MATERIALES / EL USO DE CENIZA VOLANTE EN CONCRETOS

Propósito

Bien público Debe utilizarse para ofrecer un beneficio público genuino a perpetuidad

Confianza

Seguridad Debe habilitar la seguridad y ser seguro en sí mismo

Funcionalidad

Federación Debe basarse en un entorno conectado estándar Creación de valor Debe habilitar la creación de valor y la mejora del rendimiento Entendimiento Debe proveer entendimiento determinable dentro del entorno construido

Apertura Debe ser lo más abierto posible Calidad Debe basarse en datos de una calidad adecuada

Curación Debe tener clara pertenencia, gobernanza y regulación Evolución Debe ser capaz de adaptarse a medida que la tecnología y la sociedad evolucionan

Fuente: Centre for Digital Built Britain y Digital Framework Task Group.

Se hace necesario cambiar paradigmas, porque no tiene mucho sentido ahorrar dinero en la implementación y puesta en marcha, si a la larga se tienen gastos mucho mayores. De la misma manera en que no detectar interferencias en un flujo de trabajo tradicional se puede traducir en correcciones millonarias durante la construcción, no pensar a futuro puede hacer que haya que pagar un costo menor, pero multiplicado por varios años.

Iniciar la creación de un activo teniendo como objetivo la entrega de un gemelo digital permite ahorrar costos a lo largo de todo el ciclo de vida de éste y ofrece ventajas importantes a sus dueños y operadores. Los avances en la tecnología actual permiten empezar a obtener beneficios incluso antes de poner un pie en el sitio de obra. La captura de contexto, por ejemplo, ayuda a tomar mejores decisiones con base en un entorno digital mucho más rico que hace que los involucrados entiendan mejor el proyecto; y en todas las fases subsecuentes se pueden encontrar ahorros de tiempo y dinero, mejoras de eficiencia, etcétera.

La adopción generalizada de gemelos digitales permitirá no sólo aprovechar mejor los activos por separado, sino también interconectarlos, entender mejor cómo uno afecta al otro, y generar un mejor entorno para todos: redes de transporte inteligentes que optimizan sus rutas en tiempo real, enriquecimiento del entorno para los vehículos autónomos de manera que puedan predecir mucho mejor su manejo y evitar más accidentes, optimizar combustible, crear ciudades inteligentes con plantas de energía inteligentes y tratamiento de agua inteligente, incluso nuevas oportunidades de negocio y nuevas profesiones ahora inimaginadas.

Las tendencias actuales conducen a la integración, y metodologías como la construcción lean involucran

desde las primeras etapas a diseñadores y clientes en el proceso de la construcción, a fin de poder detectar mejor los riesgos, eficientar la construcción, reducir retrabajos y muchas otras ventajas más. ¿Por qué no llevarlo un paso más allá y pensar también en la operación y el mantenimiento? Muchos activos de infraestructura en el mundo se han beneficiado ya de este enfoque, desde viaductos hasta edificios, y los individuos se interesan cada vez más, no sólo como diseñadores o constructores, sino como ciudadanos; enfoques más integrales fomentan la transparencia y la rendición de cuentas, y ayudan a mantener mejor los activos, que a fin de cuentas son para beneficio de todos.

Conclusiones

Figura 3. Los principios Gemini aplicables a los gemelos digitales nacionales. Si bien la normativa BIM va avanzando en México y en el resto de América Latina, por sí solo BIM no es suficiente para crear un gemelo digital; es una parte importantísima, sí, pero sigue quedándose como una representación, estática en el tiempo, de activos que están en constante cambio y crecimiento. Aunque se llegue a 4D, 5D y 7D, el modelo digital queda únicamente como un repositorio de información sin conexión con su contraparte física. Necesita esa capa adicional de retroalimentación, ajuste y calibración para alcanzar la definición de gemelo digital. La mayoría de las empresas que utilizan BIM siguen siendo sólo empresas de diseño, y si bien existe consenso en que éste se volverá más relevante en el mercado futuro, las empresas aún ven barreras para su adopción: la nula demanda por parte de clientes y gobierno para utilizarla (algo que está cambiando), así como el retorno de su inversión, que no suele ser tan tangible en el corto plazo. Mientras que el resto del mundo ya está pensando en los gemelos digitales, en México y América Latina damos nuestros primeros pasos hacia una normativa BIM. La pandemia causada por el virus SARS-CoV-2 forzó a muchas empresas a dar saltos de años en su transformación digital. Es momento de capitalizar ese fuerte impulso y seguir empujando hacia el futuro; en caso contrario, como en la adopción de la metodología BIM, corremos el riesgo de quedarnos rezagados nuevamente.

Referencias

Caruso, P., D. Dumbacher y M. Grieves (2010). Product Lifecycle Management and the Quest for Sustainable Space Explorations. AIAA SPACE 2010 Conference & Exposition. Anaheim. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

El uso de ceniza volante en concretos

En este trabajo se describen las propiedades de durabilidad obtenidas durante un año de monitoreo de mezclas de concreto con y sin contenidos de ceniza volante proveniente de una termoeléctrica mexicana. Los resultados demuestran la viabilidad del uso de la ceniza volante y fortalecen el impulso de su uso en la construcción civil en México.

MARIELA

RENDÓN BELMONTE

Ingeniera química con maestría en Electroquímica y doctorado en Ingeniería. Investigadora del Instituto Mexicano del Transporte (IMT).

MIGUEL

MARTÍNEZ MADRID

Docente e investigador de la Universidad Politécnica de Querétaro. Ingeniero químico metalurgista con doctorado en Metalurgia y ciencias de los materiales. Investigador del Sistema Nacional de Investigadores.

EVERARDO DONATO

SÁNCHEZ TOPETE

Ingeniero civil. Asistente de investigación en el IMT.

ABRAHAM

LÓPEZ MIGUEL

Doctor en Electroquímica e Ingeniería química. Investigador del IMT. Una alternativa considerada para lograr la durabilidad, sustentabilidad y factibilidad económica de la obra civil en México es el uso de la ceniza volante (residuo resultante de la combustión del carbón) como material sustituto del cemento Pórtland, material que, en la actualidad, en gran parte es almacenado como producto de desecho en las instalaciones de las termoeléctricas de la Comisión Federal de Electricidad (CFE).

Actualmente tres termoeléctricas aún utilizan carbón como combustible; de acuerdo con datos de 2018, el volumen de carbón utilizado y la producción de ceniza volante fueron los siguientes: • Central termoeléctrica Plutarco Elías Calles: 519,796 t de carbón, 0.8% de ceniza volante aprovechada • Central termoeléctrica Carbón II: 924,817 t de carbón, 16% de ceniza volante aprovechada • Central termoeléctrica José López Portillo: 1,278,166 t de carbón, 11% de ceniza volante aprovechada

El uso de la ceniza volante es añejo y existen diversas investigaciones al respecto; en México, como demuestran las cifras, no se ha conseguido la utilización de este residuo en su totalidad.

El interés principal de este trabajo es conocer sus virtudes como material sustituto del cemento Pórtland en

Tabla 1. Descripción de los concretos fabricados Mezcla MT Diseño (kg/cm²) Grava 3/4” (kg/m³) Arena caliza (kg/m³) Agua (kg/m³) Aditivo Cemento CP 40 RS (kg/m³) Ceniza volante natural (kg/m³) Ceniza volante tamizada (kg/m³) Costo por metro cúbico (pesos) 450 560.22 513.88 132.16 Marca comercial 342.5 0 0 1,130.74 mezclas de concreto con base en tres consideraciones: 1) el impacto ambiental que ocasiona la producción del cemento Pórtland; 2) las propiedades de durabilidad de la ceniza volante y 3) su disponibilidad en México.

En particular, se reportan propiedades de durabilidad tales como: velocidad de pulso ultrasónico (VPU), resistividad eléctrica real (ρ), permeabilidad rápida al ion cloruro y resistencia mecánica a la compresión a diferentes edades (durante 360 días) de mezclas de concreto con porcentajes de sustitución del cemento Pórtland del 0 y 30% por ceniza volante en su estado natural y tamizada.

Materiales

Para la elaboración de las mezclas de concreto se utilizó cemento Pórtland 40 RS (resistente a sulfatos) de marca comercial, considerando que hoy en día es uno de los cementos más utilizados en estructuras de concreto reforzado en ambientes marinos; los otros materiales fueron ceniza volante natural y tamizada, agregados producto de la trituración de roca caliza y agua potable de la red.

Caracterización

La caracterización del cemento Pórtland compuesto 40 RS (CPC 40 RS) y ceniza volante consistió en la determinación de la distribución de tamaño de partícula por difrac-

MCV 450 560.22 513.88 132.16 Marca comercial 239.62 102.62 0 1,322.02

MCVT 450 560.22 513.88 132.16 Marca comercial 239.62 0 102.62 1,366.15

a b

Figura 1. a) Micrografía de CV y b) micrografía de cemento.

Velocidad (m/s) 4600 4550 4500 4450 4400 4350 4300 4250 4200 4150 4100 4050 MT MCV MCVT

28 35 49 63 70 90 118 150 180 210 240 280 328 360 Edad (días)

Figura 2. Resultados de VPU de las mezclas MT, MCV y MCVT.

ción láser, mapeo químico por microscopía electrónica de barrido (MEB) y energía dispersiva (EDS), y determinación de porcentaje de calcinación del cemento (ASTM C114) y ceniza volante (ASTM C311). Sólo para la ceniza volante se realizó además difracción de rayos X (DRX).

Diseño de mezclas

De los agregados utilizados se obtuvo la densidad y absorción considerando las normas ASTM C127 y C128. La densidad de la grava resultó de 2.5 g/cm³ y de la arena, de 2.2 g/cm³; el porcentaje de absorción resultó del 0.9 y 2.3%, respectivamente.

Se fabricaron tres mezclas con 0 (MT) y 30% de porcentaje de sustitución de ceniza volante en su estado natural o recepción (CV) y tamizada (CVT) respecto al peso del cemento. La relación agua/material cementante fue 0.4; para lograr esta relación, se utilizó reductor de agua y aditivo fluidizante de marca comercial.

En la tabla 1 se describen las condiciones y denominación de las mezclas de concreto fabricadas, así como el costo estimado por metro cúbico de concreto. Cabe resaltar que el costo estimado por cada diseño se realizó considerando un valor agregado para la ceniza volante; como referencia se recurrió al costo de una adición comercial que proporciona beneficios al concreto.

Fabricación de muestras

A partir de cada mezcla se obtuvieron 25 cilindros de dimensiones de 10 × 20 cm, fabricados y curados de acuerdo con el procedimiento establecido por la norma ASTM C192; su hidratación se realizó con agua potable del suministro municipal. Posterior al periodo de curado (28 días), todas las muestras se retiraron del cuarto de curado y se mantuvieron a temperatura ambiente y en condición saturada, condición lograda con inmersión constante en agua en contenedores de plástico con tapa.

Ensayos

Los ensayos que se realizaron se centraron en aquellos que permitiesen cuantificar las propiedades de durabilidad de las mezclas, siguiendo las normas aplicables vigentes NMX o ASTM. Las pruebas realizadas fueron: velocidad de pulso ultrasónico (ASTM C-597-2016), resistividad eléctrica (NMX-C514-2018), permeabilidad