Influencia de la bacteria Bacillus Subtilis en la reparación
de fisuras en concretos con a/c de 0.45 y 0.50 Influence
of the Bacillus Subtilis bacteria on the repair of cracks in concrete with
a/c of 0.45 and 0.50 Influência da bactéria Bacillus Subtilis na reparação de
fissuras em concreto com a/c de 0.45 e 0.50 RESUMEN Debido al problema antes mencionado la presente investigación
plantea determinar la influencia de la bacteria Bacillus Subtilis en la
reparación de fisuras en concretos con a/c de 0.45 y 0.50. Para este fin se
realizaron diseños de mezcla patrón y adicionados, tomando en cuenta una
proporción de bacterias para cada a/c. Palabras clave: Concreto, Bacillus Subtilis,
Fisuras, Reparación, Agua/Cemento ABSTRACT Cracks in concrete represent a huge problem for
structures because they are an access through which some type of agent can
be introduced that can damage the interior steel; In works where the flow
or storage of water is important, losses due to infiltration could be
generated and in concrete elements in general, cracks tend to reduce its
resistance and durability. In all cases, the cracks, if not treated in
time, tend to increase and this only makes the situation regarding them
more critical. Due to the aforementioned problem, this research
aims to determine the influence of the Bacillus Subtilis bacteria in the
repair of cracks in concrete with w/c of 0.45 and 0.50. For
this purpose, standard and additive mixture designs were carried out,
taking into account a proportion of bacteria for each a/c. Keywords: Concrete, Bacillus Subtilis, Cracks,
Repair, Water/Cement RESUMO As fissuras no concreto representam um grande
problema para as estruturas porque são um acesso através do qual pode ser
introduzido algum tipo de agente que pode danificar o aço interior; Em
obras onde o escoamento ou armazenamento de água é importante podem ser
geradas perdas por infiltração e nos elementos de concreto em geral as
fissuras tendem a reduzir sua resistência e durabilidade. Em todos os
casos, as fissuras, se não forem tratadas a tempo, tendem a aumentar e isso
só torna a situação delas mais crítica. Devido ao problema supracitado, esta pesquisa tem
como objetivo determinar a influência da bactéria Bacillus Subtilis no
reparo de fissuras em concreto com a/c de 0,45 e 0,50. Para isso foram
realizados projetos de misturas padrão e aditivas, levando em consideração
uma proporção de bactérias para cada ar condicionado. Palavras-chave: Concreto, Bacillus Subtilis,
Fissuras, Reparação, Água/Cimento
1. INTRODUCCIÓN
El concreto es un material que posee una enorme trabajabilidad y una excelente resistencia a la compresión, debido a estos motivos este material se ha convertido en uno de los más utilizados en el sector construcción para la creación de estructuras a pequeña, mediana y gran escala a nivel mundial. Sin embargo, la calidad y durabilidad final de las estructuras de concreto puestas en marcha dependen de una cadena de elaboración que parte desde la calidad de los insumos y continúa con el diseño, vaciado, colocación y curado. A lo largo del tiempo, el concreto se deteriorará dependiendo estrictamente de los parámetros de durabilidad y curado que este haya recibido al momento de su elaboración, este deterioro genera pequeñas fisuras en el elemento, que de no ser controladas adecuadamente pueden generar grietas en el futuro. Estas grietas permiten el paso de los agentes externos a el acero de refuerzo embebido con el concreto, dañando en gran medida la calidad y resistencia del elemento en general.
Ante este problema, se propone el uso de una adición de bacterias a la mezcla de concreto en su proceso de producción, con la finalidad de que estas produzcan carbonato de calcio mediante un proceso biológico que va de la mano con el consumo de una fuente de calcio. Se evaluará el efecto de esta producción de carbonato de calcio en las propiedades físicas y el porcentaje de cierre de las fisuras para mezclas de concreto con una relación a/c de 0.45 y 0.50.
2. MATERIALES Y DISEÑO DE MEZCLA
En la presente investigación se hizo uso de Cemento Portland de la marca Sol Tipo I, agua de la red, agregado fino y agregado grueso de la cantera Trapiche. Las propiedades del cemento y agregados se muestran a continuación.
Cuadro 1. Propiedades del Cemento SOL Tipo I.
Fuente: (UNACEM, 2021).
Cuadro 2. Propiedades del Agregado Fino.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuadro 3. Propiedades del Agregado Grueso.
Fuente: Elaboración Propia.
En los gráficos 1 y 2 presentes a continuación se muestran las curvas granulométricas del agregado fino y del agregado grueso respectivamente. Respecto del agregado fino, este está casi en su totalidad contenido por el Huso ASTM C33 mientras que el agregado grueso se encuentra totalmente contenido en el Huso 5. Tomando estas granulometrías y sus respectivos husos se desarrollaron los diseños de mezcla correspondientes al patrón y a los adicionados con bacterias.
Gráfico 1. Curva Granulométrica del Agregado Fino.
Fuente: Elaboración Propia.
Gráfico 2. Curva Granulométrica del Agregado Grueso.
Fuente: Elaboración Propia.
Una vez halladas las granulometrías respectivas se procedió a realizar el diseño de mezcla bajo el método del agregado global, para esta finalidad se realizaron ensayos de PUC para diferentes combinaciones de agregado fino y grueso, de esta forma se obtuvo la combinación que mejor grado de compactación brindaba a la mezcla.
Gráfico 3. Porcentaje de Arena y PUC.
Fuente: Elaboración Propia.
Una vez obtenidos los porcentajes respectivos se hicieron tandas de prueba con roturas a los 7 días, de esta forma se optimizó de mejor manera el diseño de mezcla.
Gráfico 4. Porcentaje de Arena vs f'c.
Fuente: Elaboración Propia.
Finalmente, con los datos generales de los agregados y el método del agregado global correctamente desarrollado se definen los porcentajes finales de materiales que se usarán para el diseño de mezcla patrón para los a/c de 0.45 y 0.50. A su vez se presentan los datos de los diseños de mezcla adicionados con bacterias para los a/c anteriormente expuestos.
Cuadro 4. Diseño de Mezcla Patrón para a/c de 0.45.
Fuente: Elaboración Propia,
Cuadro 5. Diseño de Mezcla Patrón para a/c de 0.50.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuadro 6. Diseño de Mezcla adicionado para a/c de 0.45.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuadro 7. Diseño de Mezcla adicionado para a /c de 0.50.
Fuente: Elaboración Propia.
3. ANÁLISIS COMPARATIVO DE RESULTADOS
3.1. Concreto en estado fresco
3.1.1. Consistencia
Gráfico 5. Consistencia del concreto vs a/c.
Fuente: Elaboración Propia.
Se determinó que, para una misma muestra, el asentamiento no varió con la variación del valor de a/c. Sin embargo, para un mismo a/c se ve un aumento considerable del asentamiento con la adición de las bacterias y la fuente de calcio a la mezcla.
3.1.2. Exudación
Gráfico 6. Volumen de exudación vs a/c.
Fuente: Elaboración Propia.
La adición de las bacterias a la mezcla no representó una variación considerable para el valor de la exudación, sin embargo, a medida que el a/c aumentó, el volumen exudado también aumentó.
3.1.3. Contenido de Aire
Gráfico 7. Contenido de aire vs a/c.
Fuente: Elaboración Propia.
El contenido de aire analizado para todas las muestras no sufrió variaciones considerables, siendo a su vez consistente con el valor aproximado de 2% establecido anteriormente por el ACI.
3.1.4. Tiempo de fragua
Gráfico 8. Tiempo de fragua Inicial vs a/c.
Fuente: Elaboración Propia.
Gráfico 9. Tiempo de fragua Final vs a/c.
Fuente: Elaboración Propia.
Los resultados mostraron que el tiempo de fragua se vio influenciado por la variación del valor del a/c, esto debido a que un mayor a/c contiene una mayor cantidad de agua por cantidad de cemento utilizado, este exceso de agua sería el responsable de prolongar el tiempo de fragua de las muestras analizadas. Respecto de la adición de las bacterias, se aprecia que el tiempo de fragua también aumentó, eso va de la mano con el asentamiento presentado y podría explicarse debido a la presencia de la fuente de calcio utilizada.
3.2. Concreto en estado endurecido
3.2.1. Resistencia a la compresión axial
Gráfico 10. Resistencia a la compresión vs Tiempo - Patrón.
Fuente: Elaboración Propia.
Gráfico 11. Resistencia a la compresión vs Tiempo - Bacterias.
Fuente: Elaboración Propia.
La resistencia a la compresión sigue los parámetros establecidos, disminuyendo a medida que el a/c aumenta y aumentando a medida que el tiempo pasa. Respecto de la adición de las bacterias, esta logró un aumento a la resistencia la compresión, esto debido a la generación de carbonato de calcio como consecuencia del proceso biológico de las bacterias.
3.2.2. Resistencia a la compresión diametral
Gráfico 12. Resistencia a la tracción (28 días).
Fuente: Elaboración Propia.
Gráfico 13. Relación f't/f'c (28 días).
Fuente: Elaboración Propia.
La resistencia a la compresión diametral aumentó con la adición de las bacterias, guardando estos resultados una relación directa con los obtenidos a partir de la resistencia a la compresión diametral. Se establece también que la relación existente entre la resistencia a la tracción y la resistencia a la compresión es cercana al 9%.
3.3. MEDICIÓN DE FISURAS
A continuación, se presentan los cuadros que contienen los datos obtenidos de las mediciones de las fisuras realizadas a lo largo de 42 días. El cierre de fisuras fue actuante para algunos espesores relativos a 0.2mm. De los 28 a los 42 días ya no se apreciaron cambios en las muestras.
Cuadro 8. Cierre de fisuras de concreto con bacterias - a/c 0.45.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuadro 9. Cierre de fisuras de concreto con bacterias - a/c 0.50.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuadro 10. Cierre de fisuras de concreto patrón - a/c 0.45.
Fuente: Elaboración Propia.
Cuadro 11. Cierre de fisuras de concreto patrón - a/c 0.50.
Fuente: Elaboración Propia.
4. CONCLUSIONES
· La reparación de las fisuras en el concreto adicionado con bacterias Bacillus Subtilis fue del 100% para algunos espesores iguales o menores a 0.2 mm, con esto se concluye que el método de adición de las bacterias al momento de la mezcla del concreto no es muy eficiente, esto debido a que el proceso de producción del carbonato de calcio comienza al momento de combinar el agua, las bacterias y el nitrato; dejando muy poca cantidad que producir para el momento en el que se generen las fisuras en el concreto.
· El concreto adicionado con bacterias presentó un aumento de la resistencia a la compresión axial a los 28 días para los a/c de 0.45 y de 0.50. Los valores de los aumentos fueron de 6.71% y de 10.80% para los a/c de 0.45 y 0.50 respectivamente y se justifican debido a la formación de carbonato de calcio como parte del proceso biológico de la bacteria Bacillus Subtilis al consumir el nitrato de calcio al momento de la mezcla del concreto, el carbonato de calcio se irá generando a lo largo del tiempo de curado de la bacteria y como consecuencia la resistencia a la compresión del elemento aumentará.
· La resistencia a la compresión diametral aumentó en el concreto adicionado con bacterias respecto del patrón para los a/c de 0.45 y de 0.50 respectivamente, representando una variación positiva de 3.95% y 10.16% respectivamente, este aumento es consecuencia de la relación directa que existe entre la resistencia a la compresión axial y la resistencia a la compresión diametral de los elementos de concreto concluyendo que, al aumentar la primera, la segunda también aumentará.
· Las fisuras que tienen gran profundidad y que a su vez poseen un ancho mayor a 0.2mm no presentan señal alguna de cierre a lo largo del tiempo total de observación de la presente investigación.
· El porcentaje de cierre de fisuras hallado en la presente investigación para el concreto patrón fue de 0%, siendo consecuencia del nulo cierre de fisuras para los diferentes anchos presentados en los elementos.
· El de cierre de fisuras para el concreto adicionado con bacterias en la presente investigación solo se logró en muestras con un ancho menor a 0.2mm siendo que, no todas las muestras con anchos menores o iguales al antes estipulado lograron cerrarse.
· El cierre de las fisuras para el concreto adicionado con bacterias es bajo debido a que las muestras ya tenían 28 días de elaboración al momento de comenzar el fisuramiento y la medición de las fisuras.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Financiamiento de la investigación
Con recursos propios.
Declaración de intereses
Declaro no tener ningún conflicto de intereses, que puedan haber influido en los resultados obtenidos o las interpretaciones propuestas.
Declaración de consentimiento informado
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