Browsing by Author "López Casanova, Mauricio Alejandro"

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    A lightweight fiber-based approach to reduce the risk of concrete detachment in shotcrete fortified tunnels
    (2020) Ortiz, C.; Lillo Gallardo, Patricio Andrés; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Assessing and understanding the interaction between mechanical and thermal properties in concrete for developing a structural and insulating material
    (2017) Remesar Lera, José Carlos; Vera Araya, Sergio Eduardo; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Assessment and mitigation of concrete thermal microcracking due to early-age time-temperature cycles
    (2014) Zunino Sommariva, Franco; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La búsqueda constante de procesos constructivos más veloces ha impulsado el uso de hormigones de mayor resistencia temprana en las últimas décadas. Este tipo de mezclas se caracterizan en general por la magnitud y rapidez con que generan calor dehidratación. Lo anterior hace que el material sea vulnerable a agrietarse en edades tempranas por efecto de gradientes de temperatura en su interior, comprometiendo la resistencia y la durabilidad de la estructura. En paralelo, la industria de la construcción comienza a vivir un proceso de transformación en donde la sustentabilidad está tomando un papel preponderante. Lo anterior ha motivado generar alternativas que permitan reducir la huella de carbono del hormigón, que en la actualidad es la mayor de origen antropogénico a nivel global. Este trabajo de investigación explora los aspectos fundamentales que explican la generación de tensiones por gradientes térmicos a edades tempranas en el hormigón, mediante la utilización de un modelo micromecánico simple y de una caracterización termo-mecánica de las fases constituyentes del material. En una segunda etapa, se explora el uso de cenizas de cascarilla de arroz y puzolanas naturales como adiciones minerales con dos propósitos. El primero, reducir el calor de hidratación generado por la mezcla y así reducir la generación de tensiones por gradiente térmicos y el segundo,evaluar el impacto de las sustituciones en las propiedades mecánicas y de durabilidad. Los resultados permiten concluir que el modelo micromecánico propuesto permite predecir satisfactoriamente el impacto en resistencia a compresión, módulo elástico y permeabilidad de un determinado esfuerzo térmico estimado por el modelo, con valores de R2 que alcanzan 0.916, 0.845 y 0.990 respectivamente para cada una de las propiedades mencionadas y que validan al modelo como una herramienta predictiva confiable. La ceniza de cascarilla de arroz demostró ser una alternativa técnicamente factible para reducir el calor de hidratación y la huella de carbono del hormigón, sin impactos negativos en resistencia a compresión y reduciendo la permeabilidad del material. Reemplazos de cemento por ceniza de cascarilla de arroz de un 50% mostraron valores de resistencia a compresión estadísticamente superiores a 90 días comparadas con el control de cemento Portland puro. El modelo micromecánico para agrietamiento sienta las bases de una metodología de diseño de mezcla que incorpore elementos de evaluación de compatibilidad termomecánica a priori entre los materiales constituyentes. Así, podría diseñarse una mezcla con menores presiones de interfase esperables y por ende, con menor riesgo de agrietamiento por ciclos tiempo-temperatura a edad temprana. Por otro lado, el uso de materiales cementicios suplementarios como la ceniza de cascarilla de arroz permite el desarrollo de mezclas de hormigón con menor generación de calor de hidratación, sin sacrificio de propiedades mecánicas y con mejor desempeño de durabilidad.
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    Behavior of a concrete bridge cantilevered slab reinforced using NSM CFRP strips
    (2013) Astorga, Ariela; Santa María Oyanedel, Hernán; López Casanova, Mauricio Alejandro
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    Characterizing lightweight aggregates for improving internal curing of concrete.
    (2010) Paul Quiroz, Álvaro Rafael; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los hormigones de alto desempeño/resistencia requieren para su fabricación el uso de baja razón agua-cemento y la adición de materiales cementicios suplementarios (puzolanas, ceniza volante, silica fume). La hidratación máxima del cemento es difícil de obtener debido a los mayores requerimientos de agua y a la menor permeabilidad que hace ineficiente el curado externo tradicional. Adicionalmente, es común observar mayor retracción autógena. Estos dos factores pueden impactar el desarrollo de las propiedades mecánicas y la durabilidad del hormigón. Por esta razón, en los últimos años se ha desarrollado un método, conocido como curado interno, para proveer un curado desde el interior del hormigón. El curado interno del hormigón puede ser provisto por agregados livianos, previamente humedecidos, como reemplazo de parte del agregado normal. Los llamados agentes de curado interno retienen una alta cantidad de agua, que luego liberan dentro del hormigón, a medida que ocurre el auto-secado. Sin embargo, algunos aspectos relativos al curado interno aún no han sido resueltos.
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    Copper tailings as supplementary cementitious material : activation, leaching and environmental behaviour
    (2020) Vargas Muñoz, Felipe Andrés; López Casanova, Mauricio Alejandro; Rigamonti, Lucia; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El impacto de la industria del cemento en la generación de gases de efecto invernadero (5-8 % del total global) hace necesario la búsqueda de alternativas a este material que permitan reducir su impacto, sin afectar las ventajas y propiedades que permiten su amplia utilización en la construcción. Por otro lado, la generación de residuos de la industria del cobre, a tasas crecientes debido a la baja ley de los minerales alcanzando las 200 toneladas de relaves por tonelada producida de cobre, hacen que la búsqueda de formas de uso de estos residuos sea una importante necesidad y ofrezca una oportunidad para la minería. Esto es de alto impacto en países productores de cobre como Chile. En esta tesis se investigó la unión de estas dos necesidades: la utilización de relaves de la industria del cobre como material cementicio suplementario. Para esto, se propuso el uso de tratamientos mecánicos y térmicos para mejorar la capacidad cementicia de los relaves, estudiando también la capacidad de la matriz cementicia de retener la lixiviación de cobre y finalmente el desempeño medioambiental de las mezclas de concreto con relaves tratados. La activación de relaves de cobre mediante tratamientos de molienda y calcinación se estudió comparando mezclas cementicias sin relaves y con relaves sin tratar versus muestras con relaves tratados, esto últimos elegidos entre muestras que mostraron mayor potencial de activación, mostrando aumentos de hasta un 40% en la resistencia mecánica. La heterogeneidad de las muestras se observó al analizar el aumento de entre un 80% y un 140% en la capacidad puzolánica de los relaves una vez tratados. La lixiviación de metales pesados de muestras cementicias conteniendo relaves fue analizada, estudiando específicamente el mecanismo de atrapamiento de fases de cobre dentro de la matriz cementicia. Se determinó que la razón agua-cemento es estadísticamente significativa al analizar la lixiviación de cobre, y se observó la migración de fases de cobre durante el proceso de hidratación hacia productos cementicios como silicatos de calcio hidratados, lo cual fue comprobado mediante análisis de SEM y XANES. También se midió los niveles de lixiviación generales, observando que cuando los relaves están incorporados en la matriz cementicia, los niveles de lixiviación son despreciables. Finalmente, con la información anterior se desarrolló una metodología para la medición del impacto medioambiental del uso de relaves como material cementicio suplementario, usando análisis de ciclo de vida (LCA) para determinar el posible beneficio del uso de estos desechos. Como resultado se determinó que los beneficios del uso de relaves dependen de la capacidad de estos como material cementicio suplementario, y que, a mayor nivel de desempeño, mejores son los indicadores ambientales comparados con mezclas sin relaves. La nueva metodología propuesta permite una comparación certera de mezclas cementicias con materiales cementicios suplementarios, facilitando el estudio medioambiental de estos y otros residuos. Este estudio demostró la factibilidad del uso de relaves como material cementicio suplementario, con las limitaciones impuestas por la heterogeneidad, la presencia de altas concentraciones de cobre y los impactos medioambientales analizados y discutidos.El impacto de la industria del cemento en la generación de gases de efecto invernadero (5-8 % del total global) hace necesario la búsqueda de alternativas a este material que permitan reducir su impacto, sin afectar las ventajas y propiedades que permiten su amplia utilización en la construcción. Por otro lado, la generación de residuos de la industria del cobre, a tasas crecientes debido a la baja ley de los minerales alcanzando las 200 toneladas de relaves por tonelada producida de cobre, hacen que la búsqueda de formas de uso de estos residuos sea una importante necesidad y ofrezca una oportunidad para la minería. Esto es de alto impacto en países productores de cobre como Chile. En esta tesis se investigó la unión de estas dos necesidades: la utilización de relaves de la industria del cobre como material cementicio suplementario. Para esto, se propuso el uso de tratamientos mecánicos y térmicos para mejorar la capacidad cementicia de los relaves, estudiando también la capacidad de la matriz cementicia de retener la lixiviación de cobre y finalmente el desempeño medioambiental de las mezclas de concreto con relaves tratados. La activación de relaves de cobre mediante tratamientos de molienda y calcinación se estudió comparando mezclas cementicias sin relaves y con relaves sin tratar versus muestras con relaves tratados, esto últimos elegidos entre muestras que mostraron mayor potencial de activación, mostrando aumentos de hasta un 40% en la resistencia mecánica. La heterogeneidad de las muestras se observó al analizar el aumento de entre un 80% y un 140% en la capacidad puzolánica de los relaves una vez tratados. La lixiviación de metales pesados de muestras cementicias conteniendo relaves fue analizada, estudiando específicamente el mecanismo de atrapamiento de fases de cobre dentro de la matriz cementicia. Se determinó que la razón agua-cemento es estadísticamente significativa al analizar la lixiviación de cobre, y se observó la migración de fases de cobre durante el proceso de hidratación hacia productos cementicios como silicatos de calcio hidratados, lo cual fue comprobado mediante análisis de SEM y XANES. También se midió los niveles de lixiviación generales, observando que cuando los relaves están incorporados en la matriz cementicia, los niveles de lixiviación son despreciables. Finalmente, con la información anterior se desarrolló una metodología para la medición del impacto medioambiental del uso de relaves como material cementicio suplementario, usando análisis de ciclo de vida (LCA) para determinar el posible beneficio del uso de estos desechos. Como resultado se determinó que los beneficios del uso de relaves dependen de la capacidad de estos como material cementicio suplementario, y que, a mayor nivel de desempeño, mejores son los indicadores ambientales comparados con mezclas sin relaves. La nueva metodología propuesta permite una comparación certera de mezclas cementicias con materiales cementicios suplementarios, facilitando el estudio medioambiental de estos y otros residuos. Este estudio demostró la factibilidad del uso de relaves como material cementicio suplementario, con las limitaciones impuestas por la heterogeneidad, la presencia de altas concentraciones de cobre y los impactos medioambientales analizados y discutidos.
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    Decoupling the physical and chemical effects of supplementary cementitious materials on strength and permeability : A multi-level approach
    (2016) Zunino Sommariva, Franco; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Developing a very high-strength low-CO2 cementitious matrix based on a multi-binder approach for structural lightweight aggregate concrete
    (2020) Mena, J.; González, Marcelo; Remesar Lera, José Carlos; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Development of an improved mixture proposal of shotcrete for use in underground mining
    (2020) Ortiz García, Camila Fernanda; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La fortificación del túnel se realiza comúnmente mediante el uso de hormigón proyectado. Sin embargo, existe el riesgo de desprendimiento de hormigón de la superficie de la roca que causa accidentes y, en última instancia, la pérdida de vidas humanas. Con el fin de reducir el riesgo de exposición de los trabajadores al desprendimiento de hormigón proyectado, se estudiaron y mejoraron tres propiedades diferentes: densidad, resistencia residual y unión mediante agregado liviano, fibras y nano sílice, respectivamente. Se produjeron y testearon varias probetas prismáticas, cúbicas y cilíndricas. Se midieron y analizaron propiedades como la carga residual, la resistencia a la compresión, la resistencia a la rotura por tracción, la densidad, la resistencia temprana y la reología. Los resultados indican que: 6 kg/m3 de fibras de polipropileno mejoran la carga residual en 2,93 MPa; el reemplazo del 70% de la arena natural por agregados de vidrio expandido livianos (LEGA) permite alcanzar una densidad de 1,600 kg/m3 con resistencias a la compresión a 28 días por encima de 17 MPa, lo que permite clasificar esas mezclas como un hormigón estructural liviano.
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    Efecto del curado interno en hormigones y su aplicación como método complementario al curado tradicional en obra del hormigón.
    (2010) Espinoza Hijazin, Gastón Jalil; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Esta investigación busca explicar los beneficios de aplicar curado interno (CI) en hormigones de distinta razón Agua/Materiales Cementicios (W/CM), con puzolanas naturales y distintas condiciones de curado. El CI del hormigón consiste en utilizar un agente de curado capaz de absorber y almacenar agua, en forma previa al mezclado, para entregarla desde el interior de la mezcla durante el autosecado del hormigón, consecuencia de la hidratación del cemento. Este método ha sido estudiado con éxito en hormigones de baja W/CM, los cuales poseen baja permeabilidad, lo que dificulta el acceso hacia el interior de la mezcla de agua de curado desde el exterior. Esta investigación busca responder dos interrogantes: · ¿Qué beneficios tiene el curado interno en hormigones con razones W/CM relativamente altas? · ¿Qué beneficios tiene el curado interno del hormigón para cementos con puzolanas naturales?
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    Effect of internal structure on the interaction of mechanical and thermal properties of concrete
    (2018) Remesar Lera, José Carlos; López Casanova, Mauricio Alejandro; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En vías de aumentar la eficiencia energética de las casas, la conductividad térmica del hormigón debe reducirse. Este estudio se enfoca en el efecto de la estructura interna en la interacción de las propiedades mecánicas y térmicas del hormigón. La estructura interna se evaluó de forma individual y combinada con la variación de tres constituyentes: materiales cementantes suplementarios (cenizas volantes), agregado liviano (LWA) fino (arcilla expandida fina) y LWA grueso (lutita expandida, arcilla expandida, poliestireno expandido). También se evaluó el efecto de LWA en hormigón permeable. Los tres constituyentes presentados individualmente una mayor disminución en la resistencia a la compresión que en la conductividad térmica del hormigón. Las cenizas volantes fue el menos efectivo en la reducción de la conductividad térmica (14%), mientras que la arcilla expandida gruesa (54%) fue el más efectivo. La sustitución de arcilla expandida por poliestireno expandido, que representa una reducción de la conductividad térmica del 90%, redujo la conductividad térmica del hormigón en menos de 15%, para un volumen de 30% del constituyente. Esto último es debido a que la conductividad térmica se comporta más cerca de un modelo compuesto en paralelo, con un efecto mínimo de tortuosidad en el flujo de calor. El efecto combinado redujo la conductividad térmica en un 75%. La Arcilla expandida fina (FEC) provocó una mayor reducción en la conductividad térmica y una menor reducción en la resistencia a la compresión que la arcilla expandida gruesa (CEC) debido a: refinamiento de la distribución del tamaño de poros, disminución de máximo tamaño de poros y aumento en la distribución espacial de FEC dentro del hormigón. La combinación de los constituyentes genera un mayor efecto de tortuosidad en el flujo de calor con la reducción de puentes térmicos dentro del hormigón. A pesar de la tasa más alta en la reducción de resistencia a la compresión, el uso de FA permite conseguir valores más bajos de conductividad térmica, lo que reduce el flujo de calor a través de la pasta. El hormigón permeable con LWA fue menos eficiente en las propiedades mecánicas y térmicas, debido al aumento de la distribución de tamaño de poro y tamaño de poro máximo.
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    Effectiveness of tetra-ethyl-ortho-silicate (TEOS) consolidation of fired-clay bricks manufactured with different calcination temperatures
    (2016) Martínez, Patricia; Soto, Melissa; Zunino Sommariva, Franco; Stuckrath, Claudia Tamara; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Entrained air as a rheology modifying agent for 3D printed concrete
    (2020) Eugenin Soto, Claudia; López Casanova, Mauricio Alejandro; Brevis Vergara, Wernher; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La impresión 3D con hormigón (3DCP) es una oportunidad para hacer más sustentable la construcción de hormigón, presentando beneficios en los ámbitos social, medioambiental e industrial. Entre los obstáculos existentes para su industrialización está la reología, ya que debe ser lo suficientemente firme para soportar su propio peso y el de las capas superiores sin la ayuda de moldajes, pero también debe ser bombeable dentro de la impresora. Las soluciones actuales para un hormigón "imprimible" requieren una alta dosis de cemento, que puede reducirse promoviendo el uso de aditivos y materiales cementicios suplementarios (SCM). Entre los aditivos menos explorados se encuentra el aire incorporado (EA). La revisión de la literatura sugiere que el efecto reológico del EA tiene un doble comportamiento; Se hipotetiza que la adición de EA aumenta el esfuerzo de corte límite estático (Ƭs0) y disminuye la viscosidad plástica (μρ), lo cual es ideal para la 3DCP ya que se requiere un Ƭs0 alto una vez que se extruye la mezcla y un μρ bajo para garantizar fluidez dentro de la impresora. Esta hipótesis se valida mediante ensayos experimentales en pasta de cemento y mortero con agente incorporador de aire (AEA) con reómetro y pruebas empíricas, además de la comparación de datos experimentales con modelos reológicos teóricos. Los resultados experimentales muestran un aumento constante en Ƭs0 en pasta de cemento y mortero con AEA, y una disminución en μρ en pasta de cemento. El análisis de estos datos experimentales y los datos encontrados en la literatura muestra que el AEA aniónico genera un aumento de Ƭs0, mientras que el AEA aniónico y el neutro genera una disminución de μρ. Este efecto se atribuye a burbujas “armadas”, generadas por la carga eléctrica de los surfactantes aniónicos, que en reposo contribuyen a la acumulación estructural, pero en un régimen de movimiento se rompen y promueven la lubricación. Se deben realizar más ensayos experimentales para validar completamente el AEA como un aditivo modificador de reología para 3DCP.
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    Environmental impacts evaluation of treated copper tailings as supplementary cementitious materials
    (2020) Vargas Muñoz, Felipe Andrés; López Casanova, Mauricio Alejandro; Rigamonti, L.; CEDEUS (Chile)
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    Estimating the segregation of concrete based on mixture design and vibratory energy
    (2016) Navarrete, I.; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Evaluación de la efectividad del silicato de etilo como consolidante para rehabilitar albañilería en edificios patrimoniales
    (2014) Soto Cascante, Melissa; Martínez Ramírez, Patricia Haydée; López Casanova, Mauricio Alejandro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La consolidación con silicato de etilo, es una técnica de intervención no invasiva, utilizada actualmente para rehabilitar materiales constructivos (principalmente silíceos) en edificaciones históricas y contemporáneas. Sin embargo, la ausencia de información que relacione la dosis a utilizar con la mejora en las propiedades físicas y mecánicas del material, impide utilizar esta técnica de forma efectiva y eficiente. El objetivo de esta investigación fue evaluar, mediante un protocolo de caracterización, la dosis y efectividad del silicato de etilo como consolidante del ladrillo (sustrato de estudio) mediante distintos métodos de aplicación. Para esto, se fabricaron ladrillos con distintas proporciones de arcilla común y caolín, y se aplicó el consolidante mediante métodos utilizados en el laboratorio (inmersión total a diferentes tiempos) e “in situ” (brocha, rociador con presión y rociador sin presión). Se utilizaron diferentes temperaturas de calcinación para lograr distintos grados de porosidad e interconexión de poros en los ladrillos. Se evaluó las variaciones en las propiedades físicas (porosidad abierta, interconexión y distribución del tamaño de poro), mecánicas (dureza superficial, resistencia a compresión y flexión), color e interacciones químicas antes y después de la consolidación para determinar el desempeño del silicato de etilo.Los resultados indican una estrecha relación entre parámetros como distribución y tamaño de radio de poro con la efectividad de la consolidación. El principal rango de acción del consolidante se encontró entre 0.01 a 0.1 μm. Asimismo, la interacción sustrato-consolidante determinada por el tipo de mineralogía del ladrillo brinda un aporte adicional en el desempeño de la consolidación. Métodos de aplicación “in situ” como la brocha son adecuados para consolidar materiales cerámicos como el ladrillo. Asimismo, la re-impregnación del ladrillo con brocha logró las mayores disminuciones en permeabilidad y aumentos en resistencia mecánica de los métodos evaluados. Finalmente, pocas variaciones cromáticas fueron detectadas en los ladrillos con los métodos de aplicación, lo que valida la aplicación del consolidante en albañilería patrimonial.