Expo Integridad II Unidad

8/16/2019 Expo Integridad II Unidad

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EFECTOS ABRASIVOS OBSERVADO EN SUPERFICIES DE CONCRETOHIDRÁULICO DE PRENSAS Y APLICACIÓN DE LOS MATERIALES DE

REPARACIÓN.

1. Introducc !n"Los principales efectos abrasivos observados en superficies de concreto de las presas hidráulicas delas centrales hidroeléctricas. Estás estructuras hidráulicas están sujetos a movimientos producidos

por la corriente de agua a alta velocidad por lo general causan la erosión, cavitación y abrasión.Estos efectos son nocivos y causan defectos en la superficie de las presas hidráulicas. Por lo tantose necesita del mantenimiento en la superficie de la estructura, cuando se aplica un material dereparación estos deben tener características, especialmente en las propiedades mecánicas y

uímicas, en semejan!a con el material base o sustrato.

F #ur$ %1. Pr&n'$' ( dr)u* c$' &n Br$' * Fuente:www.taringa.net/post/ciencia-educacio son-las-Energias-Renovables.html

"e anali!aron los defectos de los procesos abrasivos causados por el flujo de agua desde el depósitoue se produjo en dos presas de hormigón en #rasil. "e han propuesto diferentes $% para su

aplicación en las superficies de las presas hidráulicas, ue se había verificado su rendimiento enlaboratorio y en campo.

+. M&c$n ',o' d& d&'#$'t& d& *$ 'u-&r c & d& *$' &'tructur$' ( dr)u* c$' d& (or, #!n"La durabilidad de una estructura de hormigón está fuertemente influenciada por el uso inadecuadode los materiales y los efectos físicos y uímicos del entorno en el ue opera. La consecuenciainmediata es la necesidad anticipada de mantenimiento y ejecución de reparaciones. En el caso delas estructuras hidráulicas de hormigón, una de las principales formas de degradación estárelacionada con los procesos abrasivos. En general, la erosión causada por el desgaste de la superficie de las estructuras hidráulicas dehormigón, se define como la desintegración del material e&puesto a los fenómenos de deterioro

'ormalmente, el hormigón se mide y se produce siguiendo ciertos criterios relativos a condicionesestructurales y operacionales ue pueden soportar las cargas y sobrecargas durante varios a(os sindesgaste. "in embargo, para una variedad de factores, incluyendo los parámetros de dise(o y laconstrucción, la selección y la calidad de los materiales, los cambios operativos, así como lainteracción con el medio ambiente, las estructuras se da(an, y el grado de deterioro estádirectamente relacionada con estos factores.


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F #ur$%+.D&'#$'t& d& *$ 'u-&r c & d& *$' &'tructur$' ( dr)u* c$' Fuente: http://aportecivil.blogspot.pe/2014/0 /ingenieria-hidraulica.html

+.1 L$' c$u'$' /' c$' d& d&t&r oro d&* concr&to"Las causas físicas de deterioro del hormigón se agruparon en dos categorías.La primera categoría consiste en el desgaste de la superficie debido a la abrasión, erosión ycavitación.

F #ur$%0. D&t&r oro d&* concr&to -or c$u'$' /' c$' Fuente: http://aportecivil.blogspot.pe/2014/0 /ingenieria-hidraulica.html

La segunda categoría está compuesta por agrietamiento debido a la variación de volumen, lacarga estructural y la e&posición a altas temperaturas.

"eg)n %ehta y %onteiro *+ - , el término abrasión se refiere a fricción en seco, como en elcaso de desgaste de plantas industriales y pavimentos debido al tráfico de vehículos. La erosiónse utili!a generalmente para describir el desgaste por la acción abrasiva de sólidos ensuspensión fluidos de satisfacción ue se producen como revestimientos sobre las estructurashidráulicas de canales y aliviaderos. El da(o por cavitación a las estructuras hidráulicas, y serefiere a la pérdida de masa por la formación de burbujas de vapor causadas repentino cambiode dirección en las aguas ue fluye rápidamente.

En general, el da(o físico y uímico, se complementan entre sí. /uando se producen da(osfísicos, tales como la abrasión, hay un aumento de la e&posición de la superficie de hormigón aagentes tales como la lluvia ácida, y por lo tanto se favorece el ata ue de compuestos uímicos./uando se producen los da(os uímicos, tales como la li&iviación, el hormigón es más poroso,lo ue facilita el proceso de abrasión, y así sucesivamente. Estos hechos hacen ambos procesosde deterioro, físico o uímico, un ciclo de difícil disociación o estabili!ación.

En las estructuras hidráulicas de presas este lí uido es agua. Los términos abrasión y erosióndiferencian por el tipo de entorno en el ue se produce el desgaste, en seco o en suspensión enagua, el desgaste ue se produjo en superficies de concreto hidráulico se llama erosión por

abrasión o simplemente la abrasión.

+.+ L$ $-$r c !n d& *$ $ r$' !n &n *$' &'tructur$' ( dr)u* c$' d& (or, #!n"


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* %Pa = y iv El aditivo de láte& no mejora la resistencia a laabrasión del hormigón. El


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/omo se observa en las inspecciones, el estado de degradación de la presa debido a los procesosde abrasión re uiere reparaciones adicionales a la estructura de concreto hidráulico. Para reparar la presa se muestra en la figura, se han propuesto cuatro tipos de $% %ortero con humo desílice, mortero epo&i, mortero y hormigón polímero con fibras de acero. Estos materiales dereparación se evaluaron para las propiedades mecánicas de resistencia y durabilidad. Lo másdestacado es la prueba de resistencia a la abrasión seg)n la norma 0"1% / 668>. Las muestrassometidas a pruebas de abrasión se evaluaron de acuerdo a la superficie de desgaste.

"e muestra en la Gig. -a, vista general del aliviadero. "e observa ue la pared de la puertamuestra signos de la erosión *resaltado . "e muestra en la figura -b, defecto en una losa delaliviadero causado por la abrasión.

F #ur$ %6. *a aliviadero de la presa presentó deterioro por abrasión. *b Los defectos en laestructura de hormigón causado por el proceso abrasivo.

0.1.1 M$t&r $*&' d& r&-$r$c !n"$. Mort&ro con (u,o d& '/* c&" "eg)n el contenido óptimo de humo de sílice es de

alrededor de 6 @ en masa de cemento, en sustitución del agregado fino. La proporción de la me!cla utili!ada para construir el mortero con humo de sílice fuede 6 8,-- ,7 ,6 *cemento arena agua sílice .

. ,ort&ro &-o7 " El mortero epo&i se midió de acuerdo con las instrucciones delfabricante. Este tipo de material se compone de los componentes 0 *resina H #*endurecedor y / *arena de cuar!o .

c. ,ort&ro d& -o*/,&ro'" Para la producción de mortero de polímeros se usó un producto industrial en la ue era necesario a(adir sólo agua. El contenido de aguaindicada por el fabricante fue de alrededor de 6>@. "in embargo, la mejor trabajabilidad se comprobó con un contenido de agua de 66@, ue luego se utili!aen la fabricación de la $%.

d. Hor, #!n con r$ d& $c&ro" La me!cla utili!ada para preparar el $% dehormigón con adición de fibras de acero fue de 6 6,:>7 +,?? ,B7 +,B+ *cementoarena grava fibras de acero agua

&. Concr&to d& r& &r&nc $"0un ue la me!cla se hace del material considerado como el hormigón de referencia*$/ con características similares a hormigón utili!ado en la construcción de la

presa. El contenido de la me!cla de la $/ fue de 6 6,-6 +,:: ,8?- *cementoarena grava agua con contenido de cemento de B+- 5g A m 8.

0.1.+ R&' 't&nc $ $ *$ co,-r&' !n"La resistencia a la compresión es considerada uno de los principales parámetros deevaluación para la resistencia de los materiales de cemento sobre la solicitud a laabrasión *%ehta y %onteiro, + -= 0merican /oncrete 9nstitute, 6:::= 'eville, 6::- .

Los valores se anali!aron para resistencia característica a los +> días de material curado.Los resultados promedio fueron de B>,8 %Pa para concreto de referencia, el B7,B %Pa


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para el mortero con humo de sílice, >7,B %Pa para el mortero epo&i, B ,? %Pa para elmortero de polímero y 8:,? %Pa para el hormigón con fibras de acero.

0.1.0 Pr&-$r$c !n d& *$ ,u&'tr$ -$r$ &* ,8todo d& &n'$9o d& *$ $ r$' !n $:o &* $#u$"Para el análisis de la resistencia a la abrasión sumergida por el método 0"1% /seguido 668>F66:?. Gueron las muestras de hormigón fabricado con un diámetro de 8mm y una altura de 6 mm. En las muestras de ensayo era un centro de la partesuperior de huecos de diámetro apro&imado de + mm y la altura de 7 mm. El cuerpode la evidencia resultante de este proceso fue considerado el sustrato estructura.3espués de su curación a los +> días, lo ue resulta en huecos de varios especímenesfueron llenados del estudio de $%. El procedimiento de preparación de las muestras seilustra en la Gig. 8. 3espués de +> días de curado del sustrato espécimen H$%, en unacámara h)meda con una humedad relativa mayor ue :7@ y la temperatura controlada*+8 I + J /, se evaluó la resistencia a la abrasión de los sistemas de reparaciónestudiados.

F #ur$%;. Preparación de muestras para pruebas de abrasión. *0 de lan!amiento ycompactación referencia concreta. *# "istema sustrato K material de reparación.0.1.2 R&' 't&nc $ $ *$ $ r$' !n d&* (or, #!n"

En la 1abla 6, los valores de pérdida de masa, después de ?+ horas de la abrasión*método bajo el agua , de $/ y el sistema de /$ K $%, se presentan.T$ *$ 1. Pérdida de masa de las probetas de hormigón bajo la abrasión *método bajo elagua .

,$t&r $* d& r&-$r$c !n P8rd d$ d& ,$'$ +2( 2?( ;+(

%ortero con humo de sílice 8.88 B.> 7.78

mortero epo&i 6.86 6.-- +. 8mortero de polímeros B.?+ 7.:? -.B


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F #ur$%?. Los resultados de las pruebas de resistencia a la abrasión de la $% con humode sílice. *0 de especímenes después de la prueba. *# 83 gráfico es uemático dedesgaste producido en la prueba de resistencia a la abrasión *método bajo el agua .

L$ -8rd d$ d& ,$'$ -$r$ &* ' 't&,$ d& 'u'tr$to @ ,ort&ro &-o7 u& un -ro,&d o d& +=.F #.5 ue gran parte del material se e&trajo a partir del sustrato, con poca influencia en la regiónde interfa!. Este efecto se puede atribuir a la alta resistencia a la compresión del material *más

de : %Pa .

F #ur$% .$esultados de las pruebas de resistencia a la abrasión de la $% con mortero epo&i.*0 de especímenes después de la prueba. *# 83 gráfico es uemático de desgaste producido en

la prueba de resistencia a la abrasión *método bajo el agua .

En la Gig. -, muestra el comportamiento del sustrato sistema K de mortero de polímeros. La pérdida de peso promedio fue de -,B@ y dentro de la interfa! de sustrato K de mortero de polímeros.

F #ur$1%. $esultados de las pruebas de resistencia a la abrasión de la $% con mortero de polímeros. *0 de especímenes después de la prueba. *# 83 gráfico es uemático de desgaste

producido en la prueba de resistencia a la abrasión *método bajo el agua .


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F #ur$1+. *a Disión general del aliviadero de la presa. *# 3etalle del despla!amiento de lasuperficie causada por procesos abrasivos hidráulicos.

0.+.1 R&' 't&nc $ $ *$ co,-r&' !n"Para determinar la mejor combinación para la fabricación de $% se a(adieron alhormigón, reciclado material polimérico en el contenido de ,7@, 6, @, +,7@, 7, @ y?,7@.

En la Gigura 68, muestra los resultados promedio de resistencia a la compresión a los +>

días para curar el cemento con la adición de materiales poliméricos reciclados *MalvNoet al, + 66 .

F #ur$10. Mráfico comparativo de la resistencia a la compresión, a los +> días, de loshormigones con adiciones de residuos y sus respectivos contenidos.

KPara los diferentes materiales estudiados y sus respectivos contenidos verificaron uelos resultados obtenidos de las pruebas de resistencia a la compresión como una funcióndel tiempo de curado fueron inversamente proporcionales al contenido de adición defibras recicladas. Esta tendencia también se observó por /hoi et al *+ 7 cuando seestudiaron los efectos de la adición de las botellas de PE1 de residuos en las

propiedades del hormigón y por 0lF9smail y en la resistencia de la uniónentre la superficie del polímero de residuos y cemento pegar.

La reducción de la resistencia a la compresión de las me!clas de hormigón con laadición de agregados de plástico puede ser debido a una menor resistencia de estas

partículas, en comparación con áridos naturales *#atayneh et al, + ? .

0lF%anas y 3alal *6::? y "oroushian et al *+ 8 también encontraron ue laresistencia a la compresión disminuye con el aumento de contenido de agregado en

plásticos.

En los estudios de Greitas et al *+ : se verificó una reducción de la resistencia a lacompresión con el aumento de contenido de caucho de a!)car a(adido. Li et al *+ Btambién observó reducción de la resistencia a la compresión a&ial del hormigón con


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fibras de neumáticos y no está relacionado con ninguna de esas características pérdidade material.

En el análisis de todos los valores de resistencia a la compresión *Gig. : , se escogieronlos niveles de +,7@ y 7, @ adición de material reciclado para la fabricación demateriales poliméricos para reparar la superficie degradada en la presa. Estos no erannecesariamente los niveles con mayor resistencia a la compresión a&ial. "in embargo,

hemos considerado la posibilidad de introducir el hormigón polímero de residuos demayor volumen, dándoles el destino final adecuado, por lo tanto, se seleccionan loscontenidos de +,7@ y 7, @.

0.+.+ R&' 't&nc $ $ *$ $ r$' !n d&* (or, #!n"La 1abla +, muestra los valores de pérdida de masa por la abrasión de la $/ y de loshormigones con adición con materiales poliméricos reciclados.

1abla +. Pérdida de masa de las probetas de hormigón bajo la abrasión *método bajo elagua .

El análisis de la pérdida de masa a las ?+ horas de la prueba de resistencia a la abrasión*1abla + , se observa ue el /$ tuvo el mejor rendimiento en comparación con elhormigón con adición de residuos en el contenido de polímero del +,7@."in embargo, el

contenido de los hormigones de polímero de residuos 7@ con la adición de PE1 yL3PE mostró mejores resultados ue la de hormigón en masa. 'o hay linealidad en la

pérdida de masa durante +B, B> y ?+ horas de la prueba.


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hormigón con el agregado de PE1 mostró valores intermedios entre los otros dos tiposde residuos estudiados.

0.+.0 A-* c$c !n &n &* c$,-o"/on el fin de comprobar el rendimiento de los materiales para la reparación deestructuras hidráulicas de hormigón, hubo aplicaciones de estos materiales estudiadosen los aliviaderos de


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Gig. 66. Punto de aplicación del material de reparación. *0 el hormigón de referenciasin adiciones. *# 3etalle de la frontera entre la $% y el sustrato.

Gig . 6+. Punto de aplicación del material de reparación. *0 de hormigón con adiciónde L3PE reciclado en el contenido de +,7@. *# 3etalle de la frontera entre la $% y elsustrato.

Parece ser ue el punto de aplicación por encima de un rendimiento superior encomparación con otros materiales de reparación. En este punto, la superficie tiene buenacabado, suave y libre de imperfecciones,incluso después de la aparición de flujo deagua en el vertedero y la agresión en el medio. En ning)n momento fueron observadasvisualmente grietas o fisuras.

Los defectos en el sustrato estaban completamente contenidos en este punto deaplicación de $% de hormigón con contenido a(adido en el material L3PE reciclado+,7@.

2. Conc*u' !n"Para se anali!aron dos casos de estudio un total de 66 tipos de materiales para la reparación desuperficies de concreto hidráulico .

En el caso de los morteros se comprobó la relación entre la resistencia a la abrasión y resistenciaa la compresión de estos materiales. El material de reparación hecha de mortero epo&i reali!amejor en la resistencia a la compresión se presenta como el material más resistente a la abrasiónmétodo bajo el agua. 0 su ve!, el material de mortero de polímeros fue menor resistenciamecánica y, en consecuencia el material de reparación con una mayor pérdida de masa en las

pruebas de abrasión.

El mortero epo&i tiene una elevada resistencia mecánica. "e encontró ue cuando la resistenciamecánica del material de reparación era muy superior a la superficie de hormigón, causó efectode borde. 0sí, la estructura hidráulica, el agua ue se mueve a alta velocidad, se puede formar un paso ue facilitará el proceso de cavitación. Los especímenes con mortero epo&i en la pruebade abrasión mostraron el efecto de borde mencionado. "e consideró apropiado buscar unaresistencia mecánica similar entre el material de sustrato y la reparación de manera ue laestructura sufre desgaste uniforme.

/uando se evaluó la adición de hormigón con materiales de polímero reciclados se observó uela inclusión de estos materiales reduce la resistencia a la compresión del hormigón. /uanto


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mayor es el contenido utili!ado fue la resistencia a la compresión promedio más bajo. Estareducción fue identificado en el polímero de residuos cuando se a(ade al hormigón en elcontenido de ,7@ a ?,7@. "in embargo, la evaluación de la resistencia a la abrasión del método

bajo el agua, teniendo en cuenta la pérdida de masa, se encontró ue el $/ tenía el mejor rendimiento en comparación con hormigón con adición de residuos en el contenido de polímerode +,7@.

"in embargo, el contenido de polímero de residuos 7@ a(adido al hormigón mostró mejoresresultados ue la de hormigón en masa, lo ue indica ue, para fibras de polímero, el aumentoen el nivel de adición puede influir en el aumento de la resistencia a la abrasión

5. R& &r&nc $'"- 0lF%anaseer, 0.0. O 3alal, 1.$. *6::? . /oncrete containing plastic aggregates. /oncrete

9nternational. Dol. 6:, 'o. :, *0ugust 6::? , pp. B?F7+, 6-+FB ?7- 0lF ahrani,%. %.= %aslehuddin= %, 0lF3ulaijan= ". 2. O 9brahim, %. *+ 8 . %echanical

properties and durability characteristics of polymerF and cementFbased repair materials. /ementand /oncrete /omposites. Dol. +7, 'o. BF7, *%ayFQuly + 8 , pp. 7+?F 78?, >F>>B-

- 0merican /oncrete 9nstitute. *6::: . /oncrete $epair %anual, 3ocument nR 0/9+6 .6$F:B./ompendium of case histories on repair of erosionFdamaged concrete in hydraulic structures

- 0merican "ociety for 1esting and %aterials, 0"1% / 668>F:?. *+ + . "tandard test methodfor abrasion resistance of concrete *under4ater method , in 0nnual #oo5 of 0"1% "tandards,

vol. B. +, 0"1%, Sest /onshohoc5en- #atayneh, %.= %arie, 9. O 0si, 9. *+ ? . 2se of selected 4aste materials in concrete mi&es.Saste %anagement. Dol. +? , p. 6>? F 6>?-

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