Durabilidad y Sostenibilidad Del Concreto en Siglo XXI - Cristian Sotomayor

7/23/2019 Durabilidad y Sostenibilidad Del Concreto en Siglo XXI - Cristian Sotomayor

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UNA MIRADA A LA DURABILIDAD Y SOSTENIBILIDAD

DE LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO EN EL SIGLO XXI

Ing. Cristian Sotomayor C.


2/90

Consecuencias de daos en las estructuras de concreto

La durabilidad del concreto

Causas y mecanismos de la deterioracin del concreto

Rol de los materiales en la durabilidad

Exigencias actuales del cdigo ACI 318-14

Microestructura: La pasta, los agregados y zona de transicin

La relacin a/c, a/mc, y su rol en la microestructura

Retos en la industria para hacer estructuras durables

Qu tan durables y sustentables deben ser las estructuras?

Plan de presentacin


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Un milln de puentes en USA a fines del siglo XX, de los cualesla cuarta parte

necesitaba mantenimiento.

130 mil millones requeridos para reparar el 29% de puentes, untercio de

caminos de tierra, y 2100 presas inestables [American Civil EngineeringSociety, 1998].

Se estima un costo global de reparacin en estructuras daadas por ciclos de

hielo-deshielo y corrosin del acero de refuerzo, alrededor de16 mil a 24 milmillones de dlares.

Cada ao, cerca de400 millones de dlares suplementariosse incluye a los

costos de reparacin descritos.

Consecuencias de daos en estructuras de concreto (USA)


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Corrosin del acero de refuerzo

Consecuencias de daos en estructuras de concreto

(Texas, Estados Unidos)


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Se estima en 5 mil millones de dlares el costo de reparacin de

estacionamientos de edificios afectados por problemas de corrosin.

En la mayora de los casos (USA y Canad), se demuestra que los costos de

reparacin de estructuras daadas superan su costo de construccin (hasta1.20 veces).

Tanto en Canad y USA existe un impacto importante en la calidad de vida

de los usuarios del sistema red vial y sobre la actividad econmica de la

regin, debido a la interrupcin de la circulacin, reduccin de la capacidad

de servicio, retrasos, congestionamientos de trfico, entre otros.

Consecuencias de daos en estructuras de concreto (Canad)


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Corrosin del acero de refuerzo


(Qubec, Canad)


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En Gran Bretaa, se estima que un tercio de los puentes necesitan

mantenimiento. Se tuvo una prdida de 600 millones de libras esterlinas

(USD 942 millones) en 1996.

En Japn,se gasta cerca de 40 mil millones de yen (USD320 millones) porao en mantenimiento de estructuras.


(UK, Japn)


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(UK, Japn)


9/90

Consecuencias de daos en estructuras de concreto:

y en el Per??

Puente Topar, Chincha, Ica. Inversin: USD 33.9 millones red vial 33km.

Puesta en servicio: 28/01/2011, colapso: 16/07/2015 1:30pm.


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Consecuencias de daos en estructuras de concreto:

y en el Per??

Puente Topar, Chincha, Ica. Inversin: USD 33.9 millones red vial 33km.Puesta en servicio: 28/01/2011, colapso: 16/07/2015 1:30pm.


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COMIT ACI 201.2R-01

La durabilidad del concreto de cemento hidrulico se define como su

capacidad para resistir la accin de la meteorizacin, los ataques qumicos,

la abrasin o cualquier otro proceso de deterioro.

Un concreto durable conservar su forma, calidad y serviciabilidad

originales al estar expuesto a su ambiente

La durabilidad del concreto


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Causas de la deterioracin del concreto

Referencia: Mehta, P. K., Monteiro, P. (2006) Microstructure, Properties, and Materials.


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Causas de la deterioracin del concreto

Referencia: Mehta, P. K., Monteiro, P. (2006) Microstructure, Properties, and Materials.


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Origen de la deterioracin del concreto

1. Factores climticos


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2. Factores ligados a la concepcin de diseo, construccin, mantenimiento

de la estructura, y caractersticas de los materiales.

Concepcin de diseo Construccin


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Mantenimiento de la estructura




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Caractersticas de los materiales

Material Componente Lmite por

material

Lmite en el

concreto

Patologa

Cemento Alcalis > 0.6% 1.8 a 3k/m3-AASHTTO P65

RAS

Sulfato Sulfoaluminato

Agregados Cloruro

Sulfato

Sales solubles

600 ppm

1000 ppm

5000 ppm

Cloruro:

0.06 a 1.0 %

peso cementoSulfato:

10,000

ppm

ACI 318-14

Corrosin

Sulfoaluminato

EflorescenciaAditivo

qumico

Cloruros ?? Corrosin

Agua Cloruro

Sulfato

Sales solubles

500 ppm

3000 ppm

50000 ppm

Corrosin

Sulfoaluminato

Eflorescencia




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Mecanismo de la deterioracin del concreto

Corrosin del acero de refuerzo ASR

Ataque por sulfato (Sulfoaluminato) Congelamiento y deshielo


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Mecanismo de la deterioracin del concreto

Corrosin del acero de refuerzo ASR

Ataque por sulfato (Sulfoaluminato) Congelamiento y deshielo


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Exigencias actuales (Cap. 19.3 - ACI 318-14)

COMENTARIO

a/c, a/mc o los dosparmetros??

Tenemos tablaa/mc o a/c vs fc??


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0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

ResistenciaalaCom

presion(kg/cm)

Relacion a/c TIPO I con AditivoRelacion a/mc TIPO IP con Aditivo

ACI 318

Diferentes fcr

fcr1

fcr2

fcr3


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ResistenciaalaCom

presion(kg/cm)

Relacion a/c TIPO I con AditivoRelacion a/mc TIPO IP con Aditivo

ACI 318

Diferentes fcr

a/cm1 a/cm2 a/cm3


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COMENTARIO


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La relacin a/c, a/cmte

a/c tiene gran influencia en la

porosidad de la pasta hidratada,define el espaciamiento inicial entre

las partculas de cemento

suspendidas en el agua de mezcla

a/mcbrinda una idea de la cantidad

total de partculas finas y aguadisponible para hidratarlas en la

mezcla, lo que puede usarse para

cuantificar la cercana de las

partculas finas en la fase lquida

REFERENCIA: INCREASING THE STRENGTH OF CONCRETE MADEWITH BLENDED CEMENTS


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Microestructura: La pasta, los agregados y zona de Interface

Concreto fresco (Pasta lquida) Concreto Endurecido (Pasta hidratada)


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Reducir la relacin a/c, a/cm para reducir porosidad de la pasta

Utilizar adiciones minerales para transformar los cristales de

Ca(OH)2en nuevos C-S-H.

Empleo de aditivos SP o Hiperplastificantes para maximizar la

dispersin de las partculas de cemento

Reducir el TM del agregado para disminuir la demanda de pasta

Cmo mejorar la microestructura (zona de interface)?

ESTOS SON LOS RETOS A TRABAJAR PARA MEJORAR LA CALIDADDEL CONCRETO!. LA PREGUNTA AHORA: ES SUFICIENTE PARACONSEGUIR ESTRUCTURAS MS DURABLES?

Cules son los retos en la industria de la construccin para


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Cules son los retos en la industria de la construccin para

hacer estructuras ms durables?


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Revisemos las oportunidades de mejora en la cadena productiva para la

construccin de estructuras en concreto:

1. Diferentes puntos de vista (prioridades) entre los actores de la industria para

abordar aspectos relevantes:desdela concepcin hasta la puesta en servicio de

laestructura.

Retos en la industria para hacer estructuras ms durables


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Menor costo unitariodel concreto

Mayor penetracinen el mercado

Consolidacin del

negocio (Posiciona-miento en mercado)

Hacer concretos a

prueba de bala

Proyecto acorde a lasnecesides del propietario

Estructura resistente ydurable

Cumplimiento a

estndares de seguridady medio ambiente

Estructura durable ysustentable P

roductord

eConcreto

Constructor

Diseador/

Proyectista

Diferentes puntos de vista entre los actores de la industria

Propietario SIMPLEMENTE

LO QUE SE HA

DISEADO ENSU PROYECTO

Estn hablando el mismo idioma??

Mayor productividad

Simplicidad en losprocesos

Mayor rapidez en la

ejecucin

Desencofrados aedades muytempranas


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Cunto impacta el no hablar el mismo idioma?

Fuente: Mailvaganam, N. P. Repair and protection of concrete ctructures, CRC Press, 473 p.



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ESPECIFICACIONESTCNICAS DEL DISEO

REALIDAD

Relacin agua/cmto = 0.40

Resistenciafc= 245k/cm2

@28 das.

Asentamiento 4con WRA.

Fc= 420k/cm2 @ 28 das

No se consigue fluidez debido altipo aditivo (se requiere HRWRA)

Se requiere > asentamiento (8 oms) para conferir trabajabilidadadecuada y facilitar colocacin delconcreto.

Se requiere un aditivo mantensorde la fluidez (retardante)


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CONSTRUCCION (VACIADO) REALIDAD


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CONSTRUCCION (ACABADOS) REALIDAD


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Cmo podemos abordar estas mejoras?

Diseador / Fabricante de concreto / Constructor

Hay que recabar la mayor cantidad deinformacin del proyecto para saber lo

que debemos realmente producir!



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HAY QUE INTEGRAR A TODOS LOS ACTORES DE LA INDUSTRIA!!

Diseador Fabricante Constructor Cliente/Propietario

Hay que educar al Propietario, diseador, fabricante, Constructor !

Hay que certificar la mano de obra !



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laestructura.


2. Necesidad de una propuesta de concreto ms enfocada en la solucin integral

de las necesidades en obra, y no en el producto.

Venta de concreto ms enfocada en la solucin integral de las


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necesidades en obra

Enfoque en las necesidades del cliente

Vendemos Atributos de Calidad: Valor de los Atributos?

Vendemos Confianza: Valor de la Confianza?

Vendemos Tiempo: Valor del tiempo?

Vendemos Ganancias: Valor de las Ganancias?

Vendemos solucin sustentable Valor de la solucin?

Cmo administrar estas promesas?

Cmo educar al cliente?



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Meta:entregar mso justo lo quese prometi

Ofrecergarantas

delservicio

Hacer promesasRealista

ADMINISTRAR LAS PROMESASDEL SERVICIO

ImplementarDisearla yvalidarla con el

cliente

Fabricante de Concreto, Diseador, Constructor



necesidades en obra



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Meta:entregar

ms o justolo que seprometi

Preparar alcliente

sobre elproceso del

servicio

Aclarar lasexpectativasdespus de

la venta

Ensear alos clientesa evitar losperiodos de

demandapico y a

buscar los

de pocademanda

Confirmar eldesempeo deacuerdo A LA

PROMESA

CONTRIBUIR EN EDUCAR AL CLIENTE


necesidades en obra

Fabricante de Concreto, Diseador, Constructor



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necesidades en obra

Hasta el da de hoy

Competencia en el mercado mayormente

basada en el precio unitario

Existe la consigna de que a menor precio:

me llevo el proyecto!

Comprometemos significativamente la

calidad del concreto, el servicio de entrega

y el mantenimiento futuro de la estructura.

Queremos vender algo al cliente que no

satisface realmente sus necesidades, pero

que forma parte de la oferta del mes!



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necesidades en obra

De ahora en adelante

Hay que demostrar al Diseador /

Constructor y/o Propietario las

ganancias adicionales y los

beneficios en calidad que puede

tener el proyecto. Ejm:

Pago USD 3/m3 adicionales en el

concreto para ganar USD 5/m2 en

el proyecto! y minimizo

riesgos/defectos en la calidad de

las estructuras!!!!



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necesidades en obra

El reto para el producto que queremos vender no radica en

ofertar solo los atributos como producto si no los beneficios

alineados a satisfacer una necesidad del cliente!!

Saben ustedes cules son los retos de la industria del


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concreto en el siglo XXI?



laestructura.

2. Necesidad de una propuesta de concreto ms enfocada en la solucin integral de

las necesidades en obra, y no en el producto.

3. Necesidad de explorar nuevos materiales para fabricar concreto



N id d d l t i l t


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Utilizacin de rocas puzolnica como agregados para la fabricacin deconcreto (Evitar la depredacin de los agregados en el planeta)

Utilizacin del polvo de vidrio chancado, diatomitas, metakaolin como

materiales cementicios suplementarios en el cemento y/o concreto.

Utilizacin de bacterias no patgenas para sellar las fisuras del concreto

Utilizacin de aditivos o pigmentos (concretos coloreados, arquitectnicos)

que faciliten los acabados de las estructuras

Necesidad de explorar nuevos materiales para concreto


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Utilizacin de aditivos o pigmentos en el concreto

INNOVACIN TECNOLGICA: CONCRETO ARQUITECTNICO


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INNOVACIN TECNOLGICA: CONCRETO ARQUITECTNICO

Utilizacin de aditivos o pigmentos en el concreto



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Sabe ustedes cu es so os etos de a dust a deconcreto en el siglo XXI?



laestructura.

2. Necesidad de tecnologas de concreto que faciliten los procesos constructivos y la

puesta en marcha de las estructuras.

3. Necesidad de explorar nuevos materiales para fabricar concreto

4. Necesidad de hacer un buen control de calidad para optimizacin de los procesos

y del producto cementcio a suministrar



L d b it


49/90

Lo que se debe evitar

Lo que se debe hacer


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Lo que se debe hacer



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5. Necesidad de nuevas tecnologas de concreto que faciliten los procesos

constructivos y la puesta en marcha de las estructuras.




Necesidad de nuevas tecnologas de concreto


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(I) Disear concretos ms trabajablesque permitan simplificar los procesosconstructivos en obra (> productividad).

Fabricante deConcreto

(II) Disear concretos quedependan cada vez menos del

curado para su hidratacin yganancia de resistencia.

(III)Conferir al concreto lamantencin de fluidez

necesaria sin extender su

fraguado normal.

(V) Reducir el fraguado delconcreto para agilizar los

acabados, corte ydesencofrado.

(IV)Acelerar la resistenciafcdel

concreto para su desencofrado aedades muy temprana.

(VI) Conferir al concreto una

baja permeabilidad para hacerestructuras ms durables.


(VII) Hacer mezclas deconcreto que contribuyan con

la durabilidad y sustentabilidad

del proyecto y del planeta.



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fraguado normal.






Es factible?(VI) Conferir al concreto una







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fraguado normal.






Es factible?(VI) Conferir al concreto una






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C. Convencional

2 - 4

C. Plastificado

4 - 6

C. Semi fluido

6 - 8

C. fluido

> 8


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Cul emplear? Hoy en da es factible usarcualquiera de los dos!!


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Semi autocompactante

Extensibilidad 450 550mm

Auto compactante

Extensibilidad 550 650mm

Autonivelante

Extensibilidad > 650mm


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fraguado normal.





Es factible?








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Empleo de aditivos qumicos que incorporen cristales de C-S-H en suspensin

aadidos en forma de semilla al concreto para acelerar la resistencia delconcreto sin depender del curado


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X-SEED: suspensin de nanopartculas de CSH que actan como ncleo de

cristalizacin facilitando la formacin acelerada de gel CSH en la solucin

Empleo de aditivos qumicos que incorporen cristales de C-S-H en suspensin

aadidos en forma de semilla al concreto para acelerar la resistencia delconcreto sin depender del curado


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(I) Disear concretos ms trabajables

que permitan simplificar los procesosconstructivos en obra (> productividad).






fraguado normal.





Es factible?


(VII) Hacer mezclas deconcreto que contribuyan

con la sustentabilidad del

proyecto y del planeta.



Mantencin prolongada de la fluidez del concreto


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Es suficiente lamantencin a 2hr?

a 2.5hr?

Mantencin prolongada de la fluidez del concreto



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fraguado normal.





Es factible?

(VI) Hacer mezclas deconcreto que contribuyan

con la sustentabilidad delproyecto y del planeta.






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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

ResistenciaalaPenetracin(lbf/p

lg2)

Tiempo (horas)

VARIACIN DEL TIEMPO DE FRAGUATemp. ambiente promedio 24.0c

F. final: 05:30

F. inicial: 08:36

F. final: 10:42

F. inicial: 06:42

F. final: 10:00

F. inicial: 04:12

F. final: 08:12

F. inicial: 08:54

Reducir un 50%para agilizar lostrabajos de

acabados



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fraguado normal.







baja porosidad / permeabilidadpara hacer estructuras ms

durables.





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+

Vida til estimada > 200 aos



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fraguado normal.











Qu tan durables deben ser las estructuras en el siglo XXI?


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Q g

Qu tan durables deben ser las estructuras en el siglo XXI?


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g

Actualmente no hay ninguna posibilidad de abordar la durabilidad de las

estructuras sin que este concepto no est asociado a su importancia en el

desarrollo sostenible (Sustentabilidad).

Cuanto mayor es la durabilidad de una estructura de concreto, menor es el

impacto ambiental en el planeta, es decir importa mucho la

SUSTENTABILIDAD!

Mezclas de concreto sustentables con el proyecto y ell t


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SUSTENTABILIDAD:

La habilidad de proveer para las necesidades del presente, sin

comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer

sus propiasnecesidades

Referencia: World Commission on Environment and Developments (the Brundtland Commission)

report, Our Common Future, (Oxford University Press, 1987)

planeta

Mezclas de concreto sustentables con el proyecto y ell t


75/90

SUSTENTABILIDAD EN LA CONSTRUCCION:

El concepto se enfoca en las personas y su calidad de vida: entornos

prsperos y saludables que respeten el medio ambiente ambiente, los

ecosistemas y la biodiversidad.

planeta

Dimensiones de la Sustentabilidad


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La norma Francesa P01-10contempla el anlisis del ciclo de vida en 20

impactos medio ambientales. Por cada dimensin cita, un comentario al

concreto es realizado:

1. Consumo de energa renovable

La industria cementera francesa utiliza 10% de energa trmica en forma de biomasa, y laenerga elica para producir cemento;

2. Consumo de energa no renovable

La industria del cemento considera la utilizacin de combustibles de desecho como un

esfuerzo para ahorrar energa fsil (ahorro de 500.000 tn de petrleo);

3. Consumo de agua

El concreto utiliza agua de mezclado en el proceso de hidratacin de los materiales

cementantes, la cual se integra a la estructura de productos hidratados;



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4. Valoracin de los residuos

Solo la construccin de carreteras permite un reciclaje razonable de residuos producidos en

pavimentos bituminosos;

5. Residuos Generados

Los desechos ligados a la demolicin de construccin no son lo suficientemente reciclados,

en el mejor de los casos utilizados en terraplenes.

6. Cambio Climtico

La temperatura ambiente de la Tierra aument en 0,6 o C conduciendo a fenmenos

climticos localizados. Compromiso en la reduccin del CO2en la industria de cemento.

7. Acidificacin Atmosfrica

El concreto no presenta impacto bajo ese fenmeno, a menos en el caso de las lluvias

cidas



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8. Polucin del Aire

Proviene de las emisiones de la planta de cemento y del polvo que resulta del proceso en la

produccin de concreto y agregados;

9. Polucin del Agua

Sin impacto negativo, siendo utilizado para su almacenamiento, transporte y distribucin;

10. Polucin del Suelo

El concreto se utiliza con mucha frecuencia como una manera de proteccin, caso del uso

en paredes diafragma, por ejemplo;

11. Destruccin de la capa de Ozono

El concreto no se relaciona como de contribucin relevante;

12. Formacin de Ozono Fotoqumico

No es relevante para el caso de concretos ejecutados "In Situ";



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13. Dao a la Biodiversidad

No es afectada por el concreto y tan poco modifica las condiciones de sostenibilidad;

14. Contribucin a la Calidad de los espacios

Sin impacto del concreto en la calidad del aire, diferentemente de los compuestos

orgnicos (pegamentos y pinturas) que pueden resultar relevantes;

15. Contribucin a la calidad del agua

Ensayos de lixiviacin indican que el agua potable en contacto con el concreto no

presenta impacto en su calidad, puede pasar que al revs, ocurra deposicin de

metales pesados en los poros del concreto debido a los efectos del PH;

16. Conforto Higromtrico

El concreto resulta excelente como aislante hdrico, frecuentemente usado en esa

funcin en cimentaciones de fundaciones;



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17. Confort Acstico

El concreto se utiliza en la construccin de autopistas por su propiedad de absorber los

sonidos agudos;

18. Confort Visual

El concreto presenta una superficie aparente muy conocida y la evolucin de la calidad

del acabado es prueba de reconocimiento del conforto visual.

19. Confort Olfativo

El concreto no presenta olor despus de endurecido.

20. Consumo de recursos no energticos:

El concreto consume agregados, recurso an abundante en el planeta. Para minimizar

el consumo de estos recursos, usar HPC.

Estructuras de concreto sustentables en el planeta


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Ejemplo de estructuras de concreto sustentables


82/90

j p



83/90

SUSTENTABILIDAD: CONCRETOS PERMEABLES (DRENANTES)

j p



84/90

OPTIMIZACION DE PROCESOS: ESTRUCTURAS EFABRICADAS

j p

Y cules son los retos entonces para el siglo XXII?


85/90

Algunos proyectos en camino


86/90

Exploracin de la NASA a la vista en el 2020!

Algunos proyectos en camino


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Seremos capaces de hacerlo?


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101

MUCHAS GRACIAS!


89/90

MUCHAS GRACIAS!

PREGUNTAS?


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