Conclusion

Utilizando el Método 1 para la cuantificación de la energía de activación se obtienen que los valores de Ea varían entre 38.37 y 67.25 kJ/mol.

• Si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo bajo, se presenta una disminución en la Ea; pero si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo alto, se presenta un aumento en la Ea.

• Si se aumenta el % de aditivo para una baja relación A/C, presenta una disminución en la Ea, pero si se aumenta el % de aditivo para una alta relación A/C, se presenta un aumento en la Ea.

Utilizando el Método 2 para la cuantificación de la energía de activación se obtienen que los valores de Ea varían entre 5.01 y 42.24 kJ/mol.

• Si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo bajo, se presenta una disminución considerable en la Ea; si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo alto, se presenta una disminución en la Ea.

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• Si se aumenta el % de aditivo para una baja relación A/C, presenta una disminución considerable en la Ea, pero si se aumenta el % de aditivo para una alta relación A/C, se presenta una disminución en la Ea.

Utilizando el Método 2 propuesta por Knudsen y Geiker, para la cuantificación de la energía de activación se obtienen que los valores de Ea varían entre 97.55 y 8.67 kJ/mol.

• Si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo bajo, se presenta una disminución muy grande en la Ea; si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo alto, se presenta un pequeño aumento en la Ea.

• Si se aumenta el % de aditivo para una baja relación A/C, presenta una disminución muy grande en la Ea, pero si se aumenta el % de aditivo para una alta relación A/C, se presenta un pequeño aumento en la Ea.

Finalmente, utilizando el Método 3 para la cuantificación de la energía de activación se obtienen que los valores de Ea varían entre 17.65 y 43.78 kJ/mol.

• Si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo bajo, se presenta una disminución muy pequeña en la Ea; si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo alto, se presenta una disminución en la Ea.

• Si se aumenta el % de aditivo para una baja relación A/C, presenta un aumento muy grande en la Ea, si se aumenta el % de aditivo para una alta relación A/C, se presenta un aumento en la Ea.

Es evidente cuando la norma específica que para cada mezcla existe una energía de activación, ya que observando los datos es difícil encontrar una tendencia de que pueda influir en la estimación de la Ea.

Es por esto que se tiene la necesidad de comparar estos resultados de laboratorio con datos reales en obra y encontrar cual proceso de fabricación y cual método de cálculo de energía de activación se ajusta más a la realidad.

En este sentido pasamos a mirar en la Gráfica 5.6, en donde se muestran los valores de edad equivalente estimados para cada una de las metodologías de fabricación de probetas de mortero, en las cuales ya se asumió el valor de la energía de activación, previamente calculada.

En esta se observa que efectivamente, las edades equivalentes cambian considerablemente por muchos factores, como vimos antes, empezando por las energías de activación calculadas, las cuales variaron mucho de acuerdo a los cuatro

Análisis y Discusión

120

procesos en que se realizó el mortero, las dos combinaciones de relación A/C y las dos del % de aditivo plastificante, adicionalmente las cuatro diferentes metodologías de estimación de la energía de activación.

Gráfica 5.6 Comparación Edad Equivalente por Proceso de Fabricación.

En la Gráfica 5.7, se muestran las resistencias estimadas luego de haber realizado todo el proceso que indica la norma ASTM C 1074, en la aplicación del método de la madurez del concreto. Allí se comparan las resistencias estimadas en empíricamente en el laboratorio con la resistencia teóricas o reales de los núcleos extraídos de obra y fallados.

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Gráfica 5.7 Comparación Resistencias Estimadas vs Testigo (Núcleos).

Al analizar los datos, se observa nuevamente variaciones considerables por todo los parámetros variables que tiene el método, pero si se observa que algunos métodos de estimación de la energía de activación tienen a dar valores más cercanos a el real.

En este sentido se puede determinar que el método 3 de estimación de la energía de activación sería una metodología confiable de estimación para este estilo de mezclas al ser el que independientemente del proceso de fabricación, es el que más se acerca al real, pues tiene un margen de error de apenas el 3.39 % en la mezclas D fabricada mediante el colado del concreto.

Asumiendo el método 3 de estimación de energía de activación, fabricado con el procedimiento de concreto colado, como el más preciso para las condiciones que se presentaron en el laboratorio con respecto a las presentadas en obra, se podría informar que:

La edad equivalente estimada es de te = 63.73 horas o 2.65. Mostrando congruencia en los resultados ya que los datos registrados de la evolución de la temperatura y las resistencias de los núcleos de obra fueron a los dos días.

Análisis y Discusión

122

Con respecto a la estimación de la energía de activación mostraría que la Ea varío entre 20.09 y 42.49 kJ/mol, como se muestra en la Tabla 5.2 y en la Gráfica 5.7.

Tabla 5.2 Estimación de Ea - Método 3 – Mezcla Concreto Colado.

Gráfica 5.8 Comparación de la Ea - Método 3 - Mezcla Concreto Colado.

0.45 0.5 0.45 0.45 SI SI 0.45 0.5 0.55 0.55 SI SI DOSIFICACION ADITIVO ENERGIA DE ACTIVACION [KJ/mol] CUMPLE 42.49 DOSIFICACION ADITIVO RELACION A/C DOSIFICACION ADITIVO

RELACION A/C RELACION A/C

RELACION A/C C D 27.74 20.73 20.09 ENERGIA DE ACTIVACION [KJ/mol] CUMPLE A B MEZCLA COLADO CUMPLE DOSIFICACION ADITIVO ENERGIA DE ACTIVACION [KJ/mol] CUMPLE ENERGIA DE ACTIVACION [KJ/mol] 42.49 27.74 20.09 20.73 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 1 Ea [ k K /m o l] MEZCLA COLADO A B C D

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En donde el comportamiento esperado según los parámetros de relación A/C y % de dosificación de aditivo plastificante son:

• Si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo bajo, se presenta una disminución en la Ea; si se aumenta la relación A/C para un % de aditivo alto, no se presenta mayor variación en la Ea.

• Si se aumenta el % de aditivo para una baja relación A/C, presenta una disminución en la Ea, si se aumenta el % de aditivo para una alta relación A/C, se presenta una disminución en la Ea.

5.2 Discusión

Investigaciones realizadas por Wirquin, Broda, y Duthoit, han concluido en que el método calorimétrico puede llevarse a cabo en condiciones adiabáticas o isotérmicas con la desventaja que nos existen muchos procesos en los que se puedan controlar a la perfección el calor de temperatura generado en las reacciones químicas del concreto cuando está fraguando, es necesario la implementación de otras metodologías. En esta investigación como en la realizada por estos autores (Wirquim et al), se proponen soluciones con dispositivos semi-adiabáticos que son más simples y comunes, pero allí se deben asumir posibles pérdidas y esto conduce a resultados inciertos (Wirquin, Broda, & Duthoit, 2002).

Respecto a las resistencias obtenidas en esta investigación, se encontró que las resistencias a edades tempranas (1, 2 y 4 días) curadas a (23 ºC), eran considerablemente mayores en comparación con las de temperaturas bajas de curado (4 ºC). Este comportamiento es más conocido como efecto “Crossover” (véase Gráfica 2.1), revelada en una investigación realizada por Carino y Lew en 2001, en donde se mostró que valores iguales de índice de madurez de los especímenes curados a mayores temperaturas dan lugar a resistencias iniciales más altas y resistencia bajas a largo plazo. Este comportamiento se le conoce como efecto “Crossover” (Carino & Lew, 2001).

De acuerdo con los resultados obtenidos se presentaron varias incertidumbres a la hora de interpretar dichos resultados; ya que la variación de la relación A/C y el utilizar diferentes dosificaciones de aditivo plastificante dan como resultados valores sin ningún tipo de tendencia clara. Es el ejemplo de la investigación realizada por Jieying Zhang, Daniel Cusson, Paulo Monteiro y John Harvey en el 2008. Quienes realizaron un estudio muy completo en la estimación de los valores de energía de activación; variando los tipos de cemento, las relaciones A/C y los rangos de temperatura (véase la Tabla 2.8). Obteniendo resultados que variaban considerablemente y no tenían un

Análisis y Discusión

124

comportamiento lineal. Por ejemplo, cuando se aumentaba la relación A/C en un rango de temperatura de 10-20 ºC la energía de activación presenta una diferencia en un rango de 10 a 20 kJ/mol (Zhang, Cusson, Monteiro, & Harvey, 2008).

En una investigación realizada por Kjellsen y Detwiler se obtenían claros indicios en que la energía de activación en las primeras etapas de la hidratación depende de la composición del concreto y si estos valores cambian dan como resultado diferentes energías de activación (Kjellsen & Detwiler, 1993). Con lo cual es posible justificar por qué no existe una clara tendencia en los resultados obtenidos.

Finalmente la norma hace la siguiente sugerencia: La energía de activación depende del tipo de cemento, la relación A/C y la dosificación del aditivo en la mezcla, que afectan la velocidad de hidratación. Para el cemento Tipo I, sin mezclas o aditivos, se han reportado valores de la energía de activación con un rango entre 40 000 J/mol y 45 000 J/mol. Así, el valor aproximado de Q, la energía de activación dividida entre la constante del gas, es 5 000 °K el valor de la constante de los gases es 8,31 J/K-mol (American Society for Testing and Materials (ASTM), 2011). En comparación con los valores propuestos por la norma, en esta investigación se obtuvo un rango de Ea de 42492.11 J/mol con un Q= 5110.9 °K y 20089.80 J/mol con un Q = 2416.4 °K, obtenidos mediante el proceso de fabricación del concreto colado.

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CAPÍTULO

Evaluación de un método alternativo para determinar la energía de activación de un cemento tipo concretero Colombiano en la ciudad de Bogotá

127

6.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

Este trabajo de investigación permitió comprender el concepto que se tiene acerca de madurez del concreto, desde una perspectiva metodológica netamente experimental, pero, especialmente enfocada hacia la estimación de la energía de activación.

En lo que refiere a la energía de activación, podemos concluir en que:

Luego de analizados, comparados y estimados los valores de energía de activación, esta investigación pudo concluir que las incertidumbres generadas en la cuantificación de la energía de activación para un cemento tipo concretero Colombiano usado en la ciudad de Bogotá, si se disminuyeron, ya que si se pudo aplicar el método de madurez del concreto y mediante este se estimaron valores de resistencia a edades tempranas, muy similares a los reales obtenidos en obra.

Obtenidos los resultados por cada una las metodologías utilizadas es posible concluir que las energías de activación dependen directamente y sin ningún tipo de excepción del tipo de mezcla que se utilice.

El cemento que se utilice es fundamental para calcular el valor de Ea. En ésta como en otras investigaciones, cuando se utiliza un cemento Tipo III, las energías de activación pueden variar en un rango entre de 50000 J/mol y 20000 J/mol; estos valores son directamente influenciados por la relación A/C que se utilice, el % de aditivo y la variación de temperatura de curado.

El método de fabricación de mortero que resulto más acertado, luego de un análisis del historial de temperatura y las resistencias compradas con los valores registrados en obra, es el “Colado de Concreto”. Discrepando con el método sugerido por la norma ASTM C 1074, la cual propone un método de reemplazo por peso; sin decir que esta metodología no arroje resultados aceptables.

A pesar de que el colado sea una metodología idónea para la fabricación de mortero, es pertinente decir que esta metodología es bastante dispendiosa. Ésta requiere de mucho más trabajo para su obtención, es necesario disponer de más material (grava) y adicionalmente puede incrementar considerablemente los costos. Es

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posible que por esta razón la norma siguiera una metodología más sencilla, simple pero al fin y al cabo aplicable.

Otro aspecto que afecta la energía de activación es sin lugar a duda la relación A/C que se utilice. Allí es donde más incertidumbre deja esta estimación, ya que como se demostró en esta investigación y como se ha analizado y obtenido en otras investigaciones este parámetro no tiene una tendencia en la cual se pueda afirmar que con bajas relaciones se obtengan energías de activación altas y viceversa. Con lo cual se sigue concluyendo que este parámetro sigue presentando incertidumbres y es un parámetro que si se llegase a cambiar debe venir acompañado de una re calibración.

Se podría decir lo mismo del aditivo plastificante retardante que se utilizó, no es apreciable una tendencia clara del efecto del plastificante con respecto al valor de la energía de activación mediante el método de la madurez.

De los tres métodos para el cálculo de Ea que se presentan en la norma, se puede concluir que cada uno tiene sus ventajas y desventajas. No se descarta ninguno de ellos para la estimación de la Ea. El enfoque está dirigido es en cuan fácil es determinar mediante cada uno, cuándo utilizar cada de ellos y cual se ajusta más a las condiciones que se tengan; ya que todos los métodos son altamente subjetivos, lo cual limita los resultados y las conclusiones del método de la madurez.

El método modificado propuesto por Knudsen y Geiker (véase la Ecuación 3.3) proporcionado por (Aguilar Beltran, Rodriguez Mejia, & Sermeno Monge, 2009), no brindó un parámetro muy efectivo, al contrario brindó una gran incertidumbre al momento de estimar las energías de activación.

Se determinó luego de la investigación que el método descrito en el apartado A.1.1.8.2 de la norma ASTM C 1074, el cual emplea los últimos valores de resistencia-edad para las últimas cuatro edades de ensayo, permite estimar los valores de K más adecuadamente para un tipo de análisis como el realizado en esta investigación, siendo una metodología confiable, independientemente del proceso de fabricación que se desea realizar.

No cabe duda que el método de la madurez funciona bien, ya que se obtuvieron resultados acertados para la estimación de resistencias a edades tempranas, mediante el método de colado, con la cual se obtuvo un error de tan solo el 3.39% al comparar las resistencias estimadas en laboratorio y las registradas en obra.

Comparando los resultados obtenidos de energías de activación por el método de concreto colado, con los valores propuestos por la norma ASTM C 1074, se observó

Evaluación de un método alternativo para determinar la energía de activación de un cemento tipo concretero Colombiano en la ciudad de Bogotá

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coherencia en los resultados en donde las energías de activación no variaron mucho a pesar de utilizarse un tipo de cemento diferente.

Las relaciones resistencia-madurez, los datos de temperatura y la energía de activación son específicos para una mezcla de concreto, por lo tanto, es fundamental que si se realiza alguna modificación significativa al diseño de mezcla o la fuente de material debe ir acompañada dicha modificación de una recalibración.

A raíz de que tantos investigadores han discutido acerca de la determinación de las constantes de velocidad en el uso de la ecuación de Arrhenius, debido a los parámetros que afectan directamente sobre ella, se puede concluir que si se logran controlar adecuadamente estas variables, se puede considerar que es un método consistente para calcular la Ea.

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6.2 Recomendaciones (Propuesta de futuras investigaciones)

El método de estimación de Ea de la norma, debe ser mejorado con el fin de desarrollar este tipo de herramientas. La influencia de la relación A/C, la finura del cemento y la distribución del tamaño de partícula, en estrecha colaboración con el efecto micro estructural debe tenerse en cuenta.

Sería oportuno llevar a cabo una investigación del mismo estilo sobre diferentes tipos de concreto, diferentes tipos de cemento y de diferentes tipos de aditivos (plastificantes, acelerantes, etc.) usualmente utilizados en la ciudad de Bogotá y en otras ciudades del país.

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CAPÍTULO

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7.

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