Tabla 5. Resumen de proporciones de los concretos sin aditivo superfluidificante<br />
Series<br />
Cemento<br />
Ceniza Volante Cementante*<br />
Kg/m 3 Kg/m 3 %<br />
Kg/m 3<br />
Agua Total<br />
L/m 3<br />
A. Grueso<br />
Kg/m 3<br />
A. Fino<br />
Kg/m 3<br />
Rel.<br />
A/C**<br />
Rel.<br />
A/C+CV***<br />
R 150 0 0 150 220 878 1061 1,34 1,34<br />
CV30 150 45 30 195 220 882 1015 1,34 1,03<br />
CV60 150 90 60 240 220 885 968 1,34 0,84<br />
CV90 150 135 90 285 220 947 914 1,34 0,71<br />
CV120 150 180 120 330 219 944 859 1,34 0,61<br />
CV150 150 225 150 375 216 943 810 1,34 0,54<br />
* Cementante = Cemento Pórtland CPO 40 + Ceniza Volante<br />
** A/C; Relación Agua/Cemento Pórtland<br />
*** A/C+CV; Relación Agua/Cementante<br />
Series<br />
Aditivo<br />
Cemento Ceniza Volante Cementante* Agua Total Contenido de Sólidos<br />
Kg/m 3 L/m 3<br />
Kg/m 3 % Kg/m3 Kg/m 3 %<br />
A. Grueso<br />
Kg/m 3<br />
A. Fino<br />
Kg/m 3<br />
Rel.<br />
A/C**<br />
Rel.<br />
A/C+CV***<br />
RSF 150 0 0 150 147,6 1,88 1,25 962 1158 0,87 0,87<br />
CV30SF 150 45 30 195 145,8 2,4 1,23 956 1098 0,87 0,67<br />
CV60SF 150 90 60 240 143,5 3,04 1,27 966 1052 0,87 0,54<br />
CV90SF 150 135 90 285 142,4 3,52 1,24 974 991 0,87 0,46<br />
CV120SF 150 180 120 330 137,7 5,28 1,60 987 944 0,87 0,40<br />
CV150SF 150 225 150 375 118,4 12,48 3,33 1041 890 0,87 0,35<br />
* Cementante = Cemento Pórtland CPO 40 + Ceniza Volante<br />
** A/C; Relación Agua/Cemento Pórtland<br />
*** A/C+CV; Relación Agua/Cementante<br />
Tabla 6. Resumen de proporciones de los concretos con aditivo superfluidificante<br />
Serie<br />
Tabla 7. Propiedades del concreto fresco para todas las series de concreto sin aditivo superfluidificante<br />
Revenimiento<br />
(cm)<br />
DIN<br />
(cm)<br />
Aire<br />
(%)<br />
Temperatura<br />
Concreto (°C)<br />
Temperatura cuarto<br />
de mezclas (°C)<br />
R 19,5 55 1,2 29,0 27,5<br />
CV30 20,0 57 0,8 26,5 22,0<br />
CV60 21,0 52 0,9 26,5 22,5<br />
CV90 17,0 53 1,0 27,5 24,0<br />
CV120 18,0 52 1,4 28,0 24,0<br />
CV150 15,0 50 1,4 30,0 25,0<br />
48 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
Tabla 8. Propiedades del concreto fresco para todas las series de concreto con aditivo superfluidificante<br />
Serie<br />
Revenimiento<br />
(cm)<br />
DIN<br />
(cm)<br />
Aire<br />
(%)<br />
Temperatura<br />
Concreto (°C)<br />
Temperatura cuarto<br />
de mezclas (°C)<br />
RSF 23,0 57 1,6 30 23,5<br />
CV30SF 20,0 53 2,0 31 23,5<br />
CV60SF 22,5 56 1,9 31 23,0<br />
CV90SF 20,0 54 2,2 33 24,0<br />
CV120SF 22,0 57 2,0 33 23,5<br />
CV150SF 17,0 55 1,9 34 24,0<br />
Tabla 9. Tiempos de fraguado inicial y final para todas las series de concreto<br />
Serie Rel. A/C Rel. A/C+CV Tiempo de fraguado inicial<br />
(minutos)<br />
Tiempo de Fraguado final<br />
(minutos)<br />
R 1,34 1,34 283 418<br />
RSF 0,87 0,87 142 228<br />
CV30 1,34 1,03 320 514<br />
CV30SF 0,87 0,67 177 273<br />
CV60 1,34 0,84 328 493<br />
CV60SF 0,87 0,54 230 324<br />
CV90 1,34 0,71 268 400<br />
CV90SF 0,87 0,46 263 353<br />
CV120 1,34 0,61 253 372<br />
CV120SF 0,87 0,40 330 458<br />
CV150 1,34 0,54 189 287<br />
CV150SF 0,87 0,35 320 490<br />
Tabla 10. Desarrollo de resistencias a la compresión de las series de concreto sin aditivo superfluidificante<br />
Serie<br />
Resistencia a la Compresión en MPa<br />
3 días 7 días 14 días 28 días 56 días 180 días 360 días<br />
R 4,1 4,9 6,6 7,3 8,8 11,2 13,6<br />
CV30 4,4 5,5 7,5 9,7 11,5 18,9 21,1<br />
CV60 4,5 5,9 7,8 10,4 13,3 20,3 24,2<br />
CV90 5,8 6,8 9,7 12,0 17,8 23,6 25,2<br />
CV120 6,6 8,3 11,4 18,0 20,5 27,7 30,1<br />
CV150 6,0 7,6 12,4 14,9 20,2 25,7 28,5<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
49
Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
Tabla 11. Desarrollo de resistencias a la compresión de las series de concreto con aditivo superfluidificante<br />
Serie<br />
Resistencia a la Compresión en MPa<br />
3 días 7 días 14 días 28 días 56 días 180 días 360 días<br />
RSF 15,3 17,4 18,7 21,4 24,4 29,9 31,3<br />
CV30SF 15,8 15,9 20,4 27,2 31,8 40,3 46,1<br />
CV60SF 15,4 17,4 23,4 33,0 42,2 46,6 50,0<br />
CV90SF 15,1 20,9 29,4 39,9 48,4 66,1 72,3<br />
CV120SF 17,0 23,7 36,4 48,5 62,1 74,7 80,4<br />
CV150SF 15,0 20,7 29,8 43,4 53,2 63,3 70,3<br />
25<br />
20<br />
serie RSF<br />
serie CV30SF<br />
serie CV60SF<br />
serie CV90SF<br />
Revenimiento, cm.<br />
15<br />
10<br />
serie CV120SF<br />
serie CV150SF<br />
5<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90<br />
Tiempo, min.<br />
Fig. 1 Pérdida de revenimiento para las distintas series de concreto con aditivo superfluidificante<br />
50 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Alejandro Durán Herrera, Jorge Maurilio Rivera Torres<br />
Edad en semanas<br />
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70<br />
-0.02<br />
-0.05<br />
% de retracción<br />
-0.08<br />
-0.11<br />
-0.14<br />
-0.17<br />
Serie R<br />
Serie CV30<br />
Serie CV60<br />
Serie CV 90<br />
Serie CV 120<br />
Serie CV 150<br />
-0.2<br />
Fig. 2 Desarrollo de las retracciones por secado para las distintas series de concreto sin aditivo superfluidificante<br />
Edad en semanas<br />
0<br />
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70<br />
-0.01<br />
-0.02<br />
-0.03<br />
% de retracción<br />
-0.04<br />
-0.05<br />
-0.06<br />
-0.07<br />
-0.08<br />
-0.09<br />
Serie RSF<br />
Serie CV30SF<br />
Serie CV60SF<br />
Serie CV90SF<br />
Serie CV120SF<br />
Serie CV150SF<br />
-0.1<br />
Fig. 3 Desarrollo de las retracciones por secado para las distintas series de concreto con aditivo superluidificante<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
51
Concreto para uso estructural, económico, durable y sustentable con alto<br />
contenido de ceniza volante<br />
80<br />
70<br />
Resistencia a la compresión en MPa<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
Serie R<br />
Serie CV30<br />
Serie CV60<br />
Serie CV90<br />
Serie CV120<br />
Serie CV150<br />
10<br />
0<br />
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375<br />
Edad en Días<br />
Fig. 4 Desarrollo de las resistencias a la compresión para las distintas series sin aditivo Superfluidificante<br />
90<br />
80<br />
70<br />
Resistencia a la compresón en MPa<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Serie RSF<br />
Serie CV30SF<br />
Serie CV60SF<br />
Serie CV90SF<br />
Serie CV120SF<br />
Serie CV150SF<br />
0<br />
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375<br />
Edad en Días<br />
Fig. 5 Desarrollo de las resistencias a la compresión para las distintas series con aditivo Superfluidificante<br />
52 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Mauro Maldonado Chan, Dr. Rafael Gallegos López, M.C. Federico López Vázquez,<br />
Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina, Dr. Mauricio Cabrera Ríos<br />
Hacia un sistema automático de aforo vehicular<br />
basado en secuencias de video y redes neuronales<br />
artificiales<br />
Mauro Maldonado Chan 1 , Dr. Rafael Gallegos López 2 , M.C. Federico López Vázquez 2 ,<br />
Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina 2 , Dr. Mauricio Cabrera Ríos 1<br />
RESUMEN<br />
En este trabajo se presenta un sistema automático de conteo y clasificación vehicular. El sistema hace uso de infraestructura y tecnología<br />
existente en el área metropolitana de Monterrey. Técnicas de procesamiento de imágenes, aplicadas a secuencias de video obtenidas a través<br />
de una cámara de video, fueron utilizadas para la detección y el conteo vehicular. El problema de clasificación vehicular fue resuelto utilizando<br />
modelos de Redes Neuronales Artificiales (RNAs).<br />
La metodología propuesta fue probada en dos secuencias de video de cinco y noventa minutos obteniendo resultados prometedores y sentando<br />
una buena base en la aplicación del sistema propuesto. La información que se puede generar con este sistema tiene muchas aplicaciones<br />
en el área del transporte incluyendo la programación del mantenimiento asfáltico, estimación de emisión de gases, estudio y diseño de la<br />
infraestructura vial, mejoramiento del flujo vehicular, entre otras.<br />
ABSTRACT<br />
In this work an automatic system of vehicle counting and classification based on existing infrastructure and technology available in the<br />
metropolitan area of Monterrey. Image processing techniques applied to video sequences obtained through a camcorder were used for the vehicle<br />
detection and counting. The vehicle classification problem was solved through models of Artificial Neural Networks (ANN).<br />
The proposed methodology was tested using two video sequences of five and ninety minutes with promising results and seating a good<br />
base in the application of the proposed system. The information gathered through this process has many applications in the transportation area<br />
including the programming of the asphalt maintenance, estimation of gas discharge, study and design of the road infrastructure, improvement<br />
of the vehicle flow, among others.<br />
Introducción<br />
El tráfico vehicular en zonas urbanas presenta retos muy diversos en la toma de decisiones dentro de<br />
áreas que incluyen desde el control instantáneo hasta la construcción de grandes obras de infraestructura.<br />
La caracterización vehicular, definida como el conteo, la clasificación y la identificación de la dirección de los<br />
vehículos, puede aportar información muy útil para mejorar la toma de decisiones inherente.<br />
1<br />
Posgrado en Ingeniería de Sistemas (PISIS), Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, Monterrey, Nuevo León,<br />
66450, México.<br />
2<br />
Departamento Ingeniería de Tránsito, Instituto de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de Nuevo León, Monterrey, Nuevo León,<br />
66450, México.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
53
Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video<br />
y redes neuronales artificiales<br />
Actualmente esta caracterización vehicular se hace por medio de censos visuales de aproximadamente<br />
una hora en varias intersecciones del área metropolitana de Monterrey. Sin embargo, este procedimiento es<br />
afectado por el error humano que a su vez proviene de fuentes que incluyen desde el descuido momentáneo<br />
hasta impedimentos de tipo físico.<br />
Los estudios de clasificación y conteo vehicular constituyen un elemento importante en los procesos de<br />
planeación y diseño de la construcción, ampliación y modernización de la infraestructura. Como se sabe, estos<br />
procesos son de un gran impacto económico y la inversión que requieren debe estar basada en estudios<br />
sólidos con información confiable.<br />
Metodología<br />
En este trabajo el problema se ha dividido en dos partes: detección vehicular para la estimación de características<br />
que describan la presencia de un vehículo y clasificación vehicular a partir de un análisis de las<br />
mismas.<br />
La detección y el conteo vehicular se realiza a través de visión computarizada; esto es, el procesamiento<br />
de imágenes de salida de una cámara de video montada en una intersección para detectar y contar los<br />
vehículos que transitan por la misma. La detección vehicular nos permite extraer parámetros que describen<br />
las características físicas vehiculares. De esta manera, son estas características vehiculares las que sirven de<br />
entrada a una RNA para obtener así la clasificación vehicular. La metodología aquí propuesta se muestra esquemáticamente<br />
en la Figura 1. De acuerdo con esta figura, las imágenes de salida de una cámara de video<br />
montada en una intersección se almacenarán y procesarán fuera de línea en una computadora personal. Los<br />
parámetros se representarán para su uso conveniente por una red neuronal artificial, la cual es inicialmente<br />
entrenada y posteriormente utilizada para realizar la clasificación vehicular. Los detalles de este desarrollo se<br />
pueden consultar en [1].<br />
Figura 1. Proceso para la clasificación vehicular automatizada.<br />
La detección vehicular es solamente un paso preliminar en la tarea de clasificación. Por otra parte, dado<br />
al gran número de tamaños y formas de los vehículos dentro de una misma categoría, es difícil categorizar<br />
vehículos usando parámetros simples. Esta tarea es aún mucho más difícil cuando se contemplan múltiples<br />
categorías de clasificación. La decisión de usar RNAs obedeció, dentro de varias razones, a que se ha demos-<br />
54 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Mauro Maldonado Chan, Dr. Rafael Gallegos López, M.C. Federico López Vázquez,<br />
Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina, Dr. Mauricio Cabrera Ríos<br />
trado que éstas son especialmente robustas en la tarea de clasificación de información con ruido.<br />
Para propósitos de este proyecto se decidió trabajar con un esquema de clasificación de tres categorías:<br />
vehículo pequeño, vehículo mediano y vehículo grande. La clase vehicular definida como pequeña está compuesta<br />
exclusivamente de todos los automóviles identificados por sus fabricantes como de tipo ligero. Los<br />
vehículos medianos comprenden todas las vans, SUVs, camionetas y pickups, entre otras. Por último, los<br />
autobuses de transporte y todos los trailers y semitrailers constituyen la clase vehicular grande.<br />
El esquema de clasificación propuesto obedece a la conocida relación entre el desgaste del pavimento y las<br />
dimensiones y el peso vehicular. Se sabe que la mayor parte de los métodos de diseño de pavimentos requiere<br />
de un conocimiento previo de la clasificación vehicular [2] para determinar el peso bruto vehicular según el<br />
tipo de camino y con ello, calcular el daño producido por los vehículos. Estudios técnicos del Instituto Mexicano<br />
del Transporte reportan que existe una relación directa entre el deterioro del pavimento y características<br />
vehiculares como el tipo de vehículo, la velocidad de circulación, el nivel de carga y características de rigidez<br />
y amortiguamiento de la suspensión [3].<br />
Resultados<br />
La metodología aquí propuesta fue probada en dos secuencias de video con una duración de cinco y noventa<br />
minutos respectivamente. Éstas fueron digitalizadas sin sonido a una resolución de 352 x 240 pixeles<br />
en formato AVI a una tasa de 30 cuadros/segundo. Se utilizó una cámara de video marca Elbex modelo EX/<br />
C100/6 para grabar el flujo de tránsito de la intersección Gómez Morín - Vasconcelos del municipio de San<br />
Pedro Garza García del área metropolitana de Monterrey. La tasa de frecuencia de procesamiento de imagen<br />
fue de quince cuadros. En ambos casos se realizó el conteo y la clasificación visual para propósitos de comparación<br />
contra el sistema automático presentado en esta tesis.<br />
Los videos de cinco y noventa minutos fueron tomados respectivamente como ejemplos de: 1) un problema<br />
de laboratorio y 2) de un problema real al que sería enfrentado el clasificador. Al analizar una secuencia de<br />
video manejable se obtuvo una mayor visión del comportamiento del clasificador basado en RNAs. Por otra<br />
parte, un problema real es presentado con la secuencia de video de noventa minutos.<br />
Ya que los esquemas de clasificación usados por diferentes investigadores difieren del presentado en esta<br />
trabajo, es difícil comparar los algoritmos de clasificación basándose solamente en las tasas de clasificación<br />
pues, en un sentido, diferentes tecnologías producen esquemas de clasificación que son más apropiados para<br />
un tipo particular de señal detectada.<br />
Secuencia de video de cinco minutos<br />
Un total de 8995 cuadros componen esta secuencia de video capturada el jueves 27 de Abril de 2006<br />
a las 15:00 p.m. con un flujo de tránsito moderado. El tiempo de ejecución para el proceso de detección<br />
y conteo vehicular fue de 1008 segundos. La clasificación vehicular tardó solamente 28 segundos. Esto es<br />
aproximadamente 17 minutos para ambos procesos.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
55
Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video<br />
y redes neuronales artificiales<br />
Conteo vehicular en secuencia de video de cinco minutos<br />
Para propósitos de comparación todos los vehículos fueron contados y clasificados visualmente en la secuencia<br />
de video. La tabla 1 muestra una comparación del proceso de conteo visual contra la automatización<br />
del mismo proceso.<br />
Tabla 1. Conteo y clasificación vehicular visual vs. automático en secuencia de video de cinco minutos<br />
Conteo Visual Conteo Automático % Conteo<br />
Vehículo Pequeño 197 211 107.10%<br />
Vehículo Mediano 41 39 95.12%<br />
Vehículo Grande 3 0 0%<br />
Total 241 250 103.73%<br />
Aunque la tasa de clasificación es aceptable se encontraron problemas en el proceso de detección y conteo<br />
vehicular. Debido al tamaño manipulable de la secuencia de video se realizó un análisis de los problemas<br />
encontrados. Dos problemas principales se identificaron en el proceso de detección y conteo vehicular: un<br />
automóvil se detecta más de una vez o de lo contrario no es detectado. Como se presenta en la tabla 2, de<br />
los 250 automóviles detectados, 32 vehículos fueron detectados en dos ocasiones y otros 23 no fueron detectados.<br />
Al realizar las operaciones aritméticas pertinentes (restar los automóviles repetidos y sumar los que<br />
no fueron detectados) se valida el valor obtenido en la detección visual, 241.<br />
Tabla 2. Validación del conteo vehicular visual en secuencia de video de cinco minutos.<br />
Estado<br />
Cantidad<br />
Detectados 250<br />
Doblemente Detectados 32<br />
No Detectados 23<br />
Total Final 241<br />
El error de detección vehicular doble se debió principalmente al proceso de comparación entre cuadros<br />
utilizado en la detección vehicular. Los resultados muestran que la comparación entre cuadros está altamente<br />
influenciada por la velocidad de los vehículos. Vehículos que presentan una velocidad muy lenta tienen una<br />
probabilidad alta de ser detectados doblemente.<br />
En el problema de no-detección vehicular varias razones fueron reportadas como se muestra en la tabla 3:<br />
pixeles compartidos, por estar unido al borde, por número de pixeles y por estar unido a otro vehículo.<br />
En los catorce casos de error de no-detección vehicular debido a pixeles compartidos se debió a vehículos<br />
justo detrás de otro vehículo detectado anteriormente. En este caso, el sistema considera que es el mismo<br />
vehículo y lo discrimina debido al proceso de comparación entre cuadros.<br />
El proceso de eliminación de objetos unidos a los bordes se lleva a cabo para evitar segmentar vehículos<br />
parcialmente ocultos. Sin embargo, ya que los extremos de la carretera están unidos a los bordes de la imagen,<br />
56 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Mauro Maldonado Chan, Dr. Rafael Gallegos López, M.C. Federico López Vázquez,<br />
Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina, Dr. Mauricio Cabrera Ríos<br />
si un vehículo se detecta unido al extremo de la carretera, el sistema lo discriminará como un solo objeto,<br />
como sucedió en siete ocasiones en este video.<br />
El sistema presentado elimina de manera predeterminada todos los objetos detectados cuya área total<br />
sea menor a 300 pixeles. Este valor fue fijado empíricamente presentando buenos resultados. La razón para<br />
realizar esta discriminación es evitar el conteo de personas, bicicletas u otros objetos que pudieran atravesar<br />
el área de interés. Si el vehículo es detectado en un punto extremo de la imagen por efectos de la perspectiva<br />
es probable que el número total de pixeles en su área sea menor a 300. Sin embargo este error solamente<br />
sucedió en una ocasión para este video.<br />
El último tipo de error identificado fue la combinación de dos vehículos extremadamente juntos. Si dos<br />
vehículos están muy próximos el uno con el otro, el sistema los considerará como un solo objeto. Este error<br />
se presentó en una sola ocasión en esta prueba.<br />
Una posible solución para los errores presentados en el proceso de detección y proceso vehicular es la integración<br />
de un sistema de rastreo vehicular desarrollado a través del bloque para procesamiento de imágenes<br />
y video del lenguaje MatLab. Este desarrollo queda entonces como un problema a resolver en el futuro.<br />
Clasificación vehicular en secuencia de video de cinco minutos<br />
Como es fácil darse cuenta, el proceso de clasificación vehicular se ve altamente influenciado por los resultados<br />
arrojados durantes el proceso de detección y conteo.<br />
En la figura 2 se presenta la matriz de clasificación arrojada por la RNA. En esa matriz, 9 de 211 vehículos<br />
pequeños fueron clasificados como medianos, mientras 23 de 39 vehículos medianos fueron clasificados<br />
como pequeños.<br />
Es importante hacer notar que el error de clasificación sólo se presentó entre clases adyacentes.<br />
Figura 2. Matriz de clasificación vehicular para secuencia de video de cinco minutos.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
57
Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video<br />
y redes neuronales artificiales<br />
Los errores de clasificación se debieron principalmente a errores en el proceso de detección vehicular.<br />
También en la figura 6.2, se presenta que el 87.20% de los vehículos fueron clasificados correctamente. Al<br />
dividir por clases, 95.73% de los vehículos pequeños fueron clasificados correctamente, mientras que para el<br />
caso de los medianos la tasa es de 41.02%.<br />
Es importante mencionar que en este estudio el conjunto de entrenamiento para la RNA comprende un<br />
80% de los datos, mientras que los conjuntos de de validación y de prueba son del 10% cada uno. Esta división<br />
de conjuntos fue tomada como prueba. Por último, conocer el error conjunto de conteo y de clasificación<br />
es deseable y se deja como parte del trabajo a desarrollarse a futuro.<br />
Secuencia de video de noventa minutos<br />
Esta secuencia de video está compuesta de 165,098 cuadros y fue capturada el jueves 7 de Septiembre<br />
de 2006 a las 16:47 p.m. con un flujo de tránsito moderado. La secuencia de video fue dividida en tres subsecuencias<br />
de treinta minutos cada una, debido a la complejidad de procesar tal número de cuadros en una<br />
sola operación. De tal manera, la primera media hora de video contiene 55,651 cuadros y reportó un tiempo<br />
de ejecución para el proceso de detección y conteo vehicular de 3,011 segundos. A su vez, la segunda media<br />
hora de video comprende 53,611 cuadros con un tiempo de ejecución de 3,470 segundos para el mismo<br />
proceso. La tercera media hora de video está compuesta de 55,836 cuadros y reportó un tiempo de 4,272<br />
segundos para llevar a cabo el mismo proceso. Así, el tiempo de procesamiento final para la detección y el<br />
conteo vehicular reportado para la secuencia de video de noventa minutos es de 10,753 segundos.<br />
Finalmente, la clasificación vehicular se llevó a cabo en 88 segundos. Al final, el procesamiento total de<br />
esta secuencia de video fue de tres horas aproximadamente para ambos procesos.<br />
Conteo vehicular en secuencia de video de noventa minutos<br />
De la misma manera que en la secuencia de video de cinco minutos, todos los vehículos fueron contados<br />
y clasificados visualmente. Un total de 1625 vehículos fueron detectados y contados en el primer segmento<br />
de media hora. Para el segundo y tercer segmento, el proceso arroja un conteo de 1572 y 1671 vehículos<br />
respectivamente. La tabla 4 muestra una comparación del proceso de conteo visual contra la automatización<br />
del mismo proceso para la secuencia de video completa.<br />
Tabla 4. Conteo y clasificación vehicular visual vs. Automático en secuencia de video de noventa minutos.<br />
Conteo Visual Conteo Automático % Conteo<br />
Vehículo Pequeño 3,076 3,146 102.27%<br />
Vehículo Mediano 1,811 1,700 93.87%<br />
Vehículo Grande 62 22 35.48%<br />
Total 4,949 4,868 98.36%<br />
Como se puede ver en la tabla 4, 98.36% de los vehículos fueron detectados por el detector vehicular automático.<br />
La menor tasa de detección corresponde a la clase vehicular grande y esto es debido a la dificultad<br />
de contener totalmente en el área de interés los vehículos en cuestión.<br />
58 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Mauro Maldonado Chan, Dr. Rafael Gallegos López, M.C. Federico López Vázquez,<br />
Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina, Dr. Mauricio Cabrera Ríos<br />
Una solución que surge a primera vista para esta situación sería aumentar el tamaño del área de interés,<br />
sin embargo, esto repercute en la detección de las otras clases vehiculares ya que es necesario rastrearlas en<br />
un área más grande.<br />
Al igual que en la secuencia de video de cinco minutos, dos problemas principales se identificaron en el<br />
proceso de detección y conteo vehicular: un automóvil se detecta más de una vez o de lo contrario no es<br />
detectado. La tabla 5 muestra que de los 4,868 automóviles detectados, 405 vehículos fueron detectados en<br />
más de una ocasión y otros 521 no fueron detectados. Otro problema que se presentó en esta secuencia de<br />
video fue la detección de otros tipos de vehículos como motocicletas y bicicletas. Como se sabe, estos tipos<br />
de vehículos no fueron considerados en el estudio ya que no representan un gran impacto en el flujo vehicular<br />
y en el desgaste al pavimento. Un total de 35 motocicletas y bicicletas fueron detectadas en la secuencia de<br />
hora y media de duración.<br />
Por último, si restamos el número de automóviles repetidos, restamos el número de motocicletas y bicicletas<br />
detectadas y sumamos los vehículos que no fueron detectados al número total de vehículos detectados<br />
por el sistema (esto es, 4,868 vehículos) obtenemos entonces el número de vehículos detectados visualmente,<br />
4,949.<br />
Tabla 5. Validación del conteo vehicular visual en secuencia de video de noventa minutos<br />
Estado<br />
Cantidad<br />
Detectados 4,868<br />
Doblemente Detectados 405<br />
Motocicletas y Bicicletas 35<br />
No detectados 521<br />
Total Final 4,949<br />
De la misma manera que en el estudio de una secuencia de video de cinco minutos, el error de detección<br />
vehicular doble se debió principalmente al análisis de comparación entre cuadros. Tal vez una manera de solucionar<br />
este tipo de error sea incorporando rastreo vehicular en el área de interés de la imagen. Sin embargo,<br />
como se ha mencionado, esta propuesta se deja como trabajo a realizar en el futuro.<br />
En la sección 3.1.1 se explicaron las razones por las que se obtuvieron casos de no detección vehicular. De<br />
tal manera, en esta sección sólo se presenta la tabla 6 con los valores para cada caso: por pixeles compartidos,<br />
por estar unido al borde, por número de pixeles y por estar unido a otro vehículo.<br />
Tabla 6. Errores de no-detección vehicular en secuencia de video de noventa minutos.<br />
Cantidad<br />
Tipo de Error<br />
325 Por píxeles compartidos<br />
156 Por estar unido al borde<br />
17 Por número de píxeles<br />
23 Por estar unido a otro vehículo<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
59
Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video<br />
y redes neuronales artificiales<br />
Clasificación vehicular en secuencia de video de noventa minutos<br />
No existe una regla definida para la obtención de varios de los parámetros de las RNAs, pues muchos de<br />
ellos dependen en gran medida de la aplicación. Con esto en mente, se realizó un estudio a través de un diseño<br />
de experimentos para dos parámetros del clasificador vehicular: el tamaño del conjunto de entrenamiento y<br />
el número de neuronas en la capa oculta. El número de neuronas puede afectar de manera importante el desempeño<br />
de aproximación de la red si no se define apropiadamente y el tamaño del conjunto de entrenamiento<br />
en nuestra aplicación tendrá una influencia directa sobre cuánto tiempo deberá pasar el usuario entrenando el<br />
clasificador vehicular. El tamaño del conjunto de entrenamiento se refiere al número de automóviles detectados<br />
en un lapso de tiempo de la secuencia de video. Para el desarrollo del experimento, se consideraron tres<br />
diferentes lapsos de tiempo para el conjunto de entrenamiento: diez, veinte y treinta minutos. A su vez, los<br />
niveles considerados para el número de neuronas en la capa oculta fueron: 8, 12 y 16.<br />
De esta manera se trabajó con un factorial completo 3 2 ; esto es, de dos variables a tres niveles y se realizaron<br />
cinco réplicas del mismo.<br />
Figura 3. Superficie de respuesta de los resultados obtenidos con diseño factorial.<br />
Gráficamente los resultados obtenidos se muestran en la figura 3. Como se puede observar, el porcentaje<br />
promedio de clasificación correcta en el experimento realizado estuvo en el rango de 75.9% a 76.4%. Además,<br />
se observa que el tiempo es un factor que influye en la medida de desempeño, caso contrario a lo que<br />
sucede con el número de neuronas en la capa oculta. Se identifica también que al utilizar un tiempo de veinte<br />
a treinta minutos para el conjunto de entrenamiento, se obtienen mejores resultados que utilizando un tiempo<br />
entre diez y veinte minutos.<br />
60 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Mauro Maldonado Chan, Dr. Rafael Gallegos López, M.C. Federico López Vázquez,<br />
Ing. Juan Antonio Sandoval Cortina, Dr. Mauricio Cabrera Ríos<br />
Conclusiones<br />
En este trabajo se presentó una metodología para detectar, contar y clasificar automóviles. La metodología<br />
utiliza una combinación de detección y conteo vehicular a través de visión computarizada y clasificación<br />
vehicular a partir de RNAs. Los resultados preliminares del sistema basado en la metodología propuesta demuestran<br />
su capacidad y potencial de aplicación.<br />
Un punto importante a destacar es que el propósito de este proyecto fue trabajar con tecnología existente<br />
y accesible en Monterrey.<br />
El proyecto en una primera fase se orientó hacia el problema de conteo y clasificación. El sistema presentado<br />
es escalable, susceptible de ser mejorado con nuevas y mejores técnicas de procesamiento de imágenes,<br />
así como capaz de introducir la capacidad de identificar la distribución direccional. El desarrollo de esta nueva<br />
fase del trabajo representa un área de oportunidad dentro del trabajo a futuro.<br />
Los resultados obtenidos por el sistema implican que es posible esperar un desempeño competitivo de las<br />
RNAs como clasificadores no lineales en el problema de clasificación vehicular presentado.<br />
Por otra parte, los resultados obtenidos por la metodología presentada demuestran la viabilidad de alcanzar<br />
niveles aceptables de clasificación aún cuando la RNA es entrenada con una cantidad limitada de patrones.<br />
Aún cuando los resultados presentados en este trabajo son considerablemente buenos, una mejor tasa de<br />
clasificación es deseable. Ésta se puede obtener a través de un mejor proceso de detección y conteo vehicular<br />
por medio de rastreo vehicular. Un proceso de rastreo vehicular arrojaría mejor estimaciones de los parámetros<br />
al hacer un cálculo de éstos en varios cuadros y no solamente en uno. Esto se contempla como trabajo<br />
a futuro.<br />
Agradecimientos<br />
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, a la Universidad Autónoma de Nuevo León, a la Facultad de<br />
Ingeniería Mecánica y Eléctrica, así como al Departamento de Tránsito del Instituto de Ingeniería Civil por su<br />
apoyo en el desarrollo de este trabajo.<br />
Referencias<br />
1 Maldonado Chan Mauro, “Sistema Automático de Conteo y Clasificación de Flujo Vehicular basado en Procesamiento<br />
de Secuencias de Video y Redes Neuronales Artificiales”, Tesis de Maestría, 2006.<br />
2 Gardner Mark P, “Highway Traffic Monitoring”, Transportation in the New Millennium, 2000.<br />
3 Lozano Guzmán Alejandro, Romero Navarrete José Antonio, Hernández Jiménez José Ricardo, Carrión Viramontes<br />
Francisco Javier & Vázquez Vega David, “Aspectos de la Dinámica de los Vehículos Pesados y su Relación<br />
con el Daño a Pavimentos”, Instituto Mexicano del Transporte, publicación técnica no. 119, 1999.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
61
Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes peatonales metálicos<br />
utilizando frecuencias naturales<br />
Método para diseñar el pórtico de entrada de<br />
puentes peatonales metálicos utilizando<br />
frecuencias naturales<br />
Dr. Guillermo Villarreal Garza 1 , Dr. Ricardo González Alcorta 1<br />
RESUMEN<br />
En puentes peatonales construidos con base en armaduras de acero existe una variedad de geometrías de las armaduras que forman la<br />
estructura principal, así también en el pórtico de entrada al piso de los puentes se hace más notoria la variación en su rigidez, al existir pórticos<br />
con poca rigidez hasta pórticos demasiado rígidos .La rigidez del marco del pórtico juega un papel importante en el comportamiento dinámico,<br />
ya que influye en la frecuencia natural. Este trabajo presenta un procedimiento en función de la frecuencia natural de vibración para determinar<br />
la magnitud de rigidez lateral que debe tener dicho pórtico.<br />
ABSTRACT<br />
In pedestrian bridges built with steel trusses there is variety of geometries of those trusses that form part of the bridge and also there is a<br />
variety of geometries of the entrance portal frame, showing this portal frame different structural stiffness. The lateral stiffness of the portal frame<br />
plays an important role on the dynamic behaviour since has influence on the natural frequency. In the paper it is presented an procedure as a<br />
function of the natural frequency to determine the lateral stiffness that must have the portal frame on pedestrian bridges.<br />
Introducción<br />
Existen puentes peatonales con una configuración estructural con base en armaduras de acero (dos verticales<br />
y dos horizontales) que son muy económicos y además presentan aspectos convenientes en el procedimiento<br />
de construcción, ya que se fabrican en el taller y es mínima la interrupción del tráfico durante su<br />
montaje, (ver Figura 1).<br />
Una ventaja que tienen este tipo de puentes es que es muy fácil agregar una malla a las armaduras verticales<br />
para obtener un paso seguro y evitar que alguna persona pueda caer al vacío. Las armaduras horizontales<br />
de estos puentes forman un sistema muy efectivo para tomar las fuerzas laterales como viento y sismo. Las<br />
cuatro cuerdas que forman parte de las armaduras verticales y horizontales toman el momento flexionante<br />
producido por peso propio y la carga viva de las personas que transitan por el sistema de piso así como los<br />
momentos flexionantes que producen las cargas laterales de viento y sismo en las armaduras horizontales.<br />
Las diagonales de las armaduras verticales toman el cortante de peso propio, carga viva de las personas y<br />
sismo vertical, las diagonales de las armaduras horizontales toman el cortante de las cargas laterales de viento<br />
ó sismo, los miembros verticales de las armaduras verticales sirven para rigidizar las cuerdas.<br />
1<br />
Profesores- Investigadores de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León. gvirrarreal@fic.uanl.mx<br />
62 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Dr. Guillermo Villarreal Garza, Dr. Ricardo González Alcorta<br />
1 PER 2" x 2" x 0.125" (Verde) TÍPICO<br />
1 PER 3" x 3" x 0.156" (Verde)<br />
COLOCAR MALLA CICLONICA A<br />
TODO LO LARGO DEL PUENTE<br />
VER DETALLE-2<br />
VER DETALLE-3<br />
Vista Superior<br />
1<br />
1 PER 2" x 2" x 0.125" (Verde)<br />
2 2<br />
1 PER 3" x 3" x 0.156" (Verde)<br />
COLOCAR MALLA CICLONICA A<br />
TODO LO LARGO DEL PUENTE<br />
1 PER 2" x 2" x 0.125" (Verde) 1<br />
1<br />
2<br />
VER DETALLE-1<br />
2<br />
VER DETALLE-2<br />
1<br />
Vista Lateral<br />
DIAGONALES 1 PER 2" x 2" x 0.125" (Verde) TÍPICO<br />
MONTANTES 1 PER 3" x 3" x 0.156" (Verde) TÍPICO<br />
LC TUBO<br />
L TUBO C<br />
VER DETALLE-3<br />
VER DETALLE-2<br />
TUBO<br />
Z - 1 CL CL<br />
TUBO<br />
Z - 1<br />
Vista Inferior<br />
Figura 1. Armaduras Superior, Lateral e Inferior de un Puente de 18.00m de Claro<br />
Una desventaja de los puentes peatonales fabricados con armaduras es que son muy flexibles y pueden<br />
presentar una aparente inseguridad especialmente en el caso de que los marcos que forman los portales de<br />
entrada y salida al puente no posean una adecuada rigidez lateral. Cuando la rigidez lateral de estos portales<br />
es baja, la frecuencia natural disminuye y se producen mayores movimientos laterales que sumados con los<br />
movimientos verticales y cabeceo aumentan la aparente inseguridad. El adecuado diseño de estos portales es<br />
muy importante para disminuir las vibraciones de los puentes peatonales fabricados con armaduras de acero,<br />
es importante mencionar que la frecuencia natural de tránsito de las personas se ubica entre 2 y 5 Hertz y se<br />
debe evitar la concordancia de esta frecuencia de excitación con la frecuencia de la estructura del puente (ver<br />
referencia al final del artículo). Mas adelante en éste trabajo se describe un criterio basado en la frecuencia<br />
natural para determinar la rigidez lateral óptima del puente.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
63
Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes peatonales metálicos<br />
utilizando frecuencias naturales<br />
Procedimiento de diseño de un puente peatonal fabricado con armaduras<br />
Generalmente el procedimiento de diseño de un puente peatonal de un claro simplemente apoyado construido<br />
con armaduras de acero se basa en los siguientes pasos:<br />
a) Selección de las proporciones generales del puente tomando en cuenta el claro.<br />
b) Propuesta de secciones preliminares de los miembros basada en algún método aproximado para cargas<br />
gravitacionales.<br />
c) Diseño de la estructura del piso del puente con una losa-acero o vigas de piso con placa antiderrapante<br />
para resistir la combinación de peso propio y la carga viva de diseño.<br />
d) Análisis computacional de la armadura especial para las diferentes combinaciones de carga incluyendo<br />
peso propio, carga viva, viento y/o sismo.<br />
e) Revisión de los desplazamientos verticales con base en el análisis estructural del paso anterior. Aquí deberá<br />
revisarse que los desplazamientos estén dentro de los límites permisibles para continuar con el diseño<br />
de los miembros y de no ocurrir así deberá aumentarse el peralte de la armadura y/o las secciones de los<br />
miembros y volver a hacer otro análisis.<br />
f) Diseño de los miembros de las cuerdas superior e inferior para cumplir con las especificaciones AISC o<br />
las especificaciones aceptadas para el diseño del puente, para resistir todas las solicitaciones de carga.<br />
g) Diseño de los miembros diagonales y verticales de las armaduras verticales para resistir principalmente<br />
las combinaciones con cargas gravitacionales, con AISC u otras especificaciones.<br />
h) Diseño de los miembros diagonales y horizontales de las armaduras horizontales para resistir principalmente<br />
las combinaciones de peso propio y cargas laterales de viento o sismo.<br />
i) Diseño de las conexiones y detalles de uniones para cumplir con las especificaciones AISC o de<br />
las aceptadas para el diseño.<br />
j) Diseño de los marcos-portales de entrada al puente para tomar las cargas laterales de viento ó sismo<br />
que se transmiten a los portales por la armadura horizontal superior.<br />
k) Análisis dinámico con las secciones definitivas de los miembros. Este paso muchas veces se ignora y no<br />
debería omitirse ya que es muy importante para diseñar correctamente los marcos-portales de entrada y<br />
salida del puente.<br />
En éste trabajo únicamente se describirán los últimos dos incisos (j y k), que son los que tienen que ver con<br />
el diseño del marco portal con base a la frecuencia natural del puente.<br />
Diseño de los marcos-portales de entrada al puente<br />
A continuación se muestran fotografías donde se ilustra el marco portal de un puente peatonal en servicio<br />
fabricado con armaduras de acero (ver Figura 2a, 2b y 2c).<br />
El diseño de los marcos portales de entrada (ver Figura 2a) consiste en un marco de un claro sujeto a una<br />
carga horizontal que es producida por el cortante sísmico horizontal ó por el empuje del viento que actúa en<br />
el área expuesta de las armaduras verticales en un ancho igual a la mitad del claro del puente.<br />
64 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Dr. Guillermo Villarreal Garza, Dr. Ricardo González Alcorta<br />
Marco del Portal<br />
Figura 2a. Fotografía donde se muestra el marco portal de entrada de un puente peatonal.<br />
Marco del portal antes de reforzarse<br />
Marco de refuerzo para el portal<br />
Figura 2b. Fotografía del marco portal del puente anterior después de reforzarse.<br />
Con ésta fuerza debida al viento se hace el diseño de las dos columnas y viga que forman parte del marco<br />
portal (ver Figura 3b). Ahora bien el diseño efectuado para tomar esas cargas horizontales de viento o sismo<br />
no garantiza que tales marcos tengan una adecuada rigidez para evitar vibraciones excesivas inducidas por la<br />
proximidad de las frecuencias de excitación vertical y horizontal de las personas que caminan sobre el puente<br />
con la frecuencia natural del mismo. La figura 3a muestra un marco típico del portal de entrada.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
65
Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes peatonales metálicos<br />
utilizando frecuencias naturales<br />
Figura 2c. Fotografía con la vista de las armaduras de un puente peatonal.<br />
En la Figura 2b se puede observar un marco portal con muy poca rigidez lateral aunque es capaz de resistir<br />
la fuerza horizontal de viento que le transmiten el viento que actúa en las armaduras; sin embargo, debido a<br />
su baja rigidez lateral este puente presentaba problemas de vibraciones con participaciones importantes de<br />
modos de vibración vertical, lateral y de cabeceo ó torsional. Este es un ejemplo de los muchos puentes peatonales<br />
que se sienten inseguros por exceso de vibraciones laterales y de cabeceo debidos a la falta de rigidez<br />
lateral del marco portal.<br />
5 5<br />
Fviento<br />
TIP<br />
4<br />
TIP<br />
TIP<br />
3<br />
4<br />
4<br />
TUBO Ø 8" CEDULA 20<br />
TUBO Ø 8" CEDULA 20<br />
H<br />
45°<br />
3<br />
3<br />
TIP<br />
4<br />
P E R 3"x3"x0.156" (Verde)<br />
Figura 3a. Marco del Portal de Entrada del Puente.<br />
B<br />
Figura 3b. Modelo de Análisis del Marco del Portal.<br />
66 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Dr. Guillermo Villarreal Garza, Dr. Ricardo González Alcorta<br />
Muchos de estos puentes peatonales de armaduras han sido diseñados haciendo correctamente un análisis<br />
estático cumpliendo con el estado límite de resistencia y de desplazamientos, sin embargo no se cumple la<br />
condición del estado límite de vibraciones, pues se ha ignorado el análisis dinámico y como estos puentes<br />
son muy flexibles y puede existir la concordancia o cercanía entre las frecuencias naturales de vibración y las<br />
frecuencias de excitación asociadas al transito de las personas, que provoca vibraciones excesivas y un sentimiento<br />
de inseguridad al caminar por ellos.<br />
Análisis dinámico<br />
Para determinar los efectos de viento utilizando el método dinámico se deben tomar en cuenta todas las<br />
características del viento en el sitio donde se ubique la estructura, así como la geometría de las armaduras<br />
del puente, también considerar que en la armadura inferior existe una mayor masa debido a la estructura del<br />
sistema de piso y la posibilidad de que se coloquen estructuras de anuncios sobre la armadura horizontal<br />
superior del puente.<br />
Además debe de considerarse la intensidad de la turbulencia del viento en el lugar de la construcción, la<br />
frecuencia natural y el amortiguamiento de la estructura que en el caso de armaduras de acero es muy bajo el<br />
cual fluctúa entre 0.5 y el 1% del amortiguamiento crítico. Tomando en cuenta estos parámetros se obtiene la<br />
respuesta dinámica debido a ráfagas, como se define en el inciso 4.9 del Manual de diseño de obras civiles,<br />
diseño por viento CFE. En este manual se describe el procedimiento del análisis estático y dinámico incluyendo<br />
todas las ecuaciones que deben de utilizarse y los requisitos a cumplirse, por lo que no se hará una descripción<br />
del análisis dinámico, solo recalcar que estos puentes de armaduras de acero, por sus dimensiones y<br />
su flexibilidad son sensibles a las ráfagas de viento y deben diseñarse incluyendo un análisis dinámico, para el<br />
cual se pueden ver las referencias y bibliografía al final del trabajo.<br />
Modelo matemático de un puente peatonal<br />
Considerando la interacción entre los peatones de masa modal m caminando sobre un puente de armaduras<br />
de acero con un modo de vibración de masa M y rigidez K para pequeñas amplitudes de vibración se<br />
tiene que: la fuerza de interacción la cual es transmitida de los peatones al puente y viceversa la llamaremos<br />
F, este modelo esta mostrado en la Figura 4, donde z(t) es el desplazamiento modal del centro de masa de los<br />
peatones y y(t) es el desplazamiento modal del pasillo del puente.<br />
K<br />
M<br />
F<br />
m<br />
y(t)<br />
x(t)<br />
Figura 4. Interacción del modelo de un puente con masa total M y rigidez K y la masa m de los peatones.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
67
H<br />
Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes peatonales metálicos<br />
utilizando frecuencias naturales<br />
El análisis final de los modelos estudiados se realizó utilizando un paquete de computadora con capacidad<br />
para efectuar análisis tridimensional de estructuras.<br />
Resultados de los casos de estudio<br />
Se presentan los resultados de la respuesta dinámica teórica de los marcos portales de tres puentes peatonales<br />
fabricados con armaduras de acero con claros de 18, 25 y 32 metros respectivamente, en los tres casos<br />
los puentes se consideraron simplemente apoyados. Las geometrías estudiadas se describen en la Figura 5 y<br />
en la Tabla 1.<br />
H<br />
H<br />
B<br />
Armaduras Verticales<br />
B<br />
L<br />
Vista Superior de Armaduras Horizontales<br />
Figura 5. Geometrías de los Puentes estudiados<br />
Tabla 1. Geometrías de los Puentes Peatonales Estudiados.<br />
PERFILES PER en pulgadas<br />
PUENTE L (m) H (m) B (m) Cuerdas Diagonales Verticales y otros<br />
1 18.00 2.20 1.50 3x3x0.156 2x2x0.125 2x2x0.125<br />
2 25.00 2.50 2.00 3x3x0.156 2x2x0.125 2x2x0.125<br />
3 32.00 2.60 2.20 3½x3½x0.188 2½x2½x0.125 2½x2½x0.125<br />
En las figura 6a, 6b y 6c se presentan curvas que relacionan la frecuencia natural del puente (en Hz) contra<br />
la rigidez lateral equivalente del pórtico (en kg/cm), en donde se observa que existe un intervalo de rigidez<br />
la cual influye apreciablemente en la frecuencia natural. Se detecta una rigidez limite a partir de la cual la<br />
frecuencia natural del puente ya no cambia de valor porque se vuelve independiente de la rigidez lateral del<br />
pórtico de entrada.<br />
68 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Dr. Guillermo Villarreal Garza, Dr. Ricardo González Alcorta<br />
7<br />
6<br />
5<br />
Fecuencia Natural<br />
del Puente en Hz (CPS)<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
0 1000 2000 3000 4000<br />
Rigidez del Pórtico (k/cm)<br />
5<br />
Figura 6a. Rigidez del Pórtico – Frecuencia del Puente con Claro L=18.00m.<br />
4<br />
Fecuencia Natural<br />
del Puente en Hz (CPS)<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000<br />
R igidez del P órtico (kg/ cm)<br />
Figura 6b. Rigidez del Pórtico – Frecuencia del Puente con Claro L=25.00m<br />
3,5<br />
3<br />
Fecuencia Natural<br />
del Puente en Hz (CPS)<br />
2,5<br />
2<br />
1,5<br />
1<br />
0,5<br />
0<br />
1<br />
0 00 2<br />
0 00 3<br />
0 00 4<br />
0 00 5<br />
0 00 6 0<br />
0 00 7000<br />
R igidez del P órtico (kg/ cm)<br />
Figura 6c. Rigidez del Pórtico – Frecuencia del Puente con Claro L=32.00m<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
69
Método para diseñar el pórtico de entrada de puentes peatonales metálicos<br />
utilizando frecuencias naturales<br />
Como puede observarse en las figuras 6a, 6b y 6c, la frecuencia natural llega a un máximo para cierto<br />
valor de la rigidez, este valor de la rigidez es el valor mínimo que debe tener los pórticos de entrada y salida al<br />
puente para reducir las vibraciones y movimientos del puente, haciéndolo más confortable ya que se reducirán<br />
las oscilaciones y movimientos laterales.<br />
Recomendaciones<br />
• Después de diseñar los miembros de las armaduras utilizando todas las cargas con análisis estático,<br />
deberá hacerse un análisis dinámico ya que este tipo de puentes peatonales son muy flexibles<br />
y un diseño con análisis estático puede conducir a un puente con baja frecuencia natural que<br />
podría coincidir con la frecuencia de excitación de las personas que transitan por el puente y que<br />
se traduciría en movimientos que generan aparente inseguridad.<br />
• Cuidar de no subestimar la rigidez del marco del pórtico de entrada; además de diseñar su rigidez<br />
para las cargas con análisis estático, debe también tener una rigidez tal que deje de tener influencia<br />
en el valor de la frecuencia natural como se muestra en las graficas (Figuras 6).<br />
• Siempre que existan camellones centrales en las avenidas donde se construirán puentes peatonales<br />
de armaduras de acero es más conveniente agregar un apoyo central en el camellón ya que al<br />
tener un puente de dos claros con continuidad al centro tiene un mejor comportamiento dinámico<br />
que cuando se construye de un solo claro y además de dos claro es más económico.<br />
• En estos puentes por ser flexibles debe revisarse que no exista coincidencia entre las frecuencias<br />
verticales (2 a 5 Hz.) y laterales (1 a 2.5 Hz.) de excitación producidas por las personas y la frecuencia<br />
natural del puente.<br />
Conclusiones<br />
Se puede concluir que si además de diseñar con análisis estático se diseña el marco del pórtico o portal de<br />
entrada tomando en cuenta la relación Rigidez del pórtico de entrada vs. Frecuencia Natural del puente pueden<br />
reducirse los movimientos y vibraciones obteniendo por consiguiente un puente más cómodo y seguro.<br />
Referencias<br />
1 Clough R. Y Penzien J. “Dynamics of Structures” Computers and Structures Inc. 1995 Berkeley California U.S.A.<br />
2 Biggs J.M. “Introduction to Structural Dynamics” Mc. Graw-Hill Inc. 1994 U.S.A.<br />
3 Norris Ch., Hansen J., Holley M., Biggs J., Namyet S., Minami J. “Structural Design for Dynamic Loads” Mc. Graw-<br />
Hill.<br />
4 Manual de Diseño de Obras Civiles “Diseño por Viento” Comisión Federal de Electricidad, México 1993.<br />
5 Manual of Steel Construction “Load and Resistant Factor Design” American Institute of Steel construction. Third<br />
Edition, New York, 1999.<br />
6 Stoyanoff S., Hunter M. “Footbridges: Pedestrian induced vibrations” Rowan Williams Davies and Irwin Inc., Ontario,<br />
Canada.<br />
70 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Torres Guerra Leticia M., Garza Tovar Lorena L., Cruz López Arquímedes, Juárez Ramírez Isaías<br />
Uso de materiales cerámicos en procesos<br />
fotoinducidos para descontaminar aguas<br />
residuales de la industria química<br />
RESUMEN<br />
Torres Guerra Leticia M. 1 , Garza Tovar Lorena L. 1 , Cruz López Arquímedes 1 ,<br />
Juárez Ramírez Isaías 1<br />
Se prepararon tres familias diferentes de compuestos cerámicos con formula general: Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
, con estructura de túneles rectangulares,<br />
Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M = In, Al, Fe, Sm) con estructura tipo pirocloro, y ATaO 3<br />
(A= Li, Na, K) con estructura tipo perovskita simple, mediante dos métodos<br />
de síntesis: sol-gel y cerámico tradicional. Los óxidos sintetizados fueron caracterizados por difracción de rayos-X (DRX), análisis térmico (DTA-<br />
TGA), área específica (usando el método BET), espectroscopía UV-Vis, FT-IR, SEM-EDS.<br />
La actividad fotocatalítica de cada compuesto fue determinada mediante su desempeño en la reacción de degradación de azul de metileno,<br />
en la fotoreducción de Cr (VI) a Cr (III), y en la reducción de Pb (II). La velocidad de reacción fue calculada aplicando dos modelos cinéticos<br />
diferentes; reacción de primer orden y/o modelo de Langmuir-Hinshelwood. La degradación de azul de metileno muestra claramente que los<br />
catalizadores preparados por el método sol-gel exhiben actividades fotocatalíticas mayores que las de los materiales preparados por el método<br />
cerámico tradicional y de hecho mayor que los óxidos comercialmente conocidos en el área de fotocatálisis (TiO 2<br />
, Degussa P-25). Del análisis de<br />
rayos-X se encontró que a bajas temperaturas (400°C), no se detectaron fases cristalinas en ninguno de los compuestos preparados por sol-gel.<br />
Además, se determinó que la mayor actividad fotocatalítica encontrada en la degradación de azul de metileno fue mostrada por el compuesto<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
preparado por sol-gel a pH 9, y calcinado a 800°C.<br />
Para las fases con estructura tipo pirocloro, se encontró que la actividad fotocatalítica se favorece cuando no se ha formado aún la estructura<br />
cristalina. De acuerdo a los valores de t1/2 (tiempo de vida media) y k (constante cinética) el compuesto Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
preparado por sol-gel y<br />
calcinado a 400°C muestra la mayor eficiencia. Similar situación fue observada en los compuestos con estructura tipo perovskita simple, ya que<br />
los materials amorfos presentaron la mayor actividad fotocatalítica en el siguiente orden: NaTaO 3<br />
> LiTaO 3<br />
> KTaO 3<br />
.<br />
Por último, al ser probado los óxidos con estructura de túneles rectangulares en la fotoreducción de metales pesados, Cr (VI) y Pb (II), se<br />
encontró que el Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
mostró una mayor eficiencia (86%) en la reducción de Cr (VI) a Cr (III), mientras que el Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
lo hizo para la<br />
reducción de Pb (II), incluso presentando una mayor eficiencia (98%) que la obtenida utilizando el fotocatalizador comercial TiO 2<br />
(Degussa<br />
P-25) (85%).<br />
Introducción<br />
Las investigaciones científicas de óxidos cerámicos semiconductores como catalizadores en procesos fotoinducidos<br />
en diversas reacciones que se llevan a cabo en solución, fase gaseosa o sólida han sido objeto de<br />
un gran interés en los últimos años por el desempeño multifuncional de este tipo de materiales [1-7]. Estas<br />
investigaciones sobre reacciones de óxido-reducción fotoinducidas fueron inicialmente promovidas cuando se<br />
descubre que el agua puede ser descompuesta (oxidada y reducida simultáneamente) irradiando el TiO 2<br />
[8].<br />
1<br />
Departamento de Ecomateriales y Energía del Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. letorre@fic.uanl.mx<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
71
Uso de materiales cerámicos en procesos fotoinducidos para descontaminar<br />
aguas residuales de la industria química<br />
Desde entonces y hasta ahora se han reportado en la literatura diversos óxidos semiconductores, que<br />
presentan fotoactividad en la reacción de conversión del agua, reacciones de oxidación completa de diversos<br />
compuestos orgánicos aromáticos presentes en aguas residuales, degradación de gases de invernadero y reducción/oxidación<br />
de metales pesados presentes en suelos y aguas contaminadas a sustancias menos tóxicas,<br />
que permitan su recuperación [9-20]<br />
Estas reacciones, clasificadas dentro de los procesos avanzados de oxidación (PAO´s) ofrecen ventajas<br />
significativas frente a otras por su mayor factibilidad termodinámica y una velocidad de oxidación muy elevada,<br />
con propiedades adecuadas para degradar cualquier compuesto orgánico en concentraciones bajas.<br />
La preparación y diseño del fotocatalizador juega un papel muy importante dentro del proceso fotocatalíticos,<br />
es por eso que desde hace algunos años, las técnicas de síntesis se han venido desarrollando de tal<br />
manera que en la actualidad es posible encontrar una gran variedad de métodos alternos al cerámico tradicional,<br />
y que debido a las condiciones moderadas de reacción son catalogados como métodos de química suave<br />
(soft chemistry).<br />
La síntesis vía sol-gel es una metodología muy adecuada para la preparación de materiales con especificaciones<br />
particulares como porosidad, área superficial, microestructura, reactividad y forma final del producto.<br />
El método está basado en la hidrólisis y condensación de alcóxidos para formar sólidos con estructuras<br />
cristalinas tridimensionales bajo un control cuidadoso del pH y temperatura. El manejo y adaptación adecuados<br />
de los principales parámetros de la síntesis, permite controlar el tamaño de partícula, porosidad, la<br />
distribución de los constituyentes, pureza de los mismos, etc.<br />
En los procesos fotodegradativos se necesitan semiconductores con bandas de energía prohibida (Eg) entre<br />
3.5 eV y 2.2 eV para lograr una completa mineralización (CO 2<br />
y H 2<br />
O), en condiciones menos energéticas.<br />
Tanto la sustitución de cationes multivalentes para reducir la longitud de banda de energía prohibida y el borde<br />
de absorción, como la selección de elementos con radios iónicos apropiados para incrementar la movilidad de<br />
los portadores de carga, son las estrategias mas ampliamente difundidas para inducir mejoras en las propiedades<br />
fotocatalíticas de los materiales a nivel estructural.<br />
Recientemente, nuestro grupo ha investigado y publicado los resultados de la fotocatalísis de la 2,4 Dinitroanilina<br />
(DNA) utilizando un nuevo óxido ternario semiconductor (Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti 8<br />
O 20<br />
) [13-14] que presenta<br />
estructura de túneles, isoestructural a la fase Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
. La actividad presentada en esta reacción fue superior<br />
a la del TiO 2<br />
. Es por ello que ha surgido el interés por estudiar familias de óxidos semiconductores con estructuras<br />
cristalinas laminares y de túneles en diferentes fotosistemas.<br />
En este trabajo de investigación científica se presenta el estudio experimental e integral del desarrollo de<br />
una serie de óxidos cerámicos semiconductores con propiedades multifuncionales y que pertenecen a las siguientes<br />
familias: M 2<br />
TinO 2<br />
n+1 (M = Li, Na, K, y n = 2, 3, 4, 6), ATaO 3<br />
(A = Li, Na y K), Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M<br />
= Al, In, Fe, Sm).<br />
72 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Torres Guerra Leticia M., Garza Tovar Lorena L., Cruz López Arquímedes, Juárez Ramírez Isaías<br />
Este estudio incluye desde la selección de las familias de materiales, métodos de síntesis, determinación<br />
de las condiciones de equilibrio termodinámico para su obtención, caracterización de los productos, diseño<br />
de los reactores para evaluar sus propiedades fotocatalíticas ambientales en procesos tanto de oxidación de<br />
compuestos orgánicos tóxicos y remoción de metales pesados en solución.<br />
Parte experimental<br />
Para caracterizar y dar seguimiento tanto a las reacciones de síntesis de los polvos cerámicos, como a<br />
la reacciones fotoinducidas estudiadas, se utilizaron las técnicas: Difracción de Rayos-X en polvos (DRX),<br />
Análisis Diferencial Termogravimétrico (DTA-TGA), Espectroscopia de Infrarrojo (FTIR), Espectroscopía de<br />
Ultravioleta-Visible (UV-VIS), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM-EDS), Cromatografía de gases (CG),<br />
Absorción Atómica (AA), etc. Además se determinaron las propiedades texturales de cada uno de estos materiales,<br />
utilizando la técnica de isotermas de adsorción de nitrógeno por BET.<br />
A continuación se enlistan los materiales cerámicos semiconductores que fueron preparados tanto por el<br />
método cerámico tradicional como por sol-gel: Los compuestos con estructura análoga de túneles rectangulares<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
y Na 18<br />
Ba0 3<br />
Ti 59<br />
O 13<br />
, compuestos derivados de estructuras tipo perovskitas laminares de la<br />
familia de los pirocloros con fórmula general Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M = Al, In, Fe, Sm), y los compuestos con estructura<br />
tipo perovskita simple de la familia ATaO 3<br />
(A = Li, Na, K).<br />
Se determinaron las actividades fotocatalíticas de estos semiconductores en las reacciones de oxidación de<br />
los compuestos orgánicos aromáticos en solución 2,4 Dinitroanilina, y azul de metileno. Además, los materiales<br />
con estructura de túneles también fueron probados en la fotoreducción de metales pesados en solución<br />
como es el Cr (VI), y Pb(II).<br />
Por último, se efectuaron pruebas preliminares en la reacción de conversión del agua en H 2<br />
y O 2<br />
para utilizar<br />
el H 2<br />
como fuente alternativa de energía.<br />
Resultados y discusión<br />
Síntesis y Caracterización<br />
En las tablas I, II, y III, se presentan resumidos los métodos de síntesis y condiciones de reacción de 16<br />
óxidos semiconductores con estructuras de túneles, laminares y de tipo perovskita simple, respectivamente,<br />
por ambos métodos. Se refinaron sus parámetros de celda, encontrándose que sus valores son mayores que<br />
la fase correspondiente sin Zr (Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
), lo que es indicativo de la incorporación del mismo dentro del<br />
enrejado cristalino de la fase.<br />
Degradación De Compuestos Orgánicos<br />
Para determinar la actividad fotocatalítica de los catalizadores obtenidos en la degradación de compuestos<br />
orgánicos aromáticos se uso el compuesto azul de metileno en soluciones acuosas con concentración<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
73
Uso de materiales cerámicos en procesos fotoinducidos para descontaminar<br />
aguas residuales de la industria química<br />
Compuesto<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
Tabla I. Resumen de datos de DRX de los cerámicos con estructuras de túneles rectangulares<br />
Estado sólido<br />
fases presentes<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
+ TiO 2<br />
(R)<br />
T=1250°C, t=72 h<br />
Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti8O 20<br />
Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti 8<br />
O 20<br />
T=1100°C t=48 h<br />
Sol-Gel<br />
fases presentes<br />
pH 3 pH 9<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
+ TiO 2<br />
(A) T=600°C.<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
T=800°C<br />
BaTiO 3<br />
T=600°C<br />
Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti 8<br />
O 20<br />
T=800°C<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
ZrO 2<br />
+ Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
+ Na 2<br />
Ti 3<br />
O 7<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
+ TiO 2<br />
(A) T=600°C.<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
T=800°C<br />
Na 18<br />
Ba0 3<br />
Ti 59<br />
O 13<br />
Na 18<br />
Ba0 3<br />
Ti 59<br />
O 13<br />
TiO 2<br />
, Anatasa T=600 °C<br />
pH 7 (neutro)<br />
Na 18<br />
Ba0 3<br />
Ti 59<br />
O 13<br />
+ BaTi 5<br />
O 11<br />
T=800 °C<br />
Compuesto<br />
Tabla II. Datos de DRX de los óxidos cerámicos con estructuras tipo pirocloro<br />
Estado sólido<br />
fases presentes<br />
Sol-Gel<br />
fases presentes<br />
1050°C 600°C 800°C<br />
Bi 2<br />
AlNbO 7<br />
Bi 2<br />
AlNbO 7<br />
, Bi 2<br />
AlNbO 7<br />
, Bi 5<br />
Nb 3<br />
O 15<br />
Bi 2<br />
AlNbO 7<br />
Bi 2<br />
InNbO 7<br />
Bi 2<br />
InNbO 7<br />
Bi 2<br />
AlNbO 7<br />
, Bi 5<br />
Nb 3<br />
O 15<br />
Bi 2<br />
InNbO 7<br />
Bi 2<br />
SmNbO 7<br />
Bi 2<br />
SmNbO 7<br />
Bi 2<br />
SmNbO 7<br />
Bi 2<br />
SmNbO 7<br />
Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
+ TiO 2<br />
(A) T=600°C<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
T=800°C<br />
Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti 8<br />
O 20<br />
(N) T = 600°C<br />
Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti 8<br />
O 20<br />
T = 800°C<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
+ TiO 2<br />
(A)T=600°C<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
T=800°C<br />
Compuesto<br />
Tabla III. Datos de DRX de óxidos cerámicos con estructuras tipo perovskita simple<br />
Estado sólido<br />
fases presentes<br />
Sol-Gel<br />
fases presentes<br />
1147°C 400°C 600°C 800°C<br />
LiTaO 3<br />
LiTaO 3<br />
LiTaO 3<br />
(n) LiTaO 3<br />
LiTaO 3<br />
NaTaO 3<br />
NaTaO 3<br />
NaTaO 3<br />
+ Ta 2<br />
O 5<br />
(n) NaTaO 3<br />
NaTaO 3<br />
KTaO 3<br />
KTaO 3<br />
t-KTaO 3<br />
(n) t-KTaO 3<br />
c-KTaO 3<br />
conocida. En este caso, los catalizadores fueron incorporados a la solución de ésta con agitación constante<br />
para después proceder a la degradación utilizando radiación ultravioleta. Estas reacciones se llevaron a cabo<br />
en un reactor fotocatalítico tipo Batch equipado con una lámpara de longitud de onda en la región del ultravioleta.<br />
Se utilizó un espectrofotómetro de UV-Vis, Perkin-Elmer, modelo Lambda 12 para determinar la<br />
concentración de azul de metileno (en cada una de las reacciones) sin degradar tomando como base la banda<br />
del máximo de absorción del espectro UV-Vis de esta misma sustancia.<br />
Azul de Metileno<br />
(n) Nanocristales, t = fase tetragonal; c = fase cúbica<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
El compuesto Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
sintetizado por sol-gel a 800°C presentó una velocidad de formación 1.7 veces<br />
superior a su análogo Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
durante la degradación de azul de metileno. Es probable que la distorsión<br />
74 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Torres Guerra Leticia M., Garza Tovar Lorena L., Cruz López Arquímedes, Juárez Ramírez Isaías<br />
de los octaedros permita la disminución de la recombinación de los portadores de cargas. No se observaron<br />
impurezas de TiO 2<br />
en el compuesto que contiene Zr, como en el caso de la fase sin Zr. Probablemente, la<br />
presencia de Zr +4 estabiliza la estructura cristalina. Se observa una mayor disminución de la concentración de<br />
azul de metileno con los materiales tratados térmicamente a 800ºC. Estas disminuciones se encuentran en el<br />
98.4% y 99.7%, respectivamente.<br />
Tabla IV. Parámetros cinéticos de la degradación de azul de metileno con Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
a pH<br />
Compuesto<br />
T<br />
(°C)<br />
Eg (eV)<br />
k1<br />
(min-1)<br />
t1/2<br />
(min)<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
600 3.28 0.007123 97<br />
400 3.4 0.002177 318<br />
800 3.23 0.03818 18<br />
TiO 2<br />
Deg. P-25 ---- 3.2 0.0157 45<br />
Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M = Al, In, Fe, Sm)<br />
Por otro lado, los materiales con estructura tipo pirocloro, Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M = Al, In, Fe, Sm) obtenidos<br />
por sol-gel a 400°C presentaron mejores eficiencias que el TiO 2<br />
Degussa P-25. Estas fases degradaron en un<br />
100% al azul de metileno en tiempos de 140 y 170 minutos, mientras que el TiO 2<br />
lo degradó un 93% en<br />
210 minutos. Hay que señalar que los valores de Eg fueron menores que cuando se sintetizaron por estado<br />
sólido.<br />
En la Figura 1 se muestra la evolución de la concentración del compuesto aromático en función del tiempo<br />
utilizando las muestras tratadas a 400°C de los compuestos Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M= Al 3+ , In 3+ , Fe 3+ , Sm 3+ ) sintetizados<br />
por sol-gel.<br />
1.1<br />
1.0<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
T iO<br />
2<br />
(Degussa P-25)<br />
F e-SG-400<br />
A l-SG-400<br />
S m-SG-400<br />
In-SG-400<br />
C/Co<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0.0<br />
60 80 100 120 140 160 180 200<br />
Tiempo (min)<br />
Figura 1. Degradación fotocatalítica de azul de metileno utilizando como catalizador el Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M= Al 3+ , In 3+ , Fe 3+ , Sm 3+ ) preparado por sol-gel<br />
(400°C) y TiO 2<br />
Degussa P-25<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
75
Uso de materiales cerámicos en procesos fotoinducidos para descontaminar<br />
aguas residuales de la industria química<br />
El proceso de degradación presenta una cinética de primer orden con respecto a la concentración de azul<br />
de metileno. Los valores de k y t 1/2<br />
son mostrados en la Tabla V.<br />
Tabla V. Parámetros cinéticos de la degradación de azul de metileno utilizando como catalizador el Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M= Al 3+ , In 3+ , Fe 3+ , Sm 3+ )<br />
preparado por sol-gel (400°C) y TiO 2<br />
Degussa P-25<br />
Compuesto T (°C) Eg (eV) k (min-1) t1/2 (min)<br />
Bi 2<br />
AlNbO 7<br />
400 2.24 – 2.65 0.0376 18<br />
Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
400 1.43 – 1.71 0.0539 13<br />
Bi 2<br />
InNbO 7<br />
400 1.62 – 2.2 0.0251 27<br />
Bi 2<br />
SmNbO 7<br />
400 2.23 0.0388 18<br />
TiO 2<br />
Deg. P-25 ---- 3.2 0.0157 45<br />
De acuerdo a los valores de t 1/2<br />
y k presentados en la Tabla V el compuesto que presenta mayor actividad<br />
fotocatalítica en la reacción de degradación del azul de metileno es el Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
, ya que en la reacción en la<br />
que se utilizó esta fase como catalizador se obtuvo el menor tiempo de vida media aparente de 13 minutos.<br />
La alta actividad fotocatalítica del compuesto Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
esta relacionada con las propiedades semiconductoras<br />
de dicho catalizador. Este catalizador presenta menores valores de Eg que los demás compuestos y<br />
a medida que aumenta el valor de Eg la eficiencia fotodegradativa disminuye. Otra razón para explicar la alta<br />
actividad fotocatalítica del Bi 2<br />
FeNbO 7<br />
es que en el compuesto existe, además de la fase ternaria y binaria observadas<br />
por DRX, la presencia de Fe 2<br />
O 3<br />
sin reaccionar, en forma de impurezas (como se observó con ayuda<br />
del análisis por DRX), el cual actúa como dopante.<br />
ATaO 3<br />
(A = Li, Na y K)<br />
De manera similar se llevo a cabo la evolución de la concentración del azul de metileno en función del<br />
tiempo, en la fotodegradación del azul de metileno utilizando los compuestos ATaO 3<br />
(A = Li, Na y K) y TiO 2<br />
(Degussa 25) como los catalizadores; preparados vía estado sólido y vía sol-gel.<br />
En los resultados de la Tabla VI tenemos que la actividad expresada como el tiempo de vida media t1/2<br />
para los catalizadores nos indica que la degradación es favorecida con el catalizador NaTaO 3<br />
tratado a 400ºC<br />
(t 1/2<br />
= 21 min). Este catalizador presenta también el valor mayor de k 2<br />
y junto con el grado de hidroxilación<br />
del sólido; tenemos que los grupos OH actúan como centros de adsorción; favoreciendo la degradación del<br />
compuesto orgánico.<br />
Tabla VI. Parámetros cinéticos de la degradación de azul de metileno utilizando como catalizador el ATaO 3<br />
(A = Li, Na y K) preparado por sol-gel<br />
Compuesto<br />
Temperatura<br />
(ºC)<br />
k 1<br />
(min -1 )<br />
k 2<br />
(M -1 )<br />
k 1<br />
k 2<br />
(min -1 M -1 )<br />
LiTaO 3<br />
400 2.12E-04 13.9 0.00294 49 -<br />
600 1.30E-05 11.85564 0.000154 - 33<br />
NaTaO 3<br />
400 2.51E-04 14.67843 0.00368 21 -<br />
600 7.30E-06 12.32 0.00009 - 46<br />
KTaO 3<br />
400 2.07E-04 11.78881 0.00244 139 -<br />
600 2.19E-06 11.86257 0.000026 - 53<br />
(min)<br />
t 1/2<br />
(h)<br />
76 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Torres Guerra Leticia M., Garza Tovar Lorena L., Cruz López Arquímedes, Juárez Ramírez Isaías<br />
De la Tabla VI tenemos que quienes poseen la mayor actividad fotocatalítica son los compuestos obtenidos<br />
a 600ºC con excepción del material que contiene sodio, que mostró ser mejor a 400ºC. A 600ºC ha iniciado<br />
a cristalizar la fase correspondiente.<br />
Reducción de Cr (VI)<br />
La Tabla VII muestra los resultados de estudios iniciales en la actividad fotocatalítica de Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
y Ba-<br />
Li Ti O comparado con otros compuestos isoestructurales (Na ZrTi O y Na Ba0 Ti O ) en la fotoreducción<br />
de cromo hexavalente. La actividad fue evaluada calculando la fracción de Cr (VI) reducida a Cr (III)<br />
3 2 8 20 2 5 13 18 3 59 13<br />
después de 3.5 horas de exposición con radiación UV. A partir de estos resultados, se puede apreciar que la<br />
mejor actividad es presentada por el catalizador de Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
indicada por una importante disminución del<br />
porcentaje de Cr (VI), 86%.<br />
Tabla VII. % de fotoreducción de Cr (VI) a Cr (III) utilizando materiales isoestructurales con estructura de túneles rectangulares<br />
Material % de fotoreducción a (Å) b (Å) c (Å) b<br />
Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
86 15.13 3.74 9.16 99.30<br />
Ba 3<br />
Li 2<br />
Ti 8<br />
O 20<br />
71 15.17 3.90 9.11 98.64<br />
Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 13<br />
53 - - - -<br />
Na 18<br />
Ba0 3<br />
Ti 59<br />
O 13<br />
31 15.18 3.78 9.14 98.70<br />
Es claro, que además de las propiedades y características texturales de los sólidos, la actividad como fotocatalizador<br />
para un semiconductor dado puede ser afectada/influenciada por otros parámetros relacionados<br />
con el proceso fotocatalítico tales como la cantidad del catalizador, longitud de onda de la radiación, concentraciones<br />
iniciales de los reactivos, temperatura y pH de la solución.<br />
Reducción de Pb (II)<br />
Para la reacción de reducción de plomo se utilizó el titanato de zirconio y sodio preparado a pH 9 y calcinado<br />
a 600°C. En los experimentos en que se usaron diferentes cantidades de catalizador, 600 y 400 mg<br />
respectivamente y se obtuvieron eficiencias similares. La tabla VIII resume los procesos de adsorción y actividad<br />
fotocatalítica en la remoción de plomo.<br />
La remoción de plomo es atribuida a un fenómeno físico de adsorción más que una reacción de reducción.<br />
El análisis por difracción de rayos X de los catalizadores usados mostró la presencia de diferentes óxidos de<br />
plomo.<br />
Tabla VII. % de fotoreducción de Cr (VI) a Cr (III) utilizando materiales isoestructurales con estructura de túneles rectangulares<br />
Catalizador<br />
(mg)<br />
pH Concentración de plomo (ppm) (%) de adsorción y redox<br />
600 (I) 7 50 97.9<br />
400 (II) 7 50 94.1<br />
600 (III) 7 100 95.7<br />
600 (IV) 4 100 15.5<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
77
Uso de materiales cerámicos en procesos fotoinducidos para descontaminar<br />
aguas residuales de la industria química<br />
Conclusiones<br />
En los procesos fotoinducidos estudiados en este trabajo, los óxidos inorgánicos mostraron eficiencias<br />
superiores a los mejores materiales (TiO 2<br />
, La/NaTaO 3<br />
, etc.) en reacciones fotoinducidas de oxidación de compuestos<br />
orgánicos tóxicos, y remoción de metales pesados en solución.<br />
El método y las condiciones de síntesis afectan las propiedades catalíticas del óxido semiconductor. Se encontró<br />
que a través de una vía alterna (sol-gel) es posible llevar a cabo la preparación de óxidos de diferentes<br />
familias con estructuras tipo perovskita simple, tipo pirocloro y de túneles rectangulares, con fórmula general<br />
ATaO 3<br />
(A = Li, Na and K), Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M = Al 3+ , In 3+ , Fe 3+ , Sm 3+ ), y Na 2<br />
ZrTi 5<br />
O 6<br />
, y que estas fases pueden<br />
ser obtenidas a menores temperaturas (entre 400°C y 600°C) y en menor tiempo en comparación con los<br />
compuestos obtenidos por estado sólido (1200°C).<br />
Se ha demostrado que los compuestos de las familias ATaO 3<br />
(A = Li, Na and K), Bi 2<br />
MNbO 7<br />
(M = Al 3+ ,<br />
In 3+ , Fe 3+ , Sm 3+ ) y el compuesto Na 2<br />
Ti 5<br />
ZrO 13<br />
presentaron una alta eficiencia fotocatalítica en la reacción de<br />
degradación del azul de metileno. Además, en algunos casos, estos fueron capaces de reducir Cr (VI) a Cr<br />
(III) en altos porcentajes.<br />
Finalmente, se debe mencionar que la constante búsqueda de nuevos materiales cerámicos, basada en los<br />
conceptos estructura-propiedad desarrollada en los laboratorios de nuestra institución (UANL), es la estrategia<br />
que ha permitido que estas investigaciones científicas trasciendan al ámbito tecnológico, y de aplicación<br />
en diferentes áreas.<br />
Referencias<br />
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114, 125.<br />
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1988.<br />
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9 Chen, D.W., Sivakumar M., Roy A.K., (2000a). Developmental Chemical Engineering and Mineral Processes, 8 (5/6),<br />
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10 Ding Z., Lu G. Q. and Greenfield P. F., J.Phys. Chem. B., 104 (2000) 4815.<br />
11 Farrauto R. J., Heck R. M., Catalysis Today, 55 (2000) 179-187.<br />
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13 Hernández A., Torres-Martínez L. M, and T. López. Materials Letters 54 (2002) 62-69.<br />
14 Hernández A., Torres-Martínez L. M, Sánchez-Mora, E., Tzompan, F., and T. López. Journal of Materials Chemistry 12<br />
(2002) 2820-2824.<br />
15 Ishikawa A., Takata T., Kondo J. N., Hara M., Kobayashi H., Domen K.; J. Am. Chem. Soc., (2002), 124, 13547.<br />
16 Shangguan W., Yoshida A., J. Phys. Chem. B., 106 (2002) 12227-12230.<br />
17 Tryk D. A., Fujishima A., Honda K., Recent Topics in Photoelectrochemistry: Achievements and Future Prospects,<br />
Electrochimica Acta, 45 (2000) 2363-2376.<br />
18 Voronstov A.V., Altynnikov A. A., Savinov E. N., Kurkin E. N., J. of Photochemistry and Photobiology, A. Chemistry,<br />
144 (2001)193-196.<br />
19 Yoshino M., Kakihana M., Cho W. S., Kato H., Kudo A.; Chem. Mater., 14 (2002) 3369.<br />
20 Zou Z., Ye J., Arakawa H.; J. Phys. Chem. B., 106 (2002) 13098-13101.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
79
Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida<br />
Participación de la mujer en un sistema<br />
sustentable de autoconstrucción asistida<br />
Bianca C. Guevara Moreno 1 , César A. Juárez Alvarado 1 , Pedro L. Valdez Tamez 1 ,<br />
Jorge L. Acevedo Dávila 2<br />
RESUMEN<br />
En este artículo se presentan los resultados de una investigación que si bien atendió aspectos técnicos, fue su marcada tendencia social la<br />
que pone de manifiesto la importancia del desarrollo tecnológico propuesto. El proyecto de investigación consistió en una parte, en determinar<br />
la factibilidad técnica de un desarrollo tecnológico para ser aplicado en la autoconstrucción de vivienda de bajo costo, sin embargo, la principal<br />
aportación de este desarrollo es la participación activa de la mujer y ama de casa como factor principal en la mejora de su patrimonio familiar.<br />
El proyecto tuvo el objetivo de probar la viabilidad de una tecnología basada en el empleo de un sistema constructivo sustentable. Los resultados<br />
encontrados muestran que el sistema constructivo a base de muros de concreto aligerado con envases de PET tienen propiedades mecánicas<br />
similares a los materiales de construcción comerciales y poseen un fuerte enfoque de sustentabilidad con mucho, superior a los sistemas constructivos<br />
existentes.<br />
Palabras claves: Concreto, PET, muro, sustentabilidad, resistencia a la compresión, curado, colado, agrietamiento, autoconstrucción.<br />
ABSTRACT<br />
This paper present the results of an investigation are exposed that although took care of aspects technical, was their noticeable social tendency<br />
the one that shows the importance of the proposed technological development. The investigation project consisted of a part, in determining the<br />
technical feasibility of a technological development to be applied in the selfconstruction of house of low cost, nevertheless, the main contribution<br />
of this development is the active participation of the woman and housewife like main factor in the improvement of its familiar patrimony. The<br />
project had the objective to prove the viability of a technology based on the use of a sustainable constructive system. The results shows that the<br />
constructive system with walls of concrete lightened with PET packages has mechanical properties similar to the commercial construction materials<br />
and have a fort approach of sustentabilidad by far, better to the existing constructive systems.<br />
Key words: Concrete, PET, wall, sustainability, compressive strength, curing, casting, cracking, self construction.<br />
Introducción<br />
La demanda de vivienda digna por parte de la población de menos recursos económicos se acentúa cada<br />
vez más, sin embargo, es precisamente este sector de la población, quienes por su incierta situación laboral<br />
no pueden aspirar a una vivienda nueva. Siendo entonces la autoconstrucción su única alternativa viable. Este<br />
proyecto hace énfasis en una autoconstrucción asistida y sustentable, que además de promover la mejora en<br />
las condiciones de vida de los que menos tienen, fomente una cultura de reutilización de subproductos con-<br />
1<br />
Cuerpo Académico de Tecnología del Concreto de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. cjuarez@fic.uanl.mx<br />
2<br />
Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A. de C.V.<br />
80 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Bianca C. Guevara Moreno, César A. Juárez Alvarado, Pedro L. Valdez Tamez, Jorge L. Acevedo Dávila<br />
taminantes. Este artículo da a conocer los primeros resultados experimentales de un desarrollo tecnológico de<br />
autoconstrucción sustentable, éstos se presentan desde el punto de vista el técnico, sin embargo, se hace énfasis<br />
en su impacto social en la población de bajos recursos. Actualmente, se investiga en el laboratorio sobre<br />
la posibilidad de incorporar subproductos industriales al sistema constructivo, lo que generaría importantes<br />
ahorros económicos a los usuarios.<br />
Antecedentes<br />
En el año del 2004 se inició en la ciudad de Saltillo, Coahuila, el proyecto de innovación tecnológica aplicado<br />
a la autoconstrucción, teniendo como objetivo probar tecnologías alternativas que permitieran a la población<br />
de escasos recursos construir o ampliar sus viviendas. El proyecto se orientó a la población femenina<br />
de familias donde las esposas estuvieran dedicadas “al hogar”. La razón por la que la propuesta está dirigida a<br />
este perfil fue debido a que se partió del supuesto que consiste en reconocer en la estructura familiar la existencia<br />
de un “tiempo libre” en la jornada de trabajo doméstico de las mujeres, principalmente en las familias<br />
de escasos recursos, el cual generalmente es destinado a actividades que, sin contar con un empleo formal,<br />
le permite allegarse recursos extraordinarios, o bien se utiliza para el descanso. Esto no supone que lo último<br />
se considere innecesario, sino que las mujeres cuentan con un tiempo que en general no pueden emplear en<br />
actividades económicamente productivas formales, no porque así lo elijan, sino por la percepción de sus roles<br />
y de la necesidad práctica de atender a la familia.<br />
La propuesta tecnológica desarrollada por la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A.<br />
de C.V. (COMIMSA) y el Cuerpo Académico de Tecnología del Concreto de la Facultad de Ingeniería Civil de<br />
la UANL (CATC), tiene dos objetivos principales, uno de carácter técnico y otro organizativo.<br />
El primero consiste en desarrollar sistemas constructivos que permitan: a) utilización de materia prima de<br />
uso común y de fácil disponibilidad; b) obtener materiales de constructivos con propiedades mecánicas de<br />
acuerdo a estándares y normativa nacional de calidad y construcción y; c) empleo mínimo de herramientas<br />
especializadas.<br />
El segundo objetivo consiste en el diseño de un procedimiento de construcción que ofrezca: a) el desarrollo<br />
de una autoconstrucción progresiva que no requiera más de dos trabajadores a la vez y cuyo grado de<br />
dificultad se adapte fundamentalmente a las condiciones físicas y sociales de la mujer; b) que no requiera de<br />
un conocimiento especializado ni experiencia en las técnicas convencionales de construcción; c) fabricación<br />
de materiales de acuerdo a niveles de ahorro promedio; d) que atienda a los requerimientos culturales de la<br />
región; y e) que ofrezca la flexibilidad en el diseño y tamaño de las construcciones que demanden los usuarios.<br />
El proyecto consistió en cuatro etapas: información y sensibilización, capacitación, construcción y evaluación.<br />
COMIMSA y el CATC proporcionaron la asistencia técnica, que incluyó la capacitación y supervisión de<br />
la calidad en los procesos constructivos, y económica brindando los materiales de construcción, herramientas<br />
y moldes para la elaboración de los prototipos tecnológicos para la construcción de una habitación de 22 m 2<br />
de superficie, en promedio.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
81
Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida<br />
Los prototipos se diseñaron para la edificación de los muros a base de paneles de concreto aligerados con<br />
envases de Polietileno Tereftalato (PET) de desecho (envases de refrescos de 2 litros). Las mujeres participantes<br />
fueron elegidas con base en un estudio de factibilidad, realizado previamente por personal del Centro<br />
de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropología Social (CIESAS) en treinta familias residentes en<br />
colonias populares de la ciudad de Saltillo, Coahuila. El objetivo de dicho estudio se centró en conocer la<br />
experiencia autoconstructiva de las familias. Las unidades de análisis fueron las viviendas y los hogares, que<br />
se determinaron en función del ingreso en un rango de entre 2 y 3 salarios mínimos, y dos indicadores de<br />
vivienda: a) vivienda de material sólido con 2 cuartos, cocina incluida, y b) vivienda con paredes de materiales<br />
ligeros, naturales y precarios.<br />
El estudio de factibilidad se basó en una metodología eminentemente cualitativa, por lo que no fue una<br />
muestra estadística y los resultados son representativos solo de este segmento de la población. Con base en la<br />
información proporcionada, se definieron elementos como el papel que desempeñan en la estructura familiar,<br />
la participación de los miembros en el ingreso global, la distribución del gasto familiar, las formas de cooperación<br />
intrafamiliar, las formas de organización del trabajo dirigido a la autoconstrucción, y su experiencia en<br />
la organización vecinal.<br />
Del universo de las familias entrevistadas se eligieron las cinco participantes del proyecto piloto, privilegiando<br />
su condición de precariedad habitacional, aptitud física y disposición para que los miembros de la<br />
familia participaran en un proyecto de autoconstrucción asistida. Las mujeres quedaron a cargo de la responsabilidad<br />
del proyecto en su respectiva unidad doméstica.<br />
Descripción del programa experimental<br />
Siguiendo con el desarrollo del proyecto, la primera parte consistió en informar y sensibilizar a las participantes<br />
de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales a utilizar. Posteriormente, se dio una<br />
capacitación del manejo de la tecnología mediante platicas y sesiones de adiestramiento personales, lo que<br />
permitió pasar a la etapa de la construcción, primero con los paneles de concreto aligerado con PET en forma<br />
individual y posteriormente, pasar a la construcción dentro de su vivienda de muros a base de estos paneles<br />
de concreto. Adicionalmente, fueron fabricados bloques individuales y muros de concreto con la finalidad de<br />
ser evaluados en el laboratorio de Tecnología del Concreto del Instituto de Ingeniería Civil de la UANL.<br />
Comportamiento físico- mecánico del PET<br />
Ya que el PET es de uso común en la industria, su comportamiento físico y mecánico fue obtenido de<br />
la literatura consultada 1,2,3 , en donde se reportan ensayes a tensión en probetas de PET en forma de barras<br />
prismáticas de 80x10.5x4.6 mm, de acuerdo al ASTM D 790M-92.<br />
Evaluación de la resistencia a compresión del concreto<br />
Para evaluar la resistencia mecánica a la compresión, se fabricaron especímenes cilíndricos de concreto con<br />
agregados de caliza propios de la región. La granulometría del agregado cumple con la norma ASTM C-334.<br />
82 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Bianca C. Guevara Moreno, César A. Juárez Alvarado, Pedro L. Valdez Tamez, Jorge L. Acevedo Dávila<br />
Así también, se utilizó cemento portland tipo CPC 30R común en la región y agua potable. En la tabla 1 se<br />
pueden observar las proporciones usadas en la fabricación de los especímenes de concreto.<br />
Tabla 1. Proporciones de materiales para fabricar el concreto de bloques aligerados con PET.<br />
Material kg/m 3<br />
Cemento 260<br />
Agua total 182<br />
Agregado fino (arena No. 4) 826<br />
Agregado grueso “Sello”<br />
64 mm (¼ pulg.)<br />
Para el mezclado de los ingredientes, primero se homogeneizaron los agregados, posteriormente se agregó<br />
el cemento y el agua total (agua de reacción + agua de absorción de los agregados). Se mezclaron los<br />
ingredientes obteniéndose una relación Agua / Cemento (A/C) = 0.70. La mezcla se vació en moldes cilíndricos<br />
metálicos de 10.2 mm de diámetro, el vaciado fue realizado en tres capas compactando con 25 golpes<br />
con una varilla de acero punta de bala diámetro de 6.35 mm (1/4¨) y 4 golpes por capa con el martillo de<br />
goma. Todos los especímenes se mantuvieron en sus moldes durante 24 h protegiéndolos de la pérdida de<br />
humedad y posteriormente fueron curados en forma estándar, se mantuvieron dentro de un cuarto con 95%<br />
de humedad relativa y 23oC hasta el momento de su ensaye. El procedimiento de mezclado, colado y curado<br />
fue de acuerdo con la norma ASTM C 192-985. Todos los especímenes fueron ensayados a compresión de<br />
acuerdo con la norma ASTM C 39-046 a las siguientes edades: 4, 7, 14, 28 y 90 días.<br />
Evaluación de la resistencia a compresión de bloques de concreto aligerado con PET<br />
Se fabricaron tres bloques de concreto con relación A/C = 0.70, las dimensiones de estos bloques<br />
fueron de 130x340x730 mm aligerados con envases desechables de PET. Los bloques fueron ensayados a<br />
compresión utilizando una máquina universal electrónica marca Tinius-Olsen con capacidad máxima de 200<br />
toneladas y a una velocidad de 1 t/min.<br />
Evaluación de la resistencia a compresión de muros de concreto aligerado con PET<br />
Los muros constituyen un sistema constructivo aligerado, que se utiliza como muros de carga, muros divisorios<br />
y bardas perimetrales. Cuatro muros de 2.19 m largo, 2.20 m de alto y 0.13 m de espesor rematado<br />
por un cerramiento de concreto, fueron ensayados a compresión en una losa de reacción de concreto reforzado<br />
con una superficie aproximada de 100 m 2 . La losa tiene la capacidad de soportar una carga a tensión<br />
en cada grupo de anclas de 50 t. El sistema de aplicación de carga consiste en pistones hidráulicos de 150 t<br />
montados sobre marcos de carga a partir de acero estructural los cuales se anclan a la losa de reacción.<br />
Resultados experimentales y discusión<br />
Comportamiento físico-mecánico del PET<br />
Se reporta en la literatura 3 que en ensayes a tensión en probetas de PET se presenta un comportamiento<br />
característico de un material polimérico dúctil con formación de cuello de estricción relativamente estable. El<br />
914<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
83
Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida<br />
cuello se forma mostrando una estricción aproximadamente de 45° respecto al eje de aplicación de la carga,<br />
típico de un mecanismo de deformación por bandas de cortante. Una vez formada la estricción se genera un<br />
emblanquecimiento paulatino en la zona del cuello a medida que se deforma, lo que es acompañado de un calentamiento<br />
en esta zona. Este emblanquecimiento es asociado principalmente a un proceso de cristalización<br />
inducido por la deformación en el PET, lo cuál puede ser verificado al observar que la ruptura no sobreviene<br />
por una caída abrupta en la tensión (ruptura frágil), sino que procede por un proceso de formación de fibras<br />
que sufren una progresiva ruptura. Adicionalmente, se observó cierto aumento aparente de la deformación a<br />
la ruptura, lo que implicaría un incremento aparente de la tenacidad 1,2,3 .<br />
El comportamiento dúctil a tensión del PET descrito en la literatura, permite suponer que su comportamiento<br />
a compresión cuando éste se encuentre embebido en el concreto sea muy similar en lo referente a<br />
la ductilidad y tenacidad, lo que permitirá en caso de presentarse una falla en el bloque de concreto o en el<br />
muro, que ésta sea del tipo dúctil, evitando así las fallas frágiles típicas de la mampostería de concreto.<br />
Resistencia a compresión del concreto<br />
La resistencia mecánica del concreto es la medida de la cantidad de esfuerzo requerido para hacer fallar el<br />
material 7 . Puesto que la resistencia del concreto es una función del proceso de hidratación, que es relativamente<br />
lento, tradicionalmente las especificaciones y las pruebas para la resistencia del concreto se basan en<br />
muestras curadas bajo condiciones estándar de temperatura y humedad, por un periodo de 28 días 8 .<br />
Durante la construcción en laboratorio de los bloques de concreto aligerados con PET, se llevó a cabo un<br />
estudio para determinar la resistencia del concreto de diseño. Se fabricaron y ensayaron a compresión uniaxial<br />
Tabla 2. Resultados de la resistencia a compresión de cilindros del concreto usado para fabricar los bloques.<br />
No. de espécimen<br />
Edad<br />
(días)<br />
Carga máxima (kg)<br />
Resistencia a la<br />
compresión<br />
(kg/cm 2 )<br />
1 4 5270 65<br />
2 4 6324 78<br />
3 4 5189 64<br />
4 7 7459 92<br />
5 7 8269 102<br />
6 7 8107 100<br />
7 14 10377 128<br />
8 14 10134 125<br />
9 14 9161 113<br />
10 28 9729 120<br />
11 28 10945 135<br />
12 28 10215 126<br />
13 90 11421 141<br />
14 90 12263 151<br />
15 90 10048 124<br />
Promedio<br />
(kg/cm 2 )<br />
69<br />
98<br />
122<br />
127<br />
139<br />
84 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Bianca C. Guevara Moreno, César A. Juárez Alvarado, Pedro L. Valdez Tamez, Jorge L. Acevedo Dávila<br />
al menos tres cilindros de concreto a edades de 4, 7, 14, 28 y 90 días, permaneciendo durante ese periodo<br />
en el cuarto de curado descrito anteriormente. En la tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de los ensayes<br />
a compresión en cilindros de concreto a diferentes edades basados en la norma ASTM C 39-046.<br />
160<br />
Resistencia a compresión<br />
(kg/cm2)<br />
120<br />
80<br />
40<br />
0<br />
0 15 30 45 60 75 90<br />
Edad (días)<br />
Fig. 1. Comportamiento de la ganancia de resistencia a compresión del concreto utilizado para la fabricación de los bloques aligerados con PET.<br />
En la figura 1 se puede apreciar el comportamiento de la resistencia a compresión de los cilindros de concreto,<br />
con respecto al tiempo. Se diseño teóricamente una mezcla para proporcionara una resistencia a la falla<br />
por compresión especificada a los 28 días de 100 kg/cm 2 , la cual es adecuada para la aplicación de los bloques<br />
de concreto en el tipo de edificación objetivo de la presente investigación. De acuerdo a los resultados<br />
obtenidos se puede esperar que la resistencia a la compresión del concreto usado para fabricar los bloques<br />
de concreto aligerados con PET supere a la resistencia de diseño.<br />
Resistencia a compresión de los bloques de concreto aligerado con PET<br />
Se fabricaron tres bloques de concreto aligerado con envases de PET (figura 2). Los bloques de concreto<br />
fueron ensayados a compresión para determinar su resistencia individual y predecir el comportamiento estructural<br />
de los muros fabricados mediante éstos. En la tabla 3 se señalan los resultados obtenidos en los ensayes<br />
a compresión de los bloques.<br />
La falla que se presentó en estos paneles sujetos a compresión uniaxial fue iniciada por el agrietamiento<br />
vertical en el plano de alineación de los envases de PET, como puede observarse en la figura 3, el cuál es un<br />
planodébil del bloque ya que tiene la menor área de concreto, sin embargo, aún después de presentarse este<br />
agrietamiento, el bloque de concreto mantuvo su capacidad de carga e inclusive ésta se incrementó hasta<br />
llegar a la carga máxima, la cuál fue mayor a la carga de del primer agrietamiento, tal como puede apreciarse<br />
en la tabla 3. Este comportamiento fue similar en todos los bloques ensayados, generándose solamente en el<br />
bloque No. 3 una concentración de carga en su cara inferior.<br />
Después de la primera grieta vertical en el plano de los envases de PET, se presentaron agrietamientos en<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
85
Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida<br />
Fig. 2. Bloque de concreto aligerado con envases de PET.<br />
Tabla 3. Resultados de la resistencia a la compresión de bloques de concreto aligerado con PET<br />
No. de bloque Ancho (mm) Largo (mm) Carga de agrietamiento<br />
(kg)<br />
Carga máxima (kg)<br />
1 131 724 6600 21064<br />
2 130 729 11149 20549<br />
3 130 728 11980 18742<br />
la cara del bloque, mostrando un patrón de grietas diagonales por zonas de tensión diametral hasta la falla<br />
por aplastamiento del concreto. De acuerdo a la normas técnicas complementarias para diseño y construcción<br />
de estructuras de mampostería 9 (NTC), la resistencia a compresión se determinará para cada tipo de piezas<br />
de acuerdo con el ensaye especificado en la norma NMX-C-036. Para el diseño, se empleará un valor de<br />
resistencia, fp* , medida sobre el área bruta.<br />
(a)<br />
(b)<br />
Fig. 3. (a) Agrietamiento vertical en el plano de los envases de PET. (b) Patrón de agrietamiento de<br />
los bloques de concreto aligerado con envases de PET sujetos a compresión.<br />
86 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
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donde:<br />
fp *=<br />
fp<br />
1 + 2.5cp<br />
(1)<br />
fp = Media de la resistencia a la compresión de las piezas, referida al área bruta; y<br />
cp= Coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las piezas.<br />
Basados en la NTC el valor de cp no se tomará menor que 0.20 para piezas provenientes de plantas<br />
mecanizadas que evidencien un sistema de control de calidad como el requerido en la norma NMX-C-404-<br />
ONNCCE9, ni menor de 0.30 para piezas de fabricación mecanizada, pero que no cuenten con un sistema<br />
de control de calidad, también, no menor que 0.35 para piezas de producción artesanal. De esta manera la<br />
resistencia a la compresión de los bloques de concreto aligerado con PET, fue de 11.3 kg/cm 2 , considerando<br />
fp =21.2 kg/cm 2 y cp = 0.35. En la tabla 4 se presenta los límites mínimos recomendados de peso volumétrico<br />
y resistencia a la compresión según las NTC del Distrito Federal en lo que se refiere a mampostería.<br />
Se puede apreciar que el bloque de concreto aligerado con PET se encuentra dentro de lo especificado por<br />
las normas de diseño y construcción mexicanas, además de tener cualidades muy similares a los bloques que<br />
usualmente se comercializan.<br />
Tabla 4. Comparativa del peso volumétrico neto mínimo y de la resistencia a la compresión de diseño para diferentes tipos de mampostería 9 .<br />
Tipo de mampostería Peso volumétrico (kg/m 3 ) Resistencia a la compresión (kg/cm 2 )<br />
Tabique de barro recocido 1300 15<br />
Tabique de barro con huecos verticales 1700 40<br />
Bloque de concreto 1700 20<br />
Tabique de concreto (tabicón) 1500 20<br />
Bloque de concreto aligerado con PET 1250 11.3<br />
Resistencia a compresión de los muros de concreto aligerado PET<br />
Se construyeron en el laboratorio de Tecnología del Concreto del Instituto de Ingeniería Civil, cuatro muros<br />
a base de paneles de concreto aligerado con envases de PET. De los cuales dos muros fueron construidos con<br />
los paneles alineados, y los dos restantes fueron construidos con los paneles desfasados. Las dimensiones de<br />
estos muros fueron de 2.19 m de largo (3 paneles) x 2.20 m de alto (6 paneles) que incluye un cerramiento<br />
de concreto reforzado de 0.16 m de peralte para remate y 0.13 m de espesor. Los muros se pintaron con<br />
un fondo blanco y se dibujó una cuadrícula para marcar el patrón de agrietamiento. La carga fue aplicada<br />
mediante un pistón hidráulico a una velocidad de 1 t/min, los muros fallaron en las uniones entre los paneles<br />
al presentarse el agrietamiento entre éstos, ver figura 4.<br />
Los resultados obtenidos que se muestran en la tabla 5, indican que los muros de paneles de concreto<br />
aligerados con PET, presentan una adecuada resistencia, considerando la magnitud de las cargas reales a las<br />
que estará expuesto el muro, incluyendo la posibilidad de aplicar cargas provenientes de una vivienda de dos<br />
niveles. El comportamiento de los muros durante el ensaye fue de mínima deformación y el agrietamiento se<br />
presentó hasta el momento de su falla, al alcanzar la carga máxima y presentarse el agrietamiento, la carga no<br />
continuó aumentando de magnitud, definiendo de esta manera la máxima carga alcanzada.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
87
Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida<br />
Fig. 4. Agrietamiento vertical en muro de paneles de concreto con PET después del ensaye a compresión.<br />
Tabla 5. Resultados de la resistencia a compresión de muros.<br />
Espécimen<br />
Tipo de falla<br />
Carga máxima<br />
(kg)<br />
Promedio<br />
(kg)<br />
Muros con paneles alineados<br />
Agrietamiento en la unión de los paneles.<br />
70131<br />
75340<br />
72736<br />
Muros con paneles desfasados<br />
Agrietamiento por aplastamiento en la zona de<br />
carga y fisuras en la unión entre los paneles.<br />
76890<br />
73732<br />
75311<br />
Transferencia del desarrollo tecnológico<br />
Dentro de los aspectos importantes que intervinieron en la selección de los mecanismos de transferencia<br />
de la tecnología, fue la influencia de la escolaridad 10 y el contexto que caracteriza a la población participante,<br />
ambos fueron criterios que a lo largo del programa favorecieron o limitaron el aprendizaje, por lo que la sistematización<br />
del proceso enseñanza-aprendizaje con fines de capacitación, debió enfocarse en cuatro elementos<br />
principales: a) relevancia de la información práctica sobre la teórica; b) empleo de manuales e instrumentos<br />
didácticos apoyados en el elemento gráfico: dibujos, diagramas, etc., más que el texto; c) amplios espacios<br />
para la aclaración de dudas; d) atención personalizada y equitativa.<br />
Uno de los resultados inesperados fue la alta valoración que atribuyeron los autoconstructores al aprendizaje<br />
de nuevas tecnologías. Este reconocimiento fue equiparado incluso al beneficio que les significó la<br />
construcción de la nueva habitación. De acuerdo a los controles de calidad del proceso de fabricación aplicado<br />
por el área técnica, todos los autoconstructores tuvieron un nivel de eficiencia óptimo. Por su parte, las<br />
familias coincidieron en afirmar que los conocimientos prácticos adquiridos no solamente les habían permitido<br />
construir una habitación, sino que habían adquirido habilidades que les permitirían en lo futuro continuar me-<br />
88 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Bianca C. Guevara Moreno, César A. Juárez Alvarado, Pedro L. Valdez Tamez, Jorge L. Acevedo Dávila<br />
jorando su vivienda. En razón de ello y del dominio adquirido, un programa de esta índole podría considerar<br />
la inclusión de un mecanismo de certificación de conocimientos y habilidades.<br />
Fig. 6. Mujer participante en el proyecto durante la construcción de un muro para su vivienda.<br />
Conclusiones<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
5.<br />
El desarrollo tecnológico propuesto, es una respuesta factible que contribuye a solucionar el<br />
problema de vivienda en la población de escasos recursos mediante una participación activa de<br />
la mujer.<br />
El sistema de autoconstrucción presenta un comportamiento mecánico adecuado ya que su resistencia<br />
a compresión cumple con los requerimientos establecidos por los organismos que regulan<br />
la construcción del país.<br />
El uso de un subproducto doméstico contaminante (envases de PET), en la fabricación de materiales<br />
de construcción, permite asegurar que el sistema de autoconstrucción propuesto es sustentable,<br />
generando un beneficio ecológico para la sociedad al asegurar la utilización de 24 envases<br />
de PET de 2 L por metro cuadrado de muro construido.<br />
Durante el desarrollo del proyecto, la mujer mantiene un papel protagónico en las tomas de decisiones,<br />
situación que lejos de haber constituido una limitante al buen desarrollo del programa,<br />
coadyuvó en el logro de los resultados esperados pues permitió generar la sinergia necesaria para<br />
involucrar a los otros miembros del grupo.<br />
Es previsible que el porcentaje de la población que pueda acceder a una vivienda nueva se mantenga<br />
y no se incremente sustancialmente en el futuro cercano, lo que hace altamente probable<br />
que en el mediano plazo la atención al tema del mejoramiento y a la vivienda de autoconstrucción,<br />
sea tan importante como el que ahora se presta a la vivienda nueva.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
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Participación de la mujer en un sistema sustentable de autoconstrucción asistida<br />
Referencias<br />
1 Young, R. J., Lovell, P. A., “Introduction to Polymers”, 2da ed. Londres, Chapman and Hall, 1996, pp. 241-424.<br />
2 Young, J. F., Mindess, S., Gray, R. J., Bentur, A., “The Science and Technology of Civil Engineering Materials”, ed. by<br />
Prentice Hall Inc., 1998, pp. 359 – 371.<br />
3 Kinloch, A. J., Young, R. J., “Fracture Behavior of Polymers”, Londres, Inglaterra, Applied Science publisher, 1983, pp.<br />
18-371.<br />
4 ASTM C 33 - 97, “Standard Specification for Concrete Aggregates”, American Society for Testing and Materials, Philadelphia,<br />
1998, p. 7.<br />
5 ASTM C 192 - 98, “Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory”, American Society for<br />
Testing and Materials, Philadelphia, 1999, p. 6.<br />
6 ASTM C 39 - 04, “Standard Test Method for Compressive Strength of Cilindrical Concrete Specimens”, American Society<br />
for Testing and Materials, Philadelphia, 2004, p. 6.<br />
7 Mehta, K., Monteiro, P., “Concreto Estructura, Propiedades y Materiales”, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto,<br />
A.C., México, 1998, pp. 286 – 297.<br />
8 Neville, A. M., “Tecnología del Concreto”, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, AC, México, 1992, pp. 150<br />
– 165.<br />
9 NMX-C-036, “Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería”, 2004.<br />
pp. 47.<br />
10 Hsai, Y. F., “New Horizons in Construction Materials”, International Symposium on New Horizons in Construction,<br />
Lehigh Valley, Lehigh University Geotechnical Engineering Division, 1976, pp. 525 – 554.<br />
90 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Noticias<br />
Noticias<br />
Podrán participar todas las tesis defendidas durante el 2006, las cuales serán inscritas en dos categorías:<br />
a. Licenciatura<br />
b. Maestría<br />
PREMIO A LA MEJOR TESIS DE LICENCIATURA Y MAESTRÍA<br />
Universidad Autónoma de Nuevo León<br />
Secretaría Académica<br />
Dirección General de Estudios de Posgrado<br />
La inscripción podrá efectuarse a partir del día 1 de marzo hasta el 31 de mayo de 2007.<br />
Para mayor información:<br />
http://www.uanl.mx/oferta/posgrado/<br />
http://www.uanl.mx/oferta/posgrado/PremioalaMejorTesis06.html<br />
XVI INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS<br />
VI NATIONAL ENGINEERS NACE INTERNATIONAL SECTION MEXICO CONGRESS<br />
Se invita a académicos y profesionales de la industria de la construcción al XVI Congreso Internacional de Investigación de Materiales<br />
y al VI Congreso Nacional de la Sección México del Engineers NACE Internacional, que se llevará a cabo en Cancún<br />
México del 19 al 23 de Agosto del presente año.<br />
Para mayor información:<br />
http://www.amcm.org.mx/imrc2007/<br />
imrc2007@amcm.org.mx<br />
ACI FALL 2007 CONVENTION<br />
Sección Noreste México del ACI<br />
Se invitan a profesores, alumnos, profesionales de la industria del cemento y concreto y público en general a la Convención de Otoño<br />
del ACI, que se celebrará del 14 al 18 de Octubre en Puerto Rico, E.U.<br />
Para mayor información:<br />
http://www.aci-int.org/general/home.asp<br />
http://www.concrete.org/Convention/fall-Convention/Front.asp<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
91
Noticias<br />
FORO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN<br />
“El papel de la Ingeniería Civil en el Desarrollo Nacional”<br />
CONACYT – ANEIC<br />
Se invita a profesores, estudiantes y a profesionales de la industria de la construcción al Foro Nacional de Investigación que se<br />
realizara en Acapulco, México los días 14 al 17 de Junio del 2007.<br />
Para mayor información:<br />
http://www.aci-int.org/general/home.asp<br />
http://www.concrete.org/Convention/Spring-Convention/Front.asp<br />
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN<br />
Facultad de Ingeniería Civil<br />
Subdirección de Estudios Posgrado<br />
A continuación se presentan los Programas de Posgrado de nuestra Dependencia:<br />
Doctorado en Ingeniería de Materiales de Construcción y Estructuras<br />
Maestría en Ciencias con orientación en:<br />
• Materiales de Construcción<br />
• Ingeniería Estructural<br />
• Ingeniería Ambiental<br />
Maestría en Ingeniería con orientación en:<br />
• Ingeniería Estructural<br />
• Ingeniería Ambiental<br />
• Ingeniería de Tránsito y Transporte<br />
• Hidrológica Subterránea<br />
Para mayor información:<br />
Ing. Justino César González Álvarez M. en I.<br />
Subdirector de Estudios de Posgrado<br />
Tel./Fax 8376.3970, 8332.1902<br />
92 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Información para autores<br />
Información para autores<br />
A continuación se presenta la guía para redacción de los artículos.<br />
1. Extensión e idioma de documentos<br />
Los trabajos deberán presentarse en español o inglés entre 5 y 12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficas e imágenes.<br />
2. Formato<br />
El artículo será presentado en tamaño 21.6 x 27.9 cm (carta). El margen superior e inferior deberá ser de 2.5 cm, el izquierdo de 3cm y el derecho de 2 cm.<br />
2.1 Título<br />
Máximo 2 renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 16 puntos, con interlínea normal y centrado.<br />
2.2 Autor o autores<br />
Nombre o iniciales y apellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 12 puntos, en negritas. Al final de cada<br />
nombre se colocará un número superíndice para especificar su adscripción.<br />
2.3 Adscripción<br />
Colocarla al pie de página; incluir su filiación, departamento o Cuerpo Académico a que pertenecen, correo electrónico y número telefónico. Al inicio, colocar<br />
un superíndice en negritas para correlacionarlo con el autor, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 10 puntos, con interlínea normal y alineación a la<br />
izquierda.<br />
2.4 Resumen<br />
Deberá presentarse de manera concisa sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tanto en español como en inglés, con un mínimo de 100 palabras y<br />
un máximo de 300 palabras (cada uno). Tipografiado en altas y bajas, tipo Time New Roman a 10 puntos, con interlinea normal y justificado.<br />
2.5 Palabras clave<br />
Representarán los términos más importantes y específicos relacionados con la temática del artículo. Se colocarán debajo del resumen (o abstract) respectivamente,<br />
con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen.<br />
2.6 Cuerpo del texto<br />
A una columna, con tipografía en altas y bajas, tipo Time New Roman a 11 puntos, interlínea normal y justificado. Se procurará que la redacción sea lo más<br />
concisa posible, con los siguientes apartados:<br />
2.6.1 Introducción<br />
Deberá suministrar información suficiente que sea antecedente del tema desarrollado, de tal forma que permita al lector evaluar y entender los resultados del<br />
estudio sin necesidad de tener que recurrir a publicaciones previas sobre el tema. Deberá contener además, las referencias que aporten información sobresaliente<br />
acerca del tema y evitar presentar una revisión exhaustiva.<br />
2.6.2 Metodología o parte experimental<br />
Deberá describir el diseño del experimento y contener suficiente información técnica, que permita su repetición. En esta sección deberá, presentarse cualquier<br />
condición que se considere relevante en el estudio. También, deberán presentarse las técnicas o los métodos empleados. No deberán describirse detalladamente<br />
las técnicas o métodos de uso general; la descripción de métodos deberá limitarse a aquellas situaciones en que éstos sean novedosos o muy complicados.<br />
<strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007<br />
93
Información para autores<br />
2.6.3 Resultados y discusión<br />
Esta sección deberá contener los resultados de los experimentos y la interpretación de los mismos. Los resultados deberán presentarse con un orden lógico, de<br />
forma clara y concisa, de ser posible en forma de tablas o figuras. Deberá evitarse presentar figuras de resultados que quizás podrían tener una mejor presentación<br />
en forma de tablas y viceversa. Cuando sea necesario presentar figuras o fotografías, su número deberá limitarse a aquellas que presenten aspectos<br />
relevantes del trabajo o de los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberán incluirse los resultados relevantes.<br />
2.6.4 Conclusiones<br />
Deberán emanar de la discusión y presentarse en forma clara y concisa.<br />
2.6.5 Reconocimientos<br />
Incluir el reconocimiento a las instituciones o personas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del<br />
trabajo.<br />
2.6.6 Referencias bibliográficas<br />
Deberán citarse en el artículo con un número al final del párrafo (a1). Deben estar numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, con la<br />
siguiente información: Autores o editores, titulo del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número<br />
de páginas.<br />
2.6.7 Tablas, gráficas, imágenes, figuras y fórmulas<br />
Deberán ser numeradas secuencialmente como aparecen en el texto, con números arábigos y haciendo referencia a ellos como Tabla 1. A, Fórmula 1. B… etc.<br />
Tipografiado en altas y bajas, tipo Times New Roman a 10 puntos y cursiva con interlineado normal. En el caso de tablas, el título deberá indicarse en la parte<br />
superior. En el caso de las gráficas, imágenes y figuras su título debe colocarse en la parte inferior y deberán tener calidad para impresión láser.<br />
3. Responsabilidad y Derechos de Autor<br />
El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no representan necesariamente los puntos de vista de los editores. El<br />
material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente.<br />
4. Envío de artículos<br />
Los artículos deberán ser enviados a los editores a las siguientes direcciones electrónicas:<br />
pvaldez@fic.uanl.mx<br />
gfajardo@fic.uanl.mx<br />
ó entregados en la Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL.<br />
94 <strong>CIENCIA</strong> <strong>FIC</strong> No.1 Enero - Abril 2007
Marzo<br />
Fecha Seminario Ponente<br />
2<br />
9<br />
16<br />
23<br />
30<br />
Abril 20<br />
Mayo<br />
4<br />
11<br />
18<br />
CICLO DE SEMINARIOS DE INVESTIGACIÓN<br />
Universidad Autómona de Nuevo León<br />
Facultad de Ingeniería Civil<br />
CALENDARIO ENERO - JUNIO 2007<br />
Efecto de las nano/partículas de SiO 2<br />
en las propiedades de morteros con<br />
cemento Pórtland.<br />
Corrosión en aceros de alta resistencia mecánica embebidos en concreto<br />
Efecto de la reacción química-mecánica en las propiedades del cemento de alto<br />
comportamiento<br />
Propiedades físico-mecánicas de concretos económicos, durables y sustentables<br />
a base de ceniza volante para uso estructural<br />
Análisis y Diseño de puentes curvos<br />
Comportamiento hidrogeoquímico e hidráulico del acuífero del sureste del<br />
Municipio de Saltillo, Coahuila, como fuente de abastecimiento de las comunidades<br />
ejidales<br />
Producción de materiales de construcción basados en puzolanas artificiales con<br />
Ca(OH) 2<br />
Corrosión del acero en morteros basados en puzolana natural expuestos a<br />
cloruros y carbonatación<br />
Efecto de la incorporación de un dopante (La, Sm) en fotocatalizadores de tipo<br />
perovskita (NaMO 3<br />
M=Ta, Nb) aplicados en reacciones de degradación de<br />
compuestos orgánicos.<br />
Evaluación de la cinética de corrosión del acero G-42 sometido a 750 y 950°C<br />
Comportamiento mecánico de bloques de concreto firbireforzado aligerado con<br />
PET, para la autoconstrucción de vivienda en México<br />
Evaluación de la eficiencia en rehabilitación de estructuras urbanas<br />
Concretos Autocompactantes, Sustentables y Económicos con Altos Consumos<br />
de Ceniza Volante para Uso Estructural<br />
Comportamiento hidrogeoquímico del Valle del Hundido<br />
Estudio experimental de muros de mampostería confinada de bloques de<br />
concreto. Primera Parte: Comportamiento General de los Especímenes<br />
Estudio experimental de muros de mampostería confinada de bloques de<br />
concreto. Primera Parte: Caracterisación de la Respuesta<br />
Síntesis, caracterisación y evaluación fotocatalítica del Na 2<br />
Ti 6<br />
O 13<br />
en la fotodegradación<br />
del 2,4 Dinitroanilina y Azul de metileno<br />
Determinación de la reactividad de adiciones minerales de origen natural con el<br />
cemento Pórtland<br />
Coordinador<br />
Dr. Pedro Valdez Tamez<br />
pvaldez@fic.uanl.mx<br />
Tel. (81) 8352-4969 ext 285<br />
Ing. Ismael Flores Vivian<br />
Doctorado<br />
Jorge Arellano Galindo<br />
Licenciatura<br />
Ing. Román Hermosillo Mendoza<br />
Maestría<br />
M.C. Jorge M. Rivera Torres<br />
Maestría<br />
Ing. Walter Vélez Rodriguez<br />
Maestría<br />
Ing. Fernando A. Villarreal Reyna<br />
Maestría<br />
Alejandro Herrera González<br />
Licenciatura<br />
José Pacheco Farías<br />
Licenciatura<br />
L.Q.I. Ma. Elena Meza de la Rosa<br />
(Maestría)<br />
Ing. Daniel A. Hernández Galván<br />
Doctorado<br />
Bianca C. Guevara Moreno<br />
Licenciatura<br />
M.C. Francisco González Díaz<br />
Doctorado<br />
Ing. Pedro A. Ramírez Garza<br />
Maestría<br />
Ivan Alejandro García Lizcano<br />
Licenciatura<br />
Ing. Leticia Gallegos Montalvo<br />
Mestría<br />
Ing. José María Zárate Caballero<br />
Maestría<br />
Q.B.P. Karina del Angel Sánchez<br />
Maestría<br />
Arq. Roberto R. Méndez Mariano Maestría
<strong>CIENCIA</strong><br />
<strong>FIC</strong><br />
R E V I S T A D E D I V U L G A C I Ó N C I E N T Í F I C A Y T E C N O L Ó G I C A<br />
F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A C I V I L<br />
Universidad Autónoma de Nuevo León No. 1 Cuatrimestral Enero - Abril 2007<br />
MURAL UBICADO EN EL FRONTISPICIO DE LA <strong>FIC</strong>-UANL. AUTOR DEL MURAL: FEDERICO CANTÚ<br />
Volumen I Número 1 Ene. – Abr. 2007<br />
ISSN: EN TRAMITE