[CONCRETO DE ALTA DENSIDAD] DENSIDAD] Introducción
La necesidad de generar energías no contaminantes es inminente, es por ese motivo que el proyecto de generación de energía de las olas adquiere una gran relevancia y para llevar a cabo este proyecto es necesaria la utilización de un concreto de alta densidad (concreto (concreto pesado). pesado). Es por este motivo que el presente trabajo trabajo de investigación investigación nos introduciremos en el tema del concreto pesado, en una primera parte se mostrara la evolución histórica del concreto, hasta llegar al hormigón actual y se justiica la necesidad del uso de un concreto de alta densidad. En una segunda parte hablaremos del conc concre reto to pesa pesado do,, se se!a se!ala lara ra los los mate materia riale less utili utiliza zado doss en su abr abric icac ació iónn y sus sus características, tambi"n mostraremos los distintos #ridos que son ocupados para este tipo de concre concretos tos especia especiales, les, seguido seguido de los m"todos m"todos de de construcci construcción ón y inalmente inalmente daremos una ejempliicación de una ediicación con este tipo de concreto.
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[CONCRETO DE ALTA DENSIDAD]
Contenido 1.
Objetivos.................................................................................................... 3
2.
Antecedentes del concreto de alta densidad (concreto pesado)...............................3
3.
Generalidades............................................................................................. 6 3.1.
Marco Normativo.................................................................................. 6
3.2.
Marco teórico....................................................................................... 6
3.2.1.
e!inición...................................................................................... 6
3.2.2.
"lindaje Nuclear o contra la radiación.................................................6
3.2.3.
#oncreto para contrapesos................................................................7
3.2.$.
A%re%ados pesados..........................................................................7
3.2.&.
osi!icación del concreto pesado......................................................10
3.2.'.
Mtodos de construcción.................................................................11
3.3.
#oncreto pesado sus aplicaciones..........................................................11
3.3.1.
*eactor del centro nuclear +uaran%al , -er......................................11
$.
#onclusiones............................................................................................. 15
&.
*e!erencias............................................................................................... 16
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[CONCRETO DE ALTA DENSIDAD] 1. Objetivos
el objetivo de este trabajo de investigación es mostrar la situación histórica y actual del concreto de alta densidad (concreto pesado), sus orígenes y características, nos ayudan a tener una visión clara de sus cualidad y usos especiales. $ara lograr este objetivo, se consulta inormación bibliogr#ica del tema, debido a la escases de esta inormación. %e procede a investigar los distintos #ridos que son posibles utilizarlos en la abricación de este concreto, debido a su alta densidad y se comentan sus principales características. &inalmente se da a conocer algunos proyectos que utilizan este tipo de concreto. 2. Antecedentes del concreto de alta densidad (concreto pesado)
%eg'n la deinición de la eal cademia Espa!ola, el hormigón es una mezcla compuesta de piedras menudas y mortero de cemento y arena (eal cademia Espa!ola (*++)). $ero el concreto es mucho m#s que eso. El concreto se reiere a la mezcla de mortero y agregado grueso. lgunos países de habla hispana lo denominan tambi"n concreto (hormigón). El mortero se reiere a la mezcla de cemento, agua, aire (naturalmente atrapado o intencionalmente incorporado) y aditivos (cuando son empleados). -uando el hormigón se encuentra en estado pl#stico la pasta act'a como lubricante de los agregados, comunicando luidez a la mezcla lo cual permite que la colocación y compactación sean adecuadas. -uando la mezcla se encuentra en estado endurecido, la pasta de cemento al aglutinarse, obtura los espacios que hay entre las partículas y reduce la permeabilidad del hormigón, evitando el desplazamiento de agua dentro de la masa endurecida. Este eecto es importante, en estructuras que est"n epuestas a la acción de aguas agresivas, las cuales eventualmente pueden deteriorar la masa, haci"ndole perder resistencia. dicionalmente, la pasta raguada y endurecida en unión de los agregados, contribuye a suministrar la resistencia mec#nica característica a la compresión, lo cual depende la llamada interace agregado pasta, o agregado matriz. El hormigón, se produce a partir de un dise!o de mezcla que consiste en la selección de los constituyentes disponibles (cemento, agregados, agua y aditivos) y su dosiicación en cantidades relativas para producir, tan óptimamente como sea posible, una masa volum"trica con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de resistencia, durabilidad, masa unitaria, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas. Las propiedades requeridas del hormigón resco est#n gobernadas por el tipo de construcción y por las t"cnicas de colocación y de transporte y, las propiedades del hormigón endurecido est#n especiicadas por el dise!ador de la estructura. En general, cada tipo de construcción tiene requerimientos particulares que dependen de las condiciones clim#ticas, del sistema constructivo, del tiempo y de los costos en ejecución. Ingeniería Civil
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$robablemente el empleo de materiales cementantes se remonta al inicio de la civilización cuando se utiliza la arcilla o una mezcla de cal y arena para unir las piedras. /o hay orma de determinar la primera vez que utilizo un material aglomerante, sin embargo, hay vestigios que indican que la obra de hormigón m#s antigua ue construida alrededor de los a!os 01++ .-. en las riberas del rio 2anubio en 3ugoslavia. 2espu"s de esta aplicación no se tiene noticias de la utilización hasta el a!o *10+ .-. cuando los egipcios construyeron las pir#mides de 4izeh. $roporcionalmente, en el a!o 0++ 5-. los antiguos griegos mezclaron compuestos basados en caliza calcinada(cal viva) y agua a la cual adicionaban arena, para recubrir y unir piedras y ladrillos no cocidos. La adición a estas mezclas de piedra triturada, tejas rotas o ladrillo, dieron origen al primer hormigón (concreto). %eguramente, la civilización romana copio la idea de los griegos, ya que e han encontrado obras de hormigón romanas anteriores al a!o 6++ .- con la caída del imperio romano declino el uso del hormigón y muchos de los conocimientos desarrollados desaparecieron completamente. La t"cnica comenzó a ser recobrada en 7nglaterra y se tienen evidencias que hacía en el a!o 8++ 2.-. durante la edad media y el renacimiento el hormigón ue poco empleado. 2espu"s en el siglo 977, mejoro la calidad y de nuevo se utilizó gracias a una perecta calcinación de la cal y al uso de alg'n material similar en propiedades a las tobas volc#nicas. En Latinoam"rica, hay muestras de desarrollo de materiales cementantes y estructuras imponentes como las ciudades construidas por los mayas y los aztecas en :"ico o las construcciones de :achu $icchu en el $er', entre otras. 2urante los siglos posteriores, los avances ueron escasos hasta el punto de que solo llego a producirse un mortero d"bil de hecho 'nicamente de cal y arena. principios de la edad moderna se presentó una disminución general en la calidad y la crisis llego al punto de acabar con la abricación y el uso del cemento, en ;, 2abbs obtuvo una patente para producirlo empleando arcilla y polvo de los caminos. $osteriormente el * de octubre de ;*< =oseph spdin un constructor de Leeds (7nglaterra), calcino en un horno una mezcla de tres partes de piedra caliza por una arcilla, la cual molió y pulverizo y consiguió la patente para producir el primer cemento $ortland. La primera #brica de cemento se instaló en >a?eield y unciono entre ;*1 y ;*;. @nicamente hasta el no A++ aproimadamente, empezó el crecimiento notable de la industria del cemento, debido undamentalmente a dos actoresB en primer lugar, los eperimentos realizados por los químicos ranceses Cicat y Le -hatelier y por el alem#n :ichaelis, con los cuales se logró producir cemento de calidad uniorme, que pudiera ser usado en la industria de la construcción. En segundo lugar, dos invenciones mec#nicas muy importantes se hicieron al principio del sigloB los hornos rotatorios para la calcinación y el molino tubular para la molienda. -on estas dos m#quinas, pudo producirse el cemento portland en cantidades comerciales, a partir de ese momento, se desarrolla el r#pido crecimiento de esta industria que hoy produce un material de construcción imprescindible, dentro del actual sistema de vida. Ingeniería Civil
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Dn invento relativamente reciente, sucedido en A+6 en la ciudad de amburgo, lemania, revoluciono el desarrollo de la industria del hormigón y de la construcción, cuando el ing. =uergen hinrich :agens, hizo transportar el primer metro cubico de hormigón, producido en una planta mezcladora estacionaria, en un vehículo especial tirado por caballos hacia una obra distante Fm, el producto se llamó hormigón transportado. La idea de transportar una mezcla de agregados, pegante y agua en estado resco hacia una obra, ue planteada por el ingeniero 7ngles 2eacon, quien vislumbro las ventajas que ello traeríaB pero los alemanes convirtieron la idea en un hecho. El -oncreto de alta densidad (concreto pesado), Los primeros usos de este concreto se remonta a los a!os 1+ del siglo 99. El concreto de alta densidad tiene propiedades de utilidad como material de protección contra la radiación. %u aplicación en la industria de la construcción es relativamente reciente, y coincide con el desarrollo de la energía nuclear. Dna pantalla de este tipo de concreto puede servir como protección contra los rayos gamma y los rayos 9 y adem#s suponer un ahorro económico respecto a los concretos ordinarios. 3a que para la misma protección se necesitan espesores mayores. pesar de que con las nuevas tecnologías el grado de conocimiento de este material ha aumentado considerablemente, es cierto que a'n queda un largo camino que recorrer. %on pocos y puntuales las construcciones en territorio peruano, por ejemplo uno de ellos lo constituye el blindaje del bloc? del reactor nuclear construido en uarangal Lima, en las que se ha utilizado este tipo de hormigón, lo que a'n denota su grado de desconocimiento yGo la diicultad para obtener los aglomerados necesarios para producirlo.
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[CONCRETO DE ALTA DENSIDAD] 3. Generalidades 3.1. Marco Normativo
%eg'n la norma %H: -I0+, el cemento $ortland es deinido como el producto obtenido de la pulverización muy ina del -lin?er, el cual est# constituido esencialmente de silicato de calcio hidr#ulico, posteriormente a la calcinación se le adiciona agua y sulato de calcio (yeso). La norma %H: -I0+ clasiica el cemento $ortland en cinco dierentes tipos de acuerdo a las propiedades de los cuatro compuestos principales5 Hipo 7, Hipo 77, Hipo 777, Hipo 7C, Hipo C. 3.2. Marco teórico 3.2.1. e!inición
el concreto de alta densidad o llamado tambi"n hormigón pesado, se estudiar#n con detalle los materiales que conorman el concreto de alta densidad así como su dise!o de mezcla y aplicaciones m#s usuales, el transporte y los m"todos de colocación m#s utilizados, así como algunas características y aspectos relevantes a tener en cuenta. l tratarse el hormigón de lta 2ensidad de un material singular por sus especiicaciones y escaso en sus aplicaciones, es necesario seguir unos controles de calidad rigurosos y procedimientos para la abricación y puesta en obra. El siguiente estudio se dividir# en distintos capítulos que pretenden eponer lo que se ha investigado sobre el concreto de alta densidad. 3.2.2. "lindaje Nuclear o contra la radiación /tilidad de #oncreto -esado
Jlindaje para radiación de rayos 9, rayos 4ama y radiación de neutrones. La radiación gamma, al igual que ocurre con los rayos 9, se puede atenuar mediante un espesor determinado de una material con un alto coeiciente de absorción, de tal manera que la intensidad de la radiación inicial y la intensidad que pasa por protección , ormada por un material. Las protecciones que brindan los elementos químicos, son de n'mero atómico alto por la que la densidad aumenta para mejor reacciones mayores a 6 tonGm6. •
Escudos biológicos en plantas de energía nuclear, unidades m"dicas, en investigación atómica. La medicina nuclear se deine como la rama de la medicina que emplea los isotopos radiactivos, las radiaciones nucleares, las variaciones electromagn"ticas de los componentes del n'cleo atómico y t"cnicas bioísicas para el diagnóstico terapeutas e investigaciones m"dicas. En la actualidad, la mayor parte de los hospitales y centros sanitarios disponen del departamento de radiología y de un departamento de medicina nuclear y emplean m"todos radio químicos para investigaciones de las enermedades. •
En viviendas con un procedimiento en serie, permite una r#pida y #cil colocación ahorrando costo. •
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$ara recintos de alta seguridad, protección contra proyectiles. Ingeniería Civil
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-ontrapesos o anclajes en puentes levantadizos.
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&undición de elementos con alto grado de pandeo.
#omo Auda 0l #oncreto -esado a la ida +umana.
bsorber los rayos 4amma, para lo cual deben serios m#s pesados posibles 2isminuir la velocidad de los neutrones r#pidos y transormarlos en neutrones t"rmicos, para lo cual deben contener #tomos ligeros como el hidrogeno. bsorber los neutrones t"rmicos, para lo cual deben tener cuerpos de gran sección eicaz. •
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3.2.3. #oncreto para contrapesos
El concreto pesado se usa a menudo en la abricación de contrapesos o sencillamente como un medio para incrementar económicamente el peso muerto de alguna instalación e incluso sin el volumen masivo que ocuparía el concreto con agregado de peso normal. Los agregados que se utilicen para estos ines pueden ser los mismos que los empleados en el concreto para blindaje contra la radiación, ecepto en que la eposición del concreto para contrapesos al medio ambiente puede ser incluso m#s crítica desde un dierente punto de vista. $or tanto, es posible que se requieran estipulaciones adicionales respecto a la calidad del concreto y del agregado. En general, el uso de altos actores de cemento, bajas relaciones aguaGcemento y del 6 al <+Go de aire incluido es conducente a la producción de una pasta de cemento o un mortero impermeables que deben encerrar de manera satisactoria el agregado de hierro en el concreto sujeto a casi cualquier eposición. El uso de vapor condensado de sílice mejoraría mucho la impermeabilidad. /o se deben usar materiales que contienen cantidades ecesivas de cloruros y otros compuestos corrosivos. -on recuencia, a las tuberías sumergidas para gas, aire e incluso ciertos líquidos se les coloca contrapesos al sujetarles silletas de concreto o encerr#ndolas en concreto pesadoB tambi"n se usa algo de concreto de peso normal 3.2.$. A%re%ados pesados
/ormalmente, la composición química eacta de los agregados pesados no es importancia etrema, mientras tengan la elevada densidad requerida para que se les use para lograr la densidad eigida en el concreto pesado. l seleccionar los agregados para una densidad especiicada, la gravedad especíica (densidad) del agregado ino debe ser comparable a la del agregado grueso, de modo que la densidad del mortero quede cercana a la del agregado grueso. Ingeniería Civil
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La magnetita y la ilmenita son los agregados de uso m#s com'n en la producción del concreto para blindaje contra la radiaciónB el agregado de barita, erro ósoro y acero se usa en gran parte del balance.
Figura 1. Magnetita.
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Figura 2. Material.
Figura 3. Ilmetita.
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3.2.&. osi!icación del concreto pesado
Los procedimientos de dosiicación para el concreto pesado son muy semejantes a los aplicados para dosiicar el concreto de peso normal. %e recomienda que se necesiten m#s mezclas de prueba para llegar a las cantidades óptimas de agregado grueso y de ino debido a que los agregados m#s pesados y m#s #speros se comportan de una manera un tanto dierente al agregado de peso normal de los concretos de peso normal. Ktras recomendaciones, que no se encuentran en los inormes de la -7 antes mencionados, son5 . El mortero se debe dosiicar de modo que se logre una densidad tan alta como se puedaB esto puede lograrse si se usa vapor condensado de sílice y un aditivo reductor de la cantidad de agua de alto rango. El vapor condensado de sílice debe contener por lo menos el ;0 de bióido de silicio, una p"rdida de ignición del 1 o menos y un #rea supericial (absorción de nitrógeno) de al menos 0 +++ m*G?g. *. El uso de la inclusión de aire y un contenido mínimo de agua ayudar# de manera apreciable en la reducción del sangrado y la separación de diversos tama!os de agregado, así como en el logro de un concreto m#s homog"neo. 6. l evaluar las mezclas de prueba, el dosiicador debe establecer amilias de mezclas de modo que se puedan realizar ajustes con rapidez durante la construcción, causados por la alta de uniormidad en los agregados, como las gradaciones variables y la ruptura. En esencia, todos los m"todos de prueba estipulados para el control y la evaluación del concreto de peso normal son del mismo modo aplicables al concreto pesado. La inspección en el campo debe incluir revenimiento, contenido de aire, densidad, rendimiento y la producción y curado de muestras (cilindros y vigas) para las pruebas de resistencia .
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i%. $ #entral nuclear onde se *ealia 45a osi!icación6 3.2.'. Mtodos de construcción 0isten
principalmente dos m"todos de construcción que se pueden incorporar con el empleo de concreto pesado5 el m"todo convencional y el del agregado prevaciado. -uando se aplica el m"todo convencional, se pueden incorporar muchos de los requisitos del mezclado, transporte y colado del concreto de peso normal, pero siempre debe considerarse la densidad mayor y su eecto sobre el equipo. Las capacidades de las revolvedoras industriales de concreto est#n dise!adas para mezclar volum"tricamente un volumen particular de concreto que tenga una densidad de alrededor de 0+ pc como consecuencia, no debe intentarse mezclar concreto pesado que tenga una densidad de 6++ pc con el uso de la capacidad volum"trica real de la revolvedora. En este caso, se debe reducir el volumen que se est# mezclando en por lo menos el 0+. El concreto pesado convencional siempre debe consolidarse por vibración. Estas precauciones en el equipo de manejo tambi"n se aplica a los soportes de los canalones para concreto, la capacidad de las gr'as, el tama!o de los cucharones transportadores de concreto, las bandas transportadoras y a la resistencia de las cimbras, así como a otros puntos de inter"s semejante. %iempre debe considerarse el m"todo de construcción del agregado prevaciado, en especial para el concreto pesado. %u aplicación casi siempre conduce a un concreto que tiene la densidad m#ima. La aplicación de este m"todo permite que los agregados gruesos pesados se manejen por medio de equipo m#s robusto que el que se usa para manejar el concreto mezclado, y el mortero, aunque pesado, normalmente se dosiica y mezcla cerca del colado. %i se aplica este m"todo, el agregado grueso se distribuye dentro de las cimbras y el mortero se bombea en la base y se uerza hacia arriba alrededor de las partículas de agregado grueso. $ara el concreto pesado con agregado prevaciado, es esencial que las partículas de agregado grueso se laven bien y no contengan partículas de Ingeniería Civil
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tama!o menor que el especiicado, antes del colado en las cimbras, para garantizar un lujo sin restricciones. -on recuencia, es necesario empacar en orma manual estos agregados gruesos alrededor de los artículos ahogados.
3.3. #oncreto pesado sus aplicaciones 3.3.1. *eactor del centro nuclear +uaran%al , -er 0l concreto pesado en el #entro Nuclear de +uaran%al7-er
El 7nstituto $eruano de Energía /uclear ediicó en la meseta de uarangal, en la provincia de Lima, el -entro /uclear de 7nvestigaciones del $er', construyendo en concreto el Jloc? del eactor $I+. El concreto se ha dise!ado para actuar como elemento estructural y de blindaje biológico contra la acción de radiaciones nucleares.
E-HK $+ 2EL -E/HK /D-LE I D/4L $E@ Las características de la ediicación son las siguientes5 El concreto pesado tiene una densidad seca mínima de *.8 grGcm 6B una resistencia a la compresión a los *; días de *;+ ?gGcm *B un espesor promedio de la pantalla de *0+ cmsB y en el dise!o de la estructura se ha considerado la posibilidad de un sismo de magnitud ;.< :s. El cemento elegido ue de la empresa MndinoM Hipo C de la clasiicación ASTM C 150. La elección tomó en consideración su peque!o porcentaje de aluminato tricálcico, el cual garantizaba un lento y bajo desarrollo de calor de hidratación. Los estudios eectuados en el Laboratorio de Ensayos de :ateriales de la Dniversidad /acional de 7ngeniería, garantizaron el Ingeniería Civil
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cumplimiento de las especiicaciones de resistencia dentro de los niveles de calor de hidratación deseados. -omo agregado ino se emplea una arena natural de cantera, limpia, la cual cumple con las especiicaciones de la /orma C 33 del ASTM y los requisitos especiales. %e emplea como agregado grueso el mineral de hierro clasiicado como Magnetita, proveniente de los yacimientos de :arcona. Esta Magnetita, adem#s de garantizar la densidad deseada, act'a como aportador de hierro, y elementos pesados que contribuyen al control del lujo de radiaciones 4amma. La :agnetita seleccionada cumple con las recomendaciones de las /ormas E 637 y E 638 del ASTM. El agua empleada es potable y se ha trasladado en camiones cisterna desde Lima. %e han utilizado dos aditivos5 un plastiicante, para lograr retardo de raguado con reducción de agua sin p"rdida de resistenciaB y un superpl#stiicante, para garantizar luidez de la mezcla durante el tiempo de colocación. La dosiicación de la mezcla se ha hecho para proporciones de peso. Las proporciones seleccionadas ueron comprobadas primero en el Laboratorio de Ensayo de :ateriales de la Dniversidad /acional de 7ngeniería y luego ajustadas en obra por la irma contratista. En la selección de la resistencia promedio se consideró que no m#s de una en cada *+ muestras estaría por debajo de la resistencia especiicada. La relación agua I cemento ue limitada a un m#imo de +.00B el contenido de aire atrapado al y, adicionalmente, se ijó la composición química por elementos de la unidad c'bica de concreto en unción del lujo de radiaciones 4amma del eactor. $ara el control de calidad del concreto pesado se han establecido especiicaciones muy rigurosas, control#ndose los materiales, la apariencia y calidad del concreto resco, su temperatura y el ambiente, el peso unitario, la consistencia, el contenido de aire, la resistencia en compresión, el módulo de elasticidad y la p"rdida de resistencia despu"s de eposición a una temperatura determinada.
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089/0MA 05 *0A#:O* N/#50A* *-1; 7 iario 5a *epblica. -er
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[CONCRETO DE ALTA DENSIDAD] $. #onclusiones
En el $er' se integró por primera vez el concreto pesado en la provincia de 4uarangal N Lima por la necesidad de un concreto que proteja de la eposición radioactiva que este tipo de concreto nos brinda. El concreto de lta 2ensidad algunos autores consideran a partir de *;++ FgGcm6 hasta los 0;++ Fg G cm6 B y otros llevan a partir de los 1+++ ?g G m6. El dise!o de mezcla para este tipo de concreto necesita piedra melanita en el gregado, un concreto con un agregado con mayor densidad para su alta resistencia.
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&. *e!erencias
>cbertesis.urp.edu.pe>bitstream>urp>11;>1>millones?aa.pd! >concretos.%aleon.com>c$.>civil%[email protected]>2;11>;>2&>el7concreto7pesado77sus7aplicaciones7reactor7del7 centro7nuclear7de7
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