La infraestructura civil, incluidos los edificios, puentes, carreteras, t\u00faneles, represas y pavimentos de aer\u00f3dromos, puede estar sujeta a m\u00faltiples peligros, como terremotos, incendios, tormentas, vientos, proyectiles y explosiones. La protecci\u00f3n contra fallas catastr\u00f3ficas de la infraestructura debido a tales cargas extremas no se puede garantizar a pesar de muchas d\u00e9cadas de investigaci\u00f3n en dise\u00f1o estructural y desarrollo de materiales. Esto est\u00e1 ilustrado por eventos como el atentado con bomba en el edificio federal Alfred Murrah de 1995, el terremoto de Northridge en California en 1994 y el hurac\u00e1n Katrina de 2005 en el Golfo de M\u00e9xico.<\/p>\n\n\n\n

Dentro de la comunidad tecnol\u00f3gica concreta, el desarrollo de hormig\u00f3n cada vez m\u00e1s resistente (compresivo) en las \u00faltimas d\u00e9cadas ha dado esperanza para estructuras m\u00e1s fuertes. Sin embargo, tambi\u00e9n se reconoce cada vez m\u00e1s que cuando se alcanza un cierto nivel de resistencia a la compresi\u00f3n, el fracaso de una estructura o elemento estructural estar\u00e1 dominado por una fractura fr\u00e1gil en tensi\u00f3n. Este reconocimiento ha llevado a una expansi\u00f3n del desarrollo de las propiedades de los materiales hacia la ductilidad a la tracci\u00f3n en los \u00faltimos a\u00f1os (v\u00e9ase, por ejemplo, Fischer y Li, 2006). Este nuevo enfoque de investigaci\u00f3n y desarrollo puede proporcionar una base racional para respaldar la construcci\u00f3n de nueva infraestructura y la rehabilitaci\u00f3n de la infraestructura existente para lograr una resistencia robusta y mejorada contra m\u00faltiples peligros.<\/p>\n\n\n\n

Este art\u00edculo presenta el compuesto cementado de ingenier\u00eda (ECC)<\/strong>, que tiene su microestructura dise\u00f1ada desde cero para la ductilidad a la tracci\u00f3n. Como resultado, el material muestra una alta tolerancia al da\u00f1o bajo una variedad de condiciones de carga. Despu\u00e9s de un breve resumen del enfoque de dise\u00f1o basado en micromec\u00e1nica detr\u00e1s de ECC, se revisan los aspectos destacados de sus propiedades de tracci\u00f3n y algunas aplicaciones de campo recientes de este material emergente. El art\u00edculo concluye con breves comentarios sobre el desarrollo futuro de ECC funcionales inteligentes.<\/p>\n\n\n\n

El enfoque de dise\u00f1o detr\u00e1s de ECC ultra-d\u00factil es significativamente diferente del de detr\u00e1s de hormig\u00f3n de ultra alta resistencia. El principio m\u00e1s fundamental del dise\u00f1o de hormig\u00f3n de ultra alta resistencia es el empaquetamiento apretado de part\u00edculas, dejando el menor vac\u00edo posible en el compuesto endurecido. Este enfoque resulta en un retraso de las grietas que surgen de los defectos del material y extiende la resistencia y rigidez del hormig\u00f3n. Este retraso en el inicio de la fisuraci\u00f3n es el resultado de defectos de menor tama\u00f1o y mayor tenacidad de la matriz intr\u00ednseca, de acuerdo con la mec\u00e1nica de fractura.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo, una vez que crece una grieta, su propagaci\u00f3n es inestable y da como resultado una alta fragilidad compuesta. La adici\u00f3n de fibras reduce esta fragilidad, haciendo que el material sea utilizable en un miembro estructural.<\/p>\n\n\n\n

Uno de los pioneros de este enfoque de dise\u00f1o de ultra alta resistencia es el Dr. Hans Henrik Bache, del Grupo Aalborg Portland, en Dinamarca, en la d\u00e9cada de 1980. El resultado fue un hormig\u00f3n reforzado con fibras y de alta resistencia conocido como Densit, con una resistencia a la compresi\u00f3n que alcanza los 120 mega pascales (MPa) (Bache, 1981). Desde entonces, se han desarrollado y comercializado varios derivados de esta clase de material de hormig\u00f3n. Estos incluyen Ductal, desarrollado por La-Farge en Francia (Richard y Cheyrezy, 1995), y Cor-tuf, desarrollado por el Centro de Investigaci\u00f3n y Desarrollo de Ingenieros del Ej\u00e9rcito de los Estados Unidos (ERDC) (Neeley y Walley, 1995). Estos desarrollos posteriores se han visto favorecidos por la disponibilidad de modelos de empaquetamiento de part\u00edculas, part\u00edculas ultrafinas y dispersantes qu\u00edmicos fuertes, y un r\u00e9gimen de curado especializado, en el que se han informado resistencias a la compresi\u00f3n superiores a 200 MPa y resistencia a la tracci\u00f3n superior a 10 MPa . Sin embargo, incluso con refuerzo de fibra, esta clase de material muestra respuestas de suavizado de la tensi\u00f3n cuando se prueba bajo una carga de tracci\u00f3n uniaxial, con una capacidad de deformaci\u00f3n que no supera el 0.2 por ciento.<\/p>\n\n\n\n

Como se se\u00f1al\u00f3 anteriormente, el hormig\u00f3n de alta resistencia se desempe\u00f1a bien bajo carga de compresi\u00f3n pura. Sin embargo, muchas estructuras experimentan cargas de flexi\u00f3n y corte que invariablemente introducen tensiones de tracci\u00f3n en el material. En la carga din\u00e1mica, las ondas de tensi\u00f3n compresiva que viajan a trav\u00e9s del espesor de un elemento de hormig\u00f3n y se aproximan a una superficie libre se reflejar\u00e1n como una onda de tracci\u00f3n que resulta en escombros de alta velocidad expulsados en el lado posterior de la estructura (Forquin y Erzar, 2009). Ninguna cantidad de refuerzo de acero puede evitar este tipo de modo de falla que involucra la fragmentaci\u00f3n y fragmentaci\u00f3n del hormig\u00f3n, ya que el refuerzo siempre requiere una cubierta de hormig\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Incluso en el lado de impacto directo, los materiales adyacentes al cr\u00e1ter bajo un objeto penetrante a menudo desarrollan grietas radiales de tracci\u00f3n (Cargile et al, 2002). Nuevamente, esto sugiere la presencia de un alto esfuerzo de tracci\u00f3n local. Los elementos estructurales de hormig\u00f3n sometidos al fuego a menudo se desprenden debido a una combinaci\u00f3n de estr\u00e9s t\u00e9rmico diferencial y generaci\u00f3n de presi\u00f3n interna por vaporizaci\u00f3n de agua de poros capilares. Las tensiones de tracci\u00f3n resultantes eventualmente llevan a fracturas fr\u00e1giles del hormig\u00f3n de la superficie, permitiendo el contacto directo entre la siguiente l\u00ednea de acero de refuerzo y las llamas, y reduciendo el tiempo que tarda el acero en ablandarse y colapsarse estructuralmente.<\/p>\n\n\n\n

Con el fin de soportar tensiones de tracci\u00f3n y prevenir fracturas fr\u00e1giles, se prefiere una alta tenacidad del material compuesto. Si el modo de falla de fractura es completamente suprimido por la ductilidad a la tracci\u00f3n del material (por ejemplo, si se puede hacer que el material sufra una deformaci\u00f3n pl\u00e1stica sin una fractura localizada), se pueden evitar los fen\u00f3menos destacados anteriormente. Como resultado, la estructura experimenta una alta tolerancia al da\u00f1o. Esto forma la filosof\u00eda de dise\u00f1o detr\u00e1s de ECC que resulta en el desarrollo de un hormig\u00f3n fundamentalmente d\u00factil.<\/p>\n\n\n\n

El ECC est\u00e1 dise\u00f1ado en funci\u00f3n de la micromec\u00e1nica de inicio de grietas, puentes de fibra y propagaci\u00f3n de grietas en estado estable (Maalej y Li, 1994; Lin y Li, 1997; Li et al, 2002) en una matriz fr\u00e1gil reforzada con fibras cortas distribuidas al azar. Permitiendo deliberadamente que se formen grietas a una tensi\u00f3n de tracci\u00f3n justo por debajo de la capacidad de puente de la fibra (por ejemplo, antes de que la capacidad de puente de la fibra se agote a trav\u00e9s de la extracci\u00f3n o ruptura de la fibra), y controlando el ancho de la grieta a trav\u00e9s del modo de propagaci\u00f3n de la grieta (plano grieta frente a la grieta del tipo Griffith), ECC tiene la capacidad de sufrir da\u00f1os no catastr\u00f3ficos en forma de formaci\u00f3n de grietas m\u00faltiples al tiempo que mantiene la capacidad de carga de tracci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

De manera an\u00e1loga al metal d\u00factil, donde el endurecimiento por deformaci\u00f3n est\u00e1 acompa\u00f1ado por un da\u00f1o por dislocaci\u00f3n del material, el ECC sufre un endurecimiento por deformaci\u00f3n por tracci\u00f3n acompa\u00f1ado por la formaci\u00f3n de m\u00faltiples microfisuras. Macrosc\u00f3picamente, el modo de fractura fr\u00e1gil del hormig\u00f3n normal se convierte en un modo similar al \u201crendimiento pl\u00e1stico\u201d en ECC. Para controlar cu\u00e1ndo se debe permitir que se inicien las microfisuras y si el modo de propagaci\u00f3n de grieta plana domina sobre el modo de grieta de Griffith, los par\u00e1metros micromec\u00e1nicos de la fibra, la matriz y la interfaz fibra \/ matriz en el compuesto deben ajustarse correctamente. Guiados por los modelos de microfractura y puente de fibra, los par\u00e1metros micromec\u00e1nicos optimizados se traducen luego en combinaciones espec\u00edficas de caracter\u00edsticas de fibra, matriz e interfaz. De esta manera, el objetivo de dise\u00f1o de ECC est\u00e1 dirigido al endurecimiento por tensi\u00f3n de tracci\u00f3n con una ductilidad de varios por ciento (varios cientos de veces mayor que la del hormig\u00f3n normal). La resistencia a la compresi\u00f3n se conserva, pero se asegura de no violar los criterios de endurecimiento por tensi\u00f3n de tracci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

La Figura 1 muestra la relaci\u00f3n de tensi\u00f3n-tensi\u00f3n de tracci\u00f3n de un material de ECC t\u00edpico obtenido de una prueba uniaxial de cup\u00f3n de tensi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Figura 1. La t\u00edpica curva de tensi\u00f3n-tensi\u00f3n de tracci\u00f3n de ECC. Imagen cortes\u00eda de Wang y Li, 2007. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La figura 2 muestra la curva de desarrollo de la resistencia a la compresi\u00f3n de un ECC. En este ejemplo, la ductilidad a la tracci\u00f3n y la resistencia a la compresi\u00f3n son del 3 al 4 por ciento y 70 MPa a los 28 d\u00edas (Wang y Li, 2007). Una versi\u00f3n de ECC de muy alta resistencia (con una resistencia a la compresi\u00f3n de m\u00e1s de 160 MPa) se ha desarrollado recientemente en la Universidad de Michigan en colaboraci\u00f3n con el ERDC.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 2. La curva de desarrollo de resistencia a la compresi\u00f3n t\u00edpica de ECC. Imagen cortes\u00eda de Wang y Li, 2007.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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La Figura 3 muestra el comportamiento de flexi\u00f3n de ECC bajo una carga de flexi\u00f3n. Cuando se carga m\u00e1s all\u00e1 del rango el\u00e1stico, el material se flexiona en lugar de fracturarse, de ah\u00ed el apodo de \u201chormig\u00f3n flexible\u201d.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La disponibilidad de un modelo basado en micromec\u00e1nica permite una adaptaci\u00f3n muy vers\u00e1til de ECC para una variedad de caracter\u00edsticas deseables de hormig\u00f3n fresco y endurecido, adem\u00e1s de resistencia y ductilidad. Por ejemplo, se han desarrollado ECC autocompactantes (Kong et al, 2003) y ECC pulverizable (Kim et al, 2003). Adem\u00e1s, tambi\u00e9n se han desarrollado ECC de peso ligero (Wang y Li, 2003) con densidad inferior a 1 g \/ cc, y ECC de alta resistencia temprana (Wang y Li, 2006) con resistencia a la compresi\u00f3n que alcanza 21MPa a las 4 horas. Estas diversas versiones de ECC se han dise\u00f1ado para cumplir con requisitos de rendimiento espec\u00edficos en diferentes aplicaciones. ECC es una familia de materiales compuestos a base de cemento d\u00factil reforzado con fibra dise\u00f1ada sobre una base micromec\u00e1nica.<\/p>\n\n\n\n
**Aplicaci\u00f3n de ECC<\/strong><\/p>\n\n\n\n**
ECC se utiliza en infraestructura de agua y energ\u00eda, as\u00ed como en los sectores industriales de construcci\u00f3n y transporte. Adem\u00e1s de las consideraciones de ahorro de costos, la fuerza impulsora detr\u00e1s de las aplicaciones de ECC incluye seguridad mejorada (Li, 1993), durabilidad (Lepech y Li, 2006; Sahmaran y Li, 2010) y sostenibilidad ambiental (Lepech et al, 2008).<\/p>\n\n\n\n
El ECC rociable se aplic\u00f3 a la rehabilitaci\u00f3n de canales de irrigaci\u00f3n en el oeste de los Estados Unidos (Figura 4). En esta aplicaci\u00f3n, la tolerancia al da\u00f1o de ECC se us\u00f3 para combatir la falla perenne de congelaci\u00f3n y descongelaci\u00f3n de los canales de hormig\u00f3n normales. Se ha demostrado que la ECC es resistente a los ciclos de congelaci\u00f3n y descongelaci\u00f3n con o sin la presencia de sales de deshielo (Lepech y Li, 2006; Sahmaran y Li, 2007). Otras aplicaciones de ECC en infraestructura de agua incluyen la reparaci\u00f3n de la superficie de una presa erosionada en Hiroshima, Jap\u00f3n (Kojima et al, 2004). En esta aplicaci\u00f3n, se aprovech\u00f3 la estanqueidad al agua del ECC.<\/p>\n\n\n\n
**Figura 4. Esta imagen muestra las capacidades de flexi\u00f3n extremas de ECC bajo una gran carga de flexi\u00f3n. Imagen cortes\u00eda de UM News Services.<\/p>\n\n\n\n**
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Figura 4. ECC pulverizable aplicado a reparaci\u00f3n de canal de riego. Imagen cortes\u00eda de LFL & Associates, 2008. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La ECC se us\u00f3 como un revestimiento de protecci\u00f3n de la superficie (Figura 5) para las tuber\u00edas utilizadas en la industria del petr\u00f3leo \/ gas. La resistencia al da\u00f1o, la durabilidad mejorada y la flexibilidad se citaron como la raz\u00f3n detr\u00e1s de su uso en esta aplicaci\u00f3n (Lepech et al, 2010). Otras aplicaciones potenciales de ECC que se est\u00e1n considerando en infraestructura energ\u00e9tica incluyen su adopci\u00f3n en la cimentaci\u00f3n y las torres de turbinas e\u00f3licas marinas.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 5. Recubrimiento de superficie de ECC para protecci\u00f3n de tuber\u00edas de aceite \/ gas. Imagen cortes\u00eda de Lepech et al, 2010.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
El ECC se utiliz\u00f3 en forma de vigas de acoplamiento (Figura 6) en el n\u00facleo de edificios altos (Maruta et al, 2005). Estos haces de acoplamiento proporcionan altas capacidades de absorci\u00f3n de energ\u00eda bajo cargas de cizallamiento inverso durante eventos s\u00edsmicos. Estas vigas de acoplamiento se prefabricaron fuera del sitio y se instalaron en el lugar, colocando la pared central alrededor de las vigas de piso a piso. Otra infraestructura de construcci\u00f3n \/ vivienda potencial incluye paneles prefabricados de piso y techo compuestos por una losa de ECC de pared delgada y una subestructura de armadura de acero (Fischer et al, 2009). Las caracter\u00edsticas ventajosas de estos paneles compuestos incluyen un peso ligero, alta capacidad de carga y un proceso de fabricaci\u00f3n modular. <\/p>\n\n\n\n
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Figura 6. (a) La Torre Nabeaure Yokohama de 41 pisos en construcci\u00f3n y (b) Esquemas que muestran vigas de acoplamiento (en amarillo) en cada piso. Imagen cortes\u00eda de T. Kanda, 2005.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
ECC se aplic\u00f3 a la infraestructura de transporte como una losa de enlace (Figura 7) en una cubierta de puente (Lepech y Li, 2009) en Grove Street Bridge en el sureste de Michigan en 2005. La deformabilidad a la tracci\u00f3n de ECC se aprovech\u00f3 para adaptarse a los movimientos de cubierta de puente inducidos por Expansiones t\u00e9rmicas y contracciones. El objetivo era eliminar los requisitos de mantenimiento asociados con las juntas t\u00edpicas de expansi\u00f3n de la cubierta del puente. La Disposici\u00f3n Especial de ECC del Departamento de Transporte de Michigan establece un m\u00ednimo de capacidad de deformaci\u00f3n por tracci\u00f3n del dos por ciento para adaptarse a la demanda de deformaci\u00f3n debido a la temperatura, la contracci\u00f3n y la carga de vida combinadas.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 7. (a) Losa de enlace ECC en (b) Grove Street Bridge en Ypsilanti, MI. Imagen cortes\u00eda de Lepech y Li, 2009.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
Se estim\u00f3 el porcentaje de reducci\u00f3n de contaminantes del agua (Keoleian et al, 2005). Este dise\u00f1o de placa de enlace de ECC se adopt\u00f3 en 2006 en el segmento de la autopista A22 que se extiende desde Bolzano hasta el puente fronterizo de Austria en el norte de Italia. Adem\u00e1s, el puente Mihara atirantado de 972 m de largo en Hokkaido, Jap\u00f3n, emple\u00f3 una capa de ECC continua de 38 mm de espesor sobre una placa de acero (Mitamura et al, 2005). Este puente se abri\u00f3 al tr\u00e1fico en 2005. En esta aplicaci\u00f3n, la alta ductilidad de tracci\u00f3n de ECC se convirti\u00f3 en una mayor resistencia a la flexi\u00f3n con una secci\u00f3n transversal m\u00e1s delgada de la plataforma del puente.<\/p>\n\n\n\n
**Conclusione<\/strong>s<\/p>\n\n\n\n**
ECC se ha establecido como uno de los hormigones m\u00e1s d\u00factiles en aplicaciones a gran escala en la actualidad. Su ductilidad a la tracci\u00f3n se ha traducido en mayor seguridad y durabilidad, y en la sostenibilidad ambiental de una amplia gama de infraestructuras civiles en los sectores de agua, energ\u00eda, construcci\u00f3n y transporte. Estas aplicaciones iniciales demuestran varias consideraciones importantes en cualquier material recientemente desarrollado, incluida la viabilidad econ\u00f3mica, el procesamiento a escala de campo del material y la localizaci\u00f3n de los ingredientes del material. Igualmente importante, se agregan a la base de conocimientos de c\u00f3mo y d\u00f3nde se debe aplicar dicho material en los futuros sistemas de infraestructura.<\/p>\n\n\n\n
Si bien los investigadores de todo el mundo han acumulado una base de datos cada vez m\u00e1s grande de propiedades f\u00edsicas y mec\u00e1nicas que respalda el comportamiento tolerante a los da\u00f1os de la ECC bajo una variedad de tipos de carga mec\u00e1nica y ambiental, su aplicaci\u00f3n potencial para la resistencia de la infraestructura contra multihazards debe ser estudiada en forma sistem\u00e1tica. . Yang y Li (2006, 2010) investigaron recientemente la resistencia al impacto del ECC mediante pruebas de ca\u00edda de peso. Estos estudios revelan que se debe tener especial cuidado en la formulaci\u00f3n de ECC para una carga de alta velocidad, lo que induce la sensibilidad de la velocidad. Sin embargo, cuando la interfaz de fibra, matriz y fibra \/ matriz se adaptan adecuadamente, la ductilidad extrema que se muestra en la Figura 1 se puede mantener bajo carga de impacto. Estas investigaciones deben ampliarse para incluir efectos de proyectil de alta velocidad y carga explosiva.<\/p>\n\n\n\n
El hecho de que ECC muestre tolerancia a los da\u00f1os tambi\u00e9n lo hace atractivo como futuro material multifuncional. Por ejemplo, la capacidad de autocuraci\u00f3n de ECC se inform\u00f3 recientemente. Tanto la recuperaci\u00f3n del transporte (permeabilidad) como las propiedades mec\u00e1nicas (rigidez) se observaron (Yang et al, 2009) despu\u00e9s de que la muestra da\u00f1ada deliberadamente se expuso al agua y al aire. Adem\u00e1s, se est\u00e1 estudiando la funcionalidad de detecci\u00f3n autom\u00e1tica de ECC (Hou, 2008). Se prev\u00e9 que las generaciones futuras de infraestructura civil resistente tambi\u00e9n ser\u00e1n inteligentes con la capacidad de autoinformar las condiciones de salud en t\u00e9rminos de extensi\u00f3n de da\u00f1os y recuperaci\u00f3n. Dicha inteligencia es compatible con la recuperaci\u00f3n de las funciones de infraestructura posteriores a los eventos de carga extrema, as\u00ed como a la programaci\u00f3n de mantenimiento optimizada para la seguridad y la sostenibilidad en la carga de servicio normal.<\/p>\n\n\n\n
Parte de la investigaci\u00f3n descrita en este art\u00edculo ha sido patrocinada por la Fundaci\u00f3n Nacional de Ciencia, el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda y el Centro de Investigaci\u00f3n y Desarrollo de Ingenieros del Ej\u00e9rcito de los Estados Unidos. El autor agradece estos apoyos.<\/p>\n\n\n\n
Victor C. Li es un catedr\u00e1tico de Ingenier\u00eda Civil y Ambiental de E. Benjamin Wylie, y profesor de Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales en la Universidad de Michigan. Sus intereses de investigaci\u00f3n incluyen el dise\u00f1o, procesamiento y caracterizaci\u00f3n de compuestos cementosos avanzados reforzados con fibra, y la elevaci\u00f3n de la ultra-ductilidad de dichos materiales al rendimiento mec\u00e1nico y de durabilidad de los elementos y sistemas estructurales.<\/p>\n\n\n\n
Agradecimientos a la revista del \u201cInstituto Nacional de Ciencias de la Construcci\u00f3n USA\u201d, enero 2011.
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Figura 1. La t\u00edpica curva de tensi\u00f3n-tensi\u00f3n de tracci\u00f3n de ECC. Imagen cortes\u00eda de Wang y Li, 2007. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La figura 2 muestra la curva de desarrollo de la resistencia a la compresi\u00f3n de un ECC. En este ejemplo, la ductilidad a la tracci\u00f3n y la resistencia a la compresi\u00f3n son del 3 al 4 por ciento y 70 MPa a los 28 d\u00edas (Wang y Li, 2007). Una versi\u00f3n de ECC de muy alta resistencia (con una resistencia a la compresi\u00f3n de m\u00e1s de 160 MPa) se ha desarrollado recientemente en la Universidad de Michigan en colaboraci\u00f3n con el ERDC.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 2. La curva de desarrollo de resistencia a la compresi\u00f3n t\u00edpica de ECC. Imagen cortes\u00eda de Wang y Li, 2007.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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La Figura 3 muestra el comportamiento de flexi\u00f3n de ECC bajo una carga de flexi\u00f3n. Cuando se carga m\u00e1s all\u00e1 del rango el\u00e1stico, el material se flexiona en lugar de fracturarse, de ah\u00ed el apodo de \u201chormig\u00f3n flexible\u201d.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La disponibilidad de un modelo basado en micromec\u00e1nica permite una adaptaci\u00f3n muy vers\u00e1til de ECC para una variedad de caracter\u00edsticas deseables de hormig\u00f3n fresco y endurecido, adem\u00e1s de resistencia y ductilidad. Por ejemplo, se han desarrollado ECC autocompactantes (Kong et al, 2003) y ECC pulverizable (Kim et al, 2003). Adem\u00e1s, tambi\u00e9n se han desarrollado ECC de peso ligero (Wang y Li, 2003) con densidad inferior a 1 g \/ cc, y ECC de alta resistencia temprana (Wang y Li, 2006) con resistencia a la compresi\u00f3n que alcanza 21MPa a las 4 horas. Estas diversas versiones de ECC se han dise\u00f1ado para cumplir con requisitos de rendimiento espec\u00edficos en diferentes aplicaciones. ECC es una familia de materiales compuestos a base de cemento d\u00factil reforzado con fibra dise\u00f1ada sobre una base micromec\u00e1nica.<\/p>\n\n\n\n
**Aplicaci\u00f3n de ECC<\/strong><\/p>\n\n\n\n**
ECC se utiliza en infraestructura de agua y energ\u00eda, as\u00ed como en los sectores industriales de construcci\u00f3n y transporte. Adem\u00e1s de las consideraciones de ahorro de costos, la fuerza impulsora detr\u00e1s de las aplicaciones de ECC incluye seguridad mejorada (Li, 1993), durabilidad (Lepech y Li, 2006; Sahmaran y Li, 2010) y sostenibilidad ambiental (Lepech et al, 2008).<\/p>\n\n\n\n
El ECC rociable se aplic\u00f3 a la rehabilitaci\u00f3n de canales de irrigaci\u00f3n en el oeste de los Estados Unidos (Figura 4). En esta aplicaci\u00f3n, la tolerancia al da\u00f1o de ECC se us\u00f3 para combatir la falla perenne de congelaci\u00f3n y descongelaci\u00f3n de los canales de hormig\u00f3n normales. Se ha demostrado que la ECC es resistente a los ciclos de congelaci\u00f3n y descongelaci\u00f3n con o sin la presencia de sales de deshielo (Lepech y Li, 2006; Sahmaran y Li, 2007). Otras aplicaciones de ECC en infraestructura de agua incluyen la reparaci\u00f3n de la superficie de una presa erosionada en Hiroshima, Jap\u00f3n (Kojima et al, 2004). En esta aplicaci\u00f3n, se aprovech\u00f3 la estanqueidad al agua del ECC.<\/p>\n\n\n\n
**Figura 4. Esta imagen muestra las capacidades de flexi\u00f3n extremas de ECC bajo una gran carga de flexi\u00f3n. Imagen cortes\u00eda de UM News Services.<\/p>\n\n\n\n**
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Figura 4. ECC pulverizable aplicado a reparaci\u00f3n de canal de riego. Imagen cortes\u00eda de LFL & Associates, 2008. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La ECC se us\u00f3 como un revestimiento de protecci\u00f3n de la superficie (Figura 5) para las tuber\u00edas utilizadas en la industria del petr\u00f3leo \/ gas. La resistencia al da\u00f1o, la durabilidad mejorada y la flexibilidad se citaron como la raz\u00f3n detr\u00e1s de su uso en esta aplicaci\u00f3n (Lepech et al, 2010). Otras aplicaciones potenciales de ECC que se est\u00e1n considerando en infraestructura energ\u00e9tica incluyen su adopci\u00f3n en la cimentaci\u00f3n y las torres de turbinas e\u00f3licas marinas.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 5. Recubrimiento de superficie de ECC para protecci\u00f3n de tuber\u00edas de aceite \/ gas. Imagen cortes\u00eda de Lepech et al, 2010.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
El ECC se utiliz\u00f3 en forma de vigas de acoplamiento (Figura 6) en el n\u00facleo de edificios altos (Maruta et al, 2005). Estos haces de acoplamiento proporcionan altas capacidades de absorci\u00f3n de energ\u00eda bajo cargas de cizallamiento inverso durante eventos s\u00edsmicos. Estas vigas de acoplamiento se prefabricaron fuera del sitio y se instalaron en el lugar, colocando la pared central alrededor de las vigas de piso a piso. Otra infraestructura de construcci\u00f3n \/ vivienda potencial incluye paneles prefabricados de piso y techo compuestos por una losa de ECC de pared delgada y una subestructura de armadura de acero (Fischer et al, 2009). Las caracter\u00edsticas ventajosas de estos paneles compuestos incluyen un peso ligero, alta capacidad de carga y un proceso de fabricaci\u00f3n modular. <\/p>\n\n\n\n
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Figura 6. (a) La Torre Nabeaure Yokohama de 41 pisos en construcci\u00f3n y (b) Esquemas que muestran vigas de acoplamiento (en amarillo) en cada piso. Imagen cortes\u00eda de T. Kanda, 2005.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
ECC se aplic\u00f3 a la infraestructura de transporte como una losa de enlace (Figura 7) en una cubierta de puente (Lepech y Li, 2009) en Grove Street Bridge en el sureste de Michigan en 2005. La deformabilidad a la tracci\u00f3n de ECC se aprovech\u00f3 para adaptarse a los movimientos de cubierta de puente inducidos por Expansiones t\u00e9rmicas y contracciones. El objetivo era eliminar los requisitos de mantenimiento asociados con las juntas t\u00edpicas de expansi\u00f3n de la cubierta del puente. La Disposici\u00f3n Especial de ECC del Departamento de Transporte de Michigan establece un m\u00ednimo de capacidad de deformaci\u00f3n por tracci\u00f3n del dos por ciento para adaptarse a la demanda de deformaci\u00f3n debido a la temperatura, la contracci\u00f3n y la carga de vida combinadas.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 7. (a) Losa de enlace ECC en (b) Grove Street Bridge en Ypsilanti, MI. Imagen cortes\u00eda de Lepech y Li, 2009.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
Se estim\u00f3 el porcentaje de reducci\u00f3n de contaminantes del agua (Keoleian et al, 2005). Este dise\u00f1o de placa de enlace de ECC se adopt\u00f3 en 2006 en el segmento de la autopista A22 que se extiende desde Bolzano hasta el puente fronterizo de Austria en el norte de Italia. Adem\u00e1s, el puente Mihara atirantado de 972 m de largo en Hokkaido, Jap\u00f3n, emple\u00f3 una capa de ECC continua de 38 mm de espesor sobre una placa de acero (Mitamura et al, 2005). Este puente se abri\u00f3 al tr\u00e1fico en 2005. En esta aplicaci\u00f3n, la alta ductilidad de tracci\u00f3n de ECC se convirti\u00f3 en una mayor resistencia a la flexi\u00f3n con una secci\u00f3n transversal m\u00e1s delgada de la plataforma del puente.<\/p>\n\n\n\n
**Conclusione<\/strong>s<\/p>\n\n\n\n**
ECC se ha establecido como uno de los hormigones m\u00e1s d\u00factiles en aplicaciones a gran escala en la actualidad. Su ductilidad a la tracci\u00f3n se ha traducido en mayor seguridad y durabilidad, y en la sostenibilidad ambiental de una amplia gama de infraestructuras civiles en los sectores de agua, energ\u00eda, construcci\u00f3n y transporte. Estas aplicaciones iniciales demuestran varias consideraciones importantes en cualquier material recientemente desarrollado, incluida la viabilidad econ\u00f3mica, el procesamiento a escala de campo del material y la localizaci\u00f3n de los ingredientes del material. Igualmente importante, se agregan a la base de conocimientos de c\u00f3mo y d\u00f3nde se debe aplicar dicho material en los futuros sistemas de infraestructura.<\/p>\n\n\n\n
Si bien los investigadores de todo el mundo han acumulado una base de datos cada vez m\u00e1s grande de propiedades f\u00edsicas y mec\u00e1nicas que respalda el comportamiento tolerante a los da\u00f1os de la ECC bajo una variedad de tipos de carga mec\u00e1nica y ambiental, su aplicaci\u00f3n potencial para la resistencia de la infraestructura contra multihazards debe ser estudiada en forma sistem\u00e1tica. . Yang y Li (2006, 2010) investigaron recientemente la resistencia al impacto del ECC mediante pruebas de ca\u00edda de peso. Estos estudios revelan que se debe tener especial cuidado en la formulaci\u00f3n de ECC para una carga de alta velocidad, lo que induce la sensibilidad de la velocidad. Sin embargo, cuando la interfaz de fibra, matriz y fibra \/ matriz se adaptan adecuadamente, la ductilidad extrema que se muestra en la Figura 1 se puede mantener bajo carga de impacto. Estas investigaciones deben ampliarse para incluir efectos de proyectil de alta velocidad y carga explosiva.<\/p>\n\n\n\n
El hecho de que ECC muestre tolerancia a los da\u00f1os tambi\u00e9n lo hace atractivo como futuro material multifuncional. Por ejemplo, la capacidad de autocuraci\u00f3n de ECC se inform\u00f3 recientemente. Tanto la recuperaci\u00f3n del transporte (permeabilidad) como las propiedades mec\u00e1nicas (rigidez) se observaron (Yang et al, 2009) despu\u00e9s de que la muestra da\u00f1ada deliberadamente se expuso al agua y al aire. Adem\u00e1s, se est\u00e1 estudiando la funcionalidad de detecci\u00f3n autom\u00e1tica de ECC (Hou, 2008). Se prev\u00e9 que las generaciones futuras de infraestructura civil resistente tambi\u00e9n ser\u00e1n inteligentes con la capacidad de autoinformar las condiciones de salud en t\u00e9rminos de extensi\u00f3n de da\u00f1os y recuperaci\u00f3n. Dicha inteligencia es compatible con la recuperaci\u00f3n de las funciones de infraestructura posteriores a los eventos de carga extrema, as\u00ed como a la programaci\u00f3n de mantenimiento optimizada para la seguridad y la sostenibilidad en la carga de servicio normal.<\/p>\n\n\n\n
Parte de la investigaci\u00f3n descrita en este art\u00edculo ha sido patrocinada por la Fundaci\u00f3n Nacional de Ciencia, el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda y el Centro de Investigaci\u00f3n y Desarrollo de Ingenieros del Ej\u00e9rcito de los Estados Unidos. El autor agradece estos apoyos.<\/p>\n\n\n\n
Victor C. Li es un catedr\u00e1tico de Ingenier\u00eda Civil y Ambiental de E. Benjamin Wylie, y profesor de Ciencia e Ingenier\u00eda de Materiales en la Universidad de Michigan. Sus intereses de investigaci\u00f3n incluyen el dise\u00f1o, procesamiento y caracterizaci\u00f3n de compuestos cementosos avanzados reforzados con fibra, y la elevaci\u00f3n de la ultra-ductilidad de dichos materiales al rendimiento mec\u00e1nico y de durabilidad de los elementos y sistemas estructurales.<\/p>\n\n\n\n
Agradecimientos a la revista del \u201cInstituto Nacional de Ciencias de la Construcci\u00f3n USA\u201d, enero 2011.
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Materiales: Hormig\u00f3n de alta ductilidad para infraestructuras resilientes Los terremotos, incendios y explosiones son conocidos por su enorme capacidad para destruir todo a su paso. \u00bfPodr\u00eda un nuevo tipo de hormig\u00f3n sostener la respuesta para disminuir el da\u00f1o? La infraestructura civil, incluidos los edificios, puentes, carreteras, t\u00faneles, represas y pavimentos de aer\u00f3dromos, puede estar sujeta […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":"","jetpack_publicize_message":"","jetpack_publicize_feature_enabled":true,"jetpack_social_post_already_shared":true,"jetpack_social_options":{"image_generator_settings":{"template":"highway","default_image_id":0,"font":"","enabled":false},"version":2}},"categories":[2],"tags":[69,70,7,68,71],"class_list":["post-516","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-materiales","tag-diseno-de-elementos","tag-ductilidad","tag-hormigon","tag-infraestructura","tag-resilente"],"jetpack_publicize_connections":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"jetpack_shortlink":"https:\/\/wp.me\/paSXST-8k","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/516","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=516"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/516\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":530,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/516\/revisions\/530"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=516"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=516"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=516"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}

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