EL CONCRETO PESADO BOLETÍN TÉCNICO N° 19
19 1985
CONCRETO PESADO: Los concretos pesados se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m3, a diferencia de los concretos norma¬les, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m3. La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Portland normalizados y con agregados pesados, naturales o artificiales, cuyas cu yas masas volumétricas absolutas se encuentran entre 3.5 a 7.6. 7.6. Dentro de estas característ c aracterísticas icas pueden comprenderse más de 50 elementos. Sin embargo, generalmente sólo algunos de ellos son utilizados por razones de disponibilidad y economía. Los agregados pesados deben tener granulometría conveniente, resistencia mecánica y compatibilidad con el cemento Portland. Generalmente se usan agregados como las baritas, minerales de fierro como la magnetita, limonita li monita y hematita. hematit a. También, También, agregados artificiales como el fósforo de hierro y partículas de acero como subproducto industrial. La aplicación principal de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares. También También se utiliza en paredes de bóvedas y ca¬jas fuertes, en pisos industriales, en elementos, que sirven de contra-peso y en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos.
REQUERIMIENTOS REQUERIMI ENTOS DE LA PROTECCIÓN PROTECCIÓN:: 1
EL CONCRETO PESADO
Los materiales de protección requieren: - Absorber los rayos Gamma, para lo cual deben serios más pesados posibles. - Disminuir la velocidad de los neutrones rápidos y transformarlos en neutrones térmicos, para lo cual deben contener átomos ligeros como el hidrógeno. - Absorber los neutrones térmicos, para lo cual deben tener cuerpos de gran sección eficaz. Gracias a su elevado peso volumétrico y a su alto contenido de átomos de hidrógeno, y en especial cuando se le adicionan materiales como boro para absorber los neutrones térmicos, el concreto cumple las tres condiciones expuestas. Si bien el concreto normal puede emplearse en escudos de protección, el concreto denso se utiliza en las zonas en las que es necesario ganar espacio, por sus secciones más reducidas. El concreto descrito reúne los dos primeros requisitos, por su alto peso volumétrico y por contener una importante cantidad de átomos de hidrógeno. La necesidad de hidrógeno se satisface con un contenido de agua del 5% del peso del concreto, que se encuentra tanto en forma de agua combinada como libre dentro de su masa; eventualmente, el agregado puede aportar agua de cristalización. El contenido de hidrógeno en un concreto seco es de aproximadamente 0.25% del peso. La adición de materiales como el boro, tiene el inconveniente de reducir la resistencia. Al absorber la energía de radiación, el concreto incrementa su temperatura, de manera no uniforme, de acuerdo a la distancia a la fuente de radiación. Esta situación origina tensiones internas que deben ser previstas para evitar fallas. Las tensiones térmicas se originan, no sólo por la energía absorbida, sino también por el enfriamiento de las superficies y las propiedades intrínsecas del concreto,
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EL CONCRETO PESADO
EL CONCRETO EN EL CENTRO NUCLEAR El Instituto Peruano de Energía Nuclear edifica en la meseta de Huarangal, en la provincia de Lima, el Centro Nuclear de Investigaciones del Perú, construyendo en concreto el Block del Reactor RP-10. El concreto se ha diseñado para actuar como elemento estructural y de blindaje biológico contra la acción de radiaciones nucleares. Las características de la edificación son las siguientes: • El concreto pesado tiene una densidad seca mínima de 2.7 gr/cm3; una resistencia a la compresión a los 28 días de 280 kg/cm2; un espesor promedio de la pantalla de 250 cm; y en el diseño de la estructura se ha considerado la posibilidad de un sismo de magnitud 8.4 Ms. • El cemento elegido fue el “Andino” Tipo V de la clasicación ASTM C 150. La elección tomó en consideración su pequeño porcentaje de aluminato tricálcico, el cual garantizaba un lento y bajo desarrollo de calor de hidratación. Los estudios efectuados en el Laboratorio de Ensayos de Materiales - UNI, garantizaron el cumplimiento de las especificaciones de resistencia dentro de los niveles de calor de hidratación deseados. • Como agregado no se emplea una arena natural de cante ra, limpia, la cual cumple con las especificaciones de la Norma C 33 del ASTM y los requisitos especiales • Se emplea como agregado grueso el mineral de hierro cla sificado como Magnetita, proveniente de los yacimientos de Marcona. Esta Magnetita, además de garantizar la densidad deseada, actúa como aportador de hierro, y elementos pesados que contribuyen al control del flujo de radiaciones Gamma. La Magnetita seleccionada cumple con las recomendaciones de las Normas E 637 y E 638 del ASTM.
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EL CONCRETO PESADO
• El agua empleada es potable y se ha trasladado en camiones cisterna desde Lima. Se han utilizado dos aditivos: un plastificante, para lograr retardo de fraguado con reducción de agua sin pérdida de resistencia; y un superplástificante, para garantizar fluidez de la mezcla durante el tiempo de colocación. • La dosicación de la mezcla se ha hecho para proporciones de peso. Las proporciones seleccionadas fueron comprobadas primero en el LEM-UNI y luego ajustadas en obra por la firma contratista. En la selección de la resistencia promedio se consideró que no más de una en cada 20 muestras estaría por debajo de la resistencia especificada. La relación agua - cemento fue limitada a un máximo de 0.55; el contenido de aire atrapado al 1 % y, adicionalmente, se fijó la composición química por elementos de la unidad cúbica de concreto en función del flujo de radiaciones Gamma del Reactor. • Para el control de calidad del concreto pesado se han establecido especificaciones muy rigurosas, controlándose los materiales, la apariencia y calidad del concreto fresco, su temperatura y el ambiente, el peso unitario, la consistencia, el contenido de aire, la resistencia en compresión, el módulo de elasticidad y la pérdida de resistencia después de exposición a una temperatura determinada.
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