Ingeniero Civil / En la siguiente memoria se estudió la eficiencia de una ceniza volante como inhibidora del fenómeno de etringita retardada (DEF), este fenómeno expansivo ha sido uno de los grandes problemas de las estructuras de hormigón de grandes dimensiones y/o altos calores de hidratación, provocando agrietamientos, disminuyendo su resistencia y durabilidad. Este fenómeno se presenta entre 2 a 20 años después de la confección del hormigón y se sabe que uno de los principales factores que influyen en el origen del fenómeno son las altas temperaturas, ya que la etringita (producto normal de la hidratación del hormigón, dispersa homogéneamente en la matriz de hormigón), se vuelve inestable al sobre pasar los 70°C las primeras horas desde su confección, transformándose en un mono sulfato de menor volumen y mayor estabilidad, el cual una vez que el hormigón se encuentra endurecido y en servicio, bajo condiciones húmedas o parcialmente húmedas se transforma nuevamente en etringita, generando esfuerzos internos y probablemente agrietamientos en el hormigón. En el presente trabajo se estudiara el efecto de una ceniza volante como remplazante de cemento portland en diferentes dosificaciones, manteniendo el contenido de SO3 en un rango normal entre 2,8-3,5%, para esto se confeccionaran una serie de probetas las cuales serán sometidas a curados a temperatura y ciclos de humedecimiento y secado, con el fin de homologar las condiciones óptimas para que se produzca el fenómeno DEF y acelerar las expansiones que este conlleva, se utilizó esta metodología ya que se cuenta con un estudio anterior en el cual se realizaron los mismos ensayos, pero en ese caso se estudió el desempeño de una puzolana natural. Luego de un periodo de 120 días de medición de expansiones se concluyó que hormigones con una dosificación de 70% de cemento Portland y 30% de ceniza volante o puzolana es suficiente para controlar e inhibir el fenómeno DEF.

La presente memoria se centra en el desarrollo de metodologías sostenibles utilizando disolventes respetuosos con el medio ambiente, tales como las mezclas eutécticas (DESs en inglés), para llevar a cabo reacciones de gran interés en Química Orgánica. En el Primer Capítulo se describen varias metodologías para la formación de enlaces C-C a través de la adición de haluros alílicos a cetonas mediada por indio metálico, reacciones de acoplamiento cruzado, activación de enlaces C-H catalizada por rutenio, adición radicalaria de olefinas y la reacción aldólica enantioselectiva. En el Segundo Capítulo se describe un protocolo para la formación de enlaces C-0, más concretamente, para la cicloisomerización de ácidos alquinoicos y derivados. Para ello, se empleó un catalizador heterogéneo de paladio fácilmente reciclable. Finalmente, el Tercer Capítulo se basa en la formación de enlaces C-S mediante reacciones multicomponente. Este protocolo utiliza metabisulfito sódico y triarilbismuto para la síntesis de sulfonas, disulfuros y sulfuros, en mezclas eutécticas y sin necesidad de catalizador.

En esta tesis se estudiaron varios sistemas de anfifilos mezclados que involucran moléculas de estructura no tradicional, como lo son las sales biliares,ácidos biliares y análogos. Sus divergencias estructurales con los surgactantes convencionales hace que presenten un comportamiento de agregación atípico que es mucho más acentuado en sistemas mezclados. El estudio se dividió en cuatro partes principales: (a) comportamiento de agregación en solución acuosa, (b) comportamiento de la interfase aire-solución en monocapas extendidas o de Langmuir y (d) síntesis de materiales nanoestructurados bioactivos de SiO2. Tanto el comportamiento de agregación en solución como el inerfacial reveló que las mezclas de la sal biliar deoxicolato de sodio (NaDC), el derivado artificial dehidrocolato de sodio (NaDHC) y el surfactante catiónico de dos colas bromuro de dimetildidodecilamonio (DDAB) son no ideales en todas las proporciones. Los estudios se realizaron de a pares NaDC-NaDHC, NaDHC-DDAB y NaDC-DDAB; asimismo se evaluó la presencia de agregados pre-micelares del tipo jabón ácido. Se pudo determinar que las soluciones acuosas de las mezclas de NaDC-NaDHC están constituidas por micelas esféricas, mientras que para el sistema NaDHC-DDAB se encontró un proceso de agregación en dos pasos, en un primer paso se forman micelas y en un segundo vesículas multilaminares con diámetros entre 200 y 600 mm, siendo esto últimos dependientes de la composición de la mezcla. El sistema NaDC-DDAB, sin embargo, presentó solo vesículas unilamelares de 1-2 mm de diámetro. Estas diferencias se deberían a la perturbación estérica que causa la intercalación del esqueleto colestérico en los agregados mezclados, lo cual se confirmó al evaluar su comportamiento interfacial. Aquellos sistemas que dieron lugr a agregados de estructuras novedosas se empleatron como moldes para obtener materiales porosos de siliciol. Se obtuvieron materiales tipo esponja que resultaron tener una organización similar al hueso trabecular. La estructura final de los materiales proviene de una transición de fases de vesícula a una fase bicontínua tipo esponja, la fuerza directriz de la transformación sería la interacción de las sales biliares y el DDAB con los precursores de silicio (tetraetlortosilicato de sodio, TEOS) durante la etapa de polimerización en la síntesis del material. Dependiendo del tipo y cantidad de sal biliar enla mezcla plantilla, la curvatura de los agregados se puede dar hacia el lado polar o apolar, llevando a morfologías finales diferentes. El esqueleto esteroidal altamente hidrofóbico de la molécula de NaDHC causa una gran perturbación en la mezcla usada como plantilla y solo las mezclas con aNaDHD = 0,2 y 0,4 produjeron materiales conuna estructura definida (aNaDHC: fracción molar de NaDHC en la muestra sin tomar en cuenta el solvente). Bajo ciertas condiciones de síntesis específicas, los materiales presentatron un comportamiento bioactivo. Este último se determinó por la capacidad del material de desarrollar sobre su superficie una cubierta de hidroxiapatita similar a la ósea en contacto con fluidos fisiológico simulado. Suponemos que sus propiedades están relacionads con los mesoporos y alta proporción de puentes siloxanos en sus estructuras. / This thesis studies various mixed systems inolving non-traditional structure amphiphilic molecuels, sucha as bile salts, bile acids and analogs. Their structural differences with conventional surfactnts causes an atypical aggregation behavior that is much more pronounced in mixed systems. The study was divided into three main parts: (a) aggregation behavior in aqueours solution, (b) behavior of adsorrbed monolayers (or GHibbs monolayers) at the air-solution interface, (c) behavior of spread monolayers (orLangmuir monolayers) at the air-solution inferfaceand (d) synthesis of bioactive SiO2 nanosturctured materials. The aggregation behavior in solution and at the air-solution interface revealed that mixing of bile salt sodium deoxycholate (NaDC), the artificial sodium dehydrocholate derivative (NaDHC) and the two-tailed cationic surfactant dimethyldidodecylamonium brinude (DDAB), is non-ideal in all proportions. Studies were perfomed by pairs: NaDC-NaDHC, NaDHC-DDAB and NADC-DDAB. The presence of acid soap-like premicellar aggregates was also evaluated. It was found that aqueous solutions of mixtures of NADC-NaDHC consist of sphericalmicelles, while for the mixed system NaDHC-DDAB aggregation occurs in two steps. In a first step miclles form and then grow in a second sept to multilamellar vesicles with sizes between 200 and 600 mm, varying the composition of the mixture . However, the NaDC-DDAB mixed system showed only unilamellar vesicles, about 1-2mm diameter. These differences are due to steric disturbance caused by intercalation of cholesteric skeketon in mixed aggregates; this was confirmed by evaluating interfacial behavior. Those stystems which gave aggregates with novel structures were used as templates to obtain porous silicon materials. Sponge-like materials were obtained, which have been proven to have a similar organization to the trabecular bone. The final structure of the materials comes from a phase trnsition from vesicles to a sponge-like phase. The driving force of the process would be the interaction between bile salts and DDAB with silicon precursor (sodium tetraethylorthosilicate, TEOS) during polymerization step in thesynthesis of the material. Depending on the type and amount of bile salt in the template mixture, the curvature of the aggregates can be to the polar or a-polar side, leading to different final morphologies. The highly hydrophobic NaDHC steroid skeleton causes a great disturbance in the mixture used as a template and only mixtures with aNaDHC= 0.2 and 0.4 produced materials with a defined structure. Under certain specific synthesis conditions, te materials exhibited bioactive behavior. Bioactivity was determined by the material capacity of developing a hydroxylapatite coating on its surface, similar to the bone, in contact with simulated physiological fluids. We suppose that their properties are related to the high proportion of mesopores and siloxane bridges in their structure.

Ingeniero Civil / El continuo crecimiento demográfico ha traído emparejado una creciente demanda de materiales para satisfacer las necesidades de los proyectos de construcción lo que ha generado impactos ambientales tanto por la sobre explotación de recursos naturales como por el acelerado aumento de los volúmenes de residuos y desechos derivados de estas actividades. Considerando la abundancia de hormigones de desechos que actualmente se disponen en vertederos de la Región Metropolitana y la posibilidad de procesarlos para la obtención de áridos, IDIEM se encuentra desarrollando una línea de investigación para evaluar el comportamiento de hormigones y mezclas asfálticas obtenidas a partir de RCA, entre los que se encuentra el presente estudio sobre microaglomerados asfálticos en frío para tratamiento de mantención de carpetas asfálticas de tráfico medio/liviano. Los microaglomerados asfálticos en frío se diseñaron ajustando la banda granulométrica de los áridos reciclados, disponibles en IDIEM, a la banda de 10 mm de tamaño máximo, recomendada por normas internacionales, junto a diferentes emulsiones asfálticas que resultaron compatibles con estos áridos. La caracterización del comportamiento de los distintos microaglomerados evaluados en este estudio se efectuó según lo establecido en el Manual de Carreteras Vol. 5 y 8. De forma de poder comparar los resultados obtenidos, se confeccionaron microaglomerados utilizando un árido natural de características granulométricas similares a las del árido reciclado. Se concluyó que el comportamiento de los microaglomerados con áridos reciclados, utilizando la emulsión CQS-1H (EA), es comparable al del microaglomerado con árido natural, cumpliendo incluso de mejor forma los plazos de apertura al tráfico. Se plantea continuar la investigación desarrollando emulsiones asfálticas que logren una completa compatibilidad con los áridos y una posterior construcción de cancha de prueba.

Ingeniero Civil / El ataque interno en el hormigón debido a la acción de sulfatos presentes en su matriz, genera reacciones químicas expansivas que pueden originar micro fisuras y una degradación progresiva del material. Los sulfatos pueden provenir de diversas fuentes, en particular pueden provenir de los materiales con los que se confecciona el hormigón. En ese ámbito, los áridos pueden ser una fuente importante de incorporación de este tipo de sales, sobre todo en zonas, como el litoral costero del norte de Chile, en las cuales por sus características climáticas es recurrente encontrar áridos con altos contenidos de sulfatos, mayores a los que la norma NCh163 Of.2013 acepta. La normativa actual principalmente limita el contenido de sulfatos al interior del hormigón, ya sea con requisitos a los materiales constituyentes y/o al contenido total de sulfatos con que resulta el hormigón. En este contexto es recurrente la discusión sobre la factibilidad de uso de áridos con contenidos de sulfatos por sobre los límites normativos, considerando el desempeño del hormigón y el potencial real de daño que puede ocasionar la reacción de los sulfatos con respecto, principalmente, al grado de resistencia del hormigón y los materiales, en particular los cementos, que se utilizan en el país. En este trabajo se estudian hormigones con resistencias a compresión, a los 28 días en cubos de 20 cm, que van desde los 15 MPa a los 82 MPa, mientras que los contenidos de sulfatos (SO4-2), en los áridos, abarcan desde el 0,30% al 1,44%. La evaluación del desempeño de cada hormigón se realizó midiendo la expansión de probetas en el tiempo, hasta los 180 días, lo cual representa un indicativo del grado de fisuración interior por efecto de las reacciones químicas expansivas de los sulfatos. Los hormigones estudiados fueron confeccionados con materiales disponibles comercialmente en el país. En particular, se utilizó un cemento portland puzolánico de origen nacional y áridos provenientes del río Maipo. Además, la incorporación del sulfato se realizó artificialmente, a través de la incorporación de yeso, en cantidades controladas, en la matriz del hormigón. A partir de los resultados obtenidos, se concluye que la forma en que la NCh 170 Of.2016 limita el contenido interno de sulfatos en el hormigón, sí representa el comportamiento real de los hormigones ante el ataque interno por sulfatos, es más, el límite podría relajarse de 2,0% a 2,6%. De igual manera, se observa que el expresar el contenido interno total de sulfatos (expresado como SO4-2, referidos al peso del cemento y considerando el aporte de todos los materiales constituyentes), también representa el comportamiento real de los hormigones atacados internamente por sulfato, donde el límite de contenido interno total de sulfatos podría ser fijado en 6,5% para los distintos hormigones estudiados.

La presente Memoria tiene por propósito comparar y correlacionar los valores del módulo de elasticidad de las capas que conforman una misma estructura de pavimento asfáltico, obtenidos mediante diversos procedimientos y los procedimientos actualmente utilizados. Los procedimientos que se emplean en la actualidad son los siguientes: ensayes de laboratorio o método AASHTO (Amerian Association of State Highway and Transportation Officials) para el Suelo, método FHWA (Federal Highway Administration) para la Base y método Shell, mediante el programa computacional BANDS 2.0, para el Pavimento Asfáltico. Los procedimientos que se analizan en la presente Memoria, y con los cuales se comparan y correlacionan los mencionados anteriormente, son los siguientes: WSDOT (Washigton State Department of Transportation), FHWA y Retrocálculo (mediante el programa computacional MODTAG) para el Suelo, WSDOT y Retrocálculo (mediante el programa computacional MODTAG) para la Base, y ensayes de laboratorio con las prensas MTS y NAT, WSDOT, FHWA, Retrocálculo (mediante el programa computacional MODTAG), Asphalt Institute y Shell (mediante fórmulas) para el Pavimento Asfáltico. El análisis se efectúa en la obra concesionada “Autopista Urbana Acceso Nor Oriente a Santiago”, desde esta obra se obtienen los datos y las muestras necesarias para el análisis. En este caso los datos corresponden a mediciones de deflectometría y las muestras, a testigos de pavimento asfáltico; además, se confeccionan probetas en el laboratorio. La primera etapa del presente estudio corresponde a la determinación del módulo de elasticidad de mezclas asfálticas en forma empírica y teórica. La forma empírica consiste en determinar el módulo de elasticidad de la mezcla por dos procedimientos: en terreno y en laboratorio. La forma teórica consiste en usar las fórmulas y gráficos propuestos por el Asphalt Institute y por Shell para determinar el módulo de elasticidad de la mezcla asfáltica. La segunda etapa y final consiste en comparar y correlacionar los resultados obtenidos mediante los métodos usados en la actualidad y a través de los equipos de auscultación y ensayes de laboratorio vial. El resultado que se obtiene es un Factor de Correlación que relaciona el módulo de elasticidad determinado, para una misma estructura de pavimento asfáltico, de acuerdo a los procedimientos planteados. A partir de este Factor de Correlación se infiere que los procedimientos actualmente utilizados podrían ser reemplazados por otros cuyos resultados son similares y cuyo error asociado es menor. Específicamente, se propone la utilización del Retrocálculo para determinar el módulo de elasticidad de cada una de las capas que conforman una misma estructura de pavimento asfáltico, siendo éste complementado y ajustado con la realización de ensayes de laboratorio con la prensa NAT, en el caso de la capa de Pavimento Asfáltico.

Para determinar la susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas asfálticas, el Manual de Carreteras (M.C.) especifica el ensayo “Método para determinar la deformación en mezclas asfálticas utilizando la máquina de ahuellamiento” homologado de la norma NLT-173/84, ensayo que considera alta temperatura ambiente (60 ºC) y una presión de contacto rueda-probeta de 9 kgf/cm2 . No obstante esta especificación no incluye como factor la presencia de agua superficial, condición que sí se considera en otras normas internacionales por su importante influencia en la pérdida de adherencia entre el cemento asfáltico y el sustrato mineral. En este trabajo de título se investigan alternativas para adaptar la especificación antes mencionada, incorporando el factor agua superficial bajo la rueda y manteniendo las otras condiciones. Para ello se diseñó un programa de ensayos que, en una primera parte, aborda el estudio del comportamiento de mezclas asfálticas sometidas al ensayo NLT 173/84 y al ensayo AASHTO T324-04 “Hamburg Wheel Tracking Device”. Para realizar esta investigación se utilizan dos tipos de cemento asfáltico, el CA24 y cemento asfáltico modificado con polímeros y además se incorpora un aditivo promotor de adherencia a cada uno de ellos. Por otra parte se varía el método de compactación de las probetas, utilizando la compactación de placa vibratoria del método NLT-173/84 y compactación mediante el compactador giratorio. Posteriormente en una segunda etapa, el estudio evalúa un ensayo alternativo de ahuellamiento incorporando agua superficial en la interfaz rueda-probeta en el ensayo NLT 173/84 y compara los resultados con el método NLT normal y con el método de Hamburgo. De los resultados obtenidos se pudo concluir que el aditivo promotor de adherencia mejora el comportamiento en deformación permanente de mezclas asfálticas tanto en el ensayo seco como en el ensayo estándar Hamburg Wheel Tracking Device, al retardar la pérdida de adherencia del cemento asfáltico con el sustrato mineral. En efecto, en el ensayo NLT 173/84 se observó una disminución en la velocidad de deformación para las probetas con aditivo de entre un 31% y 48%, mientras que en el ensayo con la máquina de Hamburgo se logró retardar el inicio del desprendimiento del cemento asfáltico (“stripping”) 50 minutos llegando incluso a su total supresión. Al comparar el comportamiento de los diferentes cementos asfálticos considerados en el ensayo NLT modificado en medio húmedo, con respecto a su respuesta frente al ensayo NLT normal, se observa un aumento en las deformaciones de ahuellamiento, en aproximadamente un 100%, con respecto a las obtenidas en el ensayo normal, dentro del periodo estándar de 120 minutos. El desarrollo de “stripping” en el ensayo NLT modificado sólo ocurrió en las probetas confeccionadas con CA24, mientras que en la máquina de Hamburgo este fenómeno se desarrolló tanto en las probetas de CA24 como en las de cemento asfáltico modificado con polímeros sin aditivo promotor de adherencia. Finalmente, comparando el ensayo NLT modificado con el Hamburg Wheel Tracking Device, se puede concluir que no obstante para algunos tipos de mezcla se percibe la pérdida de adherencia, en forma similar en ambos ensayos, no es posible obtener una correlación general entre ambos ensayos.

Debido al desarrollo tecnológico que ha tenido el hormigón en los últimos años, se ha generado una tendencia a la mayor fisurabilidad a edad temprana. Para abordar el estudio de este comportamiento, se ha puesto a punto un método de ensayos que permite conocer la influencia de dos procesos de elaboración y distintas variables de composición, que afectan al proceso de secamiento y retracción del hormigón. Para ello, nos hemos basado en la metodología entregada por la norma ASTM C 1579, la cual evalúa la fisuración en hormigones con adiciones de fibras, para proponer una metodología que permita evaluar la retracción en el proceso de secado del hormigón. El objetivo de este estudio es comparar las características de fisuración de hormigones con altas dosis de material cementicio, en el ensayo de retracción impedida, teniendo como variables la finura y contenido de puzolana en el material cementicio, y el método de elaboración de la mezcla. Para cumplir este objetivo, se prepararon cuatro dosificaciones diferentes de material cementicio, los que fueron mezclados mediante un método de mezclado convencional y en dos etapas, para luego ser puestos bajo condiciones de alta evaporación. De los resultados obtenidos se tiene que a mayor porcentaje de puzolana, el tiempo de aparición de la fisura disminuye para los hormigones confeccionados mediante método de mezclado convencional, sin embargo, para los hormigones confeccionados mediante el método de mezclado en dos etapas, este tiempo se mantiene más bien constante, con leves diferencias entre los tiempos obtenidos. En cuanto a los hormigones con distinta finura de la puzolana adicionada, no se observa un diferencia sustancial en los resultados obtenidos. En cuanto al ancho de la fisura, el general son mayores para los hormigones confeccionados con el método de mezclado convencional, mientras que no existe una diferencia clara en los anchos de fisura promedio para hormigones confeccionados con material cementicio de distintos porcentajes o finuras en la puzolana.

La preocupación por el desarrollo de materiales más amigables con el Medio Ambiente en el ámbito de la construcción ha impulsado una toma de conciencia en todos los niveles. La idea de reciclar el hormigón desechado, usándolo como árido para nuevo hormigón, forma parte de este proceso de gestión sustentable al que el mundo está apuntando. A la fecha, se han realizado varios estudios sobre este material, sobre todo en Estados Unidos y Europa. De esta forma, investigar las características y potenciales beneficios del hormigón con árido reciclado en Chile parece la continuación lógica de esta puesta en marcha. El objetivo del presente Trabajo de Título es constatar y analizar la influencia de la modificación del proceso de fabricación de hormigones con árido reciclado, cuantificando el aporte del uso de árido reciclado en términos de costo, tiempo, y sustentabilidad. Para esto, se elaboraron hormigones con 0%, 30%, y 50% de árido reciclado grueso mediante dos métodos de mezclado. El primer método corresponde al mezclado convencional en una etapa, en el cual el orden de adición de los componentes es árido, cemento, porción del agua y finalmente el resto de ellos. El segundo método corresponde a un mezclado en dos etapas, en las cuales primero se mezclan el cemento y el árido reciclado con la mitad del agua necesaria, y luego se añade el árido virgen y el resto del agua. El diseño de las mezclas contempló el ajuste del contenido de agua para lograr un cono de 6-8 cm y una razón A/C de 0.58 aproximadamente. Comparando las resistencias a compresión a 4, 7 y 28 días, se concluye lo siguiente: como se esperaba, mientras más alto el contenido de árido reciclado, más baja la resistencia a compresión; por otro lado, el método de mezclado en etapas no mejoró la resistencia a compresión de los hormigones con árido reciclado (ocurrió lo contrario). Sin embargo, se lograron valores de resistencia a compresión altos y suficientes para usar este material como hormigón estructural. En cuanto a impermeabilidad, se concluye que, al mezclar en etapas los hormigones reciclados, se mejoró su capacidad a no absorber el agua en el caso del hormigón con 50% de árido reciclado; sin embargo, en los otros casos, el resultado no fue tan concluyente como en este. Por lo tanto, la modificación del método de mezclado no resultó eficiente al mejoramiento de las propiedades del hormigón, pero eso no excluye el uso, incluso estructural, del hormigón reciclado como árido.

Ingeniero Civil / El fenómeno expansivo por formación de etringita tardía en etapa de hormigón endurecido, es un factor a considerar cuando se diseña el hormigón de un elemento estructural de grandes dimensiones, o que por su alta dosificación de material cementicio es necesario considerar los efectos de la generación de calor de hidratación asociada. La aparición de este fenómeno provoca agrietamiento y pérdida de resistencia del hormigón años más tarde del vaciado (2 a 20 años), y se relaciona directamente con altas temperaturas en la etapa inicial de endurecimiento al interior del elemento (núcleo), debido al calor generado por las reacciones de hidratación del material cementicio. Para controlar la temperatura a edades tempranas (que cuando superan los 70 °C, se sabe, puede dar origen a un proceso de transformación del sulfoaluminato de calcio hidratado (etringita) en un monosulfoaluminato de calcio hidratado disperso en la matriz cementicia del hormigón) se toman diversas consideraciones, las cuales están enfocadas en mantener la etringita en un rango de temperatura en el que ésta se mantenga estable. Es deseable desde el punto de vista del proceso constructivo, poder liberarse de estas restricciones, estudiando posibles variaciones a la composición del material cementicio o la incorporación de adiciones, que actúen como inhibidoras de la transformación de la etringita primaria bajo condiciones de curado a altas temperaturas. En el presente trabajo se estudia el efecto de la incorporación de puzolana en reemplazo de cemento portland, como parte del material cementicio, a través de ensayos experimentales, en los que se intenta simular de forma acelerada, el comportamiento durante la etapa de servicio, de un hormigón sometido a altas temperaturas a edades tempranas. A partir de los resultados obtenidos en un periodo de ensayo de 120 días se observa que, al utilizar un material cementicio compuesto con 70% de cemento portland y 30% de puzolana con finura similar a la del cemento portland base, manteniendo el contenido de SO3 dentro del rango típico entre 2,8% a 3,5%, es posible controlar el fenómeno expansivo por formación de etringita tardía. Las probetas que utilizaron este material cementicio, se mantuvieron por debajo de las expansiones sugeridas como indicadoras de potenciales problemas por formación de etringita tardía durante la etapa de servicio.