USO DE MATERIALES NO CONVENCIONALES EN LA ELABORACIÓN DE CONCRETOS

ELABORACIÓN DE CONCRETOS

Monografía Para optar el título profesional de ingeniero civil

Harold Danilo Figueroa Rincón.

Director: Ing. Guillermo Flechas Fajardo

Asesor: Ing. Carlos Alberto Arias Galindo

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS. FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL.

TUNJA, BOYACÁ. 2020.

Nota de Aceptación

Puede ser presentado a Comité de grados Tutor Metodológico Firma de Jurado I Firma de Jurado 2 Tunja, 2020

Dedicatoria

Primero que todo quiero dedicarle este trabajo en nombre de Dios quien me ha guiado por los buenos caminos y por darme la oportunidad de adquirir estos nuevos conocimiento y poder terminar una maravillosa carrera como lo es la ingeniería civil, en segundo lugar a mis padres, quienes me guiaron y apoyaron en todo mi proceso de aprendizaje y quienes me inculcaron unos valores y una ética que me ayuda a sobresalir y socializarme con las demás personas y en tercer lugar a mis compañeros, amigos, docentes, a mi alma máter y demás personas que de una u otra manera influyeron en mi formación como persona y profesional, al instruirme con nuevos conocimientos.

1. Introducción ...1 2. Objetivos ...3 2.1 Objetivo general ...3 2.2 Objetivos específicos ...3 3. Alcances y limitaciones ...4 4. Concreto y materiales...5 4.1 Concreto ...5

4.2 Materiales para la mezcla del concreto ...6

4.2.1 Agregados de la mezcla ...6

4.2.2 Cemento ...6

4.2.3 Agregado fino (Arenas y arcillas) ...7

4.2.4 Agregado grueso (Gravas y gravilla) ...8

4.2.5 Agregado liquido (Agua)...9

5. Materiales no convencionales... 10

5.1 Escombros de construcción ... 11

5.1.1 Implementación del material o agregados de la mezcla ... 12

5.2 Vidrio molido ... 20

5.3 Plástico PET, papel y bagazo de caña de azúcar ... 26

Tabla 1 Resultados de los ensayos de resistencia a la compresión ... 13

Tabla 2 Porcentaje de agregados gruesos en la mezcla de concreto ... 15

Tabla 3 Porcentaje de agregados finos en la mezcla de concreto ... 16

Tabla 4 Porcentaje de agregados naturales a la mezcla de concreto ... 16

Tabla 5 Resultados ensayos de resistencia a la compresión ... 19

Tabla 6 Dosificación de mezcla de concreto para un cilindro de muestra ... 23

Tabla 7 Dosificación unitaria para la producción de un adoquín ... 26

Tabla 8 Cantidades de peso en la elaboración de cilindros con material PET ... 30

Tabla 9 Cantidades de peso en la elaboración de cilindros de material de bagazo de caña de azúcar ... 31

Tabla 10 Cantidad de peso en la elaboración de cilindros con material de Papel 31 Tabla 11 Comparación de resistencias a la compresión de los diferentes materiales no convencionales en la mezcla de concreto ... 34

Ilustración 1 Estructura de concreto (pórtico) ...5

Ilustración 2 bulto de cemento 50kg ...7

Ilustración 3 Agregado fino (Arena) ...8

Ilustración 4 Agregado grueso (Gravas) ...9

Ilustración 5 Tanque de agua ... 10

Ilustración 6 Escombros de estructura demolida... 11

Ilustración 7 Curva granulométricas de los agregados gruesos ... 18

Ilustración 8 Curva granulométrica de los agregados finos ... 18

Ilustración 9 Vidrio triturado ... 20

Ilustración 10 Análisis granulométrico del vidrio molido ... 21

Ilustración 11 Curva granulométrica vidrio molido ... 22

Ilustración 12 Comparación resistencias a los 7 días de curado ... 23

Ilustración 13 Comparación de resistencias a los 14 días de curado ... 24

Ilustración 14 Comparación de resistencias a los 28 días de curado ... 24

Ilustración 15 Botellas de plástico PET ... 28

Ilustración 16 Bagazo de caña de azúcar ... 29

Ilustración 17 Resultados de la resistencia a la compresión obtenida de las muestras de concreto con materiales no convencionales ... 32

Ilustración 18 Comparación de los diferentes materiales no convencionales respecto a la resistencia a la compresión obtenida. ... 34

1. Introducción

Durante muchos años se ha visto el importante incremento en el sector de la construcción y actividades a fines debido al gran incremento en la población mundial, así este sector de la construcción genera una importante actividad económica para un país como lo es Colombia , donde la utilización de todo tipo de concreto ha sido de gran importancia en los procesos que conllevan las actividades de la construcción, dado a que para las actividades en donde se ve la implementación y uso de la mezcla de concreto, es necesario emplear o disponer de diferentes materiales como lo son el cemento, los agregados finos (arenas), los agregados gruesos (grava) y el agua y en diferentes casos la adición de acelerantes y aditivos, dado a que la obtención de estas materias primas se requieren de diversos procesos e industrias que se basan en la explotación y recolección de los materiales, por lo cual que debido a la explotación para la obtención de las materias primas naturales se ve afectado el medio ambiente.

Para todo ingeniero civil se ve el reto de implementar nuevas soluciones a las diversas problemáticas que se presenten en los diferentes diseños y construcción de proyectos que den innovación, creatividad y calidad de estos mismos, cumpliendo con una debida protección al medio ambiente y así aplicar el desarrollo sostenible para la satisfacción de las necesidades que requiere la sociedad.

A causa de poder mejorar y mitigar el daño al medio ambiente producido por materiales que pueden ser reutilizables, se han generado diversos estudios en donde se incluyen en ciertas proporciones el uso de materiales no convencionales como lo son los escombros de construcciones demolidas, el vidrio molido o triturado, el plástico de

tereftalato de polietileno (PET), el bagazo de caña de azúcar, estos materiales se usan en diferentes porcentajes como sustituto de los agregados normalmente utilizados en el concreto. Como se puede ver la fabricación del cemento, la extracción de agregados como las arenas y las gravas traen consigo un gran deterioro y contaminación al medio ambiente y por ello se buscan diversos materiales sustitutos que le ayuden a mejorar las propiedades mecánicas del concreto como lo es la resistencia a la compresión.

En este trabajo de investigación se estudia la viabilidad que genera la

implementación de diversos materiales que generen impactos al medio ambiente y los cuales pueden ser reutilizados como sustitutos parciales de las materias primas que componen una mezcla de concreto convencional cumpliendo todos los parámetros de resistencia a la compresión y las diferentes propiedades del concreto.

2. Objetivos

2.1 Objetivo general

 Analizar el comportamiento mecánico de materiales no convencionales utilizados en la fabricación de concretos.

2.2 Objetivos específicos

 Consultar diversos documentos como proyectos de grado e informes técnicos relacionados con el uso y comportamiento mecánico de materiales no convencionales en la fabricación de concretos.

 Comparar el comportamiento mecánico de concretos elaborados por diferentes investigadores con materiales reciclados tales como: vidrio molido, pasticos PET, bagazo de caña de azúcar y escombros de construcción.

 Concluir la conveniencia o no del uso de materiales no convencionales en la fabricación de concretos en las obras civiles.

3. Alcances y limitaciones

Este trabajo de investigación genera información de diversos estudios realizados por diferentes autores donde dan a conocer los procesos y análisis de laboratorio realizados a mezclas de concreto con diferentes materiales no

convencionales como son los escombros de construcciones, plásticos PET, vidrio molido, bagazo de caña de azúcar, los cuales son usados en diferentes porcentajes como sustitutos parciales a las materias primas que son usadas en un concreto convencional.

Se generaron limitaciones debido a que para este trabajo no se pudo conseguir los materiales no convencionales a utilizar para realizar pruebas de laboratorio propias, ya que en estos momentos se está pasando por una emergencia de salud pública en el país y a nivel mundial ya que, por cuestiones de seguridad y protocolos estimados por el gobierno nacional, los laboratorios de materiales de la universidad Santo Tomas seccional Tunja estaban cerrados, lo cual generó que el trabajo realizado fuera estrictamente investigativo por parte del autor.

4. Concreto y materiales 4.1 Concreto

El concreto es un material el cual es utilizado en el sector de la construcción, esta mezcla homogénea cosiste en la combinación y mezcla homogénea de diversos materiales como el agregado fino (arenas), agregado grueso (gravas), agua, cemento y en ocasiones se añaden aditivos o acelerantes los cuales le dan propiedades especiales a la mezcla (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011), “es una mezcla homogénea de material cementante, agregados inertes y agua, con o sin aditivos” (Bohórquez Vásquez et al., 2007).

Ilustración 1 Estructura de concreto (pórtico)

Fuente: “usos y recomendaciones de las estructuras en concreto,” por Laura Irene Bastidas, 2019 (https://medium.com/@2520171108/usos-y-recomendaciones-de-las-estructuras-en-concreto-52be0c61a2e6)

El material de concreto debe ser una mezcla homogénea que brinda diferentes propiedades esenciales y que da una rigidez y estabilidad para los proyectos de construcción de obras civiles horizontales como verticales, como se ha venido

evidenciando en la actualidad las grandes construcciones de edificios, puentes, viaductos, pavimentos rígidos como obras verticales, entre otros, que son de gran benéfico para el desarrollo de una nación.

4.2 Materiales para la mezcla del concreto 4.2.1 Agregados de la mezcla

Los agregados son materiales que componen en un 75% aproximadamente la mezcla de concreto, los diferentes tipos son: los agregados finos (limos y arcillas) y los agregados gruesos (gravas, gravillas, rocas, entre otros). Estos agregados cumplen una función importante en la mezcla de concreto, la cual le dan una consistencia rígida al momento de la combinación o unión con el cemento y el agua para así tener una mezcla homogénea y estable que brinde una resistencia, trabajabilidad y durabilidad del hormigón.

El agregado hace parte entre un 60 y 75 por ciento del volumen del agregado. Algunas de las características que se deben tener en cuenta para la buena escogencia de los agregados, debe ser: granulometría, limpieza, densidad, forma de las partículas, resistencia al desgaste, origen, etc. Además de ser libre de limo y arcilla, materia orgánica, partículas inconvenientes y sales

inorgánicas. (Bohórquez Vásquez et al., 2007) 4.2.2 Cemento

Es un material en polvo que es utilizado en el sector de la construcción que brinda propiedades de endurecimiento y perdida de plasticidad durante su proceso de fraguado, el material cementante se obtiene de “pulverizar el Clinker con adición de

yeso en donde posee las condiciones de actuar como pegante para el origen o razón que se pueda ser utilizada” (Walhoff, 2017), esta sustancia se puede mezclar con agua y arena para así obtener a lo que comúnmente se le llama mortero.

Material utilizado en la producción de concreto, que reacciona con el agua, presentando un endurecimiento progresivo y desarrollando resistencia gracias a la reacción química de hidratación que logra con el agua. El efecto propio de esta reacción es la generación de cristalización por medio de la formación de hidratos. (ARGOS, 2020)

Ilustración 2 bulto de cemento 50kg

Fuente: Autor

4.2.3 Agregado fino (Arenas y arcillas)

Los agregados finos son todo tipo de arenas o arcillas que se pueden encontrar en el suelo, estos agregados finos “están compuestos por arena natural, arena triturada o combinación de esta” (Técnica, 2000).

Este material es extraído en las canteras, ríos o fuentes superficiales mediante distintos métodos mecánicos o voladuras que tienen una supervisión controlada en el

momento de su extracción, así mismo tratada con la mejor calidad para el uso final que se le va a disponer.

Ilustración 3 Agregado fino (Arena)

Fuente: Autor 4.2.4 Agregado grueso (Gravas y gravilla)

Los agregados gruesos son extraídos de canteras por medio de excavaciones o explotaciones que son realizadas en los macizos rocosos, estos agregados gruesos

surgen de la ruptura o desintegración de las rocas generados por procesos realizados y controlados por maquinaria o explosivos.

El agregado grueso debe estar compuesto de grava de diferentes tamaños, escoria de alto horno enfriada al aire, o concreto triturado fabricado con cemento hidráulico o una combinación de ellos, conforme a los requisitos de esta norma. (Técnica, 2000)

Ilustración 4 Agregado grueso (Gravas)

Fuente: “Agregados para la elaboración de concreto,” por Concretos supermix (https://www.supermix.com.pe/agregados-para-la-elaboracion-de-concreto/)

4.2.5 Agregado liquido (Agua)

Es una sustancia liquida la cual es agregada a la mezcla de concreto, el agua agregada a la mezcla de concreto por lo general es agua para el consumo humano donde esté libre de todo tipo de organismo o químico que pueda afectar la

composición de la mezcla del concreto, esta materia prima es la encargada de hidratar las partículas del cemento donde la unión de las partículas del agua con las partículas de Clinker de cemento le dan la composición fluida y de pasta, este elemento del agua en cada instante que se endurece la mezcla de concreto, gran parte queda en la

estructura rígida del concreto y otra parte es expulsada mediante la evaporación de agua.

Ilustración 5 Tanque de agua

Fuente: Autor.

5. Materiales no convencionales

Los materiales no convencionales son aquellos materiales que no son utilizados en las mezclas de concreto, éstos pueden ser reciclados donde ya han sido utilizados o ya han cumplido con su vida útil, para así llevarlos a un proceso de trituración y manejo para su implementación en diversos porcentajes como agregado para la mezcla de concreto.

En la determinación de los materiales reciclables que son utilizados como remplazo en diferentes proporciones para la mezcla de concreto, se escogieron los escombros de construcciones, la fibra de vidrio, el bagazo de caña de azúcar, el plástico PET, que den mejoras a las propiedades del concreto y se puedan utilizar basándose y respetando las normas exigidas en Colombia y de tal manera garantizar la resistencia requerida para la mezcla de concreto de cualquier obra civil.

Como se puede ver estos materiales no convencionales son utilizados como nuevos agregados para así en cierta parte poder mitigar el impacto ambiental que estos causan, dándoles un nuevo uso el cual da un beneficio y contribuye con el desarrollo de la infraestructura de un país.

5.1 Escombros de construcción

Los escombros son producidos por la demolición o remodelación de las construcciones que están cumpliendo su ciclo de vida, lo cual están compuestos por materiales como mamposterías, fragmentos de rocas, concretos, aceros, maderas o cualquier otro tipo de material que se haya utilizado en la obra de construcción demolida, a estos escombros no se les suministra el uso adecuado para evitar la acumulación de estos mismos y causar daño al medio ambiente.

Ilustración 6 Escombros de estructura demolida

Fuente: Autor.

Los escombros de construcción se pueden reutilizar como material no convencional en la mezcla de concreto, los cuales se deben pasar por un proceso de

trituración y así poder implementarlos como suplemento al agregado fino, para poder determinar si los escombros de construcción pueden aportar las propiedades necesarias que se exigen por la normatividad existentes en Colombia como lo son la norma técnica colombiana (NTC), reglamento colombiano de construcción sismo-resistente (NSR-10), se realizan ensayos de resistencia al esfuerzo de la compresión por medio de cilindros de concreto con la mezcla realizada con materiales no convencionales (escombros de construcción), los cuales se les realiza la falla a las edades de 3, 7, 14, 28 y 56 días de realizados los cilindros y dejados en el proceso de curado para así poder obtener y preservar sus propiedades y obtener su máxima resistencia.

Debido a diferentes investigaciones realizadas para la implementación de los escombros de construcción, diversos investigadores tomaron procesos y seleccionaron los escombros a utilizar, implementándolos en la mezcla de concreto, esto tomando diversas muestras de la mezcla en cilindro de concreto para el respectivo análisis y toma de la resistencia a la compresión que este puede soportar.

5.1.1 Implementación del material o agregados de la mezcla

Los diversos materiales utilizados para la conformación de un concreto se basan en ciertos porcentajes que se le designan a cada uno de los materiales que actúan y hacen parte del hormigón o concreto. En las investigaciones se han usado

porcentajes a cada uno de los materiales implicados en la conformación del hormigón así como también se implementan agregados diferentes a los que usualmente se

utilizan, en este caso podemos hablar de los porcentaje usados para la incorporación de los escombros de construcción y la limalla como agregados a las mezclas de concreto,

por medio de estudios y tomas de muestras para la determinación de que estos agregados cumplan con la resistencia requerida para las obras civiles a realizar.

Para (Bedoya & Dzul, 2015) ellos tomaron cuatro mezclas de concreto las cuales se diseñaron de la siguiente manera: 0-R es la mezcla por la cual se utilizaron solamente agregados naturales, 25-R esta mezcla compone 75% de agregado grueso natural y agregado fino natural cada uno y 25 % de agregado grueso reciclado y agregado fino reciclado cada uno, 50-R esta mezcla comprende un 50% de agregado grueso natural y agregado fino natural cada uno y 50% de agregado grueso reciclado y agregado fino reciclado cada uno y la mezcla 100-R esta comprende un 100% de agregados reciclados, a las cuales se les empleo una relación agua/cemento de 0.5, para así obtener los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión como se evidencia en la tabla 1.

Tabla 1 Resultados de los ensayos de resistencia a la compresión

Mezcla

Resistencia al esfuerzo de la compresión en Mpa

3 días 7 días 14 días 28 días 56 días 91 días 0-R 11,35 15,60 19,26 23,51 26,84 27,39 25-R 11,15 15,33 18,90 22,91 26,35 26,83 50-R 10,82 14,93 18,55 22,28 25,71 25,93 100-R 10,10 13,89 17,33 20,33 21,92 23,02 Fuente: Tomada de resistencia al esfuerzo de la compresión; promedio de tres probetas por edad de acuerdo con la NTC 1377 (ASTM C192M) (Bedoya & Dzul,

2015)

Para la debida implementación de los escombros a las mezclas de concreto, estos deben pasar por un debido proceso de trituración y de esta manera obtener la

granulometría necesaria para sustituirlos como agregados gruesos o finos en las mezclas, “estos materiales de escombros de construcción se ajustan a la reducción de su tamaño a 3/8” y ¼” con la disposición de así poder reemplazar en ciertas cantidades los agregados gruesos y finos” (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011), esto con el fin de que se cumplan las normas establecidas para el diseño de mezcla y la resistencia requerida.

Para los procesos de la preparación del hormigón o concreto se han venido implementando la Norma técnica Colombiana (NTC), “por la cual se hizo seguimiento a los procesos de clasificación granulométrica, ensayos de absorción, densidad y masa unitaria de los agregados que conformaran las mezclas de concreto” (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011), esto con el fin de dar seguimiento y calidad a los procesos que conllevan la composición y diseño de un concreto, así mismo en cuanto la mezcla del hormigón está en el proceso del estado plástico se lleva a cabo el ensayo del CONO DE ABRHAMS para la determinación del asentamiento del concreto.

Para la determinación de que las mezcla de concreto con los agregados de escombros de construcción, den y cumplan con las especificaciones necesarias como lo son la resistencia a la compresión la cual nos permite determinar la capacidad que posee el concreto al momento de aplicarle una carga y da una reseña de lo que puede ser el comportamiento de la estructura bajo las condiciones de la carga establecida.

Para la debida determinación de la resistencia a la compresión se realizan especímenes de cilindros de concreto de 150 mm de diámetro y 300 mm de altura con sus respectivos testigos, los cuales son realizados con una mezcla de concreto

tradicional para realizar la comparación de resistencias obtenidas por los distintos tipos de concretos.

Las mezclas de concreto fueron preparadas con una relación agua/cemento de 0.4. Un total de ocho mezclas fueron preparadas con diferentes porcentajes de agregados, de escombros y de limalla considerando la proporción de mezcla de agregados que arrojara el menor porcentaje de vacíos. (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011)

Como se puede evidenciar en la tabla 2, tabla 3, tabla 4, se dan los porcentajes de cada uno de los agregados que componen las mezclas de concreto realizadas y la resistencia a la compresión obtenida por cada una de las mezclas, así tomar una comparación de las resistencias de estas mezclas respecto a la resistencia obtenida por el testigo el cual se realizó con agregados naturales y que usualmente son utilizados en una mezcla de concreto convencional.

Tabla 2 Porcentaje de agregados gruesos en la mezcla de concreto Mezcla Arena Triturado Ladrillo

grueso Escombros Resistencia kg/cm2 1 30 60 10 169.92 2 20 70 10 153.97 3 40 50 10 223.56 Testigo 40 60 200.68

Fuente: Tomada de mezclas preparadas con agregados no convencionales como proporción (%) del agregado grueso (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011).

Tabla 3 Porcentaje de agregados finos en la mezcla de concreto Mezcla Arena Triturado Ladrillo grueso Resistencia

kg/cm2

4 30 60 10 190.12

Testigo 40 60 200.68

Fuente: Tomada de mezclas preparadas con agregados no convencionales como proporción (%) del agregado fino (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011)

Tabla 4 Porcentaje de agregados naturales a la mezcla de concreto Mezcla Arena Triturado Limalla Escombros Resistencia

kg/cm2

1 40 44 6 10 302.09

2 40 44 6 10 297.8

3 23 61 6 10 306.74

Testigo 40 60 200.68

Fuente: Tomada de mezclas preparadas con agregados no convencionales como proporción (%) de los agregados naturales (Serrano Guzmán & Pérez Ruiz, 2011)

Mediante los procesos de ensayos de resistencia a la compresión que se han realizado, dan muestra de que las mezclas con agregados que usualmente no se

implementan en ella como se ha hablado de los escombros de construcción, la limalla, dan resultados de resistencia mayores a las mezclas comunes en el caso de las muestras llamadas testigos.

Esto con el fin de dar una debida verificación de las calidades de los agregados no convencionales (escombros de construcción y limalla), se realizan los estudios para el manejo de los porcentajes a utilizar como sustitutos de los diferentes agregados del

concreto y poder proporcionar una factibilidad en la implementación de estos materiales al momento de la preparación del hormigón o concreto.

Por otro lado, se realizó investigación de la implementación de los escombros y limalla, en donde se hace una debida selección de los materiales a utilizar y así mismo se define una relación agua/cemento que se ajuste a un asentamiento y resistencia requeridos para los diseños del concreto a utilizar.

Para esta investigación se usaron diseños de mezcla que obtuvieran una resistencia de 3000 psi, 210 Kg/cm2, 21 Mpa, con una comparación de la relación agua/cemento de 0.4 y 0.45, con los estudios realizados a los materiales como la limalla y los escombros se pudo evidenciar que estos

materiales no convencionales obtienen una distribución granulométrica idéntica a la granulometría de los agregados naturales. (Serrano Guzmán & Ruiz, 2011) Como se puede observar en las ilustraciones 7 y 8 las curvas granulométricas de los materiales no convencionales como los escombros de construcción y limalla presentan un comportamiento similar a la granulometría de los agregados naturales, lo cual también se observa la aproximación a la curva ideal por parte de los agregados utilizados.

Ilustración 7 Curva granulométricas de los agregados gruesos

Fuente: Adaptado de “concreto preparado con residuos industriales: resultado de alianza empresa universidad”, (Serrano Guzmán & Ruiz, 2011), revista educación en

ingeniería.

Ilustración 8 Curva granulométrica de los agregados finos

Fuente: Adaptado de “concreto preparado con residuos industriales: resultado de alianza empresa universidad”, (Serrano Guzmán & Ruiz, 2011), revista educación en

ingeniería.

Como se puede evidenciar en la (tabla 5), cuando a la mezcla de concreto le agregamos los materiales no convencionales como son la limalla y los escombros, estos nos arrojan resistencias a la compresión superiores a las resistencias requeridas de 21 Mpa o 210 Kg/cm2.

Tabla 5 Resultados ensayos de resistencia a la compresión

Mezcla

Proporciones de agregados en porcentaje

A/C Resistencia (Kg/cm2) Arena Triturado Ladrillo

fino Ladrillo grueso Escombro grueso Limalla fina Limalla gruesa Mezcla 1 30 60 10 0,4 169,92 Mezcla 2 20 70 10 0,4 153,97 Mezcla 3 30 60 10 0,4 190,12 Mezcla 4 40 50 10 0,4 223,56 Mezcla 5 40 44 10 6 0,4 302,09 Mezcla 6 40 44 10 6 0,45 297,8 Mezcla 7 23 61 10 6 0,4 306,74 Testigo 40 60 0,45 248,74 Testigo 40 60 0,4 200,68

Fuente: Adaptado de “concreto preparado con residuos industriales: resultado de alianza empresa universidad”, (Serrano Guzmán & Ruiz, 2011), revista educación en ingeniería.

Llevado a cabo que con una relación agua/cemento (A/C) de 0,45 se genera una resistencia a la compresión más acorde con la resistencia requerida que con una

relación A/C de 0,4. Por lo tanto una buena distribución o relación de los contenidos de agua y cemento dan al hormigón mejor resistencia y trabajabilidad de la mezcla. 5.2 Vidrio molido

La utilización del vidrio molido como agregado remplazante en diversos porcentajes en la mezcla de concreto, esto debido a que el vidrio es un material que también es utilizado por el sector de la construcción y el cual es un material reciclable, “se ha llevado a cabo mediante investigaciones en donde el vidrio molido se utiliza remplazando en porcentajes de 5%, 10% y 15% a el material de cemento o agregado fino” (Walhoff, 2017), esto con el fin de implementarlo en la mezcla del concreto y así de esa manera obtener una reducción en el costo que genera la producción del

concreto.

Ilustración 9 Vidrio triturado

Fuente: “usos del vidrio triturado”, por recuperaciones de vidrio norte, (https://recuperacionesdevidrionorte.es/vidrio-triturado)

El vidrio es un material que posee propiedades físicas como mecánicas, este por el cual es un material que soporta las acciones que generan los agentes

800 – 1000 Mpa como resistencia a la compresión, un módulo de elasticidad de 70000 Mpa y una resistencia a la flexión de 45 Mpa” (Quispe Auqui, 2017), este material una vez se quiebra o rompe se deposita en los vertederos de basura en donde se generan los grandes impactos ambientales.

El vidrio molido viene de la trituración y molienda del vidrio, en el cual su proceso de trituración consta del uso del molino de bolas o máquina de los ángeles el vidrio es triturado por unas esferas de plomo los cuales dejan el vidrio en partículas pequeñas que deben ser tamizadas por el tamiz N°40. (Walhoff, 2017)

Ilustración 10 Análisis granulométrico del vidrio molido

Fuente: Adaptado de “resistencia a la compresión axial del concreto f’c=210kg/cm2 con la adición de vidrio sódico cálcico en diferentes porcentajes”,

(Quispe Auqui, 2017), tesis de grado universidad del norte.

Ilustración 11 Curva granulométrica vidrio molido

Fuente: Adaptado de “resistencia a la compresión axial del concreto f’c=210kg/cm2 con la adición de vidrio sódico cálcico en diferentes porcentajes”,

(Quispe Auqui, 2017), tesis de grado universidad del norte.

Para la investigación del agregado de vidrio molido de la tesis (Quispe Auqui, 2017), donde realizaron ensayos de resistencia a la compresión de cilindros de

concreto con la mezcla con agregados de vidrio molido en porcentajes de 5%, 10% y 15% de los cuales se comparó con la resistencia obtenida por el ensayo realizado a muestra de concreto convencional, esto con el fin de suministrar el comportamiento y diferencias de resistencias a la compresión que dan las diferentes muestras de concreto.

En la tabla 6 se observa la dosificación de cada uno de los materiales que se necesitan para un cilindro de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, mientras que en las ilustraciones 12, 13 y 14 están los resultados de los ensayos de resistencia a la

compresión realizados a los cilindros con los porcentajes de los agregados de vidrio molido a las edades de 7, 14 y 28 de curado, comparando su resistencia obtenida con la resistencia que obtuvo la muestra de una mezcla de concreto convencional.

Tabla 6 Dosificación de mezcla de concreto para un cilindro de muestra Dosificación para un probeta o cilindro de

concreto

Agua 1,023 Lt

Cemento 1,945 Kg

Grava 5,026 Kg

Arena 3,780 Kg

Fuente: Adaptado de “resistencia a la compresión axial del concreto f’c=210kg/cm2 con la adición de vidrio sódico cálcico en diferentes porcentajes”,

(Quispe Auqui, 2017), tesis de grado universidad del norte.

Ilustración 12 Comparación resistencias a los 7 días de curado

Fuente: Adaptado de “resistencia a la compresión axial del concreto f’c=210kg/cm2 con la adición de vidrio sódico cálcico en diferentes porcentajes”,

(Quispe Auqui, 2017), tesis de grado universidad del norte.

Ilustración 13 Comparación de resistencias a los 14 días de curado

Fuente: Adaptado de “resistencia a la compresión axial del concreto f’c=210kg/cm2 con la adición de vidrio sódico cálcico en diferentes porcentajes”,

(Quispe Auqui, 2017), tesis de grado universidad del norte.

Ilustración 14 Comparación de resistencias a los 28 días de curado

Fuente: Adaptado de “resistencia a la compresión axial del concreto f’c=210kg/cm2 con la adición de vidrio sódico cálcico en diferentes porcentajes”,

(Quispe Auqui, 2017), tesis de grado universidad del norte.

Según la investigación realizada los ensayos que llevaron a cabo se vio un incremento en la resistencia de los cilindros de concreto con agregado en diferentes porcentajes de vidrio molido, esto teniendo un incremento de 1.75%, 4.40% y 2.61% en el agregado de 5%, 10% y 15% respectivamente (Quispe Auqui, 2017), esto viendo que a los 28 días de curado que es cuando el concreto obtiene o adquiere la mayor resistencia a la compresión, con ello viendo que el uso del vidrio molido genera un incremento en la resistencia a la compresión del concreto respecto a resistencia esperada de 210 Kg/cm2 o 21 Mpa.

La implementación del vidrio molido también se realizó en las investigaciones para la fabricación de adoquines tradicionales, “los cuales estos adoquines son bloques macizos que generalmente se fabrican de hormigón que son moldeados mediante procesos de vibrocompactación” (Poveda et al., 2015), esto que la fabricación de los adoquines con agregado de vidrio molido en el momento de aplicarle el esfuerzo a la compresión a los 28 días de su diseño, este debe presentar resistencia sobre los 40 Mpa.

En la fabricación de un adoquín, el cual es constituido en su mayoría por el material de arena, “se realizan investigaciones que lleven a cabo la sustitución del material natural (arena), por el vidrio molido (material no convencional) en diferentes porcentajes y así poder obtener una resistencia a la compresión adecuada” (Poveda et al., 2015), por lo cual se diseñaron adoquines con diferentes dosificaciones como se muestra en la tabla 7.

Tabla 7 Dosificación unitaria para la producción de un adoquín Porcentaje de vidrio 0% 5% 15% 25% 35% Cantidad de adoquines 1 Cemento (Kg) 2,24 2,23 2,21 2,19 2,17 Chispa (Kg) 0,77 0,77 0,76 0,75 0,75 Agua (Kg) 0,14 2,19 0,28 0,37 0,45 Arena roja (Kg) 7,85 7,29 6,19 5,1 4,04 Vidrio (Kg) 0 0,53 1,56 2,59 3,59 Peso total (Kg) 11

Fuente: Adaptado de “Análisis de la influencia del vidrio molido sobre la resistencia al desgaste en adoquines de hormigón tipo A”, (Poveda et al., 2015).

En la investigación llevada a cabo por (Poveda et al., 2015), llegaron a la conclusión que al adicionarle vidrio molido de diferentes granulometrías este no contribuiría en dar una mejora a la calidad del adoquín, puesto que el agregado de vidrio grueso no serviría como un sustituto del material fino como la arena, se puede decir que las implementaciones de vidrio molido les dan una propiedad a los adoquines de baja atacabilidad química por parte de los agentes climáticos que se puedan

presentar. Estos agregados no convencionales dan un beneficio a los adoquines como el de incrementar la resistencia al desgaste de los mismos en el momento de ser utilizados y así mismo alargar la vida útil del adoquín.

5.3 Plástico PET, papel y bagazo de caña de azúcar

El constante incremento en el uso de los plásticos de tereftalato de polietileno (PET) se han visto reflejados en el daño al medio ambiente por eso se ha optado por la reutilización como un agregado no convencional para la mezcla de concreto, el

que se pueden incorporar en ciertos porcentajes en la mezcla de concreto con la funcionalidad de conservar o mejorar las propiedades mecánicas del mismo. El plástico PET (plástico de tereftalato de polietileno) es un material reciclable que principalmente es utilizado en la fabricación de envases o botellas plásticas, generando gran demanda en el mercado.

El plástico PET es un polímero plástico que se obtiene a partir del etileno y el paraxileno. Puede ser transformado mediante procesos de extrusión, inyección, inyección-soplado y termoformado. Es un material lineal, con una gran

transparencia y dureza, muy resistente, tanto al desgaste y a los productos químicos, como al impacto, a la rotura y al fuego. Además, hay que sumarle que es totalmente reciclable y respetuoso con el medio ambiente. (Arteplastica, 2017)

El reciclaje de estos materiales genera una mejora en la parte de mitigar la contaminación del medio ambiente, estos plásticos debido a su acumulación y tardío tiempo que dura para degradarse totalmente generan gran contaminación, es por eso que estos siendo reutilizados en las mezclas de concreto se reducirían su acumulación y así mismo el impacto ambiental que estos producen.

Actualmente, existen tres formas principales de reciclaje de botellas de PET como materiales de construcción, incluyendo la despolimerización de botellas de PET en resina insaturada de poliéster, el uso de fibras de PET como refuerzo del concreto y la sustitución parcial de agregados con residuos de PET. (Pari, 2016)

Ilustración 15 Botellas de plástico PET

Fuente: Autor.

El material de bagazo de caña de azúcar surge de la producción del azúcar el cual se genera en grandes cantidades, “para un país como Colombia donde la

producción de la caña de azúcar es representada como el segundo cultivo de mayor extensión, donde la mayor parte de este material (5 millones) son utilizados

inoficiosamente para la quema de calderas” (Cueva-orjuela & Hormaza-anaguano, 2017).

Por parte del cuidado al medio ambiente la reutilización del bagazo de caña de azúcar tiene una gran influencia puesto que favorece el empleo de las energías renovables y así mitigar las emisiones CO2, se contrarrestan los efectos de la lluvia acida y del efecto invernadero. (Pari, 2016)

Ilustración 16 Bagazo de caña de azúcar

Fuente: “residuos de la caña de azúcar para producir papel reciclado, películas y geles”, por Residuos Profesional, 2020,

(https://www.residuosprofesional.com/bagazo-cana-azucar-papelreciclado/)

Este material de bagazo una vez se le extrae su jugo queda un residuo leñoso que en su estado fresco posee un 40 % de contenido de agua, los cuales por las industrias azucareras son utilizados como combustibles (Saraz et al., 2007).

Para los diseños de los cilindros a los cuales se les aplico el ensayo de resistencia a la compresión se les diseño una mezcla con los debidos porcentajes de 5%, 10% y 20% de los agregados no convencionales como sustitutos parciales del agregado grueso (Gavilla ½”), para así determinar las resistencias que adquieren estas mezclas a las edades de 28 días, donde en ese periodo de tiempo el concreto

(hormigón) adquiere su mayor o la resistencia esperada.

Las nomenclaturas de los nombres de las mezclas (P0, P5, P10, P20, B0, B5, B10,

de azúcar y papel que se reemplazaron por el material de agregado grueso (Gravilla ½”). (Pari, 2016)

En las tablas 8, 9 y 10 se observa las dosificaciones para cada una de las muestras de mezclas con los agregados naturales, plásticos PET, bagazo de caña de azúcar y papel con diferentes porcentajes en remplazo del agregado grueso, esta dosificación es tomada del autor (Pari, 2016) para así llevar a cabo el proceso de curado de las muestras y los ensayos de resistencia a la compresión de cada una de esta.

Tabla 8 Cantidades de peso en la elaboración de cilindros con material PET Nombre del diseño de mezcla Cemento (Kg) Agua (L) Gravilla 1/2" (Kg) Arena gruesa (Kg) PET (Kg) P0 10,26 5,13 17,85 17,85 0 P5 10,26 5,13 16,96 17,85 0,89 P10 10,26 5,13 16,07 17,85 1,79 P20 10,26 5,13 14,28 17,85 3,57

Fuente: Adaptado de “reutilización de plástico pet, papel y bagazo de caña de azúcar, como materia prima en la elaboración de concreto ecológico para la

construcción de viviendas de bajo costo”, (Pari, 2016).

Tabla 9 Cantidades de peso en la elaboración de cilindros de material de bagazo de caña de azúcar

Nombre del diseño de mezcla Cemento (Kg) Agua (L) Gravilla 1/2" (Kg) Arena gruesa (Kg) Bagazo de caña de azúcar (Kg) B0 10,26 5,13 17,85 17,85 0 B5 10,26 5,13 16,96 17,85 0,89 B10 10,26 5,13 16,07 17,85 1,79 B20 10,26 5,13 14,28 17,85 3,57

Fuente: Adaptado de “reutilización de plástico pet, papel y bagazo de caña de azúcar, como materia prima en la elaboración de concreto ecológico para la

construcción de viviendas de bajo costo”, (Pari, 2016)

Tabla 10 Cantidad de peso en la elaboración de cilindros con material de Papel Nombre del diseño de mezcla Cemento (Kg) Agua (L) Gravilla 1/2" (Kg) Arena gruesa (Kg) Papel (Kg) M0 10,26 5,13 17,85 17,85 0 M5 10,26 5,13 16,96 17,85 0,89 M10 10,26 5,13 16,07 17,85 1,79 M20 10,26 5,13 14,28 17,85 3,57

Fuente: Adaptado de “reutilización de plástico pet, papel y bagazo de caña de azúcar, como materia prima en la elaboración de concreto ecológico para la

construcción de viviendas de bajo costo”, (Pari, 2016)

En los procesos de selección de los materiales no convencionales para las mezclas de concreto se realizó una debida limpieza y lavado del material y después triturar los plásticos pet en formas pellets con diámetros de 5 mm, igualmente el bagazo de caña de azúcar se ejecutaron los cortes de la fibra con 15 y 25 mm y se

lavaron para así eliminar las impurezas existentes y utilizarlos como remplazo parcial en los diferentes porcentajes en la mezcla de concreto.

En el diseño de los cilindros de concreto son de 6” de diámetro y 12” de altura se dejan en el proceso de curado y a los 28 días de diseñados se les realiza el ensayo de resistencia la compresión, se puede evidencia en la ilustración 17 los resultados que se obtuvieron de los ensayos y comparar las resistencias obtenidas por parte de la mezcla de concreto convencional y las mezclas de concreto con porcentajes de agregados no convencionales (plástico PET, bagazo de caña de azúcar y papel).

Ilustración 17 Resultados de la resistencia a la compresión obtenida de las muestras de concreto con materiales no convencionales

Fuente: Adaptado de “reutilización de plástico pet, papel y bagazo de caña de azúcar, como materia prima en la elaboración de concreto ecológico para la construcción de viviendas de bajo costo”, (Pari, 2016), tesis de maestría de la

universidad nacional de Trujillo.

Con los resultados de la resistencia a la compresión obtenidos se evidencia que para tener una resistencia más óptima se incluiría como agregado no convencional el plástico PET, ya que éste presenta una mejora en la resistencia en los porcentajes de 5%

y 10% agregados como remplazo al material natural, se evidencia que el incremento del porcentaje del agregado no convencional (plástico PET) como sustituto del agregado grueso (grava) la resistencia a la compresión disminuye.

6. Análisis de las investigaciones

Debido a las investigaciones realizadas en este trabajo se llevó a cabo estudios de materiales no convencionales que en general se están determinando como desechos y presentan un alto grado de contaminación debido a su mal manejo y disposición.

Estos materiales no convencionales que fueron utilizados como remplazantes en determinados porcentajes de los agregados finos y gruesos de una mezcla de concreto, arrojaron resultados positivos en su mayoría debido a que brindaron una mejora a la mezcla de hormigón o concreto de las propiedades mecánicas como son la resistencia a la compresión y el módulo de elasticidad, dándole una mejor

trabajabilidad y durabilidad al concreto.

Con respecto a los materiales que mejor se comportaron como agregados no convencionales a la mezcla de concreto, como se evidencio en la tabla 11 e ilustración 18 en la mayoría de los materiales generaron una mejoría en la resistencia a la

compresión con respecto a las resistencias analizadas de los cilindros de mezcla normal y porcentajes que se le agregaron, a comparación con el material de papel y el bagazo de caña de azúcar los cuales arrojaron una disminución de resistencia a la compresión en las muestras que se tomaron de mezclas de concreto con porcentajes de agregados de papel.

Tabla 11 Comparación de resistencias a la compresión de los diferentes materiales no convencionales en la mezcla de concreto

Materiales no convencionales % del agregado no convencional Resistencia (Kg/m2) Resistencia muestras de concreto convencional (Kg/m2) Escombros de construcción 10 223,56 200,68 Escombros con limalla 16 297,8 248,74 Vidrio molido 10 325,17 311,45 Plástico PET 5 459,26 353,55 Bagazo de caña de azúcar 5 305,9 353,55 Papel 5 235,74 353,55

Ilustración 18 Comparación de los diferentes materiales no convencionales respecto a la resistencia a la compresión obtenida.

0 100 200 300 400 500 Escombros de construccion Escombros con limalla

Vidrio molido Plástico PET Bagazo de caña de azúcar Papel R es is tenc ia a la co m pr es io n (K g/ cm 2 ) Materiales no convencionales

Resistencia a la compresion obtenida de los

cilindros de concreto a los 28 dias de curado

7. Conclusiones y recomendaciones

• La elaboración del concreto con diferentes materiales no convencionales como son los escombros de construcción, la limalla, los plásticos PET y el vidrio molido, generan una viabilidad y aumento de las propiedades mecánicas requeridas para una mezcla de concreto.

• Se observó que llevando a cabo unos debidos procesos de trituración, limpieza y buena granulometría del material, el uso del plástico PET como agregado del concreto es el que genera un gran incremento en las propiedades del concreto como lo es la resistencia al esfuerzo de compresión

• Con los agregados no convencionales se pudo demostrar que, al reutilizarlos en un porcentaje adecuado en una mezcla de concreto, estos pueden influir y optimizar las propiedades del concreto y así también mitigar los impactos ambientales generados por la acumulación de estos mismo en diferentes lugares y depósitos de basura.

• Con estas investigaciones también podemos ver que al incluir estos agregados no convencionales se puede generar una reducción en los costos de producción de una mezcla de concreto debido a la facilidad en la adquisición de los

materiales como los escombros de construcción, los plásticos PET, entre otros materiales.

• Con base en la información obtenida de las investigaciones, se recomienda realizar pruebas de laboratorio con el fin de integrar materiales no

pañetes, mortero de pega, donde se evidencie mejoras en la resistencia,

manejabilidad, durabilidad, adherencia, entre otras propiedades de la mezcla de morteros y se evite el incremento de cargas a la estructura de una edificación. • Mediante el apoyo por parte de la universidad se pueden iniciar nuevos

estudios e investigaciones con la incorporación de materiales como son los escombros de construcción, los plásticos PET, cauchos de neumáticos, entre otros materiales no convencionales que pueda ser reciclados y reutilizados en las mezclas de concreto, esto realizando ensayos de laboratorio basados y en las normas, llevando una granulometría adecuada de los materiales a usar para que así puedan ser utilizados como agregados de una mezcla de mortero.

• Con ayuda de las empresas de la construcción y productoras de envases PET, se debe motivar e incentivar en el sector de la construcción el uso de los materiales reciclables generados en la región, para preservar el cuidado del medio ambiente, la generación de empleo y reducción de costos de la materia prima.

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