Influencia de la bacteria Bacillus subtilis en la reparación de fisuras en concretos con A/C de 0.45 y 0.50

Abstract

Uno de los grandes problemas existentes en el concreto es su enorme tendencia a fisurarse, esto se puede deber a la contracción que sufre al momento del fraguado, sobrecarga del mismo, movimientos sísmicos, temperaturas extremas a lo largo del día y defectos del mismo proceso constructivo. Estas fisuras representan un enorme problema para las estructuras debido a que, son un acceso mediante el cual se puede introducir algún tipo de agente que puede dañar al acero interior; en obras en las que es importante el flujo o almacenamiento del agua podrían generarse pérdidas por infiltración y en elementos de concreto en general las fisuras tienden a reducir la resistencia y durabilidad del mismo. En todos los casos las fisuras, de no ser tratadas a tiempo, tienden a acrecentarse y esto solo hace que la situación referente a las mismas sea más crítica. Por el problema antes mencionado la presente tesis plantea determinar la influencia de la bacteria Bacillus Subtilis en la reparación de fisuras en concretos con a/c de 0.45 y 0.50. Para este fin se realizaron diseños de mezcla patrón y adicionados, tomando en cuenta una proporción de bacterias para cada a/c. El diseño de mezcla se inició con el estudio de los materiales, posteriormente se realizó el diseño de mezcla aplicando el método del agregado global buscando un slump de 3’’ a 4’’. La adición de las bacterias al concreto se hizo de forma directa al momento del mezclado en conjunto con el agua de diseño, la cantidad de bacterias añadidas siguió una proporción de 1kg por cada 200 litros de agua y esta solución se preparó momentos antes del vaciado debido a que no debía tener un contacto directo y prolongado con la luz. A su vez se consideró la cantidad de 10kg de nitrato de calcio por metro cúbico de concreto como fuente de alimento para las bacterias, componente que se diluyó en parte del agua de diseño y se agregó de igual forma al momento del vaciado. Posteriormente se elaboraron muestras y se hicieron ensayos de compresión axial a los 7, 14 y 28 días; pruebas de tracción a los 28 días y finalmente el monitoreo del posible cierre de las fisuras presentes en los especímenes de concreto. Como resultado de los ensayos en concreto fresco, se obtuvo que la adición de bacterias a la mezcla de concreto influyó en las propiedades medidas, las cuales fueron asentamiento, porcentaje de exudación, contenido de aire y tiempo de fragua, tanto inicial como final. Se determinó que los concretos adicionados presentaron mayor asentamiento que los patrones, este aumento fue de 83% y 68%, para los a/c de 0.45 y 0.50 respectivamente. Respecto de la exudación, se determinó que el concreto adicionado presentó un mayor porcentaje de exudación que los concretos tradicionales, siendo esta variación de 0.44 a 0.55 y de 0.66 a 0.93 para los a/c mencionados. En cuanto al contenido de aire, este no presentó grandes variaciones, estando todos los valores hallados alrededor de 2%, muy cercanos al valor estipulado por las tablas ACI. Finalmente, respecto del tiempo de fragua tanto inicial como final se presentaron variaciones que en lo general fueron en aumento, observándose que el tiempo de fragua inicial pasó de 193 a 200 minutos y de 203 a 200 minutos, para los a/c de 0.45 y de 0.50. Para el tiempo de fragua final estos valores fueron de 273 a 307 minutos y de 280 a 300 minutos, tomando como referencia los a/c antes mencionados. Asimismo, para los ensayos de resistencia a la compresión del concreto tanto axial como diametral, se determinaron aumentos en estas propiedades. Estos fueron de un 6.71% y de 10.80% para los a/c de 0.45 y de 0.50 respectivamente, considerando la resistencia a la compresión axial; y de 3.95% y 10.16% los referentes a la compresión diametral para los a/c antes mencionados. Finalmente, respecto del cierre de las fisuras, se determinó que el concreto adicionado con bacterias diseñado en la presente investigación presenta características de autorreparación, aunque es importante remarcar que este porcentaje de cierre es realmente bajo y depende en gran medida del ancho de la fisura debido a que las que se repararon satisfactoriamente no tenían un ancho mayor a 0.5mm.

One of the biggest problems in concrete is its enormous tendency to crack, this can be due to the shrinkage it suffers at the moment of setting, overloading, seismic movements, extreme temperatures throughout the day and defects in the construction process itself. These cracks represent an enormous problem for the structures because they are an access through which some type of agent can be introduced that can damage the interior steel; in works in which the flow or storage of water is important, losses by infiltration could be generated and in concrete elements in general the cracks tend to reduce the resistance and durability of the same. In all cases the cracks, if not treated in time, tend to increase and this only makes the situation more critical. Due to the above mentioned problem, this thesis proposes to determine the influence of Bacillus Subtilis bacteria in the repair of cracks in concrete with w/c of 0.45 and 0.50. For this purpose, standard and admixture mix designs were carried out, taking into account a proportion of bacteria for each w/c. The mix design started with the study of the materials, then the mix design was carried out applying the global aggregate method looking for a slump of 3'' to 4''. The addition of bacteria to the concrete was done directly at the time of mixing together with the design water, the amount of bacteria added followed a ratio of 1kg per 200 liters of water and this solution was prepared moments before pouring because it should not have a direct and prolonged contact with light. In turn, the amount of 10 kg of calcium nitrate per cubic meter of concrete was considered as a food source for the bacteria, a component that was diluted in part of the design water and added in the same way at the time of pouring. Subsequently, samples were prepared and axial compression tests were performed at 7, 14 and 28 days; tensile tests at 28 days and finally monitoring of the possible closure of the cracks present in the concrete specimens. As a result of the tests on fresh concrete, it was found that the addition of bacteria to the concrete mix influenced the properties measured, which were slump, percentage of exudation, air content and setting time, both initial and final. It was determined that the added concretes presented higher slump than the standards, this increase was 83% and 68%, for w/c of 0.45 and 0.50, respectively. With respect to exudation, it was determined that the admixed concrete presented a higher percentage of exudation than the traditional concretes, this variation being from 0.44 to 0.55 and from 0.66 to 0.93 for the a/c mentioned. As for the air content, it did not present large variations, all the values found being around 2%, very close to the value stipulated by the ACI tables. Finally, both the initial and final setting time showed variations that generally increased, with the initial setting time going from 193 to 200 minutes and from 203 to 200 minutes, for the a/c of 0.45 and 0.50. For the final setting time, these values ranged from 273 to 307 minutes and from 280 to 300 minutes, taking the a/c mentioned above as a reference. Likewise, for the concrete compressive strength tests, both axial and diametral, increases in these properties were determined. These were 6.71% and 10.80% for the a/c of 0.45 and 0.50 respectively, considering the axial compressive strength; and 3.95% and 10.16% for the diametral compressive strength for the a/c mentioned above. Finally, regarding the closure of the cracks, it was determined that the concrete added with bacteria designed in this research presents self-repairing characteristics, although it is important to note that this percentage of closure is really low and depends largely on the width of the crack, since those that were repaired satisfactorily did not have a width greater than 0.5 mm.