Revista 14 ucp chile- el clinker

revistadelaconstrucción
volumen 8. nº 1 edición semestral ISSN 0717 - 7925agosto 2009
EscueladeConstrucciónCivil,PontificiaUniversidadCatólicadeChile
14

Estimados lectores:
En esta nueva edición quisiéramos agradecer a todos aquellos que han confiado
en nosotros y en forma muy especial, a los investigadores extranjeros por el
creciente interés de ser parte de nuestro proyecto, lo que felizmente nos ha
instado a aumentar los artículos de nuestra publicación.
Nuestro desafío es mejorar constantemente en cada publicación y proporcionar a
nuestros investigadores una ventana al conocimiento para el mundo, es por eso
que instamos a nuevos investigadores a ser parte de este proyecto, enviando sus
aportes a nuestro comité editorial el que analizará, evaluará y recomendará su
publicación y de esta forma podremos compartir nuestros avances tecnológicos
y científicos con la comunidad interesada.
En esta edición presentamos doce artículos, los cuales pretenden colaborar al
fortalecimiento de diferentes líneas de investigación relacionada con algunos de los
aspectos constructivos de interés y discusión actual.
Como es tradición, damos nuestro reconocimiento a los recientes egresados de la
Escuela de Construcción Civil, quienes pondrán su formación integral a disposición
de los nuevos desafíos, siempre presentes en cualquier proyecto de edificación.
Finalmente, agradecer el apoyo de nuestros lectores y de las empresas
patrocinantes, pues sin ellos, este proyecto no sería posible.
Atentamente,
Dr. Miguel Andrade Garrido
Editor responsable
Revista de la Construcción
Escuela de Construcción Civil
Pontificia Universidad Católica de Chile
revistadelaconstrucción

Comité Evaluador:
CRISTIÁN PIERA GODOY: Director de la Escuela de Construcción Civil de la Pontificia Universidad
Católica de Chile, Profesor titular de la Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad
Católica de Chile.
OLADIS MARICI TROCONIS DE RINCÓN: Ingeniera Química, Magíster en Corrosión, Universidad
del Zulia, Venezuela, Consultora de la Gobernación del Estado de Zulia, Venezuela.
VÍCTOR MANUEL JARPA: Constructor Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile, Consejero de
la Cámara Chilena de la Construcción.
JOSÉ CHARÓ CHACÓN: Constructor Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile, Profesor de la
Escuela de Construcción Civil, Universidad Andrés Bello.
JOSÉ CALAVERA RUIZ: Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Ingeniero Técnico de
Obras Públicas.
MANUEL RECUERO: Doctor en Ciencias Físicas, Universidad Autónoma de Madrid, España,
Profesor Titular, Universidad Politécnica de Madrid, E.T.S.I Industriales, España.
ANDRÉ DE HERDE: Ingeniero Civil, Arquitecto, Université Catholique de Louvain, Bélgica, Profesor
Ordinario, Decano Facultad de Ciencias Aplicadas de la Universidad Católica de Lovaina, Bélgica.
LEONARDO MEZA MARÍN: Constructor Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile, Profesor
Adjunto, Doctor en Ingeniería Acústica, Universidad Politécnica de Madrid.
CARLOS BOSIO MATURANA: Ingeniero Civil, Universidad de Buenos Aires, Argentina, Máster en
Dirección de Empresas Constructoras e Inmobiliarias (MDI), Universidad Politécnica de Madrid.
JAVIER RAMÍREZ: Licenciado en Arquitectura, Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México,
Doctor en Arquitectura, Unidad de Postgrado de Arquitectura, UNAM, México.
NATHAN MENDES: Doctor en Ingeniería Mecánica de la Universidad Federal de Santa Catarina,
profesortitulardelaPontificiaUniversidadCatólicadeParaná,coordinadordelProgramadepostgrado
en Ingeniería Mecánica de la PUCPR, presidente de la Asociación regional de la International Building
Performance Simulation Association (IBPSA) y director de la oficina regional de la Asociación Sur-
Brasileña de Refrigeración, Aire Acondicionado, Calentamiento y Ventilación (ASBRAV).
MIGUEL ANDRADE GARRIDO: Doctor en Ciencias de la Educación, Pontificia Universidad Católica
de Chile, Profesor Adjunto y Coordinador de Investigación y Publicaciones de la Escuela de
Construcción Civil de la Pontificia Universidad Católica de Chile.
Director
CRISTIÁN PIERA GODOY
Editor Responsable
MIGUEL ANDRADE GARRIDO
(mandradg@uc.cl)
Comité Editorial Ejecutivo:
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LA REVISTA DE LA CONSTRUCCIÓN SE ENCUENTRA INDEXADA EN:
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Sumario
Estructuras y propiedades de clinkers de cemento Portland obtenidos con combustibles
residuales
Trezza, M. - Scian, A.. / Argentina
DURACON: influencia de la acción del medio ambiente en la durabilidad del concreto.
Parte 2. Resultados de Chile después de 5 años de exposición
Vera, R. - Villarroel, M. - Delgado, D. - Carvajal, A. M. - De Barbieri, F. - / Chile
Trocónis, O. / Venezuela
Thermal improvement of perforated ceramic bricks
Bustamante, W. - Bobadilla, A. - Navarrete, B. - Vidal, S. - Saelzer, G / Chile
Evaluación y comparación de la calidad de la materialidad del sistema Royal Building
versus albañilería confinada de ladrillos hechos a máquina utilizados en la construcción
de viviendas sociales en la comuna de Colina
Andrade, M. - Callealta, F. / Chile
La gestión del conocimiento y la industria de la construcción
Ferrada, X. - Serpell, A. / Chile
La gestión estratégica aplicada al sector construcción: una propuesta basada en gestión
de capital intelectual
Alvarado, L. - Varas, M. - Sánchez, L / Chile
KPLs in the UK’s construction industry: using system dynamics to understand
underachievement
Roberts, M. / UK - Latorre, V. / Chile
Aplicaciones de la Administración Integral de Proyectos en la industria de la construcción.
Primera parte, proyectos inmobiliarios
Veas, L. - Pradena, M. / Chile
Método de análisis plano con contribución espacial
Pupo, N. - Recarey, C. / Cuba
Evaluación de la fricción superficial entre suelos y materiales compuestos
Jara, G. / Chile - Fort-López, L. / España
Ensayo Fénix, una nueva metodología para medir la resistencia a la fisuración en mezclas
asfálticas
Valdés, G. / Chile - Pérez-Jiménez, F. - Botella, R. / España
Influencia de la cohesión sobre los movimientos de un muro pantalla y su profundidad
de empotramiento
Sanhueza, C. / Chile
Proyecto de normalización de mezclas asfálticas
Reportaje Bitumix S. A.
Estamos en Chile para contribuir a mejorar la calidad constructiva, con una metodología
que entrega una vivienda 100% estructural, aislación térmica y acústica
Titulados
4 ]
13 ]
24 ]
36 ]
46 ]
59 ]
69 ]
83 ]
91 ]
103 ]
134 ]
114 ]
126 ]
136 ]
139 ]

] Revista de la Construcción
Volumen 8 No 1 - 2009
Structure and Properties
of Portland Cement
Clinkers Obtained
with Waste Fuels
Estructura y Propiedades
de Clinkers de Cemento
Portland Obtenidos con
Combustibles Residuales
Autores
TREZZA, M. Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Centro, Argentina
email: mtrezza@fio.unicen.edu.ar
Fecha de recepción
Fecha de aceptación
04/04/2009
27/04/2009
SCIAN, A. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica, CCT-CONICET
La Plata, UNLP, Argentina

páginas: 4 - 12 [ Revista de la Construcción
[Trezza, M. - Scian, A.]
Residuos combustibles, provenientes de
diferentes procesos industriales, son usual-
mente usados en la producción de clinkers
de cemento Portland con intención de
aprovechar su energía residual, reducir
costos de producción y/o estabilizar sus-
tancias tóxicas y metales pesados. En este
trabajo se estudia el efecto que genera en
la estructura y propiedades del clinker de
cemento Portland, cuando este se obtiene
usando diferentes residuos como parte del
combustible requerido en la producción.
Waste fuels, coming from industries
are usually used in the Portland
cement production in order to save
energy, costs and/or to stabilize toxic
substances and heavy metals inside the
clinker. This work focuses on the effect
produced on the Portland cement
clinker structure, when it is obtained
using different waste as part of the fuel
in the process.
Esas modificaciones estructurales, oca-
sionadas por la presencia de residuos
en la estructura de los silicatos, deter-
minaron consecuencias en la velocidad
de hidratación, resistencia mecánica y
distribución porosimétrica.
Se estudiará, además, la lixiviación de
los diferentes clinkers a fin de establecer
la capacidad de la matriz de cemento
para la solidificación/estabilización de
residuos peligrosos.
The structural modifications determined
by the waste presence in the silicate
structure brought consequences in the
hydration rate, mechanical resistance
and pore size distribution which will be
analyzed in this work.
The lixiviation of the different clinkers was
also studied in order to establish the ability
of the cement matrix to solidification and/
or stabilization the dangerous wastes.
Abstract
Key words: clinker, waste fuels, dangerous wastes, solidification and/or
stabilization.
Palabras clave: clinker, combustibles residuales, residuos peligrosos, solidificación/
estabilización.
Resumen

[ ] Revista de la Construcción
páginas: 4 - 12Trezza, M. - Scian, A.]
Introducción
A partir de los años 70 las empresas ligadas a la ges-
tión de residuos y las industrias cementeras inician
una etapa de coprocesamiento de residuos peligrosos
a fin de valorizar los mismos al utilizar el poder calo-
rífico residual de estos desechos para cubrir en parte
la energía requerida en la fabricación del clinker de
cemento Portland.
Esta tecnología válida en todo el mundo, se perfila
como una alternativa muy interesante en nuestro
país. Especialmente considerando que las industrias
argentinas generan gran cantidad de residuos que en
muchos casos están siendo almacenados sin control
ni recaudo alguno o se les da un destino incierto.
Los prerrequisitos indispensables que estos residuos
deben cumplir para ser utilizables como combustibles
alternativos en la fabricación del cemento Portland
son:
• Las emisiones producidas por la planta de cemen-
to no deben incrementarse por la utilización de
combustibles alternativos.
• La calidad y compatibilidad del cemento con el
medio no debe disminuir.
• La utilización de material residual como combus-
tible alternativo no debe incrementar costos, más
bien debe generar un beneficio económico
Se espera que las altas temperaturas del proceso, las
condiciones químicas del horno y el tiempo de reten-
ción de los gases en el interior del mismo destruyan
por completo los compuestos orgánicos (Materiales,
1997) (Siempre que se cumplan las condiciones de
operación esperadas para el horno: tiempo, tempera-
tura, atmósfera oxidante). Las sustancias inorgánicas
(óxidos, sales inorgánicas, metales pesados, cenizas
en general) necesariamente aparecerán en el polvillo
(como material particulado que escapa con los gases
residuales del horno), quedarán en los refractarios
o atrapados en el clinker. En este último caso los
compuestos inorgánicos y metales pesados se com-
binarán con los silicatos que se forman durante la
clinkerización, convirtiendo los compuestos tóxicos
en inofensivos o menos nocivos.
En cuanto a las óxidos inorgánicos y metales pesa-
dos, diferentes autores (Mollah M.Y., 1995; Diez
J.M., 1997; Asavapisit S., 1997; Madrid J., 1997;
Kakali G., 1990; Mollah M.Y., 1993, TashiroC., 1977;
Odler I., 1980; Hanna R.A., 1995; Murat M., 1997)
han estudiado este punto encontrando que la ma-
triz de cemento Portland normal o con adiciones es
adecuada para la solidificación/estabilización (S/E) de
metales como Zn, Cu, Pb, Cd, entre otros. Reportan,
además, la formación de fases intermedias en el
sistema CaO- SiO2
- Al2
O3
- óxido metálico, que son
estabilizadas durante la clinkerización y/o hidratación
del cemento Portland, encontrando que en todos los
casos el comportamiento depende de las condiciones
del sistema y de las concentraciones de los contami-
nantes. Sin embargo, no estudian el efecto conjunto
de diferentes metales en concentraciones variables,
tal como se incorporan a través de los combustibles
residuales.
Se presentan en este trabajo los resultados com-
parativos de estudios realizados sobre diferentes
clinkers elaborados en condiciones de laboratorio,
con distintos niveles de adición de residuos como
reemplazo parcial del combustible. Los porcentajes
de reemplazo se mantuvieron dentro de los límites
aceptados en las plantas industriales. Los sistemas
analizados surgen de la clinkerización de polvo cru-
do en presencia de carbón residual de petróleo de
alto poder calorífico (C), una mezcla combustible
de marca registrada usada actualmente como com-
bustible alternativo en la industria cementera (M)
(Trezza M.A. 2005), aceite usado de automotores
(A) (Trezza M.A., 2000), neumáticos usados (T) y
virutas residuales de curtiembre contaminadas con
cromo (V) (Trezza M.A., 2007). Estas últimas con el
propósito adicional de dar disposición definitiva a un
residuo potencialmente peligroso.
Materiales y métodos
El material crudo utilizado en este trabajo corres-
ponde a una mezcla industrial provista por una
cementera local. Su análisis químico fue realizado
por fluorescencia de rayos X y las principales fases
cristalinas caracterizadas por difracción de rayos X
(DRX). Las fases cristalinas mayoritarias observadas
fueron CaCO3
(calcita) y SiO2
(cuarzo). Entre los
constituyentes cristalinos minoritarios se detectó
muscovita [KAl2
Si3
AlO10
(OH)2
].
Es habitual en Argentina el reemplazo del 20%
del combustible tradicional por alternativo, lo que
implica usar hasta 2 kg de combustible residual por
cada 100 kg de clinker producido. De acuerdo a estos
niveles de reemplazos aceptados, se prepararon para

este estudio diferentes mezclas de polvo crudo a las
que se les incorporaron directamente las cenizas
aportadas por el combustible alternativo después
de su combustión total y de acuerdo al porcentaje
de reemplazo establecido. Considerando el 20% de
reemplazo como máximo, las muestras de estudio
se prepararon pensando que: el total de cenizas
producidas se incorporaba al clinker; solo la mitad;
o una cuarta parte. También se adicionó un exceso
de cenizas a fin de establecer tendencias.
Se realizo el análisis químico de los principales com-
ponentes de las cenizas a fin de determinar la com-
posición de óxidos inorgánicos y metales pesados
incorporados. Estos últimos (principalmente Co, Cr,
Cu, Pb, Zn, Mo, Ni y Sb, entre otros) se detectaron
en el orden de trazas en las cenizas de aceites de
automotores y de la mezcla combustible. En el caso
del carbón, sus cenizas solo incorporan calcio, sílice
y álcalis. Los neumáticos incorporaron Ca, Zn, Al,
Fe, P y otros metales minoritarios como Pb, Cu, Ni,
Cd y Tl. En las cenizas de virutas de curtiembre solo
se encontró cromo (Cr2
O3
) y Na2
SO4
. En todos los
casos los resultados se compararon con un clinker
de referencia (sin adición alguna).
Para la preparación de las diferentes muestras se
pesaron cuantitativamente las cenizas y el material
crudo y se mezclaron en seco. Las muestras fueron
pelletizadas y luego clinkerizadas en horno-mufla,
con velocidad de calentamiento de 10°C/minuto
hasta temperatura final de 1.450°C y mantenidas
a esa temperatura durante una hora. La velocidad
de enfriamiento también fue controlada a fin de
asegurar la permanencia de las fases hidráulicas
deseadas.
Los distintos clinkers sintetizados fueron molidos en
un molino oscilante Herzog HSM 100 con cámara
de acero al vanadio. Se molieron iguales cantidades
de cada clinker durante igual tiempo a fin de hacer
comparativo el ensayo. El tiempo de molienda se
estableció de forma tal que la superficie específica
quede dentro del rango utilizado en los cementos
normales.
Sobre los clinkers molidos se realizaron los siguientes
ensayos: Medición de la superficie específica por el
método Blaine (IRAM 1623), medición de la tempe-
ratura de cono pirométrico equivalente, (TCPE) según
IRAM 12507, análisis térmico diferencial (ATD/TG) y
difracción de rayos X (DRX). Para estos dos últimos
ensayos se utilizaron: un equipo NETZCH STA 409 y
un difractómetro PHILIPS PW 3710, respectivamente.
Cuando se consideró necesario se realizaron ensayos
de lixiviación.
A las diferentes edades de hidratación las pastas
con W/C= 0.4 fueron analizadas por ATD/TG y DRX.
Se realizaron además estudios de porosimetría por
intrusión de mercurio en un equipo Carlo Erba Mi-
cropore 2000, y se midieron las resistencias a la
compresión sobre pastas a distintas edades (3, 7 y
28 días) utilizando una máquina J.J. INSTRUMETS
modificada.
Resultados y discusión
Los difractogramas obtenidos de los diferentes
clinkers sintetizados en presencia de cenizas de los
diferentes combustibles alternativos usados, mos-
traron cristalinidad variable según su naturaleza y
concentración al ser comparados con la referencia.
Cuando el combustible fue aceite usado de auto-
motores se obtuvieron clinkers con fases mejor cris-
talizadas si la incorporación de cenizas era mínima,
observándose que este efecto disminuía al aumentar
la incorporación, indicando que en bajas proporcio-
nes las impurezas actúan como mineralizadores del
sistema. Al usar la mezcla combustible en las propor-
ciones especificadas se observó en cambio una mayor
cristalinidad de las fases cuando la incorporación era
máxima, superando a la referencia y a los demás
clinkers de su serie. En este caso la fase cristalina
mayoritariamente formada fue C3
S, los restantes
clinkers presentaron una mayor proporción de la fase
C2
S y menor cristalinidad. Los clinkers sintetizados
en presencia de carbón no mostraron tendencias tan
marcadas, sino características de cristalidad semejan-
tes a la referencia. Cuando se analizaron los clinkers
obtenidos con cenizas de neumáticos se observó
cristalinidad variable, inversión de las intensidades
relativas de los principales picos de los silicatos y
un corrimiento de los mismos a menores valores de
d. A la inversa, se observó al incorporar virutas de
curtiembre. Estos corrimientos estarían determinados
por la inclusión de sustancias incorporadas a través
de las cenizas a las redes de los silicatos por for-
mación de solución sólida con los mismos. A modo
de ejemplo la Figura 1 muestra los difractogramas
obtenidos para el clinker sintetizado en presencia de
cenizas de neumáticos (correspondiente a un 20% de

[ ] Revista de la Construcción
Figura 1 Difractogramas referencia y T20
(neumáticos, con 20% de reemplazo)
reemplazo de combustible tradicional por alternati-
vo), comparativamente con el clinker referencia.
La mayor cristalinidad de las fases formadas (especial-
mente C3
S) generaron una mayor dificultad de molien-
da, la que se pudo observar a través de la medición
de la superficie específica (Blaine) de los diferentes
clinkers, medidas luego de entregarle a todos igual
energía de molienda por unidad de masa.
El comportamiento del clinker durante la molienda
está directamente relacionado a la textura y estructu-
ra de los cristales y fases vítreas (amorfas) formadas
durante la clinkerización (Tsivilis S., 1994). Podría
pensarse que la adición de impurezas al material cru-
do afecta las propiedades fisicoquímicas del líquido
formado durante la clinkerización, determinando la
formación preferencial de algunas fases respecto de
otras, afectando la microestructura del clinker. Esto
determinó que a pesar de moler en iguales condicio-
nes a todos los clinkers, la superficie específica (SE)
obtenida fuera muy diferente.
Para los clinkers obtenidos en presencia de cenizas
de aceite usado de automotores (A) se midió en ge-
neral mayor SE a mayor porcentaje de incorporación,
indicando que el material obtenido era cada vez más
blando (mayor porcentaje de fase amorfa). El efecto
contrario determinó la presencia de cenizas de mez-
cla combustible y de neumáticos: a mayor porcen-
taje de incorporación menor SE. Esto coincide con
lo observado por DRX, o sea, a mayor cristalinidad
mayor dureza, y por lo tanto mayor requerimiento
de energía para alcanzar la misma SE.
Los carbones no afectaron la molienda, y las cenizas
de virutas residuales de curtiembre determinaron un
comportamiento dispar, aumentando la SE para pe-
queñas incorporaciones y disminuyéndola a mayores,
siempre comparadas con la referencia.
El ensayo de cono pirométrico equivalente (CPE) se rea-
lizó sobre las mezclas crudas del material de referencia
y con la adición de cenizas de los diferentes combusti-
bles residuales y en los porcentajes de ensayo.

El valor de temperatura de cono pirométrico equi-
valente obtenido para la muestra original fue de
1.520°C. Al ensayar el material obtenido con car-
bón residual el valor obtenido se redujo, indicando
que el material incorporado actúa como fundente
disminuyendo el valor de temperatura de CPE en
20°C para todos los porcentajes de adición. El uso
de cenizas de aceite usado determinó un incremen-
to de la TCPE con el aumento de la incorporación,
señalando un efecto refractario de las cenizas en
el sistema. Por su parte, al agregar virutas de cur-
tiembre, la TCPE no se vio afectada cuando la in-
corporación fue mínima, pero cantidades mayores
disminuyeron ligeramente (aprox. 5ºC) dicha tempe-
ratura, aunque este efecto no pudo correlacionarse
con el porcentaje incorporado.
Cuando se realizó el ensayo añadiendo las cenizas de
la mezcla combustible, se observó que la temperatu-
ra de CPE aumentó, indicando que su presencia hace
al material más refractario y este efecto es función de
la cantidad de impurezas incorporadas. Además, es
interesante destacar en este ensayo que el cono no se
dobló a la temperatura señalada, sino que el mismo
se fundió de manera violenta, perdiendo totalmente
su forma. Esto se perfila como muy peligroso, pues
puede ocasionar problemas en los refractarios de los
hornos de producción.
Se realizó el análisis térmico diferencial (ATD) y ter-
mogravimétrico (TG) en forma reversible (calen-
tamiento-enfriamiento) y en iguales condiciones
térmicas en que se elaboraron los clinkers sobre
las distintas muestras de polvo crudo, con y sin las
incorporaciones de cenizas. El programa de tempe-
ratura utilizado intentó reproducir las condiciones
dentro del horno.
Los estudios por ATD/TG de las muestras con incor-
poración de las diferentes adiciones presentaron
igual aspecto general, con ligeros corrimientos en
las temperaturas de clinkerización y cristalización.
A modo de ejemplo la Tabla 1 muestra algunos
resultados obtenidos para diferentes combustibles
con máximo reemplazo.
El ligero aumento de la temperatura de clinkerización
y la variación de la temperatura de cristalización ob-
servada en algunos casos indica un corrimiento de la
zona de formación y permanencia de la fase fundida.
Esto determina las modificaciones estructurales que
fueron detectadas por DRX, diferentes temperaturas
de CPE y superficie específica de material molido con
respecto a la referencia. Cabe destacar además que
al utilizar aceite usado de automotores, se suma al
corrimiento de picos la falta de definición de la tem-
peratura de clinkerización, lo que puede deberse a
problemas difusionales. Estos aumentan el rango de
temperatura donde ocurre la reacción e involucra un
pequeño incremento de la entalpía de reacción.
En el caso del clinker sintetizado en presencia de viru-
tas contaminadas con cromo (V), dada la peligrosidad
del cromo y el alto contenido que estas poseen (2%
Cr2
O3
) se realizaron ensayos de lixiviación a fin de
verificar la S/E del contaminante. El ensayo realizado
implica la extracción durante 18 hrs. en solución
de pH= 5. El cromo lixiviado fue oxidado a Cr(VI)
y cuantificado colorimétricamente. Los resultados
obtenidos se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Lixiviación de cromo en los diferentes clinkers
(ppm = mgCr (VI)/kg clinker)
Tabla 1 Temperaturas de reacción para las diferentes
muestras
Muestra
Temperatura de
clinkerización
(°C)
Calentamiento
Temperatura de
clinkerización
(°C)
Enfriamiento
Referencia 1.345,6 1.285,1
Carbón residual 1.350,0 1.280,5
Mezcla combustible 1.354,9 1.290,0
Virutas 1.348,0 1.278,3
Aceite usado 1.342,1 1.275,0
Muestra
ppm cromo
incorporado
al clinker
ppm
cromo
lixiviado
%
cromo
lixiviado
%
cromo
retenido
mg
Cr(VI)/L
solución
lixiviante
V1 84,15 Nd - - 0,17
V2 126,31 41,42 32,79 67,21 0,824
V3 168,42 37,98 22,55 77,45 0,7597

[10 ] Revista de la Construcción
Los resultados obtenidos señalan un alto porcenta-
je de cromo retenido. En Argentina, la Ley 24.053
(1992) de residuos peligrosos, regulada por el De-
creto 831/93, establece en el Anexo VI los límites
permitidos para contaminantes químicos peligrosos.
En el caso del cromo este valor es de 5mg Cr/litro de
lixiviante. Tal como se observa en la última columna
de la Tabla 2. Los valores obtenidos están muy por
debajo del máximo permitido. Esto determina que
además de aprovechar la energía residual de estas
virutas se ha encontrado un lugar adecuado para la
S/E de estos residuos peligrosos.
Al estudiar el comportamiento de los diferentes
clinkers durante la hidratación por técnicas de DRX
y espectroscopia IR a 3, 7 y 28 días, no se observó
en ningún caso la formación de nuevas fases o
diferencias significativas con la referencia. Solo se
presentaron variaciones en la intensidad del pico de
CH (hidróxido de calcio) que se correlaciona con la
velocidad de hidratación temprana y se atribuyeron
a las diferencias de SE, ya que en la mayoría de los
caos esas diferencias desaparecían a los 28 días.
Sin embargo, al realizar las curvas calorimétricas de
las primeras 48 hrs. de hidratación todos los clinkers
mostraron diferencias con respecto a la referencia y
en función del porcentaje incorporado. Con excep-
ción de la mezcla combustible que determinó un
atraso de la hidratación temprana, las restantes incor-
poraciones en general aceleraron el inicio y final del
fraguado, dependiendo este efecto del porcentaje in-
corporado, aunque el efecto no siempre fue función
directa del mismo. A modo de ejemplo se muestran,
en la Figura 2, las curvas obtenidas en presencias
de cenizas de neumáticos con diferentes porcenta-
jes de incorporación respecto a la referencia (T0).
Estos estudios indican que la velocidad de hidrata-
ción temprana se ve afectada por la incorporación de
cenizas. Las impurezas incorporadas aceleran la velo-
cidad de hidratación (principio y final del fraguado)
con respecto a T0, y dentro de la serie se observa que
la velocidad aumenta hasta T10 (10% de reemplazo),
para luego volver a hacerse menos veloz a mayores
porcentajes de reemplazo (T20 y T30).
La influencia de las cenizas de neumáticos sobre las
características estructurales del clinker y su com-
portamiento durante la hidratación temprana es
función del porcentaje incorporado, aunque parece
existir una cantidad “límite”, superada la misma, el
efecto se invierte.
Los ensayos de porosimetría se realizaron sobre
muestras hidratadas 45 días (w/c= 0,4). Varios auto-
res (Metha K.P., 1993; Neville A.M., 1981) coinciden
en que la distribución de tamaños de poros es el
mejor criterio para evaluar las características de los
huecos capilares mayores de 50 nm de una pasta de
cemento hidratada. Esta porosidad va en detrimento
de la resistencia e impermeabilidad, mientras que
los huecos menores de 50 nm tienen mayor influen-
cia sobre la contracción por secado y el creep. Las
muestras ensayadas prácticamente no presentaron
macroporosidad entre 30 y 5 µm. La macroporosidad
influye directamente sobre la resistencia mecánica
del material, en consecuencia es de esperar que no
afecte estos valores.
En cuanto a las muestras con carbón residual, acusa-
ron macroporos recién por debajo de 6 µm. La zona
de micromesoporos (desde 6.000 hasta 4 nm) mostró
un crecimiento recién después de 400 nm, tamaño
mucho menor que en la referencia.
Figura 2
Curvas calorimétricas,
primeras 48 hrs. de
hidratación para diferentes
clinkers obtenidos en
presencia de cenizas de
neumáticos

páginas: 4 - 12 [ 11Revista de la Construcción
En la zona de micromesoporos (desde 6.000 hasta
4 nm) las muestras de la serie mezcla combustible
mostraron una gran similitud tanto en la distribu-
ción como en el volumen de poros entre sí y con
la referencia, pero esta última mostró en todo el
rango de tamaños una menor porosidad. Cuando
se analizaron las muestras obtenidas en presencia
de virutas se encontró que la de dopaje intermedio
poseía la mejor distribución de tamaño de poro y la
menor microporosidad en todo el rango.
Los resultados de resistencia a la compresión a la
edad de 3, 7, 14 y 28 días se analizaron en todos los
casos. En el caso de aceite usado de combustibles se
obtuvieron valores de resistencia mecánica variables
con el porcentaje de incorporación de cenizas. Los
valores más altos y superiores de resistencia se dieron
con incorporaciones mínimas de cenizas, como pue-
de observarse en la Figura 3. Con los otros combus-
tibles se observaron valores ligeramente inferiores a
la referencia en edades tempranas. Sin embargo, en
el caso de la mezcla combustibles estas diferencias
desaparecieron a los 28 días. Algo similar ocurrió
con la virutas donde además el valor de resistencia
creció con el aumento del dopaje. El carbón residual
determinó valores de resistencia mecánica menores a
la referencia, de igual manera que los neumáticos.
Conclusiones
En términos generales se puede decir que la in-
corporación de impurezas a través del uso de los
combustibles alternativos utilizados en este trabajo
modifican principalmente las temperaturas de for-
mación y permanencia de la fase fundida formada
durante la clinkerización (temperaturas de clinkeriza-
ción y cristalización). Esto determina modificaciones
en la microestructura del clinker obtenido, lo que
se refleja en una mayor o menor energía requerida
para la molienda –aunque no en todos los casos fue
importante–, y en otras propiedades como: tiempo
de fraguado, resistencia mecánica y distribución de
diámetro de poros de los cementos hidratados.
Específicamente se puede concluir en:
• El carbón residual de petróleo, usado por su alto
poder calorífico, al no incorporar mayor cantidad
de residuos al sistema, no altera significativamen-
te las propiedades estudiadas del clinker, aunque
esto depende del porcentaje de incorporación.
• La utilización de la mezcla combustible, que incor-
pora trazas metálicas al sistema, modifica princi-
palmente la estructura cristalina de las fases for-
madas durante la clinkerización. Esto determina
mayores requerimientos energéticos de molienda
al aumentar el porcentaje de incorporación y re-
quiere control.
• La utilización de aceite usado de automotores
como combustible alternativo, que incorpora
trazas metálicas al sistema, modifica principal-
mente la estructura cristalina de las fases for-
madas durante la clinkerización. Esto determina
mayores requerimientos energéticos de molienda
y mejora las propiedades mecánicas del material
obtenido.
• La incorporación de virutas de curtiembre conta-
minadas con cromo, determinó modificaciones
estructurales que se vincularon a la solidificación/
estabilización de los contaminantes. Esta confi-
nación se vio confirmada a través de los ensayos
de lixiviación. Los demás parámetros medidos no
mostraron diferencias significativas con la refe-
rencia.
• La utilización de neumáticos usados, que incorpo-
ra principalmente metales como Zn y Pb, deter-
minó como los casos anteriores, modificaciones
estructurales que resultaron en general en un
mayor requerimiento de molienda.
Figura 3 Módulo de resistencia a rotura a 3 y 28 días
v/s porcentaje de cenizas de aceite usado en
automotores

Referencias
1. Asavapisit S., Fowler G. and Cheeseman C.R., Solution
chemistry during cement hydration in the presence of
metal hydroxide wastes, Cem Concr Res (1997) 27, 8,
pp. 1249-1260.
2. Diez J.M., Madrid J. and Macías A., Characterization
of cement-stabilized Cd wastes. Cem Concr Res
(1997) 27, 4, pp. 479-485.
3. Editorial, La minimización de residuos: una estrategia
empresarial. Materiales (1997) 2, 6, pp. 14-18.
4. Hanna R.A., Barrie P.J., Cheeseman C.R., Hills C.D.,
Buchler P.M. and Perry R., Solid state 29Si and 27Al
and FTIR study of cement pastes containing industrial
wastes and organics. Cem Concr Res (1995) 25, 7,
pp.1435-1444.
5. Kakali G., Kasselouri V. and Parissakis G., Investigation
of the effect of Mo, Nb, W and Zr oxides on the
formation of portland cement clinker, Cem Concr Res
(1990) 20, 1, pp.131-138.
6. Ley 24051: Residuos peligrosos - generación,
manipulación, transporte y tratamiento Normas
(1992). Decreto 831/93 (in Spanish).
7. Madrid J., Diez J.M, Goñi S. and Macías A., Durability
of cement matrices used for stabilization of hazardous
wastes, International Conference Durability of
Concrete, Ed. V.M. Malhotra (1997), pp.1527-1551.
8. Metha K.P. and Monteiro P.J.M. Concrete, structure,
properties and materials. Prentice Hall, New York
(1993).
9. Mollah M.Y. A., Vepati R.K., Lin T-C. and Cocke D.L.,
The interfacial chemistry of solidification/ stabilization
of metals in cement and pozzolanic material systems,
Waste Management (1995)15, 2, pp. 137-148.
10. Mollah M.Y.A., Hess T. and Tsai Y-N., An FTIR and
XPS investigation of the effects of carbonation on the
solidification/stabilization of cement based systems-
portland type V with zinc, Cem Concr Res (1993) 23,
4, pp. 773-784.
11. Murat M., Sorrentino F., Effect of large additions of
Cd, Pb, Cr, Zn to cement raw meal on the composition
and the properties of the clinker and the cement. Cem
Concr Res (1997) 26, 3, pp. 377-385.
12. Neville A.M. Tecnología del concreto. Prentice Hall,
New York (1981).
13. Odler I. and Schmidt O., Structure and properties of
Portland cement clinker doped with zinc oxide. J Am
Ceram Soc (1980) 63, 1-2, pp.13-16.
14. Tashiro C., Takahashi H., Kanaya M., Hirakida I. and
Yoshida R., Hardening property of cement mortar
adding heavy metal compound and solubility of heavy
metal from hardened mortar, Cem Concr Res (1977)
7, 3, pp. 283-290.
15. Trezza M.A., Scian A.N., Burning waste as an industrial
resource, their effect on Portland cement clinker, Cem
Concr Res (2000) 30, pp. 137-144.
16. Trezza M.A., Scian A.N., Waste Fuels: their effect on
Portland cement clinker, Cem Concr Res (2005) 35 pp.
438-444.
17. Trezza M.A., Scian A.N., Waste with chrome in the
Portland cement clinker production, Journal of
Hazardous Materials (2007) 147, pp. 188-196.
18. Tsivilis S. and Thomson M., Influence of cadmium on
the hydration of C3A. Cem Concr Res (1994) 24, 7,
pp.1359-172.

[ 13Revista de la Construcción
DURACON:
Effect of the
Environment
on Reinforced Concrete
Durability.
Results of Chile
after 5 years
of Exposure
DURACON: Influencia
de la Acción del
Medio Ambiente en la
Durabilidad del Concreto.
Parte 2.
Resultados de Chile
después de 5 años
de Exposición
Autores
VERA, R. - VILLARROEL, M.
DELGADO, D.
Grupo de Corrosión, Instituto de Química, Pontificia Universidad
Católica de Valparaíso
emails: rvera@ucv.cl, villarroel.maria@gmail.com, diana.delgado@ucv.cl
Fecha de recepción
15/05/2009
02/06/2009
CARVAJAL, A. M. Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile
email: acarvajg@uc.cl
DE BARBIERI, F. Armada de Chile
email: fdebarbieri@armada.cl
TROCONIS, O. Coordinador Internacional Proyecto DURACON, Centro de Estudios de
Corrosión, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela
email: oladis@mail.luz.ve

páginas: 13 - 23Vera, R. - Villarroel, M. - Delgado, D. - Carvajal A. M.
De Barbieri, F. - Troconis, O.
]
En esta investigación se presentan los re-
sultados obtenidos en Chile en el marco
del proyecto internacional “Influencia
de la acción del medio ambiente en la
durabilidad del concreto, DURACON”,
que considera las investigaciones de 11
países (Argentina, Bolivia, Brasil, Chile,
Colombia, Costa Rica, México, España,
Uruguay, Portugal y Venezuela) que se
inició en el año 2002. El proyecto consi-
dera la exposición de probetas armadas
y sin armar durante al menos 5 años
en estaciones localizadas en ambien-
te marino (Valparaíso-PUCV) y urbano
(Santiago-PUC). Para ello se diseñaron
hormigones de relación agua/cemento
0,45 y 0,65 y la caracterización se realizó
determinando resistencia a la compresión
y tracción, módulo de elasticidad, resisti-
vidad, absorción capilar, absorción total
This study presents the results obtained
in Chile under the international project
“Influence of Environmental Action in
the durability of concrete, DURACON”
that joins 11 countries (Argentina,
Bolivia, Brazil, Chile, Colombia, Costa
Rica, Mexico, Spain, Uruguay, Portugal
and Venezuela) that began in 2002.
The project considers the exposure
of reinforced concrete specimens for
at least 5 years at stations located in
the marine environment (Valparaíso-
PUCV) and urban (PUC-Santiago). The
concrete specimens were designed with
w/c 0.45 and 0.65 and characterized by
determining the compressive strength
and tensile strength, elastic modulus,
resistivity, capillar y absorption,
absorption and total porosity. The
corrosion of steel was evaluated by
corrosion potential and corrosion
current and depth of carbonation in
y porosidad. La corrosión del acero se
evaluó mediante potencial de corrosión
y corriente de corrosión, como también
se midió profundidad de carbonatación
en el hormigón para determinar estado
crítico del inicio de la corrosión.
En la estación marina los aceros se man-
tienen aún en estado pasivo, mientras que
en la urbana se evidencia actividad de un
acero en probeta con razón a/c 0,45, con
recubrimiento de 15 mm, como también
en uno de los aceros de probeta de razón
a/c 0,65, lo que se asocia al ambiente in-
dustrial de alta contaminación en el sector
donde se encuentra la estación, y que
representa el tipo de ambiente de esta
ciudad, y a los altos valores de absorción
capilar que mostraron los hormigones de
ambas relaciones agua/cemento, compa-
rado con otros países.
the concrete to determine the critical
onset corrosion.
The steels in Marine Station are still
in passive state, while in urban area
showed activity one steel in specimen
with w/c 0.45, with 15 mm concrete
coating, as well as in one of the steels
with w/c 0.65. The results showed that
in the marine station the reinforced
steel in both concretes were in passive
state, while in the urban station, one
of the steels have activity for w/c ratio
0.45, covering 15 mm, and indications
of activity in specimens of w/c ratio 0.65
associated to the high pollution of the
industrial atmosphere where the station
is located (similar to the atmosphere
of the city) and to the highest values
of capillary absorption that showed
concretes of both w/c ratios, compared
to the situation of the other countries.
Abstract
Key words: reinforced concrete, atmospheric corrosion, durability, chloride,
carbonation.
Palabras clave: hormigón armado, corrosión atmosférica, durabilidad, cloruro,
carbonatación.
Resumen

[] Vera, R. - Villarroel, M. - Delgado, D. - Carvajal A. M.
Introducción
El hormigón armado es un material compuesto for-
mado por una matriz de hormigón y barras de acero,
donde la durabilidad de la estructura se basa tanto
en una protección física que entrega el hormigón,
disminuyendo el ingreso de sustancias agresivas
hacia el acero, como en una protección química
otorgada por el medio básico (iones OH-
), prove-
niente de la hidratación del cemento, que permite
la formación de oxohidróxidos de hierro protectores
sobre la superficie del acero, disminuyendo la velo-
cidad de corrosión de la armadura. Sin embargo, a
pesar de todos los estudios y adelantos por lograr
la vida útil proyectada de estas estructuras, la corro-
sión del acero de refuerzo sigue estando presente,
especialmente en ambientes agresivos como marino
e industrial (1-5).
De ahí la importancia de realizar el proyecto DURA-
CON que contempla la participación de 11 países,
cuyo objetivo general es caracterizar la durabilidad
de hormigón armado en diferentes condiciones am-
bientales en Iberoamérica. Resultados preliminares
después de un año de exposición muestran claramen-
te diferencias entre el comportamiento del hormigón
armado expuesto a microclimas específicos (marino
y urbano). En atmósferas marinas, el contenido de
cloruro en el medio es un factor decisivo en la pro-
babilidad de ocurrencia del fenómeno de corrosión
en el acero de refuerzo (6-7).
Por otra parte, en atmósferas urbanas los factores
más importantes que influyen en la corrosión del ace-
ro embebido en hormigón son: calidad del hormigón,
contenido de dióxido de carbono (CO2
) y tiempo de
humectación (TDH) (7-8).
En este contexto, en una publicación previa de los
autores después de un año de exposición de las
muestras de hormigón, se informó que el acero de
refuerzo se encontraba pasivo en ambos ambientes
y para los dos tipos de mezclas estudiadas (9). Por
tanto, el objetivo de este trabajo es presentar los
resultados obtenidos en Chile después de 5 años de
exposición de las muestras de hormigón.
Procedimiento experimental
El cemento utilizado fue un cemento Portland puzo-
lánico grado corriente, cuya composición se indica en
la Tabla 1. Las mezclas de hormigón se prepararon
con una relación a/c de 0,45 y 0,65 cuyo contenido
se presenta en la Tabla 2. El curado de las probetas
fue realizado en cámara húmeda (90-100%H.R, 17-
23 ºC) por un período de 28 días (9).
Para la realización de este trabajo se fabricaron
probetas cilíndricas de hormigón sin armadura, de
15x30 cm para las caracterizaciones físico-mecánicas
y prismáticas de 15x15x30 cm para ser expuestas en
las estaciones de ensayo. Se confeccionaron también
Tabla 1 Composición del cemento
Tabla 2 Proporciones de las mezclas utilizadas
Si
O2
Al2
O3
Fe2
O3
CaO MgO NaO2
K2
O SO3
Mn2
O3
P2
O5
TiO2
P.I
Cal
libre
C3
S C5
S C4
AF C3
A
Sup.
Esp.
m2
/kg
Puzolánico
21,5 4,6 3,3 62,0 2,7 0,2 0,4 2,2 0,08 0,09 0,30 2,8 0,5 66,0 16,0 11,14 6,6 360 29,7
Mezcla
Contenido (kg/m3
hormigón) / Proporción
Cemento Agua Grava Arena Aditivo
a/c: 0,65 323/L 210/0,65 911/2,82 911/2,82 ---
a/c: 0,45 387/L 174/0,45 929/2,40 929/2,40
4,64
Plastiment
FF-86

]
probetas de 15x15x30 cm con 6 armaduras de acero
al carbono (A 44–28 H) con espesores de recubri-
miento de 1,5, 2,0 y 3,0 cm para ser expuestas al
medio ambiente (9).
La caracterización mecánica de las mezclas com-
prendió las medidas de resistencia a compresión a
28 y 90 días (Norma ASTM C 39), resistencia a la
tracción indirecta (Norma ASTM C 496) y módulo
de elasticidad (Norma ASTM C 469). Por otra parte,
la caracterización física del hormigón se determinó
por medidas de resistividad (manual DURAR) (1),
absorción total y porosidad total (Norma ASTM C
642), absorción capilar (técnica de Fagerlund) y per-
meabilidad a cloruros (Norma ASTM C 1202).
A
B
Figura 1 Estación atmosférica
(A) Valparaíso (B) Santiago
La estación atmosférica de Valparaíso se encuentra
localizada en Lat. Sur 32ºS, Long. 71º W, a una dis-
tancia lineal de 170 m de la costa y 11 m de altura
sobre el nivel del mar (Figura 1A). En la misma figura
se muestra la estación atmosférica de Santiago, la
que se encuentra ubicada en Lat. 33.5ºS, Long.
70.5ºO y a una altura de 800 m sobre el nivel del
mar (Figura 1B).
Los parámetros meteorológicos medidos mensual-
mente fueron: humedad relativa, temperatura, tiem-
po de humectación y cantidad de lluvia caída, y como
contaminantes atmosféricos: contenido de cloruro,
de sulfato y de dióxido de carbono.
El comportamiento electroquímico del acero se eva-
luó determinando mensualmente el potencial de
corrosión (Ec), resistencia de polarización (Rp) y
corriente de corrosión (Ic) utilizando un potencios-
tato–galvanostato GSEC 2.0, como referencia un
electrodo de cobre sulfato de cobre saturado y como
contraelectrodo una lámina de cobre. Se analizó
la cara expuesta y no expuesta a la dirección del
viento.
El frente de carbonatación de las muestras de hormi-
gón expuestas se determinó usando la Norma UNE
112-011-94.
Resultados y discusión
Caracterización físico-mecánica del hormigón
En la Tabla 3 se presentan los datos obtenidos para
la caracterización de los diferentes tipos de hormigón
empleados en este estudio, donde en general los
resultados se encuentran dentro de los valores acep-
tados por las normas chilenas con una compactación
y elasticidad aceptable. En ella se confirma que un
incremento en la relación agua/cemento produce
un aumento en la porosidad y especialmente en la
absorción capilar y por tanto una disminución en el
grado de compactación de la mezcla, de esta ma-
nera el volumen de intersticios y aire presentes en
el hormigón reducen la resistencia a la compresión y
tracción, como también el módulo de elasticidad.
El incremento en la porosidad (mezcla a/c 0,65) pro-
duce un aumento en la absorción y permeabilidad
de la mezcla, y una disminución en su resistividad

Tabla 3
Características
físico-mecánicas de las
mezclas
Características
Mezcla
a/c: 0,45 a/c: 0,65
Resistencia a la compresión, 28 días (MPa) 43,60 19,80
Resistencia a la tracción (MPa) 2,78 1,94
Módulo de elasticidad (GPa) 26,30 19,10
Resistividad (KΩcm) 8,88 6,20
Absorción total (%) 2,44 5,21
Porosidad total (%) 8,95 17,02
Absorción capilar (k/m2
s1/2
) 0,027 0,0341
Resistencia a penetración de agua, m(s/m2
) 2,50 x 107
2,25 x 107
Sorción capilar, S (m/s1/2
) 2,0 x 10-4
2,11 x 10-4
Porosidad efectiva, ε (%) 13,50 16,13
Permeabilidad al cloruro (coul) --- 7.339
Peso unitario (kg/m3
) 2.419 2.355
eléctrica, facilitando el acceso de agentes agresivos
externos como los iones cloruro, permitiendo que
estos deterioren en un menor tiempo la armadura
de refuerzo de las probetas de hormigón. A su vez,
al comparar los resultados de sorción capilar se ob-
servan valores del mismo orden de magnitud para
las dos mezclas utilizadas y los datos corroboran
un hormigón recomendado para ambientes menos
severos.
Es importante hacer notar que los hormigones de
ambas razones a/c muestran los más altos valores
relativos de absorción capilar con respecto a la de
los otros países participantes, hecho que se vuelve
muy importante al transcurrir cinco años de inves-
tigación.
Caracterización atmosférica de las estaciones
La evaluación mensual de los parámetros climáticos y
ambientales y el uso de las normas ISO 9223 a 9226
permiten clasificar la agresividad de las atmósferas
de las estaciones (10-13). Los parámetros más impor-
tantes usados en esta investigación fueron tempe-
ratura, humedad relativa, tiempo de humidificación
(τ), cantidad de lluvia caída, velocidad y dirección
del viento, concentración de cloruro (salinidad, S),
concentración de dióxido de azufre, SO2
(P) y con-
centración de dióxido de carbono (CO2
).
En las Figuras 2 y 3 se muestra la variación de los
diferentes parámetros meteorológicos evaluados
mensualmente para la estación de Valparaíso y San-
tiago, respectivamente.
En las Figuras 4 y 5 se muestra la variación de los
contaminantes atmosféricos evaluados mensual-
mente para la estación de Valparaíso y Santiago,
respectivamente.
Según la norma ISO 9223 [10] que clasifica la agre-
sividad de las atmósferas considerando el tiempo de
humectación (τ) y la deposición de los contaminantes
en el ambiente (salinidad, S y compuestos sulfurados,
P), a la estación de Valparaíso le correspondería una
clasificación de τ4
, S1
, P1
, propio de un ambiente ma-
rino. En cambio, la estación de Santiago se clasifica
como una estación urbana ya que le corresponde τ3,
S0
y P0 con un alto contenido de CO2
. Por tanto, los
parámetros principales que afectan el proceso de co-
rrosión del acero de refuerzo deberán ser el contenido
de cloruro y de dióxido de carbono. Sin embargo, en
un hormigón carbonatado también es importante
considerar los valores de humedad relativa (HR), tiem-
po de humidificación (τ) y cantidad de lluvia caída.

]
Figura 2
Estación atmosférica de
Valparaíso
(A) Humedad relativa
(B) Temperatura
(C) Tiempo de
humidificación
(D) Lluvia caída
Figura 3
Santiago
(A) Humedad relativa
(B) Temperatura
(C) Tiempo de
humidificación
(D) Lluvia caída

Figura 5
Santiago. (A) Cloruro
(B) SO2
(C) CO2
Figura 4
Valparaíso. (A) Cloruro
(B) SO2
(C) CO2

]
Figura 6
Potencial y corriente de
corrosión en función del
tiempo para el acero de
refuerzo en hormigón de
a/c 0,45, cara expuesta
en la estación marina de
Valparaíso
Evaluación del potencial y corriente de corrosión
En la Figura 6 se aprecia la variación del potencial
de corrosión (Ec) y la velocidad de corrosión (Ic) en
función del tiempo, medido para acero de refuerzo
con dos diferentes recubrimientos (15 y 20 mm)
ubicados en la cara expuesta al medio marino en un
hormigón de relación a/c 0,45. En ella se observa que
los valores de Ec son ligeramente superiores para un
espesor de recubrimiento mayor y que las corrientes
de corrosión hasta el momento de informar son
similares. Estos resultados muestran que en estas
condiciones las armaduras aún se encuentran pasiva-
das dado que el potencial de corrosión se encuentra
a valores más positivos que -250,0 mV y la corriente
de corrosión es ligeramente inferior a 0,10 μAcm-2
.
Estos valores son limitantes para diferenciar entre el
estado pasivo y activo del acero de refuerzo.
Por otra parte, en la Figura 7 se muestran los resultados
para un hormigón de relación a/c 0,65. A diferencia de
los resultados obtenidos para la mezcla de a/c 0,45,
en este caso el acero con un recubrimiento de 15 mm
presenta valores de Ec e Ic cercanos a las condiciones
de actividad. En cambio, un acero de recubrimiento 20
mm aun se mantiene en condiciones pasivas.
En la Figura 8 se presentan los resultados de Ec
para acero con recubrimientos de 15 y 20 mm en
los dos tipos de mezclas en la estación urbana de
Santiago.
Los resultados evidencian actividad del acero a 15
mm de recubrimiento en una probeta de hormigón
de relación a/c 0,45 y para 20 mm en la misma
muestra. El Ec ha comenzado a disminuir a valores
cercanos a -400 mV y -200 mV, respectivamente.
Este hecho está asociado a una situación puntual,
debido a que la muestra por algún tiempo se en-
contró sobre el césped de la estación, por tanto,
expuesta a condiciones diferentes a las que consi-
dera la investigación. El medio es más ácido debido
a los abonos agregados al terreno, sumado a la
existencia de materia orgánica en descomposición,
que pudieron disminuir el potencial de corrosión, y
efectivamente provocar actividad de los aceros más
cercanos. Se debe sumar a esto los altos valores
de absorción capilar de este hormigón, que hacen
más efectiva la penetración de agentes externos,
que en este caso corresponde a solución acuosa
de carácter ácido proveniente del césped abonado
con materia orgánica en descomposición, cuyo pH
es cercano a 5.

Figura 8
Potencial de corrosión en
función del tiempo para
el acero de refuerzo en
hormigón de
a/c 0,45 y 0,65, cara
expuesta en la estación
urbana de Santiago
Figura 7
Potencial y corriente de
corrosión en función del
tiempo para el acero de
refuerzo en hormigón de
a/c 0,65, cara expuesta
en la estación marina de
Valparaíso

]
Además, es importante considerar que el contenido
de CO2
ambiental superior a 1,0 mg/L en la estación
urbana corresponde a una alta contaminación, y es
propio del tipo de ambiente de la ciudad de Santiago.
Por otra parte, los cambios de humedad relativa a lo
largo del día tienen variaciones importantes, ya que
durante la mañana se registran valores de 85-95%
humedad, la que varía hasta llegar al orden de 40%
para luego ascender en la noche nuevamente.
En la figura 8 se observa que el refuerzo ubicado a 15
mm de recubrimiento en una mezcla de relación a/c
0,65 se comporta de forma inestable, presentando
valores de Ec que fluctúan entre –200 mV y 100,0
mV, a diferencia del acero a 20 mm que alcanza
potenciales superiores a 0 mV, manteniéndose aun
en estado pasivo.
Determinación de la profundidad de carbonatación
En la Tabla 4 se presentan los resultados de las
medidas de profundidad de carbonatación para las
muestras en las dos estaciones. Existen diferencias
importantes entre la zona urbana y marina durante
los primeros años. Esto se puede explicar debido a
que el ambiente industrial fue de alta contaminación
hasta el año 2004 en la zona de Santiago en que
se encuentra la estación (comuna Macul) por lo que
se obtuvo una profundidad de carbonatación más
alta que en otros países, a diferencia de la zona de
Valparaíso, zona costera que históricamente no ha
presentado contaminación del tipo industrial. Sin
embargo, el escenario en ambas zonas ha ido cam-
biando en sus niveles de contaminación, disminuyen-
do la velocidad de penetración de CO2
en Santiago,
y, por otro lado, aumentando en Valparaíso.
Conclusiones
• La probabilidad de que la barra de refuerzo
presente corrosión en un determinado ambiente
dependerá de las condiciones climáticas y con-
taminantes del lugar en el que se encuentre
expuesto, de la calidad y recubrimiento del
hormigón.
• Los resultados después de 5 años de exposición
al medio atmosférico muestran que el hormigón
preparado con una relación de agua/cemento
0,45 proporciona una mayor protección a la ar-
madura de acero frente a la corrosión en medio
marino y urbano, debido a que el hormigón pre-
senta menor absorción y porosidad total, como
también una mayor resistencia a la tracción y
compresión.
• En la estación marina de Valparaíso el acero de
refuerzo con un recubrimiento de 15 mm en la
mezcla de a/c 0,45 y 0,65 ha comenzado a pre-
sentar actividad alcanzando valores de potencial
de corrosión cercanos a -200 mV y corrientes de
corrosión alrededor de 0,07 μAcm-2.
• En la estación urbana se puede detectar un riesgo
de corrosión alto en la probeta que estuvo en
contacto con un suelo de pH bajo, lo que puede
representar un foco de estudio interesante para
analizar en esta probeta, que difiere de las simi-
lares ubicadas en esta estación.
• La profundidad de carbonatación en la estación
urbana muestra valores también altos con respec-
to a la estación marina, pero estos valores aún no
se reflejan en los valores de potencial de corro-
sión, que debieran mostrar mayor actividad.
Tabla 4
Profundidad de
carbonatación de las
muestras en ambiente
marino e industrial
Año
Profundidad de carbonatación
a/c 0,45
(mm)
Profundidad de carbonatación
a/c 0,65
(mm)
Santiago Valparaíso Santiago Valparaíso
1 6 3,2 11 7,8
2 12,5 4 13 9,7
3 -- -- -- --
4 19,5 -- 18 --
5 20 -- 22 --

Agradecimientos
Los autores agradecen a la Dirección de Investigación
de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, a la
Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad
Católica de Chile, a la Armada de Chile y al Progra-
ma Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el
desarrollo (CYTED), Proyecto XV.3 DURACON.
Referencias
1. Troconis de Rincón, O. and DURAR Network Members.
Manual for Inspecting, Evaluating and Diagnosing
Corrosion in Reinforced Concrete Structures. CYTED.
ISBN 980-296-541-3, Maracaibo, Venezuela (2000).
2. Alonso, C., Andrade, C., Castellote, M. y Castro, P.:
“Chloride threshold values to depassivate reinforcing
bars embedded in a standardized OPC mortar”, Cement
and Concrete Research, 30(7), 1047-1055, (2000).
3. Moreno, M., Morris, W., Alvarez, M. G. y Duffo, G. S.:
“Corrosion of reinforcing steel in simulated concrete
pore solutions. Effect of carbonation and chloride
content”, Corros. Sci., 46, 2681-2699, (2004).
4. Alonso, C., Castellote, M. and Andrade, C.: “Chloride
threshold dependence of pitting potential of
reinforcements”, Electrochimica Acta, 47, 3469-3481,
(2002).
5. Troconis de Rincón, O., Castro, P., Moreno, E. I., Torres-
Acosta, A. A., Morón de Bravo, O., Arrieta, I., García,
C., García, D. and Martinez, M.: Chloride profiles in
two marine structures-meaning and some prediction”,
Building and Environment, 39(9), 1065-1070, (2004).
6. Troconis de Rincón, O. and Duracon Collaboration:
“Durability of concrete structures: DURACON, an
iberoamerican project. Preliminary results”, Building
and Environment, 41, 952-962, (2006).
7. Troconis de Rincón, O. and Duracon
Collaborations: “Effect of the marine environment
on reinforced concrete durability in iberoamerican
countries: duracon project/cyted”, Corros. Sci., 49(7),
2832-2843, (2007).
8. Troconis de Rincón, O. and Duracon
Collaborations: “The use of polarization resistance
to evaluate the environmental impact on reinforced
concretestructures in the iberoamerican region”, ECS
Transactions, 3(13), 111-116, (2007).
9. Vera,R.,Delgado,D.,Villarroel,M.,Palma,G.,Carvajal,
A. M., “DURACON: Influencia de la acción del medio
ambiente en la durabilidad del concreto. Resultados
preliminares de Chile”, Revista de la Construcción,
7(2), 56-61, (2008).
10. ISO 9223, Corrosion of metals and alloys, Classification
of corrosivity of atmospheres, ISO, Geneva, 1991.
11. ISO 9224, Corrosion of metals and alloys, Guiding
values for the corrosivity categories of atmospheres,
ISO, Geneva, 1991.
12. ISO 9225, Corrosion of metals and alloys, Corrosivity of
atmospheres- methods of measurement of pollution,
ISO, Geneva 1991.
13. ISO 9226, Corrosion of metals and alloys, Corrosivity of
atmospheres-methods of determination of corrosion
rate of standard specimens for the evaluation of
corrosivity, ISO, Geneva 1991.

24 ] Revista de la Construcción
Mejoramiento Térmico
de Ladrillos Cerámicos
Perforados
Thermal Improvement
of Perforated
Ceramic Bricks
Autores
BUSTAMANTE, W. Escuela de Arquitectura, Pontificia Universidad Católica de Chile
email: wbustama@uc.cl
Fecha de recepción
03/06/2009
06/07/2009
BOBADILLA, A. Departamento de Ciencias de la Construcción, Universidad del Bío-Bío
email: abobadil@ubiobio.cl
NAVARRETE, B. Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile
email: bnava@uc.cl
SAELZER, G. Departamento de Diseño y Teoría de la Arquitectura. Universidad del
Bío-Bío
email: gsaelzer@ubiobio.cl
VIDAL, S. Escuela de Construcción Civil. Pontificia Universidad Católica de Chile
email: svidal@uc.cl

[] Bustamante, W. - Bobadilla, A. - Navarrete, B.
Vidal, S. - Saelzer, G.
The main objective of this study was to
decrease thermal transmittance (U value) of
brick masonry, with minimum cost increase
and without use of insulation materials.
Within the framework of this study, three
new ceramic bricks were developed in order
to improve the thermal performance of
commonly used brick masonry in Chilean
buildings. Design restrictions that keep
external dimensions of bricks (14 cm) and
fulfil structural requirements of Chilean
standards, a country with high seismic activity,
El principal objetivo de este estudio es
disminuir la transmitancia térmica de la
albañilería de ladrillos respecto de las
utilizadas en Chile previo a la aplicación
de la II fase de Reglamentación Térmica
a partir de enero de 2007, incrementan-
do al mínimo el costo de este sistema
constructivo y sin adicionar materiales
aislantes térmicos. En el marco de este
estudio se desarrolló un nuevo tipo de
ladrillo cerámico con el fin de mejorar su
comportamiento térmico al compararlo
con otros ladrillos de idéntico mate-
rial usado en el país. Las restricciones
de diseño para el ladrillo contempla el
no aumentar el espesor del muro (14
cm) y cumplir con los requerimientos
have been taken into account. Mathematical
modelling and measurements of thermal and
structural properties were carried out. The
new types of bricks were manufactured by a
local factory of ceramic products. Laboratory
measurements showed that new masonry
without stucco reached a U value between
1,64 W/m2
K to 1,80 W/m2
K, significantly
lower than 2,22 W/m2
K of the reference
masonry. All structural requirements were
fulfilled according to Chilean standards of
gravitational and seismic loads.
estructurales existentes en las Normas
chilenas. Para el desarrollo del estudio
se realizó una modelación matemática
para predecir cualidades térmicas y el
comportamiento estructural de las al-
bañilerías con el nuevo tipo de ladrillo.
Mediciones de laboratorio mostraron
que la nueva albañilería sin estuco al-
canzó una transmitancia térmica entre
1,64 W/m2
K y 1,80 W/m2
K, significati-
vamente menor que 2,22 W/m2
K pre-
sentada en la albañilería de ladrillos
cerámicos de referencia. Todas los re-
querimientos estructurales fueron cum-
plidos de acuerdo a lo que establecen
las Normas chilenas sobre cargas gravi-
tacionales y cargas sísmicas.
Resumen
Palabras clave: ladrillo cerámico, comportamiento térmico
Key words: ceramic bricks, brick thermal performance.
Abstract

páginas: 24 - 35Bustamante, W. - Bobadilla, A. - Navarrete, B.
]
1. Introduction
In Chile, the Thermal Regulation for housing was
ratified by law in March 2000. Its first stage included
roofs requirements in 7 different heating degree-day
zones. As the Regulation was ratified - prompted by
the Ministry of Housing and Urbanism (MINVU) of the
Republic of Chile -, studies for a second stage were
initiated. This new stage sets demands concerning
vertical envelope (walls and windows) and ventilated
floors. These demands specify a maximum U-value
for walls and ventilated floors as well as a maximum
window size according to their thermal behaviour.
Although it was important for the country to
establish a Regulation of this kind, the required
standards are far away from achieving energy-
efficiency in residential housing. In fact, in a large
part of the country (including Santiago -33°26’S;
70°41’W- with 6 million inhabitants and 40% of the
population of the nation) the standard wall U-value
required is 1,9 W/m2
k. The standard for Concepción
and Talcahuano cities (36°35’S;72°02’W), areas
that include urban surroundings and representing
8,1% of the national total inhabitants, was set at
1,7 W/m2
K. However, the standard for a third urban
area of central Chile, with 1.540.000 inhabitants
and encompassing Valparaiso (33°01’S;71°39’W),
Viña del Mar and surrounding areas, was set at
3,0 W/m2
K [1].
A higher standard was set for the south of the country,
characterized for its cold climate, reaching 0,7 W/m2
K
in the southernmost city in Chile, Punta Arenas
(53°00’S;70°58’W), with 117.000 inhabitants [1].
In spite of its weaknesses, the second stage of
the Regulation-applied from January 2007- has
challenged the building sector to modify their
construction systems, particularly those based on
brick masonry and reinforced concrete, to be able to
comply with the required wall standards for different
weather zones. The present thermal quality standards
in this kind of walls are insufficient to cover the
regulation requirements within most of the national
territory. However, most of the available systems
are economically and technically unfeasible, and
alternatives used in developed countries have not
yet been massively introduced in Chile.
Since the present U values of ceramic brick walls is
slightly over the defined standards, the Ceramic Brick
Industry has decided to avoid insulation materials
on this type of walls, preferring the strategy of
improving thermal behaviour of ceramic bricks.
An experimental evaluation made within this
research at the Laboratory of Building Physics of
the Universidad de Bío-Bío” got U values from 2,0
to 2,48 W/m2
K for different types of ceramic brick
walls. In terms of building energy-efficiency and the
thermal behaviour proposed by the Second Stage of
the Regulation, these thermal insulation standards
are considered precarious. Values established in this
regulation are below U=1,9 W/m2
K in 5 out of the
7 climatic zones of the country, as defined by the
Ministerio de la Vivienda y Urbanismo [1].
The need to introduce changes to the present
masonry constructive systems brought about the
development of the Project FONDEF D01-l1161,
which was carried out by the Universidad del Bíobío,
the Pontificia Universidad Católica de Chile, the
Université Catholique of Louvain, Belgium, and a
group of local companies. Funds were provided
by FONDEF of CONICYT (National Commission for
Scientific and Technological Research). The main
objective of the project was to develop construction
technologies to improve higrothermal performance
of local brick masonry and concrete walls.
This paper shows achieved innovations in the design
and manufacturing of ceramic bricks, with improved
thermal properties and decreased U-value. These
improvements will permit its use in most of the
country, fulfilling the requirements mentioned by
the Second Stage of the Thermal Regulation. The
project focused on the improvement of masonry
thermal behaviour of bricks without the use of wall
thermal insulation. Design restrictions were to keep
the external dimensions of the bricks, and thus fulfil
the structural requirements established by Standards
in Chile, a highly seismic country.
Thermal improved bricks were designed. Before
producing them, its thermal behaviour was
analyzed through finite elements. This theoretical
analysis allowed selecting those bricks that were
finally produced in a national industry. The final
manufactured bricks were submitted to several lab
measurements to study their thermal, as well as
structural properties.

2. Background
2.1 Bricks Morphology
Nearly a 100% of industrially produced hollow bricks
made in Chile have 14 cm wide, and 29 cm length.
The height changes from different manufacturers:
from 7,1 to 14,0 cm. The hollowed space inside the
bricks varies between 41,2% and 67,4%. Apparent
density varies between 0,78 and 1,00 ton/m3
.
All ceramic bricks used in Chile have vertical
perforations that comply with existing structural
requirements due to the high seismic activity in the
country. It is known that vertical perforated bricks
have better structural performance compared to
bricks with horizontal perforations [2].
Practically all local bricks have simple orthogonal
perforations with a significant number of straight
transversal connections. In practice, these connections
work as thermal bridges able to reduce the trajectory
of the conduction flow through the thickness of the
brick. This explains the low thermal quality of local
masonry bricks. Figure 1 shows some ceramic bricks
manufactured in Chile.
Big perforations in the centre of the brick respond
to the need of using this space to install concrete
and structural steel bars in the wall.
Bibliography shows bricks with a different morphology
compared to those produced in Chile. For example,
bricks with inner diagonal dividers are fully used
in Europe, so as to increase the heat conduction
trajectory. These divisions also allow alveolus of low
thickness. Probably, their sizes are at a borderline
of industrial manufacture feasibility. U-value of
0,46 W/m2
K has been reached in a 40 cm thick wall
made of non-porous ceramic bricks [3]. Other studies
of a porous clay brick with inner diagonal divider
walls used on 40 cm thick walls, measured a U-value
of 0,304 W/m2
K [4].
Small size alveolus and their thickness play an
important role in the reduction of heat transfer. In
fact, in a study analyzing heat flow inside closed
cavities with mortar, the heat transfer by convection
was negligible when compared to opened cavities.
The latter is the result of a mortar discontinuity, which
is used to interrupt thermal bridges in a masonry
wall [2]. Big cavities help heat transfer, as shown by
experiments and analysis of ceramic thermal-brick
behaviour [5]. A discussion of the negative effect
of partial presence of mortar in the cavities, from
a thermal point of view, was also provided in this
study [2].
3. Methodology
In order to improve thermal performance of
perforated ceramic brick walls, as a first step, an
experimental study of thermal behaviour of different
brick masonry walls was carried out. U values of
these walls, thermal conductivity of certain ceramic
samples and equivalent thermal conductivity of
different perforated bricks were obtained.
As a second step, new morphological design of
perforated bricks was defined, using the strategy
of avoiding thermal bridges and increasing the
trajectory of thermal conduction through inner walls
of bricks. Geometrical restrictions for perforated
ceramic bricks of Chilean Standards were considered.
A numerical study with finite elements was made in
order to define the first brick to be fabricated by a
local industry.
After fabrication of the first type of brick, U value
of different wall samples were obtained, using a
standard test method of ASTM C236 standard [6].
Some structural properties of walls were also studied
with laboratory standard methods.
In order to improve some structural properties of
the first type of brick, two new different designs
were studied considering identical steps: numerical
study with finite elements, fabrication, testing for
obtaining U value of walls and testing for obtaining
structural properties.
Figure 1 Bricks manufactured in Chile

]
4. Research
4.1 Thermal behaviour of present ceramic brick
masonry walls in Chile
In a first step, an extended experimental study
allowed the determination of the thermal quality
of ceramic brick walls available in Chile. This work
was performed in the Laboratory of Building Physics,
Universidad del Bío-Bío, Concepción, Chile. (Lab
accredited by Chilean legislation).
The universe included 105 identified masonry walls
available in the market. This selection came from
different wall models and materials according with
official figures. Thirty types of masonry walls were
selected from this universe, representing, statistically,
96% of masonry walls constructed in the country.
Bricks of these walls were mainly manufactured by
two of the most important ceramic brick industries
of Chile. Both companies provide 85% of industrial
bricks available in the national market. Apart from
these, smaller manufacturers and one craftsman
producer were included. The different bricks were 14
cm thick, 29 cm long, and their height varied from 7
to 14 cm. The joining mortar was 13 mm thick, and it
was made of a normal dosage of sand and cement.
For each of the 30 walls the U-value was measured
according to the Guarded Hot Box method and
following the ASTM C236 Standard [6]. The U-
value of all different walls varied from 2,00 and
2,48 W/m2
K. Taking into account the relative
frequency of each wall in the universe, the average
U-value obtained was 2,27 W/m2
K, ranging between
2,17 – 2,38 W/m2
K and 95% of reliability.
Equivalent thermal conductivity, λeq
(W/mK) of
different local hollow bricks varies between 0,297
and 0,475 (W/mK), with an average of 0,394 (W/mK).
The craft-made massive brick reached a thermal
conductivity of 0,490 (W/mK).
4.2. Morphological design of bricks to improve
thermal performance
The new proposal is based on two fundamental
concepts (see Figure 2), which are mainly oriented
to:
a) Generating the less possible thermal bridges:
by achieving a geometry which would give to
structural bricks a minimum number of transversal
inner dividing walls and a maximum number of
longitudinal inner dividing walls.
b) Generating a maximum thermal trajectory in
the brick: by designing transversal inner-dividing
walls with a geometry that forces conduction
heat flow through a longer path compared to
the thickness of brick.
Based on the above concepts, and taking into account
geometric restrictions imposed by the Chilean NCh
169 Of. 2001 standard [7], three types of brick were
developed with geometry and physical properties that
include: minimum thicknesses of inner dividing walls
and header face; perforation percentages; maximum
and minimum areas of alveolus and taking into
consideration the manufacturing process conditions
of the company involved in the industrial production
(see table 1 below).
In order to compare properties of the newly developed
bricks, a Reference Brick (RB) was considered. This
brick represents the most common type used in
masonries in the country.
4.3 Numerical modelling of bricks
Heat flow was numerically modelled through finite
elements in each preliminary version of bricks. The
purpose of this exercise was to adjust the design and
anticipate the brick’s thermal characteristics before
producing them at an industrial scale.
Figure 2 Thermal trajectory (conduction)
Structural Brick with Diagonal Inner Dividing Walls

The heat flow was simulated under steady-state
conditions, regarding the following mechanism of
thermal transfer:
Solid material: conduction through solid material
(clay: λ = 0,49 W/mK).
Cavities: conduction and radiation through
perforations and alveolus, with λ = 0,025 W/mK
in the case of thermal conductivity of the air and
an emissivity range between 0,8 and 0,9 for cavity
surfaces respectively. Convection was not considered
because, as mentioned above, previous studies have
established that this is negligible when perforations
are small (still air) [2].
Surfaces: external and internal surface convection
and radiation were considered. Temperatures taken
in account: internal 298 K and external 274 K;
surface resistance Rsi = 0,12 m2
K/W in the case of
the internal surface and Rse = 0,05 m2
K/W in the
case of the external surface, according with standard
Chilean NCh 853 Of. 91 [8].
Numerical modelling simulations for walls with each
type of brick are shown in Table 1. U values for walls
without steel reinforcement, as in confined masonry,
were estimated. To estimate the thermal bridge
impact due to steel bars, U values of reinforced
masonry walls were also analyzed (see Figure 3).
This case considers steel through big cavities within
bricks, filled with cement mortar.
In both cases, estimation of U value takes into
account only the brick zone of the wall and not
the foundation and bond beam. It is important to
mention that Chilean thermal regulation of residential
buildings does not specify thermal requirements for
bond beam and foundations.
Table 1 Properties of produced bricks
Figure 3 Reinforced concrete wall

]
Table 2 shows estimated U values of the four different
masonry walls.
In case of confined masonry (CM1 and CM2),
mathematical modelling estimations showed lower
U values than measured ones. These differences –less
than 5%–, may be explained by the model’s own
limitations. For example, it does not take into account
the possibility of cement mortar incorporation into
the cavities. According to other experiments carried
out in this field [4], the impact of incorporating some
cement mortar in perforations during construction
process is thermally more relevant than an eventual
airflow in the hollow cavities.
According to figures of Table 2, U values of
reinforced masonry are between 3 and 4% higher
than respective confined masonry walls.
4.4 Laboratory measurements of developed
bricks
An industry representing approximately 35% of the
national brick market, fabricated the new brick in its
structural version. Measurements, to determine U-
value and mechanic properties of masonry specimens
prepared with the 3 different types of bricks developed
during this research, were carried out according to
Chilean and international standards. Mechanical
properties were measured in the Material Laboratory
of DECON of the Pontificia Universidad Católica de
Chile and U values were measured at the Laboratory of
Building Physics of the Universidad del Bío-Bío, Chile.
The joining mortar thickness of masonry was 13 mm.
Measurements did not consider stucco in walls. Wall
thickness was 14 cm in all cases.
5. Laboratory procedures and results
5.1 U-value
Figure 4 shows the variation of U-value of a masonry
wall with respect to the type of brick used. Version
2 of the DIDWS (Diagonal Inner Dividing Walls
Structural) brick masonry reached a U-value that was
26% below the value of the Reference Brick (RB). All
DIDWS brick versions produced reduced U-values
when compared to RB. These measurements were
made in a calibrated hot box chamber according to
ASTM C236 standard [6].
Figure 4 shows that the three versions DIDWS bricks
have U-values below the requirements established by
the Chilean Housing Regulations for Santiago and,
version 2 (DIDWS2) even fulfils those of the city of
Concepción.
Table 2 Estimated U values of different masonry wall

5.2. Compression Strength of individual bricks
Figure 5 shows that version 1 of DIDWS bricks
have a high compression strength compared with
the RB. This is due to a significant increment of solid
area, which gives a higher strength (from 54,4%
goes up to 61,8%). All DIDWS brick versions
are above the required Chilean standard NCh 169
Of2001, for Grade 1 bricks [7]. Measurements were
made according to NCh 167 Of 2001 standard.
(Construction-ceramic bricks tests) [9].
5.3 Shear strength of the brick–mortar interface
Figure 6 shows that all three versions of DIDWS
bricks have a higher bond compared to the RB.
Best results are shown by versions 1 2. All
DIDWS brick versions fulfil the requirements of
the Chilean Standard: NCh 169 for Grade 1 bricks.
Measurements were made according to NCh 167 Of
2001. (Construction-ceramic bricks tests) [9].
5.4. Walls’ Compression Strength
Figure 7 shows measurements results observed
masonry prism samples exposed to compression.
Results obtained for walls built with version 1 2
DIDWS bricks are satisfactory. Values similar to
those of the RB were reached. Measurements were
made according to NCh 1928 Of 2003 standard.
(Reinforced masonry-Requirements for structural
design) [10]. Figure 8 shows testing installation.
Figure 4 U-value
Experiment results
Figure 5 Compression strength of individual bricks
Experiment results
Note Grade1 brick: With minimum compression strength of 15 MPa.
MqP: An industrial brick with a perforation percentage below 50%.
Figure 6 Shear Strength of the brick–mortar interface
Experiment results Figure 7 Prisms compression strength
Experiment results

]
5.5 Strength to diagonal compression of walls
Figure 9 shows that all three versions of DIDWS
bricks have a considerable higher level of shear
strength compared with the RB testing samples.
Average diagonal compression strength was 35%
higher. Measurements were made according to
NCh 2123 Of 2003 standard. (Confined masonry-
Requirements for structural design) [11]. Figure
10 shows the testing equipment utilized in this
standard.
Prismatic resistance to compression strength and
prismatic resistance to diagonal compression
strength are fundamental tests to predict masonry
wall performance under gravitational loads and/or
seismic loads.
According to results obtained by Lüders, Hidalgo y
Diez [12,13], tests of lateral cyclical loads on bricks
of RB type showed that maximum shear strength
resistance is 34% lower than the one obtained by
static load tests.
Extrapolating this result to the DIDWS brick masonry
(without steel bars in both directions), maximum
shear strength resistance under cyclical load would
be around 0,61MPa.
5.6 Strength to lateral impact
Problems were observed when the units were exposed
to lateral load during the storing process i.e. part of the
bottom bricks were fractured while piling. This made
necessary the study lateral mechanical properties; this
is to say, under the action of perpendicular loads to
the wall surface. Impact test were carried out and the
bricks were exposed to uniform lateral load. Impact
tests were directed to the centre and edges of the
bricks. A 529 gr steel ball was dropped from different
heights until fractures appeared.
Figure 9 Strength to prisms diagonal compression
Experiment results
Figure 8 Prism compression strength installation
Figure 10 Strength to diagonal compression of wall
testing equipment

Figure 11 shows lateral load impact experiment
results.
When impact was applied to the edges, results of
DIDWS three versions were similar to those of the
RB. Nevertheless, version 1 central area showed an
important decrease to the impact strength. For this
reason, the central area was reinforced, and this
generated versions 2 3 of the DIDWS bricks.
Transversal inner dividing walls were introduced; these
partially help to improve the impact strength, as shown
by results from versions 2 3. In spite of this, the
strength level at the centre did not reach the strength
of the RB. A considerable improvement in performance
would be expected if the lateral faces work as a slab,
compared to performances where the lateral face
works as a beam as in the case of lab measurements.
5.7 Strength to transversal load
A second measurement with the DIDWS brick
used a static and a uniform load over a lateral face,
simulating a normal load over the wall surface (see
following figure). Results are shown in Figure 12.
Figure 12 shows that all three versions of the DIDWS
brick type have reduced strength to lateral load when
compared with the reference brick (RB). Results
obtained are 50% below those of the RB. Incorporating
transversal inner brick dividing walls did not make a
significant improvement with respect to lateral load
strength. This brought about structural performance
problems of the wall surface when exposed to normal
loads. However, it is believed that a 2MPa strength to
lateral load is sufficient to adequately resist normal
loads on wall surfaces, which generally acts as a
building structure. Moreover, strength to lateral load
should considerably improve if external walls of bricks
work as a slab while locked up by the mortar.
5.8 Perforation percentage of analyzed units
Figure 13 shows perforation % changes of all brick
versions. All developed versions showed a lower
perforation percentage compared with the RB. The
increase in the amount of clay used is a disadvantage
due to rises in direct costs of production.
Figure 11 Strength to lateral impact
Experimental results
Figure 12 Strength to lateral load
Experiment results
Figure 13 Brick perforation percentage

]
6. Conclusions
Experimental and numerical methods have been used
to improve the thermal performance of ceramic bricks
normally used in Chile. This thermal improvement
was made considering structural requirements and
geometric restrictions imposed by Chilean standards.
Manufacturing feasibility of the new bricks was also
taken into account. To prevent significant increases
in cost of masonry, thickness of new bricks is 14 cm,
as actual bricks manufactured in the country.
Masonry walls with new bricks of identical external
dimensions showed a lower thermal transmittance
(U value) than a reference wall constructed with
a ceramic brick normally used in the country.
Laboratory measurements showed that the new
masonry reached a U value between 1,64 W/m2
K to
1,80 W/m2
K, significantly lower than 2,22 W/m2
K of
the reference masonry.
The U value decrease was achieved by increasing
the trajectory of thermal conduction with diagonal
inner dividing walls within the bricks. This diagonal
trajectory creates small cavities in bricks, where
convection heat-transfer is practically negligible. In
other words, geometry of alveolus and dividing walls
of bricks generate an important impact in thermal
performance of brick masonry.
Structural results - even if they show a reduction
of some mechanical properties compared with the
reference brick masonry- widely fulfil the present
constructions standards of masonry in Chile.
Results show that all three new developed bricks fulfil
the Chilean 2007 Thermal Regulations for Santiago
and Valparaíso. In one case (version 2 of DIDWS),
U value allows fulfilment of requirements of not only
Santiago and Valparaiso, but also Concepción. These
cities are the most important urban centres of Chile.
It is important to mention that diagonal compression
resistance of DIDWS brick masonry – a fundamental
property for seismic design - is higher than the RB
manufactured in Chile. Therefore, bricks developed
within this research are expected to show an
appropriate performance under horizontal cyclical
events. Nevertheless, dynamic tests are recommended
to verify such assessment.

References
1. Instituto de la Construcción. Manual de Aplicación
de la Reglamentación Térmica. Instituto de la
Construcción. Santiago de Chile. 2006.
2. B. Lancarrierre, B. Lartigue; F. Monchoux. Numerical
study of heat transfer in a wall of vertically perforated
bricks: influence of assembly method. Energy and
Building 35 (2003) 229-237.
3. J.P. Oliva. L’isolation écologique. Conception,
matériaux, mise en œuvre. Terre vivante. Mens,
France. 2001
4. K. Ghazi Waliki, Ch Tanner. U-value of a dried wall
made of perforated porous clay bricks. Hot box
measurements versus numerical analysis. Energy and
Building 35 (2003) 675-680.
5. M. Sait Söylemez. On the effective thermal conductivity
of building bricks. Building and Environment 34 (1999)
1-5.
6. American Society for Testing Materials. ASTM C
236. Standard Test Method for Steady-State Thermal
Performance of Building Assemblies by Means of a
Guarded Hot Box.
7. Instituto Nacional de Normalización. NCh 169.Of2001
Standard. Building Construction - Ceramic Bricks -
Classification and requirements.
Standard. Thermal conditioning - Thermal envelope
of buildings - Thermal resistance and transmittance
calculation.
Standard. Construction. Ceramic Bricks - Test.
10. Instituto Nacional de Normalización. NCh 1928.
Of2003 Standard. Reinforced Masonry – Requirements
for Structural Design.
11. Instituto Nacional de Normalización. NCh 2123.
Of2003 Standard. Confined Masonry – Requirements
for Structural Design.
12. Hidalgo P.; Jordán R.; Lüders C. Comportamiento
sísmico de edificios de albañilería armada diseñados
con las normas chilenas. Departamento de Ingeniería
Estructural DIE-Nº 85-1. Escuela de Ingeniería,
Pontificia Universidad Católica de Chile. Enero 1985.
Santiago, Chile.
13. Lüders C.; Hidalgo P. Modos de falla en muros de
albañilería armada sometidas a cargas horizontales
cíclicas. 3a
Conferencia Latinoamericana de Ingeniería
Sismorresistente. Septiembre 1984. Guayaquil, Ecuador.

36 ] Revista de la Construcción
Assessment and Comparison
of the Quality of the Royal
Building System with
Machine-made Confined
Masonry Brick Used in
the Construction of Social
Housing in the
Community of Colina
Evaluación y Comparación de
la Calidad de la Materialidad
del Sistema Royal Building
Versus Albañilería Confinada
de Ladrillos Hechos a
Máquina Utilizados en la
Construcción de Viviendas
Sociales en la Comuna de
Colina
Autores
ANDRADE, M. Doctor en Ciencias de la Educación
Facultad de Ingeniería – Escuela de Construcción Civil
email: mandradg@uc.cl
Fecha de recepción
17/04/2009
20/05/2009
CALLEALTA, F. Magíster (C)
Facultad de Ingeniería – Escuela de Construcción Civil
email: dfaceved@uc.cl

[Andrade, M. - Callealta, F.]
Este estudio pretende entregar infor-
mación sobre una alternativa reciente-
mente utilizada por el SERVIU en sus
proyectos habitacionales. Se trata del
Royal Building System, el cual se basa
en una estructura de paneles conectores
de PVC rígido que, rellenos de hormigón
armado, satisface las necesidades por-
tantes y de aislación que el diseño y las
necesidades requiera (1).
Las particularidades y atributos de este
sistema de construcción son presentados
This study aims to deliver information
about an alternative material recently
used by SERVIU in their housing projects.
This material is called the Royal Building
System, which is based on a structure
of rigid PVC panel connectors, filled
with reinforced concrete, meeting the
important needs and insulation that the
design requires (1).
The special attributes of this system
of construction are presented via the
a través de la evaluación y comparación
paralela con la albañilería confinada de
ladrillos hechos a máquina, considerado
como un método tradicional y ya utili-
zado. Para ello se evalúan dos proyectos
habitacionales realizados por el SERVIU
en la comuna de Colina construidos con
estas dos materialidades, mediante re-
copilación de datos técnicos existentes,
aplicación de encuestas de percepción a
usuarios y revisión de antecedentes prác-
ticos en base a opinión de expertos.
parallel assessment and comparison
with machine-made confined masonry
brick, as a traditional and used method.
Under evaluation are two housing
projects undertaken by SERVIU in the
community Colina, which are built with
these two materials. They are evaluated
through the use of existing technical
data, application of user perception
surveys and reviews of studies based
on expert opinion.
Abstract
Key words: Royal Building System, confined masonry brick, social housing, users
Perception.
Palabras clave: Royal Building System, albañilería confinada de ladrillos, vivienda
social, percepción de usuarios.
Resumen

páginas: 36 - 45Andrade, M. - Callealta, F.]
1. Introducción
1.1 Antecedentes
El Programa del Ministerio Nacional de Vivienda y
Urbanismo (MINVU) entrega apoyo a familias de
bajos recursos a través de subsidios estatales que
permiten mejorar la calidad de vida. Familias que,
en lo general, presentan problemas de bajos ingre-
sos, hacinamiento, allegamiento, gran cantidad de
niños por familia y pocas posibilidades de acceso
para elevar su calidad de vida en lo que respecta
al área habitacional. Por tal razón, es que el Estado
ha puesto como prioridad atender este problema,
otorgando apoyo y facilidades para la obtención de
la “vivienda propia”, como también la accesibilidad
para subsidios para la ampliación y reparación de
viviendas sociales.
Con el mismo propósito, un Techo para Chile es una
fundación sin fines de lucro que, a través de jóvenes
universitarios, trabaja con las familias de barriadas
en su proceso de erradicación hacia un nuevo barrio
que cuente con una comunidad sustentable y una
vivienda definitiva de calidad. Participa formalmente
como EGIS (Entidad de Gestión Inmobiliaria Social) y
PSAT (Prestadores de Servicio de Asistencia Técnica),
encargándose de gestionar proyectos de viviendas
sociales definitivas, y ampliaciones. Una de sus prin-
cipales finalidades es la de mejorar el estándar y la
calidad de vida de los beneficiarios, definiendo una
nueva generación de viviendas sociales basadas en
un enfoque de Integración Social y Comunidades
Sustentables (2). Dentro de este objetivo, cobra real
importancia el bienestar habitacional y de manera
más específica la calidad de la construcción y mate-
rialidad de las viviendas.
En su búsqueda de desarrollar el empleo de nuevas
alternativas de materialidades en sus proyectos, que
cumplan con la normativa vigente, que otorguen un
mejor confort habitacional, y a su vez que estén al
alcance de los fondos que se le asignan por concepto
de construcción de viviendas sociales definitivas y
ampliaciones, es que la fundación incentiva investi-
gaciones que permitan una mayor rigurosidad en la
elección de los tipos de materiales a utilizar. En este
contexto, el presente estudio pretende entregar in-
formación sobre una alternativa recientemente usada
por el SERVIU en sus proyectos habitacionales. Este
material es el denominado Royal Building System, un
sistema relativamente nuevo comparado con otros
métodos de construcción. Su origen es Canadá,
donde en el año 1994 fue patentado por la empresa
Royal Building Technologies Inc.
Por sus cualidades de prefabricación, que mejoran los
tiempos de construcción, este sistema se ha expandi-
do en el mundo con rapidez, siendo distribuido, hoy,
a más de veinticinco países en el mundo. En Chile,
el producto ha sido utilizado ocasionalmente desde
el año 2003, en la construcción de viviendas sociales
a través del Programa Fondo Solidario. Las casas son
armadas con muros de paneles y conectores de PVC,
con ensambles machihembrados y rellenos de hor-
migón. Los paneles utilizados en la construcción son
traídos desde Argentina, donde se ubica la planta
industrial de Royal Group Technologies del Sur S.A.
A continuación, se exponen las características y
atributos de este sistema de construcción a través
de una evaluación y comparación con la albañilería
confinada de ladrillos hechos a máquina, considera-
do como un método tradicional.
1.2 Objetivo
Evaluar y comparar dos materialidades –Royal Buil-
ding System y albañilería confinada de ladrillos he-
chos a máquina– utilizadas en la construcción de
viviendas sociales realizadas por el SERVIU en la
comuna de Colina, para entregar argumentos a
la fundación un Techo para Chile, que le permitan
considerar la utilización de estos materiales en la
construcción de futuras viviendas definitivas y am-
pliaciones en el desarrollo de sus planes sociales.
2. Desarrollo
2.1 Encuesta de percepción
La elaboración de esta investigación está enfocada
a realizar un tipo de estudio cuantitativo y cualitati-
vo de viviendas sociales, de manera de evaluar dos
proyectos habitacionales realizados por el SERVIU
en la comuna de Colina construidos con las dos
materialidades en evaluación.
La población a investigar está formada por viviendas
sociales básicas correspondientes a los proyectos:

[Andrade, M. - Callealta, F.]
Figura 1
Muestra del Conjunto
Habitacional Los
Canadienses
a) Conjunto Habitacional Los Canadienses, ejecutado
el año 2004 para la evaluación del sistema Royal
Building.
Tabla 1 Conjunto Habitacional Los Canadienses
(1a
Etapa)
Año Proyecto Nº Viviendas m2
2004 Los Canadienses 182 42
b) Conjunto Habitacional Centenario II, ejecutado el año
2000 para la evaluación de la materialidad “Albañilería
confinada de ladrillos hechos a máquina”.
Tabla 2 Conjunto Habitacional Centenario II
(Viviendas Tipo B)
Año Proyecto Nº Viviendas m2
2004 Centenario II 403 42,21
Figura 2
Muestra del Conjunto
Habitacional Centenario II
(Viviendas Tipo B)

páginas: 36 - 45Andrade, M. - Callealta, F.]
Posteriormente, se presenta la muestra optada, que
consiste en la elección de 100 viviendas sociales, eje-
cutadas con paneles de hormigón armado con reves-
timiento de PVC y 100 viviendas sociales ejecutadas
con la materialidad albañilería confinada de ladrillos
hechos a máquina en la comuna de Colina.
Para evaluar cada uno de los materiales se con-
feccionó una encuesta con el objetivo de medir la
percepción que poseen los habitantes de cada una
de las poblaciones en estudio. Esta es dirigida a las
jefas y/o jefes de hogar, y consiste en un conjunto
de ítemes relativos a las medidas habitacionales y/o
factores de Bienestar Habitacional que se encuentran
definidos en la “Guía de Diseño para un Hábitat
Residencial Sustentable” elaborado por la Fundación
Chile, como resultado del proyecto de investigación
FONDEF/CONICYT Nº D00I1039 (3).
Esta encuesta consta de ítemes que evalúan la per-
cepción de los usuarios con respecto a la materiali-
dad de sus viviendas, en factores como la aislación
térmica, aislación acústica, iluminación natural, re-
sistencia al fuego, a los sismos y a la lluvia. Las pre-
guntas se responden, según un escalamiento de tipo
Likert, donde el encuestado manifiesta su reacción
eligiendo uno de los cinco puntos o categorías de la
escala. Además, se presenta un ítem en el cual las
personas pueden proponer mejoras en la construc-
ción de su vivienda.
2.2 Resultados de la encuesta
A continuación se muestran los resultados de fre-
cuencia de las encuestas aplicadas en ambas po-
blaciones.
Figura 3
Resultados de encuesta de percepción a
habitantes del Conjunto Habitacional
Los Canadienses
Figura 4
Resultados de encuesta de percepción a
habitantes del Conjunto Habitacional
Los Canadienses

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