Índice
CAPÍTULO CAPÍTULO I:...................... ............................. .......... ... ................ ........................ ............... ......... ............... ....................... ................ .......... .. 6 I.1. Marco Marco Conceptua Conceptuall ............................. ................................ ... ................................ ................................ ................................ ................................ ............ 6 I.1.1 I.1.1 Concret Concretoo ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 6 I.1.2 I.1.2 Concreto Concreto Aligerado Aligerado ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...... 8 I.1.3 Clasificación de los Hormigones livianos según su método de Producción: .................. ......... ......... 10 I.1.4 Clasifica Clasificación ción según el uso................................ ................................ ................................ ................................ ........................... ........................... 10 I.1.5 Se clasifican clasifican según según su material material aligerante: aligerante: ................................ ................................ ................................ ................................ ... 11 I.1.6 Concreto Concreto Aligerado a base de Poliestiren Poliestirenoo Expandido ................................ ................................ ................. 11
I.2. Marco Marco Técnico Técnico ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................ 13 I.2.1 Descripció Descripciónn de los material materiales es ................... ................................ ............. ................................ ................................ ...................... ...................... 13 I.2.2 El muestreo muestreo de los agregados agregados .......................... ................................ ...... ................................ ................................ ...................... ...................... 18 I.2.3 Pruebas de laboratorio laboratorio más comunes del concreto concreto y sus agregados agregados ..................... ............ .................. ......... 22 I.2.4 Marco Marco Ambie Ambiental ntal ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ....... 31 31
CAPÍTULO CAPÍTULO II: ................ ....................... ............... .......... ............... ....................... ................ .......... ................ ........................ .............. ...... 38 II.1. Granulome Granulometría tría de los agregados ......................... ................................ ....... ................................ ................................ ................... 38 II.1.1 II.1.1 Objetivo Objetivo del Ensayo Granulométrico Granulométrico ................................ ................................ ................................ ................................ ......... 38 II.1.2 II.1.2 Equipo Utiliza Utilizado do ......................... ................................ ....... ................................ ................................ ................................ ................................ ....... 38 II.1.3 II.1.3 Glosario Glosario ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ .................... .................... 39 II.1.4 II.1.4 Procedimiento Procedimiento ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 39
II.2. Colorim Colorimetría etría ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ .................. .................. 40 II.2.1 II.2.1 Objetivos Objetivos ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ .................. .................. 40 II.2.2 II.2.2 Equipo utilizado utilizado ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........ 40 II.2.3 II.2.3 Procedimiento Procedimiento ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 40
II.3. Gravedad Gravedad especific especificaa ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...... 41 II.3.1 II.3.1 Objetiv Objetivos os .......................... ................................ ...... ................................ ................................ ................................ ................................ .................. .................. 41 II.3.2 II.3.2 Equipo Utilizado Utilizado ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ....... 41 II.3.3 II.3.3 Procedimiento Procedimiento ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 41 II.3.4 II.3.4 Cálculos: Cálculos: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................... 43
II.4. Peso Peso Volumétrico........... Volumétrico.............................. ....................... ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 44 II.4.1 II.4.1 Objetivos Objetivos ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ .................. .................. 44 II.4.2 II.4.2 Equipo Utiliza Utilizado do ......................... ................................ ....... ................................ ................................ ................................ ................................ ....... 44
II.4.3 II.4.3 Procedimie Procedimiento nto ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 44
II.5. Compresió Compresión n del mortero ................................ ................................ ................................ ................................ ............................... ............................... 47 II.5.1 II.5.1 Objetiv Objetivos os .......................... ................................ ...... ................................ ................................ ................................ ................................ .................. .................. 47 II.5.2 II.5.2 Equipo Equipo ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 47 II.5.3 II.5.3 Procedimiento Procedimiento ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 48
II.6. Materia Materiales les a usar ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 50 II.6.1 II.6.1 Poliestireno Poliestireno Expandido....... Expandido.......................... ......................... ...... ................................ ................................ .............................. .............................. 50 II.6.2 II.6.2 Breve Reseña Reseña Histórica Histórica ................................ ................................ ................................ ................................ ............................. ............................. 51 II.6.3 Propiedades Propiedades y Características del Poliestireno Poliestireno Expandido ................. ........ .................. ............... ...... .......... ......... . 52 II.6.4 II.6.4 Cemento portland portland ³Piedra azul´................. azul´................................ ............... ................................ ................................ ................. 53 II.6.5 II.6.5 Acetona Acetona pura ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 54
CAPÍTULO CAPÍTULO III:.................... ............................ ............ .... ............... ....................... ................ .......... ............... ....................... .............. ...... 55 III.1. Introducción Introducción.................. ................................ .............. ................................ ................................ ................................ ................................ ................. 55 III.2. Granu Granulome lometría tría ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 57 III.2.1 III.2.1 Procedimie Procedimiento nto en el Laborator Laboratorio io ................................ ................................ ................................ ................................ ............... 57 III.2.2 III.2.2 Resultados Resultados de la prueba Granulométr Granulométrica ica ................................ ................................ ................................ ................................ ... 60 III.2.3 III.2.3 Grafica Grafica de la Granulometría Granulometría de la arena arena ................................ ................................ ................................ ................................ .... 61
III.3. Colorime Colorimetría............... tría................................ ................. ................................ ................................ ................................ ................................ ................. 63 63 III.3.1 III.3.1 Resultado Resultado Obtenido:.............. Obtenido:................................ .................. ................................ ................................ ................................ ................................ . 65
III.4. Peso Volumétri Volumétrico co y Absorción Absorción ................................ ................................ ................................ ................................ ..................... ..................... 66 III.4.1 III.4.1 Datos: Datos: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 68 III.4.2 III.4.2 Resultados Resultados peso volumétric volumétricoo y absorción.................... absorción................................ ............ ................................ ................................ .. 68
III.5. Prueba del poliestireno expandido (Numero 6 reciclado) con acetona pura ............ .. 69 III.5.1 III.5.1 Datos: Datos: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 71
CAPÍTULO CAPÍTULO IV: ................ ........................ ............... ......... ............... ....................... ................ .......... ............... ....................... .............. ...... 73 IV.1. Diseño de la mezcla concreto aligerado aligerado con poliestireno expandido ................. ........ .................. ........... 73 IV.2. Procedim Procedimiento iento de la Mezcla ............................. ................................ ... ................................ ................................ ......................... ......................... 74 IV.3. Calculo de la cantidad de los agregados para un cilindro cilindro (prueba de compresión)... 76 IV.3.1 Proce Procedimie dimiento: nto: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........ 76 76 IV.3.2 Datos Datos del del Cilindro:................. Cilindro:................................ ............... ................................ ................................ ................................ ................................ ... 76 IV.3.3 Calculo Calculo del Volumen Volumen del Cilindro: Cilindro: .................... ................................ ............ ................................ ................................ .......... 76
II.4.3 II.4.3 Procedimie Procedimiento nto ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 44
II.5. Compresió Compresión n del mortero ................................ ................................ ................................ ................................ ............................... ............................... 47 II.5.1 II.5.1 Objetiv Objetivos os .......................... ................................ ...... ................................ ................................ ................................ ................................ .................. .................. 47 II.5.2 II.5.2 Equipo Equipo ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 47 II.5.3 II.5.3 Procedimiento Procedimiento ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 48
II.6. Materia Materiales les a usar ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........... 50 II.6.1 II.6.1 Poliestireno Poliestireno Expandido....... Expandido.......................... ......................... ...... ................................ ................................ .............................. .............................. 50 II.6.2 II.6.2 Breve Reseña Reseña Histórica Histórica ................................ ................................ ................................ ................................ ............................. ............................. 51 II.6.3 Propiedades Propiedades y Características del Poliestireno Poliestireno Expandido ................. ........ .................. ............... ...... .......... ......... . 52 II.6.4 II.6.4 Cemento portland portland ³Piedra azul´................. azul´................................ ............... ................................ ................................ ................. 53 II.6.5 II.6.5 Acetona Acetona pura ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 54
CAPÍTULO CAPÍTULO III:.................... ............................ ............ .... ............... ....................... ................ .......... ............... ....................... .............. ...... 55 III.1. Introducción Introducción.................. ................................ .............. ................................ ................................ ................................ ................................ ................. 55 III.2. Granu Granulome lometría tría ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 57 III.2.1 III.2.1 Procedimie Procedimiento nto en el Laborator Laboratorio io ................................ ................................ ................................ ................................ ............... 57 III.2.2 III.2.2 Resultados Resultados de la prueba Granulométr Granulométrica ica ................................ ................................ ................................ ................................ ... 60 III.2.3 III.2.3 Grafica Grafica de la Granulometría Granulometría de la arena arena ................................ ................................ ................................ ................................ .... 61
III.3. Colorime Colorimetría............... tría................................ ................. ................................ ................................ ................................ ................................ ................. 63 63 III.3.1 III.3.1 Resultado Resultado Obtenido:.............. Obtenido:................................ .................. ................................ ................................ ................................ ................................ . 65
III.4. Peso Volumétri Volumétrico co y Absorción Absorción ................................ ................................ ................................ ................................ ..................... ..................... 66 III.4.1 III.4.1 Datos: Datos: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 68 III.4.2 III.4.2 Resultados Resultados peso volumétric volumétricoo y absorción.................... absorción................................ ............ ................................ ................................ .. 68
III.5. Prueba del poliestireno expandido (Numero 6 reciclado) con acetona pura ............ .. 69 III.5.1 III.5.1 Datos: Datos: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ...................... ...................... 71
CAPÍTULO CAPÍTULO IV: ................ ........................ ............... ......... ............... ....................... ................ .......... ............... ....................... .............. ...... 73 IV.1. Diseño de la mezcla concreto aligerado aligerado con poliestireno expandido ................. ........ .................. ........... 73 IV.2. Procedim Procedimiento iento de la Mezcla ............................. ................................ ... ................................ ................................ ......................... ......................... 74 IV.3. Calculo de la cantidad de los agregados para un cilindro cilindro (prueba de compresión)... 76 IV.3.1 Proce Procedimie dimiento: nto: ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ........ 76 76 IV.3.2 Datos Datos del del Cilindro:................. Cilindro:................................ ............... ................................ ................................ ................................ ................................ ... 76 IV.3.3 Calculo Calculo del Volumen Volumen del Cilindro: Cilindro: .................... ................................ ............ ................................ ................................ .......... 76
IV.4. Procedim Procedimiento iento para la elaboración de los cilindros cilindros ....................... ................................ ......... ..................... ..................... 79 IV.4.1 IV.4.1 Prueba Prueba de revenimie revenimiento nto ................................ ................................ ................................ ................................ ............................ ............................ 80
IV.5. Prueba Prueba de compresión compresión de los cilindros cilindros ................................ ................................ ................................ ................................ ........ 83
CAPÍTULO CAPÍTULO V: ................ ....................... ............... .......... ............... ....................... ................ .......... ................ ........................ .............. ...... 87 V.1. Análisis Análisis Económico y Factibilidad Factibilidad de la Mezcla. ................................ ................................ .......................... .......................... 87 V.1.1 Introducc Introducción ión ............................. ................................ ... ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 87
V.2. Factibil Factibilidad idad................................ ................................ ................................ ................................ ................................ ................................ .................... .................... 88 V.3. Precios de los Materiales en el Mercado Actual................... Actual................................ ............. ............................ ............................ 90 V.4. Comparación de Precios entre el Hormigón Hormigón Convencional y Aligerado Aligerado ..................... .............. ....... 90 V.5. Introducció Introducción n al Mercado Mercado ................................ ................................ ................................ ................................ ............................... ............................... 93
CAPÍTULO CAPÍTULO VI: ................ ........................ ............... ......... ............... ....................... ................ .......... ............... ....................... .............. ...... 94 VI.1. Aplicaciones Aplicaciones del Poliestir Poliestireno eno expandido ................................ ................................ ................................ ................................ ...... 94 VI.2. El poliestiren poliestirenoo en la Construcción Construcción .............................. .................................. ................................ ................................ ............... 94 VI.3. Algunos Algunos Ejemplos Ejemplos aplicables aplicables a nuestro medio................................ ................................ ............................. ............................. 96
CAPÍTULO VII: ................................ .......................... ...... ................................ ........................ ........ ......................... 100 VII.1. Conclu Conclusione sioness ...................... ................................ .......... ................................ ................................ ................................ ................................ ............. 100 VII.2. Recom Recomendacio endaciones nes ......................... ................................ ....... ................................ ................................ ................................ ................................ ..... 101
Indices de Figuras FIGURA I-1 SÍMBOLO DE CLASIFICACIÓN PARA EL RECICLADO DEL POLIESTIRENO ................................ ... 34 FIGURA I-2 R ECICLADO DEL P OLIESTIRENO ................................ ................................ ............................ 37 FIGURA II-1C EMENTO A UTILIZAR E N LA PRUEBAS DE LABORATORIO ................................ ...................... 53 FIGURA III-1M EZCLA ACETONA NORMAL CON POLIESTIRENO EXPANDIDO ................................ .............. 56 FIGURA -III-3. BANDEJA CON ARENA ................................ ................................ ................................ ..... 57 FIGURA -III-2. MUESTRA DE LA ARENA ................................ ................................ ................................ .. 57 FIGURA-III-5. TAMICES ................................ ................................ ................................ ......................... 58 FIGURA-III-4. PESO DE 500 GRAMOS DE ARENA ................................ ................................ ...................... 58 FIGURA III-6 AGITADOR METÁLICO................................ ................................ ................................ ....... 58 FIGURA III-7. PROBETA MÁS AGUA DESTILADA ................................ ................................ ...................... 63 FIGURA-III-8. PESO SODA CAUSTICA ................................ ................................ ................................ ...... 63 FIGURA III-9. MEZCLA DE LA SODA CON AGUA ................................ ................................ ....................... 64 FIGURA III-10 BOTE CON ARENA Y MEZCLA DE LA SOLUCIÓN ................................ ................................ .. 64 FIGURA III-11 MEZCLADO DE LA ARENA Y LA SOLUCIÓN EN EL BOTE ................................ ...................... 65 FIGURA III-12 BOTE CON LA TABLA COLORIMÉTRICA ................................ ................................ ............. 65 FIGURA III-13 BANDEJA CON ARENA PARCIALMENTE SECA ................................ ................................ ..... 66 FIGURA III-14 CONO O MOLDE CON ARENA ................................ ................................ ............................ 66 FIGURA III-15 MUESTRA DE ARENA CON LA FORMA DEL MOLDE O CONO ................................ .................. 67 FIGURA III-16 PICNÓMETRO AL 90% DE LA ARENA Y AGUA ................................ ................................ .... 67 FIGURA III-17 BEAKER CON 100 ML DE ACETONA PURA ................................ ................................ .......... 69 FIGURA III-18 100 ML DE ACETONA PURA CON POLIESTIRENO EXPANDIDO ................................ .............. 69 FIGURA III-20. MATRAZ CON POLIESTIRENO Y ACETONA PURA ................................ ............................... 70 FIGURA III-19 PROCEDIMIENTO PARA LA RECUPERACIÓN DE LA ACETONA PURA ................................ ...... 70 FIGURA .III-21. MEZCLA FINAL ACETONA PURA Y POLIESTIRENO 3 DÍAS DESPUÉS ................................ .... 72 FIGURA IV-1 MEDICIÓN DEL CILINDRO ................................ ................................ ................................ .. 76 FIGURA IV-2 CUARTEADORA MECÁNICA ................................ ................................ ............................... 79 FIGURA IV-3MEZCLADORA MECÁNICA ................................ ................................ ................................ .. 79 FIGURA IV-4 LLENADO DEL CONO DE ABRAMS ................................ ................................ ...................... 80 FIGURA IV-5E NRASADO DEL CONO DE ABRAMS ................................ ................................ ..................... 81 FIGURA IV-6 LLENADO DE LOS CILINDROS CON LA MEZCLA ELABORADA ................................ ................ 82 FIGURA IV-7 CURADO DE LOS CILINDROS PARA POSTERIOR PRUEBA DE COMPRESIÓN .............................. 82 FIGURA IV-8COLOCACION DEL CILINDRO EN LA MÁQUINA DE COMPRESIÓN ................................ ............ 83 FIGURA IV-9 APLICACIÓN DE LA FUERZA DE COMPRESIÓN ................................ ................................ ...... 83 FIGURA IV-10 MAQUINA AUTOMATIZADA DE COMPRESIÓN ................................ ................................ .... 84 FIGURA IV-11 COLOCACIÓN DEL CILINDRO DENTRO DE LA MAQUINA ................................ ...................... 84 FIGURA IV-12 DATOS DE LA PRUEBA DE COMPRESIÓN DEL C ILINDRO ................................ ...................... 84 FIGURA VI-1ALGUNAS APLICACIONES POLIESTIRENO EXPANDIDO (ISOTEX, 2008)................................ ... 95 FIGURA VI-2 MOLDURAS
DE
P OLIESTIRENO
EXPANDIDO RECICLADO
(IMAGEN
OBTENIDA
POR
CATALOGOARTMOLD) ................................ ................................ ................................ ..................
96
FIGURA VI-3 BLOQUE CON POLIESTIRENO EXPANDIDO TRITURADO (IMAGEN DE PROVOCA) ..................... 96 FIGURA VI-4 PANEL DE EPS CON MALLA ELECTRO SOLDADO (PANEL CONFORT HOUSE, 2004)................ 97 FIGURA VI-5 PARED HECHA C ON PANELES DE EPS (PANEL CONFORT HOUSE, 2004) ............................... 97 FIGURA VI-6 ADOQUINES PARA ACERAS (IMAGEN DE PROVOCA) ................................ ............................. 98 FIGURA VI-7LOSA ALIGERADA C ON VIGUETA Y BOVEDILLA CON EPS (IMAGEN DE PROVOCA) ................. 98 FIGURA VI-8 PERFIL DE LA LOSA ALIGERADA CON POLIESTIRENO ................................ ........................... 99
Indices de Tablas TABLA I-1R EQUERIMIENTOS GRANULOMETRÍA FINA ................................ ................................ .............. 22 TABLA II-1PESOS E SPECÍFICOS DEL AGUA ................................ ................................ .............................. 46 TABLA II-2 GRANULOMETRÍA DE LA ARENA OTTAWA ................................ ................................ ............ 48 TABLA III-1. R ESULTADOS DE GRANULOMETRÍA FINA ................................ ................................ ........... 60 TABLA III-2. ABERTURAS DE TAMICES Y % PASA ................................ ................................ ................... 60 TABLA III-3. MODULO DE F INURA ................................ ................................ ................................ ......... 62 TABLA III-4DATOS PESO VOLUMÉTRICO Y ABSORCIÓN ................................ ................................ ........... 68 TABLA III-5R ESULTADOS PESO VOLUMÉTRICO Y ABSORCIÓN ................................ ................................ .. 68 TABLA III-6. DATOS PRUEBA DE LA ACETONA Y POLIESTIRENO ................................ ............................... 71 TABLAIV-1 (R ESULTADOS DE E NSAYO I NDUSTRIAS ISOTEX PARA UN METRO CUBICO ) ............................ 73 TABLA IV -IV-2 DENSIDAD Y PORCE NTAJES DE LOS AGRE GADOS PARA UN M ................................ ......... 75
TABLA IV -IV-3 DENSIDAD Y PESOS DE LOS AGREGADOS PARA UNM ................................ ..................... 75
TABLA IV-4 R ESULTADOS PESOS DE LOS AGREGADOS PARA UN CILINDRO DE CONCRETO ALIGERADO ....... 78 TABLA IV-5DATOS GENERALES DE LA PRUEBA A COMPRESIÓN DE LOS CILINDROS ................................ ... 85 TABLA IV-6 DOSIFICACIONES PARA 6 CILINDROS ................................ ................................ ................... 86
Indices de Ecuaciones ECUACIÓN II-1................................ ................................ ................................ ................................ ...... 43 ECUACIÓN II-2................................ ................................ ................................ ................................ ...... 43 ECUACIÓN II-3................................ ................................ ................................ ................................ ...... 43 ECUACIÓN II-4................................ ................................ ................................ ................................ ...... 43 ECUACIÓN 1 ................................ ................................ ................................ ................................ ......... 74 ECUACIÓN 2 ................................ ................................ ................................ ................................ ......... 74 ECUACIÓN 3 ................................ ................................ ................................ ................................ ......... 76 ECUACIÓN 4 ................................ ................................ ................................ ................................ ......... 77
CAPÍTULO I:
I.1. Marco Conceptual I.1.1 Concreto El concreto u hormigón como también se le conoce es, como se había mencionando en el protocolo la mezcla entre un material cementante (a base de pulverización del clinker portland), agregados pétreos como ser arena, grava y agua. El material es por excelencia el más utilizado en la construcción. Esto se debe a sus propiedades mecánicas que son capaces de aguantar o resistir grandes esfuerzos a base de compresión. Sus usos se remontan a épocas antiguas, desde los Babilonios, pasando por la edad Egipcia y Maya, los seres humanos vieron la necesidad de pegar de alguna manera las diferentes piezas que armaban las estructuras de su época. Algunos usaron arcilla, otros como ser los romanos usaron ceniza volcánica con caliza como material cementante, e incluso los egipcios llegaron a usar el mortero como se conoce hoy en día (la combinación entre arena y mezcla cementosa). Los Romanos encontraron en un lugar llamado Pozzuoli, un material volcánico con el que observaron que podían triturar y mezclar con agua y arena para hacer una pasta maleable. Observaron que al secar esta pasta maleable adquiría dureza y era capaz de pegar bloques con gran facilidad y durabilidad. Este material lo conocemos actualmente como puzolana y es la materia prima para hacer el cemento. Sus características hacen del concreto un material casi idóneo para construcciones de grandes edificios. La ventaja que tiene sobre otros materiales como ser el acero, es que no se corroe si está expuesto a la intemperie, alta resistencia a la compresión, construcción de estructuras uniformes, continuas y monolíticas, y facilidad de construcción ya que es el material creado por el hombre más utilizado en toda la historia. (USGS, 2007). Aun y cuando sea el material hecho por el hombre más utilizado, tiene sus desventajas, como ser su resistencia a la tracción que en Ing. Civil se supone como nula (aunque la
realidad es que soporta aproximadamente 10% de su resistencia a compresión), 1 tiempo de fraguado, inestabilidad volumétrica, pero la desventaja principal es su peso. El peso específico de un material es su peso por unidad de volumen. Se puede expresar
como ,
o cualquier unidad que represente peso sobre volumen. En promedio el
peso específico del concreto común de resistencia regular es de 2400
el acero tenga un peso especifico mayor (7850 )
3
2
. A pesar que
en la construcción de obras civiles,
el acero requiere menos área debido a su modulo de resistencia, por lo tanto menos peso en total. El problema en esto es que al hacer una modelación ya sea computacional o a mano de una estructura, el valor de carga muerta será muy alto y esto eleva los costos de construcción en cimentaciones, columnas y vigas. Lo ideal sería que existiera un material que no comprometa sus propiedades mecánicas y sea de un peso mucho más bajo que del concreto convencional, y resulte económico. Lastimosamente solo 2 de estas 3 posibilidades pueden combinarse, es decir, podemos crear un concreto ligero pero arriesgaríamos sus propiedades mecánicas, o podemos hacer un concreto ligero con las mismas propiedades pero elevaríamos los costos de manera sustancial. La solución más factible hoy en día que podemos proponer nosotros con la tecnología que contamos es construir los elementos estructurales principales de manera convencional, pero utilizando elementos más ligeros para elementos secundarios como ser paredes, fachadas, paneles, bloques, alcantarillado, y demás que no estén bajo cargas de gran magnitud. Al construir elementos de este tipo no solo se ahorraría en lo económico sino también en tiempo, que en nuestro medio es un factor fundamental.
1
(EHE, 1999) (ACI, 2005) 3 (Milarium, 2004) 2
I.1.2 Concreto Aligerado Una de las soluciones que proponemos para hacer de la construcción una labor más económica es la de aligerar los elementos de concreto que no estarán sometidos a esfuerzos muy grandes. Aunque lo ideal sería que el material a construir sea liviano, económico y con igual o mayor resistencia, como se expuso anteriormente solo 2 de 3 solicitaciones pueden ser combinadas. El concreto aligerado o liviano tiene el mismo principio de construcción que el concreto convencional, es decir se logra mediante el empleo de agregados ligeros en la mezcla con un material cementante. El concreto ligero ha sido usado donde la carga muerta es un factor importante y el concreto de peso normal es muy pesado para ser práctico. Debido a que las propiedades físicas de los agregados normales y ligeros son diferentes, sus factores de diseño también varían. Sin embargo, los procedimientos de diseño son idénticos. 4 El concreto ligero ha sido particularmente útil en estructuras de varios niveles, donde se requieren peraltes mínimos y la ubicación para las columnas está limitada, y en puentes muy altos donde la carga muerta de la superestructura requiere columnas y estribos excesivamente grandes para resistir las fuerzas sísmicas. El peso reducido del concreto minimiza la cantidad de acero de refuerzo en la superestructura y concreto y acero de refuerzo en la subestructura al grado de que el ahorro en los materiales pueda contrarrestar el ligeramente más elevado costo de los agregados ligeros, resultando en una estructura factible desde el punto de vista económico. Por ejemplo, los esfuerzos por carga muerta en un puente con una luz mayor de 200m. Son alrededor del 90% de los esfuerzos totales. Es así obvio que reducir la carga muerta es un enfoque lógico para la construcción de claros grandes más económicos. Con los concretos aligerados se puede reducir la carga hasta un 800% es decir, si
un concreto convencional tiene un peso especifico aproximado de 2400 un concreto aligerado puede llegar a tener una densidad relativa de 300 . 5
4 5
Manual de Diseño y Construcción de Concreto, 1977 Litebuilt, 2009
Las ventajas de tener materiales con baja densidad son numerosas. Por ejemplo, reducción de las cargas muertas, mayor rapidez de construcción, así como menores costos de transportes y acarreos. El peso que gravita sobre la cimentación de un edificio es un factor importante en el diseño del mismo especialmente hoy en día en que la tendencia es hacia la construcción de edificios cada vez más alta. Los agregados producidos por aplicación de calor para expandir la pizarra, arcilla, esquisto, la pizarra diatomácea, perlita, obsidiana y vermiculita tienen una
densidad de 650 a 900 6 para el caso del proceso mediante aglutinado y de 300 a 650 kg/m3 cuando se hacen en el horno giratorio. Los concretos que se obtienen tienen densidades entre 1,400 a 1,800
tienen la ventaja de que se obtienen resistencias más
elevadas que con cualquier otro agregado ligero. En cuanto a la resistencia, hay una relación directa y casi lineal entre el porcentaje de cemento que se agrega a la mezcla y su modulo de resistencia a la compresión (f`c). Entre más alto sea el porcentaje de cemento en la mezcla, mayor será su resistencia a la compresión, pero se pierde el factor aligerado, es decir la estructura se vuelve más pesada. Es indispensable encontrar un punto de equilibrio que no haga el elemento de concreto aligerado ni tan pesado, ni tan débil y que sea factible desde el punto de vista económico.
I.1.2.1. Métodos de Aligeramiento Los concretos livianos tienen densidades menores que concretos normales hechos con agregados comunes. La disminución de la densidades o mejor dicho peso especifico de estos hormigones se produce por una presencia de vacíos en el agregado, en el mortero o entre las partículas de agregado grueso. Esta presencia de vacíos ocasiona la disminución de la resistencia del concreto, por lo que muchas veces la resistencia no es la condición predominante para los hormigones, y en otros casos se compensa. 6
(Flying Concrete Manual, 2004)
En construcciones de Hormigón, el peso propio de la estructura representa una proporción importante en la carga total de la estructura por lo que reducir la densidad del mismo resulta muy beneficioso. Así se reduce la carga muerta, con la consiguiente reducción del tamaño de los distintos elementos estructurales, llegando a los cimientos y al suelo con menores cargas. Pero básicamente el uso de Hormigones livianos depende de las consideraciones económicas.
Existen diferentes maneras de cómo aligerar el concreto.
I.1.3 Clasificación de los Hormigones livianos según su método de Producción: 7 Concreto de Agregado Ligero: Uso de agregados livianos porosos de baja gravedad específica aparente. Concreto Aireado, celular, espumoso o gaseoso: Se introducen vacíos dentro del concreto que se distinguen de los huecos producidos por el arrastre de aire. Concreto sin finos: Se omite el agregado de finos, por lo que gran número de vacíos intersticiales están presentes, los agregados gruesos son de peso específico normal.
I.1.4 Clasificación según el uso Hormigón Liviano Estructural : Se clasifica en función de una resistencia
mínima, una densidad en estado seco que generalmente no excede los 1840 kg/m . Hormigón usado en unidades de Mampostería Hormigón aislante: Se clasifica en función de su coeficiente de conductividad
térmica, y su densidad es más baja que para los hormigones livianos estructurales.
7
(CIRSOC, 2002)
Así mismo los hormigones livianos se clasifican según el material aligerante, es decir lo que se va a añadir a la mezcla de concreto para que este se vuelva más voluminoso pero con menor peso.
I.1.5 Se clasifican según su material aligerante: Naturales: a) P iedra P ómez: de color claro, vidrio volcánico parecido a una espuma. No son débiles estructuralmente y proporcionan un concreto con densidad de entre 700 a 1400 kg/m . Tienen características aislantes buenas pero gran contracción y absorción. b) Escoria: es una roca vidriosa vesicular, parecida a las cenizas industriales. El hormigón que forma es similar al de la piedra pómez. c) Cenizas Volcánicas Artificiales: Se clasifican de acuerdo al material base y al método de fabricación. a) Agregados producidos por aplicación de calor para expandir la pizarra, arcilla, esquisto, la pizarra diatomácea, perlita, obsidiana y vermiculita. b) Agregados obtenidos por procedimientos de enfriamiento especiales para proporcionar la expansión de la escoria de alto horno. c) Agregados creados a partir de sintetización de polímeros como ser el poliestireno, poliestireno expandido. d) Inyección de Aire
I.1.6 Concreto Aligerado a base de Poliestireno Expandido En el concreto ligero, la reducción en peso comparado con el normal, se logra introduciendo vacíos o espacios con aire, como se había mencionado con anterioridad, o utilizando como una de las alternativas posibles el Poliestireno Expandido (EPS por sus siglas en ingles). Este proceso se realiza agregando una estructura celular como el EPS al concreto y de esta manera se produce un concreto con células de aire dentro del mismo, lográndose ahorros muy interesantes en el costo del concreto con excelentes cualidades mecánicas.
La siguiente tabla muestra diferentes proporciones de Poliestireno Expandido y Cemento y los resultados obtenidos en ensayos de 1 de concreto. (Provista por Industrias Isotex). Más adelante se hará un informe técnico del poliestireno Expandido en forma de espuma.
Tabla 1.1 (Resultados de Ensayo Industrias Isotex) Al hacer una grafica entre la densidad y la resistencia a compresión se puede observar que a mayor peso, mayor resistencia de manera casi lineal. Así que si nuestra idea es crear un concreto muy ligero se estará comprometiendo la resistencia a la compresión.
Resistencia a la Compresion Vs Densidad 160
140 120
100 80
Resistencia a la Compresion
60 40
20 0
600
800
1000
1200
1400
1600
Tabla 1.2 (Resistencia a la Compresión vs Densidad)
I.2. Marco Técnico I.2.1 Descripción de los materiales El hormigón liviano se caracteriza por su capacidad aislante y su baja densidad. Según CIRSOC 201 un hormigón se considera liviano cuando su densidad no excede los 2000 kg/m3. Las demás características dependerán del tipo de agregado. A continuación se describirá la composición física y mecánica de los agregados a utilizar en el concreto aligerado:
I.2.1.1. Poliestireno I.2.1.1.1. Composición Es un polímero. La base del poliestireno es el estireno, un liquido cuyas moléculas se polimerizan, dando origen a las macromoléculas de poliestireno. El estireno se mezcla íntimamente con agua y un agente de expansión: el hidrocarburo pentano C5H12. De esta forma obtenemos el poliestireno expansible que luego podrá ser expandido conformando las distintas formas comerciales. También se puede obtener otro tipo de poliestireno expansible denominado ³difícilmente inflamable´ o ³auto extinguible´ del cual ya veremos sus propiedades.
I.2.1.1.2. Origen Es de origen artificial, ya que al no encontrarse poliestireno expansible en la naturaleza, debemos recurrir a procesos de sintetización a fin de producirlo. El poliestireno expansible, se pre-expande en grandes ³ollas´ (90ºC a 105ºC) aumentando su volumen hasta 50 veces gracias a la acción del agente de expansión, dando lugar así a la famosa ³perlita´ de poliestireno. Luego se dejan un tiempo en reposos a fin de que el aire penetre en las partículas y las seque, estabilizando su volumen. Estas son las perlitas que se utilizan como agregado en el hormigón que se complementan con aditivos.
I.2.1.1.3. Características del agregado P orosidad / compacidad:
1 cm3 de poliestireno expandido contiene de 3 a 6 millones de celdillas, cerradas
y no conectadas, llenas de aire. Es entonces un material muy poroso, pero cuya característica principal reside en estas celdillas cerradas y no conectadas. Dureza / Blandura:
Debido a su porosidad y al material polímero que rodea las celdillas, es compresible con los dedos. Es entonces un material blando y de buena elasticidad. Densidad / P eso específico:
Debido al volumen que representan las celdillas de aire (alcanzan hasta un 97%), es un material de muy baja densidad y muy bajo peso especifico. El peso específico es función de la duración del calentamiento en el proceso de pre-expansión. Densidad:
10 kg/m³ aproximadamente F orma:
Las perlitas son de forma esférica. Si el material proviene del reciclado por lo cual son de forma irregular. C olor:
Son de color blanco Absorción:
Gracias a la conformación del EPS (celdillas de aire cerradas y no conectadas entre sí) el material es de muy baja absorción.
Lisura o rugosidad superficial:
En este aspecto reside uno de los grandes problemas de las perlitas de EPS. La superficie de la perlita es casi perfectamente lisa lo que afecta considerablemente la adherencia de la pasta de cemento y agua, a la misma, a la hora de mezclar los componentes del hormigón. Esto sumado a la baja densidad de la perlita hacen que alguna de ellas se ³floten´ en la mezcla intima, generando así un esqueleto granular defectuoso. Otro aspecto que aporta a este fenómeno es la poca trabazón entre perlitas debido a su forma perfectamente esférica. T amaños comerciales (granulometría):
Granulometría variable entre 2 y 8 mm
I.2.1.2. Arena I.2.1.2.1. Arena fina Es la que sus granos pasan por un tamiz de mallas de 1mm de diámetro y son retenidos por otro de 0.25mm.
I.2.1.2.2. Arena media Es aquella cuyos granos pasan por un tamiz de 2.5mm de diámetro y son retenidos por otro de 1 mm.
I.2.1.2.3. Arena gruesa Es la que sus granos pasan por un tamiz de 5mm de diámetro y son retenidos por otro de 2.5mm. Las arenas de granos gruesos dan, por lo general, morteros más resistentes que las finas, si bien tienen el inconveniente de necesitar mucha pasta de conglomerante para rellenar sus huecos y ser adherentes. En contra partida, el mortero sea plástico, resultando éste muy poroso y poco adherente.
El amasado de los morteros se realiza removiendo y agitando los componentes de la mezcla las veces necesarias para conseguir su uniformidad. Esta operación se llama batir la mezcla. Preferentemente, el amasado se efectúa en amasadoras u hormigoneras, batiendo la mezcla con un mínimo de un minuto.
El amasado a mano debe hacerse sobre una plataforma impermeable y limpia, realizándose como mínimo tres batidos. El conglomerante en polvo se mezcla en seco con la arena, añadiendo después el agua. El tiempo de utilización, en el mortero de cemento debe utilizarse sólo dentro de las dos horas inmediatas a su amasado. Durante este tiempo puede agregarse agua, si es necesario, para compensar la pérdida da de agua de amasado. Pasado el plazo de dos horas, el mortero sobrante debe desecharse, sin intentar volver a hacerlo utilizable. El mortero de cal puede usarse durante un tiempo ilimitado siempre que se conserve en las debidas condiciones. Con el yeso se forma un mortero simple amasándolo tan sólo con agua y, a veces, con algo de arena. La cantidad de agua de amasado varía con la clase de trabajo a que se destine el mortero. Como cantidades aproximadas de yeso y agua para confeccionar 1m de mortero de consistencia normal La composición granulométrica de la arena se acostumbra analizar mediante su separación en siete fracciones, cribándola a través de mallas normalizadas como "serie estándar", cuyas aberturas se duplican sucesivamente a partir de la más reducida que es igual a 0.150 mm. De esta manera, para asegurar una razonable continuidad en la granulométrica de la arena, las especificaciones de agregados para concreto (NOM C111/ASTM C 33) requieren que en cada fracción exista una proporción de partículas comprendida dentro de ciertos límites establecidos empíricamente.
Dichos limites, que definen el huso granulométrico tiene criterios regido, a la aceptación de la arena con base en esta característica, sino de preferencia deja abierta la posibilidad de que puedan emplear arenas con ciertas deficiencias granulométricas, siempre y cuando no exista la alternativa de una arena mejor graduada, y se demuestre mediante pruebas que la arena en cuestión permite obtener concreto de las características y propiedades requeridas a costo razonable.8 De igual modo que en el caso de la arena, es deseable que el agregado grueso en conjunto posea continuidad de tamaños en su composición granulométrica, si bien los efectos que la granulometría de la grava produce sobre la manejabilidad de las mezclas de concreto no son tan notables como los que produce la arena.
I.2.1.3. Cemento Se denomina cemento a un conglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava, más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece al reaccionar con el agua, adquiriendo consistencia pétrea, denominado hormigón (en España y el Caribe hispano) o concreto (en Sudamérica). Su uso está muy generalizado en construcción e ingeniería civil, su principal función la de aglutinante. 9 Existen diversos tipos de cemento, diferentes por su composición, por sus propiedades de resistencia y durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos. Desde el punto de vista químico se trata en general de una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena. El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es compleja, se utilizan terminologías específicas para definir las composiciones. Uno de los cementos más utilizados es el cemento portland, el cual tiene muchos tipos y depende que es lo que vamos a realizar con dicho elemento. Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este 8 9
Esta fuente fue extraída de : (USGS, 2007) Esta fuente fue extraída de: (valladares, 2005)
material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios. Normativa de la calidad del cemento portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150. En Europa debe estar de acuerdo con la norma EN 197-1.
9
I.2.1.4. Agua El agua da plasticidad a la mezcla para que sea trabajable y provoca la reacción química que produce el fragüe. Casi cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado, se puede utilizar para producir concreto. Sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas para el concreto. Se puede utilizar para fabricar concreto si los cubos de mortero (Norma ASTM C109), producidos con ella alcanzan resistencia a los siete días iguales a al menos el 90% de especímenes testigo fabricados con agua potable o destilada. Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de fraguado y la resistencia de el concreto, si no también pueden ser causa de eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. El agua que contiene menos de 2,000 partes de millón (ppm) de sólidos disueltos totales generalmente pueden ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar concreto. El agua que contenga más de 2,000 ppm de sólidos disueltos deberá ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado. 10
I.2.2 El muestreo de los agregados I.2.2.1. Propósito del muestreo La toma de muestras de los agregados constituye una operación fundamental en el proceso de control de calidad de la producción del concreto. El muestreo puede producirse en el yacimiento, en la planta de beneficio o al pie de obra, según su razón de ser.
10
Esta fuente fue extraído de: (Arqhys, 2002)
En algunos trabajos de construcción alejados de los centros urbanos, ante la carencia de proveedores, se requiere desarrollar la explotación, eventual de yacimientos. En estos casos, para seleccionar las canteras más apropiadas, determinar la potencia aprovechable y orientar los procedimientos de beneficio, se toman muestras de hoyos formados sobre los frentes descubiertos, luego de eliminar el material superficial o el proveniente de deslizamientos. Cuando no existe frente abierto, las muestras se extraen excavando hoyos o calicatas, en profundidad y distancia definidas, de acuerdo con el volumen de material requerido. Cuando se requiere conocer la calidad de un producto que se ofrece en el mercado, se procede a la toma de muestras en la planta de producción. Se recomienda extraer las muestras de manera intermitente mientras se carga el material a los vehículos. De no ser posible, se puede obtener muestras separadas de los silos, tomándolas de la parte superior y de la boca de descarga. En los procedimientos de muestreo en obra, para el control directo de la producción del concreto, se toman muestras durante la descarga de los vehículos de transporte, actuando separadamente sobre la parte superior, media e inferior de la tolva. Las exigencias del muestreo son más amplias cuando se necesita evaluar un yacimiento o dar conformidad al material beneficiado por un proveedor. En la producción diaria del concreto, el número de ensayos que se efectúa es más reducido y de variable periodicidad, la que muchas veces se regula según las modificaciones del material que se observan durante la inspección. Las pruebas de rutina están destinadas a dar información sobre problemas potenciales en el proceso de control de calidad. En las plantas de producción de concreto, las muestras se toman por lotes en cada turno de operación de la planta, en las tolvas de pasaje.
I.2.2.2. Tipo de muestra Cuando la inspección indica diferencias sustantivas en los materiales, en tamaño, textura o color (lo que ocurre generalmente en el yacimiento), deberá ensayarse independientemente cada una de las muestras que se obtengan, las que se denominan "muestras representativas simples". Cuando no se observa diferencias en el material, las muestras simples se mezclan debidamente de manera que representen la condición media del agregado, denominándose "muestra representativa compuesta". Para su envío a laboratorio, las muestras representativas pueden reducirse hasta llegar al volumen mínimo adecuado, según los requerimientos de ensayo. Las muestras representativas no deberán ser menores de 25 k. en el caso de la arena y 70 k. en el caso del agregado grueso. Los ensayos normalizados que se realizan sobre los agregados, podemos agruparlos en las siguientes categorías:
I.2.2.2.1. Ensayos para determinar su conformidad con la norma de requisitos: ASTM C 136; NTP 400.012; Análisis granulométrico. ASTM C 40; NTP 400.013; Método de ensayo para determinar cualitativamente las impurezas orgánicas del agregado fino. ASTM C 142; NTP 400.015; Método de ensayo para determinar los terrones de arcilla y partículas friables en el agregado. ASTM C88; NTP 400.016; Determinación de la inalterabilidad de agregados por medio de sulfato de sodio o sulfato de magnesio. ASTM C131; NTP 400.019; Determinación de la resistencia al desgaste en agregados gruesos de tamaño pequeño por medio de la Máquina de Los Ángeles. ASTM C535; NTP 400.020; Determinación de la resistencia al desgaste en agregados gruesos de gran tamaño por medio de la Máquina de Los Ángeles. ASTM C123; NTP 400.023; Método de ensayo para determinar la cantidad de partículas livianas en los agregados. ASTM C87; NTP 400.024; Método de ensayo para determinar el efecto de impurezas orgánicas del agregado fino sobre la resistencia de morteros y hormigones.
I.2.2.2.2. Ensayos de carácter excepcional: ASTM C 289; Método de ensayo para determinar la reactividad potencial de agregados (método químico). ASTM C 227; Método de ensayo para determinar la reactividad potencial alcalina de combinaciones cemento-agregados (método de la barra de mortero). Boletín Técnico Nº 13. 1984 ASTM D 2419; Equivalente de arena en el agregado fino. ASTM C851; Procedimiento para estimar la dureza del agregado grueso.
I.2.2.2.2.1. Ensayos utilizados en obras para efecto de diseño de mezclas: ASTM C29; NTP 400.017; Método de ensayo para determinar el peso unitario de los agregados. ASTM C127; NTP 400.021; Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado grueso. ASTM C128; NTP 400.022; Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado fino.
I.2.2.3. Envase y rotulado. Las muestras de agregados se remitirán al laboratorio en cajas herméticas, bolsas de tejido tupido o recipientes que no permitan la pérdida del material más fino. Cada muestra o envase llevará convenientemente asegurada una etiqueta en la que se determinará lo siguiente:
Nombre del remitente y fecha de envío.
Tipo de material e identificación de procedencia.
Ubicación y denominación del yacimiento, depósito o planta.
Estimación del volumen aproximado que representa la muestra.
Empleo posible.
I.2.3 Pruebas de laboratorio más comunes del concreto y sus agregados
I.2.3.1. Análisis granulométrico I.2.3.1.1. Conveniencia del Control Como quiera que en la producción del concreto los agregados finos y gruesos se mezclen separadamente, es conveniente determinar y controlar la granulometría de cada uno de ellos. La calidad del concreto depende básicamente de las propiedades del mortero, en especial de la granulometría y otras características de la arena. Como no es fácil modificar la granulometría de la arena - a diferencia de lo que sucede con el agregado grueso, que se puede cribar y almacenar separadamente sin dificultad, la atención principal se dirige al control de su homogeneidad.
I.2.3.1.2. Especificaciones granulométricas La granulometría se refiere a la distribución de las partículas de arena. El análisis granulométrico divide la muestra en fracciones, de elementos del mismo tamaño, según la abertura de los tamices utilizados. El Reglamento Nacional de Construcción especifica la granulometría de la arena en concordancia con las normas del ASTM. Los requisitos están referidos a tamices normalizados según la serie de la ³Organización Internacional de Normalización ISO´. Los requerimientos se dan en la tabla; T abla I-1Requerimientos granulometría fina 11
11
Extraído de la fuente Standard Specification for Concrete Agregates. ASTM C 33. Reglamento Nacional de Construcción. Lima. Perú.
I.2.3.1.3. El módulo de finura El denominado módulo de finura, de empleo extensivo en los Estados Unidos, representa un tamaño promedio ponderado de la muestra de arena, pero no representa la distribución de las partículas. La norma ASTM lo incorpora en las regulaciones del agregado fino. Establece que la arena debe tener un módulo de finura no menor que 2,3 ni mayor que 3.1. Especifica que la variación del módulo de finura de la arena no debe variar en ± 0.2 de la base del módulo para una determinada obra. Este término de referencia, se obtiene de acuerdo a los valores conocidos en la producción anterior, por ensayos previos o como el promedio de las primeras muestras del material recibido. El módulo de finura se define como un factor empírico que se obtiene por la suma de los porcentajes totales de la muestra de arena, retenidos en cada uno de los tamices especificados y dividiendo la suma por 100. No existe una granulometría óptima, en cuanto su comportamiento es función de su propia forma y textura, del contenido del cemento, del tamaño máximo del agregado grueso y método de puesta en obra del concreto. 12
I.2.3.2. Peso Volumétrico de los Agregados El peso volumétrico ( también llamado peso unitario o densidad en masa) de un agregado, es el peso del agregado que se requiere para llenar un recipiente con un volumen unitario especificado.
13
I.2.3.3. Peso Específico y Absorción La densidad es una propiedad física de los agregados y está definida por la relación entre el peso y el volumen de una masa determinada, lo que significa que depende directamente de las características del grano de agregado.
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Extraído de la fuente Standard Specification for Concrete Agregates. ASTM C 33. Reglamento Nacional de Construcción. Lima. Perú. 13 Extraído de la fuente: (Construsprende, 2005)
Como generalmente las partículas de agregado tienen poros tanto saturables como no saturables, dependiendo de su permeabilidad interna pueden estar vacíos, parcialmente saturados o totalmente llenos de agua se genera una serie de estados de humedad a los que corresponde idéntico número de tipos de densidad, descritos en las Normas Técnicas Colombianas 176 y 237; la que más interesa en el campo de la tecnología del concreto y específicamente en el diseño de mezclas es la densidad aparente que se define como la relación que existe entre el peso del material y el volumen que ocupan las partículas de ese material incluidos todos los poros (saturables y no saturables). Este factor es importante para el diseño de mezclas porque con él se determina la cantidad de agregado requerido para un volumen unitario de concreto, debido a que los poros interiores de las partículas de agregado van a ocupar un volumen dentro de la masa de concreto y además porque el agua se aloja dentro de los poros saturables. El valor de la densidad de la roca madre varía entre 2.48 y 2.8 kg/cm . El procedimiento para determinarla está se encuentra en la NTC 176 para los agregados gruesos y la NTC 327 para los agregados finos. Existen tres tipos de densidad las cuales están basadas en la relación entre la masa (en el aire) y el volumen del material; a saber: 1. Densidad Nominal . Es la relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo los poros no saturables, y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a temperatura establecida. 2. Densidad Aparente. La relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo sus poros saturables y no saturables, (pero sin incluir los vacíos entre las partículas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida. 3. Densidad Aparente (SSS ). La relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo la masa del agua dentro de los poros saturables, (después de la inmersión en agua durante aproximadamente 24 horas), pero sin incluir los vacíos entre las partículas, comparado con la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida.
La densidad aparente es la característica usada generalmente para el cálculo del volumen ocupado por el agregado en diferentes tipos de mezclas, incluyendo el concreto de cemento Portland, el concreto bituminoso, y otras mezclas que son proporcionadas o analizadas sobre la base de un volumen absoluto. La densidad aparente es también usada en el cálculo de los vacíos en el agregado en la NTC 1926. La densidad aparente (SSS) se usa si el agregado está húmedo, es decir, si se ha satisfecho su absorción. Inversamente, la densidad nominal (seco al horno) se usa para cálculos cuando el agregado está seco o se asume que está seco. La densidad nominal concierne a la densidad relativa del material sólido sin incluir los poros saturables de las partículas constituyentes. La absorción en los agregados, es el incremento en la masa del agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partículas, expresado como un porcentaje de la masa seca. El agregado se considera como "seco" cuando se ha mantenido a una temperatura de 110°C ± 5°C por suficiente tiempo para remover toda el agua no combinada. La capacidad de absorción se determina por medio de los procedimientos descritos en la Norma Técnica Colombiana 176, para agregados gruesos, y la Norma Técnica Colombiana 237, para los agregados finos. Básicamente consiste en sumergir la muestra durante 24 horas luego de lo cual se saca y se lleva a la condición de densidad aparente (SSS); obtenida esta condición, se pesa e inmediatamente se seca en un horno y la diferencia de pesos, expresado como un porcentaje de peso de la muestra seca, es la capacidad de absorción. 14
14
Extraído de la fuente: (Constru aprende , 2006)
I.2.3.3.1. Los métodos de ensayo. Existen dos métodos de ensayo que corresponden a agregados gruesos mayores de 3/4", Boletín Técnico N° 12. 1984 que comprenden tamaños hasta de 3"; y para agregados menores de 1 ½´. El ASTM denomina estas normas como C 535 y C 131. La muestra de ensayo debe corresponder a las graduaciones establecidas en las tablas 1 y 2 según sea el caso. La carga abrasiva consiste en esferas de acero, de aproximadamente 4.7 cm. (1 7/8") de diámetro y cada una con un peso entre 390 y 445 g. La muestra, conjuntamente con la carga abrasiva, se coloca en la máquina de Los Ángeles y se le hace rotar durante 500 revoluciones, en el caso del agregado más pequeño; y a 1,000 revoluciones en el otro. Se debe cuidar que la máquina tenga una velocidad periférica uniforme. Cuando se produce una pérdida de carrera en el mecanismo motriz, los resultados de ensayo varían apreciablemente. Cuando se desea obtener información sobre la uniformidad del agregado, se determina la pérdida que se produce después del 20% de las revoluciones normalizadas, que en relación a la pérdida obtenida al término de la prueba, no deberá exceder en más de 0.2 si el material es de dureza uniforme. La pérdida de material después del ensayo se determina tamizando la porción final en la malla N° 12. La diferencia entre el peso original y el peso final de la muestra de ensayo se expresará como porcentaje del peso original. La norma ASTM determina como límite admisible en los agregados un índice máximo del 50%. La resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros. Para determinar la dureza se utiliza un método indirecto cuyo procedimiento se encuentra descrito en la Normas ICONTEC 93 y Norma ICONTEC 98 para los agregados gruesos. Dicho método más conocido como el de la Máquina de los Ángeles, consiste básicamente en colocar una cantidad especificada de agregado dentro de un tambor cilíndrico de acero que está montado horizontalmente. Se añade una carga de bolas de acero y se le aplica un número determinado de revoluciones. El choque entre el agregado y las bolas da por resultado la abrasión y los efectos se miden por la diferencia
entre la masa inicial de la muestra seca y la masa del material desgastado expresándolo como porcentaje inicial. Dicha abertura está provista de una tapa que debe reunir las siguientes condiciones: Asegurar un cierre hermético que impida la pérdida del material y del polvo. Tener la forma de la pared interna del tambor, excepto en el caso de que por la disposición de la pestaña que se menciona más abajo, se tenga certeza de que el material no puede tener contacto con la tapa durante el ensayo. Tener un dispositivo de sujeción que asegure al mismo tiempo la fijación rígida de la tapa al tambor y su remoción fácil.
15
I.2.3.4. Contenido de Materia Orgánica Utilizando la Tabla de colorimétrica
Se dice que un agregado está limpio cuando carece de limo, arcilla, materia orgánica, carbón de piedra, lignito y algunas partículas blandas y ligeras. Las impurezas son generalmente arcillas, las cuales se aceptan de un 2% a 3% de arcilla u otro material polvoriento. La mayor parte de las especificaciones limitan las cantidades permisibles de estas sustancias perjudiciales en los agregados. La ASTM ha designado bajo C 144 44 todo lo correspondiente a impurezas y las ha clasificado bajo dos formas: S ustancias totalmente prohibidas : que consisten en carbón, cascarillas de hierro
y arcillas en grumos. Estas son intolerables. S ustancias tolerables hasta cierto límite: las cuales consisten en cantidades
pequeñas de sulfatos o sulfuros, coloides minerales y orgánicos.
15
Extraída por la fuente de (Construaprende, 2005)
Estas sustancias pueden producir diversos efectos sobre el hormigón, por ejemplo: Las impurezas orgánicas afectan el fraguado y el endurecimiento del hormigón y pueden producirle también deterioro. Los materiales más finos del # 200 (limo y arcilla) afectan la adherencia entre la pasta y los agregados y pueden aumentar mucho la cantidad de agua necesaria. Los materiales ligeros pueden afectar la durabilidad, del hormigón y producir reventones y manchas. Las partículas blandas afectan la durabilidad, la resistencia al desgaste del hormigón y pueden producir reventones y aumentar la demanda de agua. Las partículas frágiles afectan la manejabilidad, la durabilidad y producen reventones. El valor principal del método del colorímetro es el de proporcionar una advertencia sobre la posible presencia de impurezas orgánicas. 16
I.2.3.5. Resistencia a compresión de los mortero de cemento portland Mortero de cemento Masa constituida por árido fino, cemento y agua, que eventualmente puede contener algún producto de adición para mejorar sus propiedades. Se usa para unir elementos como ladrillos, piedras, sentar bordillos, pavimentos, etc. Su resistencia depende la calidad del cemento, proporciones de sus componentes y del proceso de curado. En este ensayo la muestra de cemento se mezcla con una arena silicosa (de Ottawa, cuya granulometría se presenta en el procedimiento), y agua en las proporciones prescritas y se moldea en cubos de 2 x 2 x 2 plg. Estos cubos se curan y luego se prueban a la comprensión, para obtener una indicación de las características que sirven para desarrollar la resistencia del cemento.
16
Extraído por la fuente: (Scribd, 2002)
I.2.3.6. Resistencia a la tracción de los morteros del cemento portland La resistencia a tracción nos proporciona información sobre la dificultad que oponen las partículas a separarse. Como en el resto de este tipo de materiales la resistencia a tracción es baja, por lo que debe asegurarse que el material no estará expuesto a estas solicitaciones. Estas resistencias mecánicas de los morteros de revestimiento no deben ser superiores a la de los soportes. El mortero debe ser lo suficientemente flexible para acompañar leves movimientos del soporte por causas térmicas o estructurales. Una excesiva rigidez provocaría la aparición de fisuras o agrietamientos. 17
I.2.3.7. Cono de Abrams. Cono de asentamiento o Slump (cono de Abrams). Es una prueba sencilla, fácil de hacer y relativamente de bajo costo. Si se realiza siguiendo el procedimiento que se señala a continuación, constituye un medio adecuado para controlar la uniformidad de las mezclas. Para diferentes estructuras y condiciones de colocación del concreto hay diferentes asentamientos apropiados: Para losa y pavimentos compactados manualmente con varilla el asentamiento debe ser del orden de 50- 100 mm. (2"- 4"). Para secciones muy reforzadas y donde la colocación del concreto sea difícil, un asentamiento de 100- 150 mm. (4"- 6") es el adecuado. Para la mayoría de mezclas de concreto en obras medianas y pequeñas una consistencia plástica corresponde a un asentamiento entre 50- 100mm. (2"- 4"). Para el ensayo de asentamiento se requiere del siguiente equipo: Un molde cónico de 203 mm +-3 mm de diámetro en la base mayor, 102 mm +3 mm. En la base menor y 305mm +- 3mm de alto Una varilla compactadora o apisonadora de acero, cilíndrica y lisa de 16 mm de diámetro, una longitud aproximada de 600 mm y la punta redondeada.
17
Extraído por la fuente: (Scribd, 2002)
El molde puede ser elaborado de lámina de acero inoxidable o lamina galvanizada calibre16. Es preferible soldarlo cuidando que quede liso por dentro sin reborde de soldadura. La muestra de concreto debe tomarse de en una misma tanda o masada de la porción central del volumen de la descarga de la mezcladora y con un recipiente que abarque todo el chorro de la descarga. En caso de mezclas hechas a mano, la muestra se toma de la pila de concreto, al menos de 5 puntos distintos, después se vuelven a mezclar y se pasan al ensayo de asentamiento inmediatamente. El ensayo de asentamiento se hace de la siguiente manera: Se humedece el interior del molde y la base sobre la cual se hará el ensayo, la que debe ser firme, plana, nivelada y no absorbente. Se sujeta el molde firmemente con los pies y se llena 1/3 del volumen del cono que corresponde a una altura de 64 cm. sobre la base. Se apisona 25 veces con la varilla compactadora evitando que la misma toque la base en que se apoya el cono. Se coloca una segunda capa de un tercio del volumen que corresponde a una altura de 15 cm. Sobre la base. Y se puya 25 veces cuidando que la varilla penetre ligeramente la capa anterior. Se llena el molde colocando un poco más del concreto necesario y se golpea 25 veces penetrando ligeramente la capa anterior. Se aparta el concreto que haya caído ligeramente alrededor del molde. Se levanta el molde verticalmente en 5 a 10 segundos, sin impactarle movimiento lateral o de torsión. Se coloca el molde al lado del concreto ensayado y se mide la distancia entre la varilla colocada sobre el molde y la cara superior del concreto, a esta distancia en cm., mm, o pulgadas se le llama ASENTAMIENTO. Si ocurre un derrumbamiento pronunciado o resquebrajamiento del concreto, hacia un lado, el ensayo debe repetirse desechando el concreto del ensayo anterior. La pastosidad o plasticidad del concreto influida también por los finos puede observarse golpeando el concreto de lado con la varilla. Un resquebrajamiento brusco indica que le falta arena y un aplazamiento progresivo indica que tiene suficientes finos.
I.2.4 Marco Ambiental Existen varias opciones de reciclar o reusar productos o embalajes fabricados a base de poliestireno expandido o convertirlo a espuma. Se debe facilitar el reciclado directo o por terceros (no contaminarlo, formar paquetes, reducir volumen, llevarlo a una institución recolectora, etc.). Reusar el embalaje a nivel doméstico (mudanzas, almacenaje, jardinería, decoración). Moler piezas del poliestireno expandido recolectadas. Emplear la molienda en la fabricación de
hormigón
liviano o en el aflojamiento de suelos, jardines,
estadios. Volver al Poliestireno (PS): Con el poliestireno expandido desgasificado se pueden fabricar piezas por inyección (macetas, carretes de películas, artículos de escritorio, etc.). Se rescata así la energía "intrínseca" del plástico. Esta energía (que es la acumulada durante todo el proceso industrial a partir del petróleo en el material) siempre es mayor a la obtenida por combustión. Obtención de energía calórica para procesos a escala industrial. 1 kg de espuma del tipo fácilmente inflamable (generalmente embalajes) equivale en su valor energético a aproximadamente 1,2l de fueloil. En un proceso de combustión completa, el poliestireno expandido es eliminado libre de cenizas, con formación de: energía, agua y dióxido de carbono. Reciclaje interno de productos de descarte en la fábrica de espuma. La fabricación de EPS en bloques, placas o piezas con destinos específicos y predeterminados, admite un contenido respetable de material regenerado (limpio) sin alterar el aspecto ni las cualidades técnicas del producto final. Volver al petróleo en plantas de pirolisis (craqueo de sustancias orgánicas) se descompone el poliestireno obteniéndose gases y sustancias de bajo peso molecular. (materia prima para nuevos plásticos, productos petroquímicos o combustibles).-. Otra opción no menos interesante, es la de reciclar piezas (vasos, bandejas) tanto de poliestireno expandido (EPS), espuma extrudida (XPS) e incluso de poliestireno común (PS), en máquinas de reducción mediante solventes obtenidos de los cítricos, se obtiene poliestireno recuperado en forma de un gel
desgasificado (que ocupa tan sólo el 5% del volumen de las piezas iniciales) que a su vez vuelve a ser materia prima nuevamente.La espuma desechada como residuo doméstico común, no emite sustancias nocivas al suelo, ni a las aguas, ni al aire. Una pieza suficientemente fraccionada de EPS, colabora en la mejor aireación y por lo tanto una descomposición más acelerada de las sustancias orgánicas adyacentes en la planta de deposición final. Degradación en el tiempo (durabilidad). La estabilidad del poliestireno expandido a la acción de los agentes químicos corresponde en gran medida a las propiedades de la sustancia básica poliestireno, debiéndose tener en cuenta la pequeña masa expandida. El poliestireno es compatible con los materiales empleados comúnmente en la construcción, como ser: el cemento, la cal, el yeso, las dispersiones plásticas, el agua y los morteros elaborados a partir de los mismos; no se oxida ni se resume con el paso del tiempo. 18
18
Extraída de la fuente CIRSOC 202 (Hormigones Livianos)
I.2.4.1. Poliestireno expandido en el medio ambiente La producción de Poliestireno Expandido utiliza productos derivados del petróleo. De todos modos, el consumo de este recurso natural es realmente muy limitado: sólo el 4% del petróleo que se utiliza a nivel mundial se destina a la producción de materiales plásticos, y dentro del conjunto de materiales plásticos, el EPS representa un 2,5% del total. Se deduce de esto que solo el 1 por 1000 del petróleo se destina a la fabricación de EPS. En Europa, actualmente, el uso del plástico por habitante es aproximadamente 30 kg/año, por lo tanto, la cantidad de petróleo usado para la producción de plástico, sería suficiente para un viaje en auto de 300 km. Por otro lado, el consumo de petróleo para la producción de EPS sería insuficiente para permitir un viaje en auto para ir a un supermercado local. Como vemos el plástico llamado "corcho blanco" es en realidad espuma de poliestireno expandido EPS. Este material se fabrica con benceno, un reconocido cancerígeno de la lista nº1. Una vez convertido en estireno se le inyectan gases (pentano) para expandirlo en forma de espuma. - El corcho blanco no es biodegradable: esto quiere decir que no desaparece nunca. Dentro de 500 años, la bandejita de carne que se compro en el almuerzo cena del supermercado estará en alguna parte de nuestro planeta si no se r ecicla. - El EPS es fatal para la vida marina: Flota en la superficie del océano, se descompone en bolitas que parecen comida y los animales las comen. Las tortugas de mar, por ejemplo, pierden su capacidad de sumergirse y mueren de hambre.
I.2.4.2.
Rec icl
ili
Todo lo mencionado anter iorment e no hace referenc ia a la reciclabilidaddel poliestireno, a diferencia de mater iales como el PET, que son más ami ables con el medio ambiente, el poliestireno expandido es unos de los mat er iales menos ami ables. Esto se debe a que la polimer i aci n del estireno no es revers i ble.
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Esto no qu iere decir que el poliestireno expandido no pueda ser u tili ado nuevament e, de hecho una de las pos i bilidades que ex isten es volver a utili ar lo en la producci n de poliestireno expandido. Ex isten además otras pos i bilidades como por e jemplo en la construcci n como componen te del hormi
n liviano, rellenos de
terrenos, etc. A continuaci n se detallan al unas de las distintas formas de reciclado del poliestireno expandido:
R eusar el embala je a nivel doméstico (mudanzas, a lmacena je, jardiner ía, decoraci n).
Moler piezas de poliestireno expandido recolectadas. Emplear la molienda en la fabr icaci n de hormi suelos, jardines, estadios.
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Volver al Poliestireno (PS): Con poliestireno expandido desgasificado se pueden fabricar piezas por inyección (macetas, carretes de películas, artículos de escritorio, etc.). Se rescata así la energía "intrínseca" del plástico. Esta energía (que es la acumulada durante todo el proceso industrial a partir del petróleo en el material) siempre es mayor a la obtenida por combustión. Obtención de energía calórica para procesos a escala industrial. 1 kg de espuma del tipo fácilmente inflamable (generalmente embalajes) equivale en su valor energético a aproximadamente 1,2 l de fuel oil. En un proceso de combustión completa, el poliestireno expandido es eliminado libre de cenizas, con formación de: energía, agua y dióxido de carbono. Reciclaje interno de productos de descarte en la fábrica de espuma. La fabricación de poliestireno expandido en bloques, placas o piezas con destinos específicos y predeterminados, admite un contenido respetable de material regenerado sin alterar el aspecto ni las cualidades técnicas del producto final.
19
19
Información extraída de: (Arboles y medio Ambiente, 2003) y (textos
Cientificos, 2002)
A continuación se muestra una tabla resumen de las ventajas de algunos productos aplicables del poliestireno y sus propiedades:
Productos
Ventajas
Cajas apilables de
Embalajes resistentes a la
alimentos. Embalaje de
presión con buena rigidez al
mercadería pesada
doblado y estabilidad de apilado
Embalajes de mercadería
Acción de amortiguación
Alta capacidad de amortiguación
frágil
calculable y por lo tanto, segura
de golpes
Envases y embalajes para transporte aéreo
Cajas para productos congelados
Envases de contacto directo con productos alimenticios
Tara baja, invariable y en muchos casos no es necesario tomarla en cuenta Alta capacidad de aislamiento térmico. No se vuelve frágil a bajas temperaturas No posee ningún elemento contaminante que afecte el contenido
Embalajes para objetos
Material versátil, altamente
complicados de superficies
adaptable a las formas más
no planas
complejas
Vasos térmicos
20
Propiedades
Resistencia a la presión
Bajo peso: densidad aparente entre 20 y 30 Kg/m3
Reducida conductividad térmica e inalterabilidad al frío
No permite la proliferación de hongos y bacterias
Libertad de diseño en piezas moldeables
Mantiene la temperatura y la
Elevado poder aislante y de
efervescencia de los líquidos
conservación del gas en las
que contiene
bebidas carbonatadas 20
(Arboles y medio Ambiente, 2003)
Diagrama para el recicla je del poliestireno en diferentes formas:
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5
CAPÍTULO II:
En este capítulo se mostrara el proceso, materiales y equipo de los diferentes ensayos a realizar para la obtención del diseño de la mezcla del concreto aligerado con poliestireno expandido. Cabe destacar que se hicieron pruebas en el laboratorio ³UNILAB´, en la Universidad tecnológica centroamericana UNITEC, con el poliestireno expandido y acetona pura, para hacer espuma de dicha combinación y hacerlo útil para el diseño de la mezcla que tanto necesitamos con espuma.
II.1. Granulometría de los agregados
Este ensayo como el anterior capitulo lo describe se desarrolla el análisis granulométrico de la distribución por tamaños de los granos del agregado, que es muy importante en la Ingeniería Civil para poder dosificar correctamente el hormigón. En este caso la arena.
II.1.1 Objetivo del Ensayo Granulométrico Determinar la distribución en tamaños de los granos del agregado. Determinar el modulo de finura del agregado fino.
II.1.2 Equipo Utilizado
Juego de tamices ASTM
Balanza
Horno
Agitador mecánico
Cucharones planos
Brochas
II.1.3 Glosario C uarteo: Método para obtener una muestra representativa del tamaño adecuado,
a partir de la muestra original del agregado. T amiz: Instrumento utilizado en la separación del agregado por tamaños,
formado por un marco metálico y alambres que se cruzan ortogonalmente formando aberturas cuadradas.
II.1.4 Procedimiento Método ASTM C-136 1- Se toma una muestra representativa de árido fino mediante cuarteo, con un peso seco, preferiblemente al horno, de 100-500 gramos y se vierte sobre los tamices. 3/8´, No. 4, No. 8, No. 16, No 30, No. 50, No. 100, no. 200 y fondo dispuestos sucesivamente de mayor a menor abertura y procede a tamizar el material colocándolo en los agitadores mecánicos 15 minutos en el de movimiento vertical y 15 minutos en el de horizontal. Si no se cuenta con agitadores mecánicos se tamiza manualmente 30 minutos. 2- Se recupera el material retenido en cada tamiz asegurándose manualmente de que las partículas hayan sido retenidas en el tamiz correspondiente. Se procede a pesar el material retenido en cada tamiz lo cual puede hacerse en forma acumulada o individual. El material que se encuentra en el fondo siempre se pesa individualmente. 3- Cuando se determina que la muestra posee un alto contenido de material menor que 0.074 mm se recomiendo secar la muestra al horno y lavarla sobre el tamiz No. 200 (ASTM C-117) para que dicho material sea eliminado. El residuo se seca durante 24 horas a 110+- 5ºC, después de lo cual se procede según el método ASTM C-136 siendo el fondo la diferencia de peso entre la muestra seca original y la muestra seca después del lavado.
II.2. Colorimetría II.2.1 Objetivos Determinar aproximadamente la presencia de materia orgánica, en el agregado fino, que es perjudicial para la elaboración de hormigón.
II.2.2 Equipo utilizado
Botellas de vidrio graduadas con capacidad de 12 onzas, de sección transversal ovalada, equipadas con tapones.
Solución reactiva de hidróxido de sodio al 3 % (disolver 3 partes de soda cáustica en 97 partes de agua).
Tabla calorimétrica
Balanza
II.2.3 Procedimiento 1- Se toman aproximadamente 4½ onzas de agregado fino y se introducen en la botella de vidrio. 2- Se le agrega la solución de hidróxido de sodio al 3% hasta que el volumen del agregado fino y el líquido llegue a las 7 onzas. Esta solución ha sido preparada con 485 gramos de agua destilada y 15 gramos de soda cáustica. 3- Se tapa la botella y se agita vigorosamente y se deja reposar 24 horas. 4- A las 24 horas comparemos el color del líquido flotante encima del agregado con los colores de la tabla calorimétrica tomando el color que más se le aproxime. Si el color de la tabla nos resulta: a. Nº 1 quiere decir que la cantidad de impurezas orgánicas presentes en el agregado no afectara la mezcla de hormigón hidráulico para que dé de alta resistencia. b. Nº 2 quiere decir que la cantidad de impurezas orgánicas presentes en el agregado no afectara la mezcla de hormigón hidráulico para que dé de mediana resistencia.
c. Nº 3 quiere decir que la cantidad de impurezas orgánicas presentes en el agregado no afectara la mezcla de hormigón hidráulico para que dé de baja resistencia. d. Nº 4 y Nº 5 el agregado fino no puede emplearse en la fabricación de un hormigón hidráulico.
II.3. Gravedad especifica II.3.1 Objetivos Determinar el peso específico Bulk, el Aparente y Absorción del agregado fino.
II.3.2 Equipo Utilizado
Molde metálico en forma de cono truncado
Apisonador metálico
Bandeja metálica
Balanza
Picnómetro
Ventilador
Horno.
II.3.3 Procedimiento 1. Obténgase aproximadamente 1000 gramos del agregado fino de la muestra, mediante un separador de muestras o cuarteándola. 2. Séquese la muestra en una bandeja, a peso constante y a una temperatura de 110 + 5 oC. Déjese enfriar la muestra a una temperatura razonable, cúbrala con agua y déjesela en reposo por 24 + 4 horas. 21 21
Nota1: cuando se usen agregados con su humedad natural para la preparación de muestras de
concreto, la determinación de los valores de absorción y peso especifico que vayan a ser usados, no requieran el secado de los agregados a peso constante, y si la superficie de las partículas se ha conservado húmeda, puede también eliminarse él empaparlas en durante 24 horas.
3. Decante el exceso de agua con cuidado evitando la perdida de finos, extienda la muestra en una superficie plana no absorbent e expuesta a una suave corriente de aire tibio y revuélvala frecuentemente para asegurar un secado uniforme. Continué esta operación hasta que la muestra este en condición de ³libre escurrimiento´. Luego colóquese una parte del agregado fino suelto, parcialmente secado, dentro del molde, sosteniéndolo firmemente sobre una superficie lisa, que no sea absorbente, con el diámetro mayor del molde hacia abajo. 4. Golpetee suavemente la superficie 25 veces con el apisonador y luego levántese el molde verticalmente, si la humedad superficial esta aun presente, el agregado fino retendrá su forma moldeada. Si esto sucede, continúese secando la muestra, agitándola continuamente, y pruébese a intervalos frecuentes hasta que el agregado fino apisonado se ³suelte´ cuando se levante el molde. Esto indicara que se ha alcanzado la condición de ³saturado con superficie seca´.
(Si el agregado fino se suelta en la primera prueba quiere decir que ha sido secado mas allá de su condición de ³saturado con superficie seca´. En este caso, mezcle completamente añadiendo al agregado fino unos pocos mililitros de agua destilada y permita que la muestra quede en reposo; en un envase cubierto, durante 30 minutos. Luego deberá repetirse el proceso de secado y la prueba para la condición de libre escurrimiento). Si se desea pueden emplearse otros medios mecánicos para lograra condición de saturado con superficie seca (revolvedoras, agitadoras, etc.). 5. Introdúzcase inmediatamente y con cuidado, en el picnómetro, 500 grs. (una cantidad distinta de 500 grs., pero no menor de 50 grs., podrá ser usada; En este caso el peso empleado se colocara en lugar de la cifra 500 en las formulas) del agregado fino preparado, como se describe anteriormente, y llénese con agua hasta un 90%, aproximadamente, de su capacidad. 6. Mueva (con ligeros movimientos rotativos), invierta y agite suavemente el picnómetro para eliminar todas las burbujas de aire. 7. Determínese el peso total del picnómetro mas muestras y agua.
8. Sáquese el agregado fino del picnómetro, secándolo a peso constante a una temperatura de 110 + 5 oC. Enfríeselo a la temperatura ambiente, de ½ a 1½ horas y luego pese la muestra. 9. Determínese el peso del picnómetro lleno con agua hasta su marca de calibración.
II.3.4 Cálculos: II.3.4.1. Peso Especifico Bulk
Ecuación II-1
Ecuación II-2
Ecuación II-3
Ecuación II-4
Donde: A = peso al aire de la muestra seca al horno, grs. B = peso del picnómetro lleno de agua hasta la marca de calibración (grs.) C = peso del picnómetro, con la muestra y el agua, grs.
II.4. Peso Volumétrico II.4.1 Objetivos Conocer los métodos para determinar los diferentes tipos de peso volumétrico de los agregados finos de acuerdo a la norma C-29 del ASTM.
II.4.2 Equipo Utilizado
Balanza
Pala
Cuchara o cucharón
Recogedor Plano
Latitas de Humedad
Varillas de compactación (es una varilla de acero de 24´ de longitud y 5/8 de diámetro, uno de sus extremos termina en una punta semiesférica del mismo diámetro de la varilla y tiene un peso aproximado de 935 grs.)
Recipientes (cilíndricos metálicos, preferentemente provistos con agarraderas; el fondo y el borde superior deberán ser paralelos; de dimensiones interiores exactas y rígidas para retener su forma bajo uso rudo) ver tabla No. 1.
II.4.3 Procedimiento II.4.3.1. Peso Volumétrico Suelto Método de la Pala o cuc hara 1. El procedimiento de pala o cuchara es aplicable a agregados que tengan el tamaño máximo de 4´. 2. Llenar el recipiente hasta rebosar por medio de una pala o cuchara, descargando el agregado desde una altura que no exceda de 2´ encima del borde del recipiente. Evitar tanto como sea posible, la segregación de los distintos tamaños de las partículas de las cuales está compuesta la muestra. Nivele la superficie del agregado con los dedos o con una regla de madera que algunas proyecciones del agregado mas grandes
balanceen aproximadamente los vacíos formados entre partículas que quedan en la superficie. 3. Pese la medida y su contenido, registre el peso neto del agregado. Divida el peso neto del agregado entre el volumen del recipiente para calcular el Pv.
II.4.3.2. Peso Volumétrico Compactado A. Método de la varilla 1. El procedimiento de la varilla es aplicable a agregados que tengan un tamaño máximo de 1 ½´. 2. Llenar el recipiente hasta un ter5cio de su altura, nivele la superficie con los dedos. Introduzca la varilla y golpee la capa de agregados 25 veces con la varilla compactadora y distribúyalos uniformemente sobre la superficie. Se llena a continuación has 2/3 de la altura, nivelar y aplicar los golpes de la misma forma en que se explica arriba. Finalmente llenar hasta rebosar y vuelva a compactar. Nivele la superficie del agregado con los dedos o con una regla, de manera que algunas proyecciones leves de las partículas que quedan en la superficie. En la compactación de la primera capa, no permita que la varilla golpee el fondo del recipiente violentamente; en la compactación de la segunda y tercera capa, use solamente la fuerza necesaria para que la varilla penetre únicamente la capa de agregado que está siendo compactada. 3. Repetir el paso 2 del procedimiento para Pv suelto.
B. Por asentamiento 1. Este procedimiento es aplicable a agregados que tengan un tamaño mayor que 1 ½´ pero que no excedan de 4´. 2. Llene el recipiente de tres capas aproximadamente iguales, compacte cada capa colocando el recipiente sobre una base firme, tal como un piso de concreto, levante alternativamente los lados opuestos del recipiente acerca de 2 plg. y deje caer el recipiente de tal manera que golpee con fuerza. Las partículas de agregado por medio de este procedimiento se
acomodaran entre ellas compactándose. Compacte cada capa levantando y dejando caer de la manera descrita 50 veces, 25 de cada lado. Al terminar de compactar la última capa nivele la superficie del agregado con los dedos o una regla. 3. Repetir el paso 2 del procedimiento paras Pv suelto.
T abla II-1 P esos Específicos del agua
Temperaturas ºF
ºC
Lbs. / pie ³
K g / m³
60
15.6
62.366
999.01
65
18.3
62.336
998.54
70
21.1
62.301
997.97
73.4
23.0
62.274
997.54
75
23.9
62.261
997.32
80
26.7
62.216
996.59
85
29.4
62.166
995.83
II.5. Compresión del mortero II.5.1 Objetivos Determinar el esfuerzo comprensivo de los morteros de cemento hidráulico, usando especímenes de forma cúbica de 2´ (50 mm.). Demostrar los efectos del tipo de cemento en la resistencia a la comprensión en los cubos de mortero.
II.5.2 Equipo
Máquina de prueba (máquina universal de comprensión)
Aréna standard (d¶Ottawa, Illinois).
Moldes para 3 cubos de mortero
Cuchara de albañil o espátula
Mesa y molde de flujo
Probeta graduada
Tamices
Mezcladora
Apisonador
cuchara
balanza
II.5.3 Procedimiento La arena a utilizar deberá ser arena silicosa natural de Ottawa, Illinois, graduada así: T abla II- Granulometría de la arena Ottawa A
Tamiz
Porcentaje retenido
# 100
98 ± 2
# 50
75 ± 5
# 40
30 ± 5
# 30
2±2
# 16
0
II.5.3.1. Determinación del flujo: 1. Cuidadosamente limpie y seque la plataforma de la mesa de flujo y coloque el molde de flujo en el centro. Coloque una capa de mortero de aproximadamente 1 plg de espesor en el molde y dele 20 golpes con el apisonador. La presión será solamente la suficiente para asegurar el llenado uniforme del molde. Luego complete el molde con mortero y aplique los golpes de la misma forma que la primera capa. Enrase con la ayuda de una cuchara de albañil o una espátula. Limpie y seque la superficie de la mesa siendo especialmente cuidadoso en remover cualquier fuga de agua que este al borde del molde. Levántese el molde 1 minuto después de completado la operación de mezclado. Inmediatamente, deje caer la mesa desde una altura de ½ plg., 25 veces en 15 segundos. El flujo es el incremento (en promedio) del diámetro en base de la meza de mortero, medido al menos 4 diámetros a intervalos equidistantes, expresado como un porcentaje del diámetro base original. 2. Haga morteros de pruebas variando los porcentajes de agua hasta que el flujo especificado sea obtenido. Realice cada prueba con mortero fresco.
3. Colocar el mortero de nuevo en la batidora y mezclar a velocidad media durante 15 segundos. 4. Coloque una capa de mortero (1´ aproximadamente la mitad de la profundidad del molde) en todos los compartimientos de los moldes (previamente engrasados). Aplique 32 golpes con el apisonador en cada cubo, en 4 vueltas (10 seg.), Cada vuelta se indicara en el ángulo derecho de la otra, o sea comenzar siempre en una esquina diferente. La presión será justo la necesaria para asegurar el llenado uniforme de los moldes. Se deberán completar los 32 golpes en un cubo antes de pasar al siguiente. Luego de completada esta operación complete los moldes con el mortero restante y aplíquese los golpes como se especifica para la primera capa. Enrase. 5. Inmediatamente después coloque los especímenes en el cuarto húmedo durante 24 horas, luego sumérjalos en agua durante 2, 6 o 27 días según sea el caso.
II.5.3.2. Determinación del esfuerzo compresivo: 1. Pruebe los especímenes inmediatamente después de removerlos del cuarto húmedo o de la pila de agua. Si más de algún espécimen es removido del cuarto húmedo, deben mantenerse cubiertos con un paño húmedo; o si más de un espécimen es removido de la pila, deberán mantenerse sumergidos hasta la hora de probarse. 2. Limpie y seque cada espécimen en la condición de saturado con superficie seca y remueva cualquier grano suelto o incrustaciones en las caras que van a estar en contacto con la máquina de prueba cabeceándolas con cemento. 3. El esfuerzo compresivo promedio será la carga promedio necesaria para producir la falla dividida entre el área de contacto del cubo con la máquina de prueba. 22
22
Manual de Prácticas de Laboratorio de Concreto UNITEC, y extracción del documento pagina web: (Milarium, 2004)
II.6. Materiales a usar II.6.1 Poliestireno Expandido El Poliestireno a usar es del tipo expandido. Se usaran en dos formas: En espuma y molido. Los resultados de dichos ensayos se entregaran en el siguiente capítulo. Las propiedades principal que hace el Poliestireno un material muy bueno para aligerar el concreto es su peso especifico es de alrededor de 15 . Además de ser muy ligero el Poliestireno también es higroscópico, es decir no absorbe el agua y humedad del ambiente. Para nuestra investigación esto es algo muy bueno ya que al momento de hacer la relación agua/cemento en nuestro diseño de mezcla no tendremos que contar con una pérdida adicional por absorción del Poliestireno. El Poliestireno viene en muchas formas y hay diferentes maneras de polimerizarlo. Hay 4 principales grupos de poliestireno24. A continuación los enumeramos: Poliestireno Cristal (GPPS por sus siglas en ingles): Es el producto inalterado de la polimerización del estireno puro 25. Es frágil y transparente. Poliestireno de Alto Impacto (HIPS): Es el resultado entre la mezcla de un polímero cristal y caucho. Es más fuerte que el GPPS y capaz de soportar impactos de magnitudes mayores con relación a su predecesor sin romperse. Poliestireno Expandido (EPS): Consiste en una mezcla de Poliestireno en una proporción del 95% y 5% de un gas que forman burbujas. Es por estas burbujas de vacíos que el Poliestireno expandido es el más liviano de la familia de poliestireno. Su principal aplicación es como aislante en construcción y empaque de productos frágiles. La propiedad como aislante se agregara al concreto para hacer de este un material más dinámico y funcional.
23
(Induspol, 2004) (Nexant PERP Report Polystyrene, 2006) 25 (Modern Styrenic Ploymers, Scheirs 2003) 24
Poliestireno Sindiotáctico (SPS): Con descubrimiento reciente es el Poliestireno que se caracteriza por su alto grado de fundición (aprox. 270 ºC)26 y es mucho más costoso. Sólo se utiliza en aplicaciones especiales de alto valor añadido estéticamente hablando.
II.6.2 Breve Reseña Histórica En 1831 un líquido incoloro, el estireno, fue aislado por primera vez de una corteza de árbol. Hoy día se obtiene mayormente a partir del petróleo. El poliestireno fue sintetizado por primera vez a nivel masivo industrial en el año 1930. Hacia fines de la década del 50, una empresa alemana de polímeros con sede en Alemania llamada BASF por iniciativa del Dr. F. Stastny, desarrolla e inicia la producción de un nuevo producto: poliestireno expandible, bajo la marca Styropor. Ese mismo año fue utilizado como aislante en una construcción dentro de la misma planta de BASF donde se realizó el descubrimiento. Al cabo de 45 años frente a técnicos de distintos institutos europeos, se tomo muestras del material, y se lo sometió a varios ensayos mecánicos para medir sus condiciones y propiedades. Se guardo el material en el año de 1975 se volvió a sacar la muestra. La conclusión fue que el material después de 45 años de utilizado mantenía todas y cada una de sus propiedades intactas, sin excepción. Como podemos ver, el Poliestireno expandido tiene una vida útil muy larga lo cual tiene sus ventajas y desventajas. Como obvia ventaja podemos concluir que no se tendrá que sustituir o remplazar. Asimismo podemos decir que no es muy amigable con el medio ambiente y esta es su principal desventaja.
26
(Modern Styrenic Ploymers, Scheirs 2003)
II.6.3 Propiedades
y
Características
del
Poliestireno
Expandido
Densidad: Varia entre 10
a 35 . Los elementos hechos a base de
Poliestireno son muy livianos y resistentes en comparación con su peso. C olor: El color del Poliestireno expandido es blanco, y esto se debe a la
refracción de la luz en el proceso de polimerización. C omportamiento frente al agua: Como se había mencionado anteriormente, el
Poliestireno es un material no higroscópico. Esto lo distingue de otros materiales usados para aislamiento. El hecho de no absorber agua puede resultar muy favorable al momento de mezclar el poliestireno expandido con concreto fresco. Incluso se han observado que sumergiendo el material en agua durante 28 días el nivel de absorción es muy poco y prácticamente despreciable (1% a 3%)28. Aislamiento T érmico: Es su principal característica, es por eso que al momento
de envasar algo caliente, este se sirve en vasos de poliestireno. Este mismo principio se puede aplicar a nivel macro, por ejemplo aislar un edificio entero. Esta propiedad se debe a la estructura del material que consiste en 98%aire y 2% de material solido. Es por eso que el poliestireno es un buen aislante térmico ya que el aire en reposo funciona para mantener temperaturas balanceadas. Exposición a la Intemperie : De los diferentes factores en el medio ambiente, el
único que merece mencionarse es la radiación ultravioleta, es decir los rayos del sol. Bajo la exposición a la radiación solar el poliestireno expandido se torna en una superficie amarillenta y se vuelve más frágil. Se ha observado que la lluvia y el viento ha llegado a afectarla pero de manera muy poca.
27 28
(Induspol, 2004) (Modern Styrenic Ploymers, Scheirs 2003)
II.6.4 Cemento portl nd ³Piedra azul´ Este Cement o de uso genera l para todo ti po de concreto, incluyendo concret o estructural, Piedrazu l es un Cement o Por tland de excelent e calidad, producto de un
icac i n ba jo la norma AST M C proceso de fabr
tisfaciendo Ti po GU, sa
especif icaciones f ísicas y químicas puntuales, y su uso en concre tos y mor teros incluye paviment os, p isos, edif icac iones con concreto reforzado, puentes, tuber ías, y otros diversos produc tos de concreto.
II.6.4.1. Caracter í ticas Piedrazul es un cement o de a lta adherencia y a lto poder aglomerante. Adicionalmente, tiene a ltas resistencias mecánicas iníciales y f inales, con a lta adherencia y a lto poder aglomerante. Su resist encia a element os qu ímicos agres ivos garantiza una durab ilidad y resistencia prolongadas. Entre las pr inci pales venta jas en esta ap licaci n encontramos: Larga duraci n, menor costo de inversi n, menor costo operativo y de mantenimiento, me jor visi bilidad y mayor res ist encia al patina je (mayor segur idad), más amigable con el ambiente.
II.6.4.2. A
T
C1157 Ti po GU
Esta normativa clasif ica a los cementos basándose en requer imientos de desempeño espec íf icos, en est e caso, la designaci n GU "Genera l Use" especif ica el uso 29
general de este cement o en todo ti po de concreto, incluyendo concreto estructural.
F i B
29
F
C
D
E
F
Cement I
G
H
E
C
tili P
E
D
en l pruebas de l aborat or io E
Para mayor informaci n: Col Las Torres, Carretera Al Batall n, Tegucigal pa, Honduras, Teléfono: 2900323, Pagina web: www.lafarge.com
II.6.5 Acetona pura La acetona, es una sustancia de color ocre y líquido, muy inflamable y se evapora con mucha facilidad. Gracias a sus excelentes propiedades disolventes, la acetona se utiliza para disolver grasas y resinas, para la fabricación de quitaesmaltes de uñas. La acetona disuelve el poliestireno y el gas dentro de la ³espuma´ se libera, de ahí las burbujas. Al dejar evaporar la acetona aparece un pegote, que es el poliestireno que estaba disuelto. Como cuando disuelves sal en agua; desaparece, pero si dejo evaporar el agua, vuelve a aparecer. 30
II.6.5.1. Propiedades químicas: La acetona es peligrosa por su inflamabilidad, aún diluido con agua. Productos de descomposición: Monóxido y dióxido de carbono. Se ha informado de reacciones de oxidación vigorosas con: Oxígeno en presencia de carbón activado, mezclas de ácido nítrico/sulfúrico, bromo, trifluoruro de bromo, cloruro de nitrosilo, perclorato de nitrosilo, perclorato de nitrilo, cloruro de cromilo, trióxido de cromo, difluoruro de dioxígeno, terbutóxido de potasio, peróxido de hidrógeno y ácido peroxomonosulfúrico. Con los siguientes compuestos las reacciones son violentas: Bromoformo o cloroformo en presencia de una base, dicloruro de azufre y peróxido de metil-etilcetona. Reacciona con sustancias clorantes, produciendo cetonas halogenadas que son muy tóxicas. 31
30 31
Extraída de la pagina web: Extraída de la pagina web:
CAPÍTULO III:
III.1. Introducción Toda aseveración puede ser real o falsa, hasta no ser comprobada, por el cual en este capítulo, se elaboro pruebas de laboratorio propias para la arena, el poliestireno expandido con/sin acetona. En el cual los materiales como la arena fue comprada en 2 lugares diferentes al azar, para saber y comprobar, qué tipo de granulometría existe en la zona sur y la zona norte, si cada una de esas muestras de arena cumplía con las especificaciones según las Normas ASTM C-136. Z ona
S ur:
³F erretería
Montecristo´ localizada en la salida hacia el sur
de Tegucigalpa, procedente del según los datos proporcionados por la ferretería Montecristo, Rio Guaserique o rio del hombre. Z ona
Norte:
³F erretería
Q
distribuidora de materiales de construcción
Erick´ localizada salida hacia el norte de Tegucigalpa, la arena es
procedente de la villa de sanfrancisco (es la arena que se utilizo para la mezcla del concreto aligerado con EPS). La acetona pura proporcionada por el laboratorio de química UNILAB Ubicado en las instalaciones de UNITEC, el Poliestireno expandido fue reciclado de la cafetería de la Universidad y otros. Tomando en consideración el mismo tipo de material en el cual tiene que ser el mismo número de poliestireno expandido que es numero 6 (hay numero 4 también pero no se utilizo para esta investigación). 32
32
(Según experiencias en campo, los ingenieros recomiendan a utilizar en la mezcla del concreto
convencional y en este caso aligerado, es roca de rio triturada y con las especificaciones hacer la granulometría que necesitan).
Cabe destacar que se compro ace tona que se usa comerc ialmente en nuestros hogares u otros, que se puede adqu ir ir en farmac ias, supermercado, etc., por el cual se utiliza norma lmente para qu itar esma ltes de uñas. Comprobamos que; en la prueba a realizarse con el poliestireno reciclado expandido, no tiene una reacci n qu ímica con la acetona comercial, ya que contiene un gran con tenido de aguasy otras sustancias, las cuales se rea lizó una prueba prev ia con la acetona norma l con el poliestireno expandido y no tuvo una reacc ión química esperada (V er fi ura I V-1) en comparac ión con la R
acetona pura en el cual, el poliestireno reacciona instantáneament e al mezclar los (ver sección III.5). 33
F i ura III -1M ezcl a Acet ona N ormal con poliestireno expand ido R
Mayor información sobre l os efectos de la acetona al medio ambiente y sus causas a la salud humana ver pág ina htt p://www.atsdr.cdc.gov/es/ phs/es_phs21.h tml 33
III.2. Granulometrí a Se realizo el ensayo para conocer la granulometr ía de l agregado f ino a usar en la mezcla de concreto a ligerado. A continuac ión se descr i be el procedimientorea lizado en el laborator io de Ingenier ía civil de UNITEC, equ i po utilizado para rea lizar la prueba y
los resu ltados de la misma.
III.2.1 Procedi miento en el Laborator io *Previament e
un día antes se pesaron 1000 gramos de arena en e l horno por 24
horas a 110 grados cen tígrados.
F i ura - III -2 S
1.
T
M uest ra
de l a arena
2. Se toma una mues tra de arena y se cuar tea
F i ura - III -3 Bandeja con arena S
T
3. Se pesan 500 grs. de l agregado f ino en una ba lanza
F i ura- III -4. P eso de 500 gramos de arena V
4. Se arregla el juego de tamices en el siguiente orden: 3/ ", #4, #8, #16, #30, #50, #100, #200 y e l fondo como se mues tra en la f igura.
F i ura- III -5. Tamices U
5. Se coloca el mater ial en los tamices y estos a la vez en el agitador mecánico. Se de ja en el agitador por 15 min.
F i gura III -6 Ag it ador M etálico
6. Se recupera el material tamizado y se procede a pesar el material que haya sido retenido en el tamiz correspondiente. 7. El material retenido en el tamiz 200 se lava para separar las partículas adheridas. Se seca la muestra al horno durante 24 horas a 110±5ºC, después de lo cual se procede según el método ASTM C 136 siendo el fondo la diferencia de peso entre la muestra seca original y la muestra seca después de lavado.
III.2.2 Resultados de la prueba Granulométrica T abla III-1. Resultados de Granulometría F ina
Peso de la tara (grs.)
Agregados Finos 3/8 4 8 16 30 50 100 200 Fondo
Retenido parcial (grs.)
480 480 480 480 480 480 480 480 480 TOTAL
Retenido acumulado + tara (grs.)
Retenido acumulado (grs.)
Porcentaje Retenido individual
483.3 504.5 558.0 662.3 815.9 940.9 972.6 976.7 979.5
3.3 24.5 78.0 182.3 335.9 460.9 492.6 496.7 499.5
0.66% 4.90% 10.71% 20.88% 30.75% 25.03% 6.35% 0.82% 0.56% 100.00%
3.3 24.5 53.5 104.3 153.6 125.0 31.7 4.1 2.8 499.5
T abla III- . Aberturas de tamices W
mm. por pulg. =
X
Porcentaje acumulado
Porcentaje que pasa
0.66% 4.90% 15.62% 36.50% 67.25% 92.27% 98.62% 99.44% 100.00%
99.34% 95.10% 84.38% 63.50% 32.75% 7.73% 1.38% 0.56% 0.00%
% P asa
25.4 Tamiz #
200
100
50
30
16
8
4 0.1870
Abertura (pulg.)
0.0029
0.0059
0.0117
0.0234
0.0469
0.0937
Abertura (mm.)
0.07366
0.14986
0.29718
0.59436
1.19126
2.37998
4.7498
% que pasa
0.56
1.38
7.73
32.75
63.50
84.38
95.10
III.2.3 Grafica de la Granulometría de la arena 100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
Agregados Finos Rango máximo
40.00
30.00
20.00
Rango mínimo
III.2.3 Grafica de la Granulometría de la arena 100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
Agregados Finos Rango máximo
40.00
Rango mínimo
30.00
20.00
10.00
0.00 0.01
0.1
1
10
Grafica 1. Granulometría de la muestra de Arena
Como podemos observar en la grafica, la granulometría de la arena obtenida en la ³ferretería Montecristo´ ubicada salida hacia la Zona Sur, no cumple con los límites o estándares que requieren para poder realizar un concreto convencional que en este caso es nuestra comparación o en este caso para un concreto aligerado. T abla III- . Modulo de F inura Y
Módulo de Finura =
(Porcentaje retenido acumulado del #4 al #100)
100
Módulo de Finura = 3.1516 El modulo de finura está en un rango aceptable, el rango según las especificaciones es de 2.7 a 3.6
*
Como podemos observar en la grafica, la granulometría de la arena obtenida en la ³ferretería Montecristo´ ubicada salida hacia la Zona Sur, no cumple con los límites o estándares que requieren para poder realizar un concreto convencional que en este caso es nuestra comparación o en este caso para un concreto aligerado. T abla III- . Modulo de F inura Y
Módulo de Finura =
(Porcentaje retenido acumulado del #4 al #100)
100
Módulo de Finura = 3.1516 El modulo de finura está en un rango aceptable, el rango según las especificaciones es de 2.7 a 3.6
*
62
III.3. Colorimetría 1. Se midió en una probeta 500 ml de agua (agua destilada lo más recomendable)
III.3. Colorimetría 1. Se midió en una probeta 500 ml de agua (agua destilada lo más recomendable)
F igura
III-7. P robeta m s agua destilada `
2. Se peso una muestra 15 gramos de soda caustica para preparar el hidróxido de sodio al 3% para colorimetrías.
F igura-III-8. P eso
soda caustica
63
3. Se mezcla los 15 gramos de soda caustica y agregarlas a los 500 ml de agua destilada en beaker y revolverlos bien hasta que se diluya bien la soda.
F igura
III-9. Mezcla de la soda con agua
4. En el bote para la colorimetría se llena de arena con un embudo hasta 4 onzas, ósea 4 rayitas del bote graduado. Luego se llena el bote de la colorimetría y vestirle la solución hasta que alcance las 6 onzas.
F igura
III-1 Bote con arena mezcla de la solución b
a
64
5. Se agita el bote con la arena y la solución y se deja reposar durante 24 horas y compararla con la tabla colorimétrica.
F igura
III-11 Mezclado de la arena la solución en el Bote c
III.3.1 Resultado Obtenido: El resultado de la prueba de la arena de la Zona Norte; con la tabla colorimétrica fue el #2, que quiere decir lo siguiente: Que la cantidad de impurezas orgánicas presentes en el agregado no afectara la mezcla de concreto hidráulico para que dé, de mediana resistencia y en este caso concreto aligerado con poliestireno.
F igura
III-1 Bote con la T abla colorimétrica d
65
III.4. Peso Volumétrico y Absorción 1. Se deja 1000 gramos de la arena en una tara saturada de agua y se deja reposar durante 24 horas a temperatura ambiente. 2. Se saca el excedente de agua de la tara y se coloca la arena parcialmente saturada en una bandeja y expenderla bien.
F igura
III-1 Bande ja con arena parcialmente seca e
3. Luego se coloca el cono o molde para la prueba, se llena el molde y enrasarlo con una espátula. Luego con se dan 25 golpes a la arena dentro del molde con un apisonar de forma muy suave, sin compactar bruscamente toda la muestra de arena.
F igura
III-14 C ono o molde con arena
66
4. Seguidamente después de los 25 golpes se retira el molde rápidamente, si la arena no retoma su forma o se agrieta. Se procede a pesar 500 gramos de la arena de la bandeja y si mantiene su forma, esperar a que se seque un poco más la muestra y hacer el mismo procedimiento antes descrito.
F igura
III-15 muestra de arena con la forma del molde o cono
5. Se peso el picnómetro vacio, luego picnómetro más agua con un 90% aproximadamente. Seguidamente se llena el picnómetro los 500 gramos de arena (quitar vacios o burbujas de aire dentro del picnómetro golpeándolo suavemente con un mazo) y luego pesarlo.
F igura
III-16 P icnómetro al 9 % de la arena f
g
agua
67
6. Luego sacar la muestra en un recipiente y meterlo al horno durante 24 horas a 110 grados centígrados.
III.4.1 Datos: Picnómetro vacio: 408 gr. Picnómetro + Agua: 1052.5 gr. Picnómetro + Agua + Arena: 10413.1 gr. Tara vacía: 480 gr.
III.4.2 Resultados peso volumétrico y absorción
T abla III-4 Datos peso volumétrico
Datos Tara Arena Picnómetro + agua Tara + Arena Seca Picnómetro + agua+ Arena tabla Colorimétrica
h
absorción
Zona Sur 467.5 1000 1425 459.1 1578 2
Zona Norte 467.5 1000 1470 482.5 1598 2
gr gr (saturada) gr gr gr
T abla III-5Resultados peso volumétrico absorción i
Datos Peso Especifico Bulk Peso Especifico Bulk Saturado Peso Especifico Aparente Absorción
Zona Sur Zona Norte 1.323 1.297 1.441 1.344 0.750 0.790 8.909 3.627
gr gr (saturada) gr gr gr
68
III.5. Prueba del poliestireno expandido (Numero 6 reciclado) con acetona pura 1. Se tomo un beaker y se midió 100 ml de acetona pura, se tomo la muestra de poliestireno reciclado previamente preclasificado antes de ser mezclado con otros desperdicios (Cafetería UNITEC y otros).
F igura igura
III-17 Beaker con 1
p
p
ml de acetona pura
2. Sucesivamente se pesaron muestras de poliestireno aleatoria, llevando el control del mismo hasta obtener 60 gramos del mismo. 3. Se mezclaron el poliestireno expandido con los 100 ml de acetona pura respectivamente a temperatura ambiente para poder la espuma. 34
igura F igura 34
III-18 1
p
p
ml de Acetona pura con poliestireno expandido
Nota: para recuperar la acetona se debía hacer una decantación de la mezcla o espuma con un
*
aparato especial en el UNILAB (Laboratorio de química en UNITEC). Calentar la muestra a una temperatura de 54 grados centígrados o un poco más para que la acetona se evaporara y poder obtener la ³espuma´ del poliestireno expandido.
69
4. Luego se procedió a verter la mezcla o ³espuma´ en un matraz matraz para poder poder recuperar la acetona y utilizarla de nuevo y poder mezclarla con más poliestireno.
igura F igura
III-19 P III-19 P rocedimiento rocedimiento para la recuperación de la acetona pura
5. Lamentablemente no se pudo extraer la acetona, por que el matraz hizo un reflujo del mismo, no permitiera permitiera a la acetona pura no pudiese pudiese evaporar completamente.
igura F igura
IIIq
r
. Matraz con poliestireno
s
acetona pura
70
A continuación se presenta una tabla de datos de la prueba de laboratorio de la acetona pura con el poliestireno, para poder obtener la relación o un estimado de cuanta acetona pura podríamos ocupar y cuanto poliestireno expandido reciclado podemos mezclar con dicha solución solución y poder obtener dicha espuma. Se utilizó 100 ml de acetona pura.
III.5.1 Datos prueba poliestireno expandido y acetona pura: T abla abla III-6. Datos Datos P rueba rueba de la acetona poliestireno t
Muestra No. 1 2 3 4 5 6 7 Total
Peso del Poliestireno (gr.) 22.01 8.46 9.8 5.35 5.5 6.97 1.91 60
Peso del Poliestireno % del Peso en Acetona Pura poliestireno (gr.) Recuperado 95.41 21 95.63 8.09 94.08 9.22 92.15 4.93 90.00 4.95 92.40 6.44 82.20 1.57 93.67 56.2 romedio P romedio
91.94
% del Peso poliestireno Perdido 4.59 4.37 5.92 7.85 10.00 7.60 17.80 6.33 8.06
Como podemos observar en la tabla anterior, se hizo una relación de cuanto poliestireno expandido mezclábamos y cuanto se recuperaba, se realizaron 7 veces este procedimiento con los mismos 100 ml de acetona pura y se procedió a sacar un promedio del total. Pues un poco más del 8% del poliestireno expandido pesado se perdía (puede ser el contenido de aire en el mismo). Demostramos que al mezclar el poliestireno con acetona pura, perdía sus propiedades físicas como tal (poliestireno expandido) y se convertía en una especie de masa bien ligoza o maleable y no en espuma como esperábamos, que al quitarle la acetona pura un alto porcentaje, comenzaba a ser menos maleable e impermeable al agua. Por lo cual este tipo de mezcla no nos serviría para poderlo mezclar con los agregados como la 71
arena, cemento o agua y poder realizar el diseño de la mezcla del concreto aligerado con poliestireno a base de dicha ³Espuma´. Como se muestra en la siguiente Imagen, el poliestireno con una contextura casi dura y tomo la forma del recipiente que lo contenía. Esta experiencia del laboratorio nos demostró, como se puede reutilizar el poliestireno y hacer con el poliestireno expandido reciclado otras aplicaciones, como por ejemplo; molduras u otras artesanías, pero no la espuma para el concreto aligerado. Así que solamente se opto a diseñar la mezcla del concreto aligerado con poliestireno expandido.
F igura
IIIIII- 1. Mezcla final acetona pura poliestireno días después u
v
w
72
CAPÍTULO IV:
IV.1. Diseño de la mezcla concreto aligerado con poliestireno expandido Para el diseño de la mezcla se considero primero que la arena por lo menos tuviera el estándar estándar modulo de finura, que cumpliera cumpliera con la granulometría granulometría y no tuviera alto contenido de materia orgánica ósea de media resistencia. Se propuso las densidades, en la cual según otros experimentos en diferentes países que ya han realizado muchas pruebas con el poliestireno expandido y tienen la experiencia por lo cual, ya han trabajado y han realizado muchos proyectos de obras civiles, nos guiamos según la siguiente tabla:
T abla1-IV-1 abla1-IV-1 ( Resultados de Ensa o Industrias Isotex para un metro cubico) x
73
IV.2. Procedimiento de la Mezcla 1. Se propone las densidades (kg/m ) a realizar para un metro cubico de concreto aligerado con poliestireno expandido, en las cuales se propuso 4 densidades diferentes las cuales son las las siguientes; 1200, 800, 500 y 450 kg/m . 2. En cada una de dichas densidades propuestas para un metro cubico de concreto aligerado, se le asigna un porcentaje al poliestireno, arena, cemento y agua. Proponiendo siempre el mayor porcentaje al cemento, luego la arena y por último el poliestireno expandido (el agua puede variar en él % de la práctica del mezclado). El poliestireno expandido (EPS) se considero por peso y no por volumen, es por ende el cual se proponía porcentajes muchos menores que a los demás agregados, debido a su s u gran volumen y poca densidad. A continuación se mostrara el desarrollo del procedimiento, para la obtención de los pesos corresp correspondientes ondientes del agregado para una densidad densidad de 1200 kg/m kg/m :
Ecuación 5
Ecuación 6
74
Tabla final de los porcentajes de agregados con diferentes densidades para un metro cubico de concreto aligerado con poliestireno son las siguientes; T abla abla IV -IV- Densidad Densidad porcenta jes jes de los agregados para un m³ y
Densidad de la Mezcla K g/m g/m³
Poliestireno
Cemento
Arena
Agua
%
%
%
%
450 500 800 1200
3.333 2.600 1.250 0.667
77.778 50.000 43.750 37.500
0.000 25.800 30.250 36.833
18.889 21.600 24.750 25.000
% Total 100.000 100.000 100.000 100.000
Para la densidad de 450 no se le asignara ningún porcentaje de arena para ver la diferencia y su
*
comportamiento comportamiento entre las densidades que si, se les asigno un cierto porcentaje.
T abla abla IV -IV- Densidad Densidad pesos de los agregados para un m³
Densidad de la Mezcla K g/m g/m³
Poliestireno K g
Cemento K g
Arena K g
Agua lt. (Aproximado)
450 500 800 1200
15 13 10 8
350 250 350 450
0 129 242 442
100 110 180 260
75
IV.3. Calculo de la cantidad de los agregados para un cilindro (prueba de compresión) IV.3.1 Procedimiento: Se procedió a calcular las cantidades respectivas de los agregados para un cilindro. Ya obtenidos los porcentajes o los pesos en Kilogramos para un metro cubico de dicha mezcla, haciendo la relación de tres, se obtiene las cantidades necesarias para un cilindro. A continuación se desarrollara la cantidad de los agregados para la densidad de 1200 kg/m con la relación de tres.
IV.3.2 Datos del Cilindro: = Altura del cilindro = Diámetro del cilindro
F igura
IV-1 Medición del C ilindro
IV.3.3 Calculo del Volumen del Cilindro:
Ecuación 7
³
76
Se calcula para una densidad de 1200 kg/m³, la cantidad del agregado necesario para un cilindro de la siguiente manera: Sea ³ X ´ La cantidad de cemento, arena, poliestireno en kg y agua en litros para un cilindro.
Ecuación 8
Para el Cemento:
Para la Arena:
Para la Poliestireno:
Para el Agua:
77
A continuación se muestra la tabla de resultado con todos los pesos correspondientes a su densidad para un cilindro de concreto con poliestireno expandido:
T abla IV-4 Resultados pesos de los agregados para un cilindro de concreto aligerado
Dosificación para un Cilindro Densidad de la Mezcla K g/m3
Poliestireno kg 450 500 800 1200
0.0795 0.0689 0.0530 0.0424
Cemento kg 1.8555 1.3254 1.8555 2.3856
Arena kg
Agua(lt)
0.0000 0.6839 1.2829 2.3432
0.5301 0.5832 0.9543 1.3784
78
IV.4. Procedimiento para la elaboración de los cilindros 1. Pesar todos los agregados o materiales para la dosificación a realizar correspondiente. La arena que se utilizo es de la zona de norte de honduras procedente de la villa san francisco. Se cuartea la arena antes de pesarla para obtener una mejor muestra de todo el saco que la contenía (para dichas mezclas se le agregó 14.3% más de cada material por el desperdicio).
F igura
IV- C uarteadora Mec nica
2. Preparar los cilindros socarlos bien para que la mezcla no se salga o filtre, seguidamente se aceitan35 los cilindros internamente con una brocha pequeña. 3. Luego se enciende la mezcladora en el cual se mezclaran todos los materiales, primero se agrega el agua. Luego agregarse la arena, luego el poliestireno expandido y por último el cemento con mucho cuidado.
F igura
IV- Mezcladora mec nica
35
El aceite que se utilizo fue de cocina, pero puede ser aceite para carro, solamente se recomienda aplicarles un poco porque es; para que no se pegue el concreto aligerado con los cilindros.
79
4. Se apaga la mezcladora y con una cuchara se despega todo el agregado existente en los alrededores de paredes de la mezcladora. Conectar otras ves la mezcladora y dejarla rotar por unos 2 minutos y medios.
IV.4.1 Prueba de revenimiento 5. Después de hacer los ciclos correspondientes colocamos en una bandeja cerca de la mezcladora para no votar y desperdiciar el material y seguidamente Póngase de pie sobre las dos pestañas del cono de Abrams para sostenerlo firmemente durante los pasos 5 a 8. Llenar el molde del cono 1/3 del volumen [67 mm (2-5/8½) de altura] con el concreto aligerado y golpee éste utilizando una barra de acero de 16 mm (5/8½) de diámetro por 60 cm (24½) de largo y de punta hemisférica. Distribuya uniformemente los golpes sobre la sección de cada capa. Para la capa del fondo, se requerirá inclinar la barra ligeramente y distribuir aproximadamente la mitad de los golpes cerca del perímetro externo, y después progresivamente continuar con golpes verticales especialmente hacia el centro.
F igura
IV-4 Llenado del cono de Abrams
6. Llene el cono 2/3 parte de su volumen (la mitad de la altura) y de nuevo golpee 25 veces con la barra penetrando, pero no atravesando, la primera capa. Distribuya los números de golpes de la manera descrita en el paso 5.
80
7. Llene el cono hasta el tope y golpee 25 veces con la barra penetrando pero no atravesando la segunda capa. Distribuya los golpes de manera uniforme. 8. Remueva el exceso del concreto o mortero del tope del cono con una barra de acero de forma tal que el cono esté perfectamente lleno y nivelado. Limpie el exceso de la base del molde del cono.
F igura
IV-5Enrasado del cono de Abrams
9. Inmediatamente después de completar el paso 8, proceda con la operación de elevación del molde, esto deberá realizarse en 5 a 2 segundos con un levantamiento continuo y rápido sin movimiento lateral. La operación entera desde el comienzo del relleno hasta el levantamiento del molde deberá llevarse a cabo sin interrupciones y deberá completarse en un tiempo de aproximadamente en un rango de 2.5 minutos. 10. Colocar la barra de acero horizontalmente sobre el molde o cono invertido para que la barra se extienda sobre el concreto con el revenimiento. Inmediatamente después se mide la distancia de la parte inferior de la barra de acero al centro original desplazado de la parte superior de la muestra de concreto aligerado. Esta distancia, redondeada a los 6 mm (1/4½) más cercanos, es el revenimiento del concreto o mortero. Si existe una caída lateral o una inclinación del concreto hacia un lado descarte el ensayo y repítalo con otra muestra.
81
11. Llenar cada uno de los moldes o cilindros al tope cuidadosamente sin derramar el concreto, vibrándolos (vibrador de concreto) por unos 5 segundos aproximadamente y luego enrasarlos con una espátula o cuchara. Colocarlos en un lugar a temperatura ambiente cerca donde se supone que serán curados o sumergidos al agua.
F igura
IV-6 Llenado de los cilindros con la mezcla elaborada
12. Dejar los cilindros de concreto durante 24 horas aproximadamente, luego quitarlos del molde y tomar los datos de: diámetro, altura y su peso. Luego colocarlos inmediatamente en la pila de curado sus respectivo tiempo, para su posterior prueba a compresión a 7, 14 y 28 días.
F igura
IV-7 C urado de los cilindros para posterior prueba de compresión
82
IV.5. Prueba de compresión de los cilindros Gracias al patrocinio de la empresa ASP consultores realizamos pruebas de compresion de los cilindros y granulometria de arena de la Zona Norte. 1. Se coloco el cilindro en la maquina de la prueba de compresion teniendo el cuidado de no dañarlo y centarlo bien para que la maquina no altere o de resultados erroneos.
F igura
IV-8C olocacion del cilindro en la m quina de compresión
2. Luego se le aplica poco a poco la fuerza de compresion, hasta que el cilindro ceda o reviente . Luego se procede a tomar los datos correspondientes cuando *
los cilindros fallan
F igura
IV-9 Aplicación de la fuerza de compresión
83
Nota: Este mismo procedimiento se hizo en las instalaciones del laboratorio de
*
ingeniería civil en UNITEC. Solamente que la maquina hace todo ella, es automática.
F igura
IV-1 Maquina Automatizada de compresión
F igura
IV-11 C olocación del cilindro dentro de la maquina
F igura
IV-1 Datos de la prueba de compresión del cilindro
84
T abla IV-5 Datos generales de la prueba a compresión de los cilindros Antes de sumergirlos
Fecha de Elaboración Dosificación #
Peso (gr)
Altura
(cm)
Fecha de reventado
Revenimiento
Diámetro (cm)
Para hacer la prueba
Resistencia
Peso (gr)
01/12/2010 D-4.1 D-4.2
30.5
15
30.5
15
D-4.3
6085
30.5
15
D-4.4
5837
30.5
15.1
D-4.5
5910
30.5
15
D-4.2.1
7334
30.5
15
D-4.2.2
6152
30.5
15.1
D-4.2.3
6539
30.5
15.1
D-4.2.4
6738
30.5
15.1
D-4.2.5
6860
30.5
15.2
D-4.2.6
7067
30.5
15.1
D-3.1
5060
30.5
15.1
D-3.2
4759.7
30.5
15.1
D-3.3
4772
30.6
15.1
D-3.4
4774.7
30.5
15.1
D-3.5
4530.3
30.5
15.1
22.5
7 días (08/12/2010) 7 días (08/12/2010)
06/12/2010
20.5 cm
08/12/2010
1 cm
85
Se opto a elaborar 6 cilindros en cada una de las dosificaciones para hacer pruebas en ASP Consultores y en laboratorio de Ingeniería civil UNITEC, por que no sabíamos en qué condiciones se encontraba la máquina para la prueba de compresión de la Universidad y tener un respaldo profesional con experiencias en el rubro. T abla IV-6 Dosificaciones para 6 cilindros
Densidad de la Mezcla K g/m3
450 500 800 1200
*
*
Dosificación para 6 Cilindros Poliestireno Cemento kg kg 0.5567 12.9885 0.4824 9.2775 0.3711 12.9885 0.2969 16.6995
Arena kg
Agua(lt)
0.0000 4.7872 8.9806 16.4026
3.7110 4.0821 6.6798 9.6486
A esta dosificación se le agrego 500 gramos más de cemento y un litro más de agua porque la mezcla estaba seca como
tenía un gran % de poliestireno expandido no estaba homogénea la mezcla. (Se le echaba gradualmente el cemento y el agua hasta ver una consistencia casi homogénea en toda la mezcla)
Se opto a elaborar 6 cilindros en cada una de las dosificaciones para hacer pruebas en ASP Consultores y en laboratorio de Ingeniería civil UNITEC, por que no sabíamos en qué condiciones se encontraba la máquina para la prueba de compresión de la Universidad y tener un respaldo profesional con experiencias en el rubro. T abla IV-6 Dosificaciones para 6 cilindros
Densidad de la Mezcla K g/m3
450 500 800 1200
*
*
Dosificación para 6 Cilindros Poliestireno Cemento kg kg 0.5567 12.9885 0.4824 9.2775 0.3711 12.9885 0.2969 16.6995
Arena kg
Agua(lt)
0.0000 4.7872 8.9806 16.4026
3.7110 4.0821 6.6798 9.6486
A esta dosificación se le agrego 500 gramos más de cemento y un litro más de agua porque la mezcla estaba seca como
tenía un gran % de poliestireno expandido no estaba homogénea la mezcla. (Se le echaba gradualmente el cemento y el agua hasta ver una consistencia casi homogénea en toda la mezcla)
86
CAPÍTULO V:
V.1. Análisis Económico y Factibilidad de la Mezcla. V.1.1 Introducción El objetivo de la Investigación era poder reunir suficiente información acerca del Concreto Aligerado para poder suministrar con fundamentos un análisis económico del objeto de estudio. Al mismo tiempo sabemos que no es suficiente que un producto sea más económico que otro sino también que sea factible. Para esto tenemos que definir ¿Que es factibilidad? y emitir un juicio en base a nuestra investigación.
CAPÍTULO V:
V.1. Análisis Económico y Factibilidad de la Mezcla. V.1.1 Introducción El objetivo de la Investigación era poder reunir suficiente información acerca del Concreto Aligerado para poder suministrar con fundamentos un análisis económico del objeto de estudio. Al mismo tiempo sabemos que no es suficiente que un producto sea más económico que otro sino también que sea factible. Para esto tenemos que definir ¿Que es factibilidad? y emitir un juicio en base a nuestra investigación. Asimismo, cabe recalcar que toda obra en Ingeniería Civil se rige por un control unitario de precio conocido como ficha unitaria. Una ficha unitaria es básicamente un desglose de materia prima, mano de obra y herramientas utilizada para una actividad de un proyecto, calculada por unidad de volumen, longitud, área o unitaria. Para hacer una ficha unitaria para una mezcla de concreto se necesita tener un diseño de mezcla que provea dosificaciones de los diferentes materiales a utilizar en la mezcla, ya sea por volumen, peso, unidad o porcentaje. 36 Más adelante en este capítulo se compara el concreto convencionalmente utilizado vs. Nuestra mezcla de Concreto Aligerado a base de Poliestireno Expandido por sus costos de materiales de fabricación.
36
Ver Capítulo IV. Diseño de Mezcla para ver a detalle dosificación
87
V.2. Factibilidad
¿Qué es Factibilidad? Según la RAE factibilidad es ³C ualidad o C ondición que se pueda hacer.´ Ampliando un poco más el termino, factibilidad económica ³ Es una evaluación que demuestre que el negocio puede ponerse en marcha
mantenerse mostrando evidencias
de que se ha planeado cuidadosamente contemplado los problemas que involucra mantenerlo en funcionamiento.´
7
Así que, podemos observar que el hecho que un producto sea menos costoso no significa que este tenga una ventaja competitiva sobre los demás. Seguramente el cliente siente atracción sobre un producto más barato, pero a la larga siempre existe la duda de cuanto se está sacrificando escogiendo la opción más económica. Es aquí donde entra en juego el término Relación Beneficio-Costo.
La Relación Beneficio- Costo básicamente es hacer un balance de las ventajas que tiene el producto comparado con similares tomando en cuenta que tanto se gana o se sacrifica a determinado costo. En otras palabras, si un producto, como el que planteamos en esta investigación, tiene un valor inferior al normalmente utilizado habrá que hacer una comparación entre las características que ofrecen el concreto de alta o mediana resistencia y cuántas de estas características estoy perdiendo o manteniendo con el concreto aligerado. En el capitulo anterior realizamos pruebas al concreto aligerado que diseñamos. Por ejemplo, ¿Vale la pena sacrificar la resistencia a compresión que posee el concreto convencional para implementar el concreto aligerado en una estructura? La respuesta a esta pregunta es si y no. El principal factor a tomar en cuenta será el lugar donde se utilizara. Si se utiliza como sistema portante principal (vigas o columnas) entonces la respuesta es no.
37
Ministerio de Trabajo México
88
Quizás convenga utilizar concreto de mediano a alto rendimiento. Si se utilizara para la construcción de elementos secundarios (paredes, revestimientos, incluso algunas secciones de losa) quizá convenga utilizar una solución más económica, ya que lo más importante no es la resistencia que tenga la sección. En el capítulo VI se podrá profundizar en las aplicaciones que este material tiene. Aun cuando lo expuesto anteriormente es verdadero, no significa que siempre vaya a ser cierto. Nunca se deberá poner en riesgo la rigidez de una estructura por economizar materiales y tener una ganancia mayor. Debemos de tener en cuenta que las vidas de los usuarios están en juego al momento de diseñar y construir estructuras. Sería muy arriesgado aseverar que el concreto en base a poliestireno se puede usar para la construcción de vigas o columnas, aun y cuando estas requieran de una sección mínima y que no estarán recibiendo mucha carga a compresión, ya que no se sabe a ciencia cierta los efectos de las cargas a lo largo del tiempo y a la intemperie. No es objeto de estudio en esta investigación dar a conocer dichos efectos, así que no se recomienda que se use el concreto aligerado en estructuras principales. Si podemos, sin embargo, recomendar la aplicación del Concreto Aligerado para elementos secundarios que no soportara cargas mayores, ni que sean vitales para el funcionamiento de la estructura. Es aquí donde se vuelve factible la implementación de Concreto Aligerado, ya que hay un ahorro económico y se trata de optimizar los materiales en cuanto a nivel estructural. Mientras se sacrifica la resistencia, se gana liviandad en la estructura. Al construir paredes de este material se puede reducir la carga muerta de la estructura y hacer un diseño más económico de las columnas y vigas.
89
V.3. Precios de los Materiales en el Mercado Actual Como se observa en capítulos anteriores, el concreto consta de la mezcla entre cemento, agua, y agregados (arena, grava y en nuestro caso Poliestireno). A continuación se muestra una lista con los materiales a utilizar, la unidad comercial, y su precio. Material
Unidad
Precio Unitario (Lps.)
Cemento
Bolsa
126
Arena
m³
290
Agua
Galón
0.3
Poliestireno38
lbs.
3039
T abla 5.1 Listado de Materiales P recios
V.4. Comparación de Precios entre el Hormigón Convencional y Aligerado A continuación se presentan fichas unitarias por de Concreto (sin tomar en cuenta mano de obra y herramientas, las cuales se asumen como constantes) con resumen de resultados. Actividad: Concreto 3000 psi Dosificación 1:2:2 Unidad: m³ Material
Unidad
Cantidad
Cemento
Bolsa
9.84
126
1239.84
Arena
M3
0.552
290
160.08
Agua
Galón
61.82
0.3
18.546
Grava
m³
0.552
320
176.64
Subtotal
1595.106
T abla 5.
F icha
Precio Unitario
Unitaria C oncreto
Total
psi.
38
Nota: El poliestireno expandido para usar en este informe será reciclado así que tiene un costo de cero, aunque en el mercado existe la posibilidad de comprar este material. 39 Precio de la Compañía Danilo Ríos y Asoc.
90
El peso aproximado de esta mezcla es de 2400 kg / .
*
Actividad: Concreto Aligerado con Poliestireno Expandido Molido (Densidad 500 kg/m³) Unidad: m³ Material
Unidad
Cantidad
Precio Unitario
Total
Cemento
Bolsa
5.882
126
741.176
Arena
m³
0.996
290
288.84
Agua
Galón
29.05
0.3
8.715
Poliestireno
lbs.
28.6
0
0
Subtotal
T abla 5.
F icha
Unitaria C oncreto Aligerado 5
1038.73147
kg/
El concreto aligerado es un 65% del precio que el Concreto Convencional de mediana resistencia. Es decir, que al momento de hacer elementos de concreto convencional que no soporten cargas se está gastando un 35% más de recursos si se optara por el concreto aligerado. Además se reduce el peso sustancialmente (480%) al utilizar un concreto aligerado con densidad de 500 kg / , que es el que ejemplificamos en las fichas. Además de esto se tiene que tomar en cuenta el factor de aislamiento térmico que el concreto aligerado posee si se va a construir una pared de bloques por ejemplo. ³Queda comprobado que el concreto aligerado es la mejor elección al momento
de construir elementos no esenciales en una estructura´.
Pero no solamente hay que ver el costo directo que el concreto aligerado tiene como sustito del concreto convencional sino que también hay que analizar las consecuencias que esto con lleva. Es de notar que el uso del concreto aligerado a base de cualquier agregado permite mejores diseños, más flexibles, reducción de carga muerta, secciones más reducidas, menos acero de refuerzo, claros más largos, cimentaciones más reducidas, y una sustancial reducción de costos generales en la construcción40.
40
(Tommy Y. & H.Z. Cui, Departamento de Construcciones, Hong Kong.)
91
Indirectamente un proyecto también se puede ver favorecido en términos de tiempo de construcción. Tomemos por ejemplo la construcción de edificios usando un método corriente y antiguo, en el cual hay se avanza a un ritmo lento al avanzar piso por piso. Con este tipo de concreto es posible hacer uso de módulos de prefabricación, in situ o en fábrica, es decir, antes de llegar al último piso de la estructura ya se pueden tener las paredes fáciles de instalar de ese piso ya que son moldes prefabricados, mientras se construye el primero. Esto representa un enorme ahorro en tiempo que se convierte en ahorro de dinero. En caso de ser un edificio alto, al usar grúa se ahorra tiempo de utilización de esta ya que la carga es tan ligera. Estos son solamente unos cuantos ejemplos del ahorro que se puede obtener con esta tecnología. Las ventajas de este producto son muchas y son limitadas solamente por el uso que se le quiera dar.
92
V.5. Introducción al Mercado No es suficiente conocer al detalle las características que el Concreto Aligerado ofrece, gran parte de la practicidad del producto dependerá de la aceptación que este tenga en el mercado. Es necesario conocer el mercado antes de introducir un producto. En nuestro caso tomaremos como mercado potencial las empresas fabricadoras de concreto en la ciudad de Tegucigalpa. En la actualidad este producto no es muy comercial ni empleado. Tenemos conocimientos que la empresa ³CONCREMIX´ está empezando a implementar esta tecnología e incluso hay una casa modelo en construcción. Si se planea crear una empresa que produzca este tipo de concreto se deberá tomar en cuenta lo siguiente: Materia P rima: Entiéndase por materia prima el material necesario para poder
producir concreto aligerado a base de Poliestireno. Los materiales a utilizar son cemento, arena, poliestireno41 y aditivos. Maquinaria: Compresor de Aire, Mezcladora, Trituradora, Herramientas varias T ransporte: trasladar el producto terminado
Se recomienda hacer un estudio de mercado para poder de manera más detallada tomar decisiones más acertadas al momento de establecer una empresa, sobre todo si se planea introducir un producto novedoso. Estos estudios sobrepasan el alcance de esta investigación así que solo se plantea.
41
Empresa dedicada a la fabricación del EPS: Danilo Rios y Asoc., Col. La Hacienda, Tegucigalpa
93
CAPÍTULO VI:
VI.1. Aplicaciones del Poliestireno expandido Las aplicaciones que encuentra el EPS (Poliestireno Expandido) en la construcción están relacionadas con características como aislamiento térmico, acústico, estructural etc. Ya sea por ahorro de energía o por confort, el poliestireno expandido o EPS posee características que cumplen muy bien con todas esas funciones. Actualmente en los países de clima templado y tropical existe la tendencia a construir bajo medidas eficientes de aislamiento térmico, ya que el gasto energético para el acondicionamiento de edificios en las temporadas cálidas puede ser equivalente o aún mayor que el gasto energético para la calefacción en invierno.
VI.2. El poliestireno en la Construcción Baja conductividad térmica: por su estructura de células cerradas y rellenas de aire que dificultan el paso del calor o del frío que se traduce en una alta capacidad de aislamiento térmico.
Ligereza: con densidades que oscilan entre los 10-35 kg/m3 y que permiten construcciones ligeras pero seguras.
Resistencia mecánica: aunque ligeros, los productos de poliestireno expandido tienen una alta capacidad de resistencia mecánica, siendo esto importante para determinadas aplicaciones donde se exija esta característica (por ejemplo: aislamiento de cubiertas bajo carga, suelos bajo pavimento, etc.).
Baja absorción de agua: lo que permite mantener las propiedades térmicas y mecánicas sin que se vean afectadas por la acción de la humedad (de ahí que el poliestireno expandido sea un excelente material aislante con prestaciones superiores a materiales que no tienen este comportamiento frente a la humedad). 94
Facilidad de manipulación e instalación: es un material que se puede trabajar con las herramientas habituales en obra y así garantizar perfectos acabados y ajustes. Por otro lado, su bajo peso permite facilidad de transporte de los materiales en la obra y grandes economías en la instalación.
Resistencia química: los materiales de poliestireno expandido son perfectamente compatibles con los materiales comúnmente empleados en la construcción como los cementos, yesos, cales, agua dulce o salina, etc.
Versatilidad: ya que puede presentarse en multitud de formas y tamaños que se ajusten a las necesidades específicas de la construcción.42
Resistencia al envejecimiento: todas las propiedades mencionadas se mantienen durante la vida útil del material que será tan larga como la de la propia construcción a donde va asociado. Los productos de poliestireno expandido no se ven alterados por los agentes externos ni por la acción de hongos o parásitos que no encuentran en este material soporte nutritivo alguno.43
F igura
42
VI-1Algunas aplicaciones poliestireno expandido ( Isotex
8)
Para ver imágenes de video, ir a: www.acepe.pt/eps/eps_fab.asp 95
VI.3. Algunos Ejemplos aplicables a nuestro medio Molduras de poliestireno: La Moldura de Poliestireno expandido puede ser usada
tanto en interiores como en exteriores en: Losa Tradicional, Remate de losa, Marcos de ventanas, en recamaras, salas, comedor, etc. Estás varían de acuerdo a su proyecto y gustos del cliente44.
F igura
VI- Molduras de P oliestireno expandido reciclado ( Imagen obtenida por catalogoartmold)
F abricación
de bloques: Este producto es muy usado en nuestro medio, el cual sería
una alternativa más para mejor los costos de construcción y poder reducir las cargas en la edificación. 45
F igura
44 45
VI- Bloque con poliestireno expandido triturado ( Imagen de P rovoca)
(catalogoartmold) Ver página web: (Isotex, 2008)
96
P aneles de pared como aislamiento T ermo acústico: La idea principal de
disponer de este elemento es que cumpla al mismo tiempo la función de pared de protección o división, para su resistencia y de aislamiento termo acústico, ha sido indudablemente acertada e innovadora en los materiales de construcción y procedimientos constructivo. Los paneles presentan una notable facilidad de colocación, transporte e instalación del mismo, gracias su a su reducido peso, permite su empleo en cualquier situación. La ligereza de los paneles de poliestireno expandido con cierta capa de mortero, está de todos modos asociada a una notable rigidez tras ser aplicado el micro hormigón estructural. Éste garantizará la integridad y la respuesta al uso para el cual han sido destinados. 46
F igura
VI-4 P anel de E PS con malla electro soldado (P anel C onfort House
F igura
46
VI-5 P ared hecha con paneles de E PS (P anel C onfort House
4)
4)
(Panel Confort House, 2004)
97
Adoquines para Aceras: Hoy en día, se utilizan los adoquinados con motivos
estéticos y todavía muchos de los adoquines más antiguos se encuentran en servicio y en un buen estado, prueba de la gran robustez de este sistema. Asimismo, se han desarrollado adoquines de concreto aligerado con poliestireno, los cuales se utilizan de manera similar a los antiguos adoquines de piedra u hormigón convencional. A veces, a los adoquinados modernos se les añaden colorantes buscando un mejor resultado estético para verse mejor al igual al concreto aligerado con poliestireno.
F igura
VI-6 Adoquines para aceras ( imagen de P rovoca)
Losas aligeradas viguetas
j
bovedillas con poliestireno: Es un elemento que en
complemento con viguetas pretensadas, forman un sistema de losas prefabricadas cuya principal función, es la de eliminar todo el peso posible en las estructuras para las losas de entrepiso techos azoteas etc.
F igura
VI-7Losa aligerada con vigueta bovedilla con E PS ( imagen de P rovoca) k
98
Porque es beneficioso usarlas en una edificación:
Elimina el peso propio de la losa
Máxima seguridad ante movimientos sísmicos.
Puede reducir ampliamente las secciones de acero y concreto desde la cimentación.
Puede aumentar notablemente el rendimiento en la mano de obra por su fácil colocación o instalación (ósea que cualquiera puede hacerlo).
Es un excelente aislante térmico y acústico.
Se puede cortar en el peralte y entre eje que su proyecto requiera.
Facilidad para hacer ajustes, por lo que no hay poquísimo desperdicios.
Se puede cortar o perforar con facilidad para cualquier instalación (hidráulicas, sanitaria, eléctrica, especiales, etc.)
F igura
VI-8 P erfil de la losa aligerada con poliestireno
99
CAPÍTULO VII:
VII.1. Conclusiones Como se puedo ver en esta investigación, el Concreto Aligerado es una alternativa en la construcción de obras civiles al Concreto Convencional. Los usos y aplicaciones que se le puede dar a este producto son limitados solamente por la creatividad del constructor. Es necesario cambiar la forma de construir y empleando este método con Poliestireno Reciclado promete ser una manera ecológicamente amigable y económicamente factible. En casi toda estructura se puede usar este tipo de concreto, por muy pequeño que sea la porción a construir, esto resulta en diseños más económicos con secciones más pequeñas y un
uso
muy
adecuado
de
los
materiales
disponibles.
El Concreto Aligerado no se utilizara como material para construcciones de elementos principales en una estructura (vigas y columnas), sino más bien para elementos secundarios que no soportan la carga principal de una estructura y no son medio de transporte de cargas hacia las cimentaciones. Esto es muy importante recalcar ya que no se conoce de manera acertada el comportamiento del Concreto Aligerado a base de Poliestireno Expandido a factores como el desgaste, durabilidad, resistencia al fuego, exposición a la intemperie, etc. En términos de economía, el análisis hecho nos muestra que el Concreto Aligerado es aproximadamente 40% más económico que el Concreto Convencional de mediana resistencia, tomando en cuenta que se pierde resistencia a la compresión, pero se gana liviandad en la estructura. Por lo tanto quedo comprobada nuestra hipótesis. A día de hoy, por falta de resultados de las pruebas a compresión, no podemos concluir con respecto a este tema. Si podemos decir sin embargo que hemos visto un comportamiento de resistencias muy bajas a edades muy tempranas (7 días). Debido a que no existe una norma ASTM que controle los ensayos realizados con este material, se siguió la norma ASTM para ensayos de concreto convencional. Cualquier estructura siempre fallara por el lado más débil. Se ha visto que utilizando la norma ASTM de pruebas a compresión de concreto convencional en concretos aligerados creamos un plano de falla y 100
la mezcla dentro del cilindro ya no es homogénea. La parte superior que queda expuesta a la intemperie es el plano de falla y debido a su bajo peso, esta no se asienta sino que aparenta un movimiento hacia la parte de afuera del cilindro. Como resultado al crear un plano frágil, no medimos en realidad la resistencia total del cilindro sino la resistencia de la parte superior que es la más frágil. El concreto convencional es un material que tiene bastantes aplicaciones, siendo las más relevantes la construcción de paneles prefabricados, losas aligeradas, paredes divisorias y bloques para la construcción de bovedillas.
VII.2. Recomendaciones 1.
101
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