Tesis Annel Jussarha Ruiz Rodríguez

FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR” AZÚCAR” Tesis para optar el título profesional de: Ingeniero Civil Autor: Bach. Annel Jussarha Ruiz Rodríguez Asesor: Dr. Ing. Orlando Aguilar Aliaga Cajamarca – – Perú Perú 2015

“RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA CEMENTO -ARENA INCORPORANDO CENIZA CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZUCAR”

APROBACIÓN APROBACIÓN DE LA L A TESIS El (La) asesor(a) y los miembros del jurado evaluador asignados, APRUEBAN la tesis Rodríguez, denominada: desarrollada desarrollada por el (la) Bachiller Annel Jussarha Ruiz Rodríguez, “RESISTEN “RESISTENCIA CIA A COMPRESI COMPRESI N DEL DEL MORTERO MORTERO CEMEN CEMENTO TO-ARENA

INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA CAÑA DE AZÚCAR”

Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

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APROBACIÓN APROBACIÓN DE LA L A TESIS El (La) asesor(a) y los miembros del jurado evaluador asignados, APRUEBAN la tesis Rodríguez, denominada: desarrollada desarrollada por el (la) Bachiller Annel Jussarha Ruiz Rodríguez, “RESISTEN “RESISTENCIA CIA A COMPRESI COMPRESI N DEL DEL MORTERO MORTERO CEMEN CEMENTO TO-ARENA

INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA CAÑA DE AZÚCAR”


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DEDICATORIA

A Dios: Dios: por ser mi fuerza y refugio en momentos difíciles, por mantenerme por el camino correcto, llevando una vida basada en valores, v alores, y conociendo que todos los logros obtenidos se deben tomar con humildad. humildad.

A Mi Madre: Madre: Por brindarme su apoyo y confianza incondicional a lo largo de toda mi vida universitaria, así como por mantenerse a mi lado en momentos difíciles, brindándome palabras de aliento para no decaer y continuar en el camino para alcanzar mis metas y objetivos.


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“RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZUCAR”

AGRADECIMIENTO

A Mi Madre: por brindarme palabras de aliento y apoyo moral durante todo el proceso de elaboración del presente trabajo de investigación, así como durante todos mis estudios universitarios.

A Juan Diego Moreno Malpica, por todo su apoyo incondicional durante el proceso de elaboración de la presente tesis.

A Mi Asesor : Ingeniero Orlando Aguilar Aliaga por orientarme indispensablemente en el área técnica, para una adecuada elaboración de la presente tesis.


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ÍNDICE DE CONTENIDOS APROBACIÓN DE LA TESIS...............................................................................................ii DEDICATORIA .....................................................................................................................iii AGRADECIMIENTO ............................................................................................................iv ÍNDICE DE CONTENIDOS ...................................................................................................v ÍNDICE DE TABLAS ...........................................................................................................vii ÍNDICE DE GRÁFICOS ..................................................................................................... viii RESUMEN .............................................................................................................................x ABSTRACT ..........................................................................................................................xi CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1 1.1. Realidad problemática ............................................................................................... 1 1.2. Formulación del problema ......................................................................................... 5 1.3. Justificación ................................................................................................................ 5 1.4. Limitaciones ............................................................................................................... 5 1.5. Objetivos..................................................................................................................... 6 1.5.1. Objetivo General .......................................................................................... 6 1.5.2. Objetivos Específicos................................................................................... 6 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 7 2.1. Antecedentes ............................................................................................................. 7 2.2. Bases Teóricas......................................................................................................... 11 2.2.1. Morteros: .................................................................................................... 11 2.2.2. Cemento portland:...................................................................................... 12 2.2.3. Cementos peruanos y sus características. ............................................... 14 2.2.4. Residuos agroindustriales: ........................................................................ 17 2.2.5. Componentes de los residuos agroindustriales: ....................................... 17 2.2.6. Criterios de selección de residuos con fines de aprovechamiento........... 18 2.2.7. Productos agroindustriales en el Perú:...................................................... 19 2.2.8. Ensayo de resistencia a compresión de mortero Cemento: Arena .......... 23 2.3. Definición de términos básicos ................................................................................ 24 CAPÍTULO 3. HIPÓTESIS ................................................................................................ 26 3.1. Formulación de la hipótesis ..................................................................................... 26 Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

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3.2.

Operacionalización de variables .............................................................................. 26

CAPÍTULO 4. MATERIAL Y MÉTODOS .......................................................................... 27 4.1. Tipo de diseño de investigación. ............................................................................. 27 4.2. Material. .................................................................................................................... 27 4.2.1. Unidad de estudio. ..................................................................................... 27 4.2.2. Población.................................................................................................... 27 4.2.3. Muestra. ..................................................................................................... 27 4.3. Métodos. ................................................................................................................... 28 4.3.1. Técnicas de recolección de datos y análisis de datos .............................. 28 4.3.2. Procedimientos .......................................................................................... 28 CAPÍTULO 5. DESARROLLO .......................................................................................... 29 5.1. OBTENCIÓN DEL AGREGADO FINO .................................................................... 29 5.2. ENSAYOS REALIZADOS AL AGREGADO FINO OBTENIDO: ............................. 29 5.2.1. CONTENIDO DE HUMEDAD (ASTM C70)............................................... 29 5.2.2. PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCION (ASTM C127) . 30 5.2.3. PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO SUELTO Y COMPACTADO............. 32 5.2.3.1. Peso Unitario Suelto (PUSS) .................................................. 32 5.2.3.2. Peso Unitario Compactado (PUCS) ....................................... 34 5.2.4. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (ASTM C136/NTP 400.012) ................. 35 5.3. DISEÑO DE MEZCLA DE MORTERO CON RELACIÓN 1:4 ................................. 37 5.4. ENSAYO A COMPRESIÓN UNIAXIAL DE MORTERO (ASTM 109)..................... 40 CAPÍTULO 6. RESULTADOS .......................................................................................... 43 CAPÍTULO 7. DISCUSIÓN ............................................................................................... 71 REFERENCIAS ................................................................................................................... 77


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ÍNDICE DE TABLAS Tabla Nº 01: Producción De Principales Productos Agrícolas…………………………..…..03 Tabla Nº 02: Resultados de Resistencia a compresión según porcentaje de sustitución y tipo de ceniza utilizada……………………………………………………………07 Tabla Nº03: Dosificaciones para cada muestra de mortero ………………………………...08 Tabla Nº 04: Componentes Químicos Del Cemento Portland ……………………………….12 Tabla Nº 05: Porcentajes De Los Componentes Químicos Que Intervienen En El Cemento Portland………………….…………………………………………………………12 Tabla Nº 06: Características Químicas De Los Cementos Peruanos……………….……..15 Tabla Nº 07: Características Físicas De Los Cementos Peruanos………………………….16 Tabla Nº 08: Propiedades Químicas Del Bagazo De Caña …………………………………..20 Tabla Nº 09: Composición Química De La Cascarilla De Arroz Y Sus Cenizas ……………21 Tabla Nº 10: Tolerancias Permisibles Según la Edad de prueba …………………………...23 Tabla Nº11: Operacionalización de Variables…………………………………………………26 Tabla Nº 12: Dosificaciones Iniciales en Peso Estado Húmedo …………….………………39 Tabla Nº 13: Contenido de Humedad del Agregado Fino …………………………………...43 Tabla Nº 14: Peso Unitario Suelto del Agregado Fino ……………………………………….44 Tabla Nº 15: Peso Unitario Compactado del Agregado Fino………………………………..44 Tabla Nº 16: Peso Específico y Porcentaje de Absorción del Agregado Fino………….…45 Tabla Nº 17: Análisis Granulométrico del Agregado Fino …………………………………….46 Tabla Nº 18: Resistencia a Compresión del Mortero, para 03 días de curado …………….47 Tabla Nº 19: Resistencia a Compresión Del Mortero, para 07 días de Curado…………..52 Tabla Nº 20: Resistencia a Compresión Del Mortero, para 14 días de Curado …………..57


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ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico Nº01: Análisis Granulométrico………………………………………………………..46 Gráfico Nº02: Resistencia a Compresión para 03 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Cáscara de Arroz …………………………..48 Gráfico Nº03: Resistencia a Compresión para 03 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Afrecho de Cebada………………………….49 Gráfico Nº04: Resistencia a Compresión para 03 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar ……………….50 Grafico N°05: Porcentaje de Variación de Resistencia a los 03 días de curado, Según el Porcentaje de Ceniza de Residuo Agroindustrial Incorporado ……………..51 Gráfico Nº06: Resistencia a Compresión para 07 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Cáscara de Arroz ……………………………53 Gráfico Nº07: Resistencia a Compresión para 07 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Afrecho de Cebada………………………….54 Gráfico Nº08: Resistencia a Compresión para 07 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar ………………..55 Grafico N°09: Porcentaje de Variación de Resistencia a los 07 días de curado, Según el Porcentaje de Ceniza de Residuo Agroindustrial Incorporado ……………...56 Gráfico Nº10: Resistencia a Compresión para 14 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Cáscara de Arroz ……………………………58 Gráfico Nº11: Resistencia a Compresión para 14 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Afrecho de Cebada………………………….59 Gráfico Nº12: Resistencia a Compresión para 14 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar ………………...60 Grafico N°13: Porcentaje de Variación de Resistencia a los 14 días de curado, Según el Porcentaje de Ceniza de Residuo Agroindustrial Incorporado ……………...61 Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

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Grafico N°14: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de cáscara de arroz, en función del tiempo de curado. ………….62 Grafico N°15: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1% de ceniza de cáscara de arroz, en función del tiempo de curado. ……………..63 Grafico N°16: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1.5% de ceniza de cáscara de arroz, en función del tiempo de curado. …………64 Grafico N°17: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de afrecho de cebada, en función del tiempo de c urado……….65 Grafico N°18: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de afrecho de cebada, en función del tiempo de curado. . ……….66 Grafico N° 19: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1.5% de ceniza de afrecho de cebada, en función del tiempo de curado. . ……….67 Grafico N° 20: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar, en función del tiempo de curado. .…………………………………………………………………………..68 Grafico N° 21: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1% de ceniza de bagazo de caña de azúcar, en función del tiempo de curado. .…………………………………………………………………………..69 Grafico N° 22: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar, en función del tiempo de curado..70


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RESUMEN

En el presente trabajo se ha realizado la comparación de la resistencia a compresión incorporando ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar en valores de 0.5%, 1% y 1.5% con respecto al peso del cemento, realizando el ensayo a compresión correspondiente para edades de curado de 03, 07 y 14 días. Llegando a determinar que para cada tipo de ceniza incorporada, los resultados han variado notoriamente, cabe decir que se ha logrado incrementar la resistencia con respecto al mortero cemento – arena sin la incorporación de ningún tipo de aditivo en los siguientes porcentajes, con ceniza de cáscara de arroz, incremento la resistencia incorporando 0.5%, para el caso de ceniza de afrecho de cebada, con 0.5% de incorporación y para el caso de ceniza de bagazo de caña de azúcar con 1% de incorporación, pero entre los tres porcentajes máximos mencionados la resistencia máxima total se ha logrado con la incorporación de 1% de ceniza de bagazo de caña de azúcar.


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ABSTRACT

In the present work has been done comparing the compressive strength incorporating rice husk ash, barley bran and sugar cane bagasse in securities of 0.5%, 1% and 1.5% based on the weight of the cement, making the corresponding compression assay curing ages 03, 07 and 14 days. Coming to determine that for each type of built-ash, the Results have varied markedly, note that it has succeeded in increasing the resistance with respect to the mortar cement - sand without the addition of any additive in the following percentages, with husk ash rice, increased resistance by incorporating 0.5%, in the case of barley bran ash, with 0.5% incorporation and ash in the case of sugar cane bagasse with 1% incorporation, but the three maximum rates indicated total maximum strength has been achieved with the addition of 1% ash sugarcane bagasse


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CAPÍTULO 1.

INTRODUCCIÓN

1.1. Realidad problemática El mortero es un material pétreo artificial obtenido como resultado de la solidificación de una mezcla, compuesta por un aglomerante, agua, árido fino, y aditivos, que mejoran las calidades de la mezcla y los morteros. El mortero no contiene árido grueso, puesto que se emplea en forma de capas finas (juntas en la mampostería, enlucido, etc.) (Gorchakov, 1984) Es importante mencionar que los agregados constituyen un factor determinante en la economía, durabilidad y estabilidad en las obras civiles, pues ocupan allí un volumen muy importante. (Por ejemplo el volumen de los agregados en el concreto hidráulico es de un 65% a 85%, en el concreto asfáltico es del 92% al 96%, en los pavimentos del 75% al 90%. Por lo anterior el estudio de sus propiedades físicas y mecánicas cobra especial importancia para su adecuada y eficiente utilización. Es por ello que un buen agregado garantiza la elaboración de un buen concreto, o en su defecto; de un buen mortero. (Gutierrez, 2003) A su vez, un aditivo es el material que es distinto al agua, de los agregados o del cemento hidráulico, utilizando como componente del concreto, y que se añade a éste antes o durante su mezclado a fin de modificar sus propiedades. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006). Existen consecuentemente varios casos, en que la única alternativa de solución técnica y eficiente es el uso de aditivos. Al margen de esto, cada vez se ve más consolidado a nivel internacional el criterio de considerar a los aditivos como un componente normal

dentro de la Tecnología del Concreto moderna ya que

contribuyen a minimizar los riesgos que ocasionan el no poder controlar ciertas características a la mezcla de concreto original, como son los tiempos de fraguado, la estructura de vacíos, el calor de hidratación, etc. (Pesquel, 2001) En el Perú, no es frecuente el uso de aditivos, por la creencia generalizada de que su alto costo no justifica su utilización en el concreto de manera rutinaria, adicionando Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

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a esto el desconocimiento sobre el uso y potencialidades de los aditivos, ya que al no ser productos de gran disponibilidad de consumo en el mercado local. (Pesquel, 2001) De lo dicho anteriormente, es importante también conocer que debido a la industrialización, así como al incremento poblacional a nivel mundial, los residuos generados por la industria agrícola, también ha ido en aumento, trayendo consigo problemas medio ambientales, al no tener un adecuado procesamiento o almacenamiento. Se conoce como residuo agroindustrial a materiales en estado sólido o líquido que se generan a partir del consumo directo de productos primarios o de su industrialización, y que ya no son de utilidad para el proceso que los generó, pero que son susceptibles de aprovechamiento o transformación para generar otro producto con valor económico, de interés comercial y/o social. (Saval, 2012) Según el Banco Central de Reserva del Perú (2009), En el Perú, para el año 2009, en el sector agroindustrial, referente a algunos productos generados son:

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Caña de Azúcar: Es el principal soporte de la agricultura, no solamente por insumir una porción importante de los recursos tierra y agua, sino principalmente por el hecho de sustentar el 23,5% del Valor Bruto de Producción (VBP) agrícola en 2007. El cultivo se encuentra localizado Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Agroindustrial 121 principalmente en los valles de Chicama y Santa. Catalina, participando en la producción nacional en el 2007 con el 45,6% al producir 3,7 millones de Toneladas (T) con una superficie de 29,1 mil Hectáreas (has). Su importancia económica es variada, pues además del azúcar, que es el producto principal, el bagazo y la melaza son subproductos que proporcionan materia prima a diversas industrias, como también contribuyen a la a limentación de especies pecuarias

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Arroz. Es otro cultivo cuya importancia se sustenta en la formación del Valor Bruto de Producción (VBP) agrícola regional (13,5%) y por ser el segundo cultivo en extensión con 30 mil Hectáreas (has), después de la caña de


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azúcar. Su desarrollo se localiza, principalmente, en el valle de Jequetepeque, que cuenta con riego regulado, desde 1988, proveniente de la represa de Gallito Ciego. En el 2007, el rendimiento promedio por hectárea (9,5 T/ha.) fue mayor al promedio nacional (7,2 T/ha.), contribuyendo con más del 11,6% a la producción nacional de arroz, al producir 285,7 mil Toneladas (T) en una superficie de 29,9 mil Hectáreas (has). En general para, el año 2009, con respecto al año anterior, la producción de los principales productos agrícolas han ido en aumento, y con ello los residuos generados. Datos que se muestran la TABLA Nº01, donde se detalla la producción de Caña de Azúcar de 4,345,865 Toneladas (T) para el año 2008 a 4,807,415 Toneladas (T), mostrándose un incremento en la producción, equivalente a 461.550 Toneladas (T) . Para el caso de del arroz, en el año 2008 detalla una producción de 29,356 Toneladas (T) y para el año 2009, 338,578 Toneladas (T), notándose un incremento en la producción de 45,222 Toneladas (T), para la cebada, en el año 2008 detalla una producción de 43,195 Toneladas (T) y para el año 2009, 51,554 Toneladas (T), notándose un incremento en la producción de 8,359 Toneladas (T). Tabla Nº 01: Producción de principales productos agrícolas Variación Cultivos 2008 2009 (%) Agro exportación y agroindustria 3.0 Caña de azúcar 4 345 865 4 807 415 10.6 Esparrago 164 587 166 431 1.1 Maís amarillo Duro 253 354 211 319 -61.6 Palto 25 983 29 380 13.1 Uva 41 285 43 450 5.2 Alcachofa 16 587 13 562 -18.2 Páprika 3 081 4 880 58.4 Mercado Interno 4.4 Alfalfa 161 337 178 040 10.4 Arroz 293 356 338 578 15.4 Cebada 43 195 51 554 15.4 Maiz amiláceo 20 487 20 482 0.0 Papa 329 287 228 124 -0.4 Trigo 51 916 60 589 16.7 Fuente: BCRP, 2009


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A nivel nacional en general, la producción de cáscara de arroz, ha incrementado en un 49.4%, totalizando 676 mil 961 toneladas, sin embargo para el departamento de Cajamarca en específico la producción de este residuo agroindustrial disminuyo en un -19.2%. (INEI, 2015) Así también, para el caso de producción de caña de azúcar, y como consecuencia, del bagazo de la misma, durante el año 2015 a nivel nacional, ha incrementado en un 8.7%, sin embargo para el departamento de Cajamarca, ha habido una disminución en un -5.6%. (INEI, 2015) En Cajamarca, durante el año 2015, la producción de cebada, y en consecuencia, del afrecho de la misma, ha alcanzado un área de 11,8 mil hectáreas, manteniendo una expansión similar a la del año 2014, sin observar un incremento considerable en la cosecha de este cereal (INEI, 2015) Tomando en cuenta que según Xavier García Mar (2015), al mezclar el cemento con agua se desencadena una reacción que produce los compuestos químicos responsables de su fuerza. En este proceso también se libera hidróxido cálcico Ca (OH)2. Esta sustancia disminuye su endurecimiento, pero al adicionársele los residuos agroindustriales se revierte este efecto y se potencian así sus propiedades aglutinantes. Debido a lo anteriormente expuesto se podría plantear una alternativa de solución que involucre interrelacionar estos estos residuos agroindustriales, conjuntamente con el petróleo y los principales componentes utilizados para la elaboración de mortero cemento-arena y con ello lograr un mejor uso para estos residuos, mitigando el impacto ambiental negativo que generan y beneficiando a la industria de la construcción al mejorar en un porcentaje optimo las características de un mortero cemento-arena, tal es el caso de la resistencia a compresión.


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1.2. Formulación del problema ¿De qué manera influye la incorporación de ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar en el incremento de la resistencia a compresión de un mortero cemento-arena, en comparación al mortero 1:4 sin adicionar ningún aditivo (testigo)?

1.3. Justificación El presente estudio es realizado con el fin de determinar y comparar la manera en la que influye la incorporación de ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y el bagazo de la caña de azúcar en proporciones de 0.5%, 1% y 1.5%, referente al peso del cemento, en la resistencia a compresión uniaxial del mortero cemento-arena, en proporciones 1:4, y así mismo determinar un porcentaje apropiado para cada tipo de ceniza de residuo agroindustrial incorporado con el cual se logre una resistencia máxima, superior a la mínima estipulada por un mortero cemento arena 1:4 sin la incorporación de ningún tipo de aditivo.

Mediante este análisis de la incorporación de cenizas de residuos agroindustriales, podremos verificar que la cantidad de sílice que presentan son capaces de influir e incrementar la resistencia del mortero 1:4, pudiendo utilizar estos aditivos naturales en la construcción de futuras edificaciones más resistentes.

1.4. Limitaciones 

Adquirir el bagazo de caña de azúcar es un poco difícil en la Ciudad de Cajamarca, ya que no había mucha producción de caña de azúcar durante la época de elaboración del presente trabajo de investigación, por lo que este residuo agroindustrial no era generado en cantidades considerables, tomándose así la alternativa de ir a los productores de jugo de caña de azúcar del mercado central de la ciudad para que nos proporcionen el bagazo que desechan después de obtener este producto para su venta.


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1.5. Objetivos 1.5.1. Objetivo General Comparar la resistencia a compresión del mortero cemento – arena, incorporando ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar.

1.5.2. Objetivos Específicos 1. Calcular las propiedades del agregado fino a utilizar en la elaboración del mortero, tales como: Contenido de humedad, Peso específico, Porcentaje de absorción, Peso unitario suelto, Peso unitario compactado, Análisis Granulométrico y Módulo de finura. 2. Elaborar satisfactoriamente los especímenes de ensayo, consistentes en probetas cúbicas de 5cmx5cmx5cm, ideales para la realización de ensayo a compresión de mortero. 3. Determinar la resistencia máxima a compresión de probetas de mortero cemento-arena, con las probetas del mismo mortero incorporando ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar en proporciones de 0.5%, 1% y 1.5%


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CAPÍTULO 2.

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes Durante el año 2008, en la Universidad Central de Venezuela, se realizó el trabajo de investigación denominado “Evaluación físico químico de cenizas de cascarilla de arroz, bagazo de caña y hoja de maíz y su influencia en mezclas de mortero, como materiales puzolánicos”. En el cual se sustituyó el cemento en porcentajes de 10%, 15%, 20%, 25% y 30% por ceniza de cascarilla de arroz, bagazo de caña de azúcar y hoja de maíz, elaborando probetas y ensayándolas para una edad de 7, 28 y 90 días. Dando resultados favorables, los cuales se detallan en la Tabla Nº02. Tabla Nº02: Resultados de Resistencia a compresión según porcentaje de sustitución y tipo de ceniza utilizada Muestra Cemento 100%

Cemento + Ceniza de hoja de maíz

Cemento + Ceniza de cascarilla de arroz

Cemento + Ceniza de bagazo de caña de azúcar

Resistencia

%

Resistencia

%

Resistencia

%

7 días

Respecto

28 días

Respecto

90 días

Respecto

(Kg/cm2)

al Patrón

(Kg/cm2)

al Patrón

(Kg/cm2)

al Patrón

0

301

100

413

100

474

100

10

264

87.7

425

102.9

487

102.7

15

298

99.0

397

96.1

455

96

20

254

84.4

398

96.3

463

97.7

25

258

85.7

381

92.2

452

95.4

30 10

249 242

82.7 80.4

367 458

88.9 110.9

414 545

87.3 115

15

274

91.0

463

112.1

519

109.5

20

315

104.6

470

13.8

507

107

25

219

72.8

413

100

428

90.3

30 10

258 205

85.7 68.1

389 223

94.2 54

447 298

94.3 62.6

20

124

41.2

163

39.5

221

46.6

30

66

21.9

84

20.3

69

14.6

% de Ceniza

Fuente: Idalberto, 2008


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Concluyendo que las adiciones de ceniza de cascarilla de arroz provocan incrementos en la resistencia a la compresión, siendo el porcentaje ideal de sustitución de 20 %. La ceniza de hoja de maíz experimentó un ligero incremento en su resistencia a compresión para pequeños porcentajes de sustitución y en general se puede apreciar que se logra hasta el 20 % sin afectaciones mayores de la resistencia. Las muestras contentivas de ceniza de bagazo de caña no mostraron posibilidades de ser empleadas como material puzolánico

Así también se puede notar que para las muestras con adición, la resistencia a compresión a los 7 días disminuye levemente en la medida que se añade más cenizas. En cambio a los 28 días se experimentan incrementos de resistencia a compresión para muestras con adiciones entre 10 y 20 % aproximadamente. Sin embargo, a edades avanzadas (90 días), aunque los valores de resistencia a compresión siguen aumentando, este aumento es proporcionalmente inferior al de la muestra patrón. (Idalberto, 2008) En el año 2013, Un equipo de alumnos de la Universidad Estatal Paulista (UNESP) de Brasil, Se realizó una investigación para definir la proporción agua/cemento y la consistencia adecuada para todas las trazas, con el reemplazo parcial de agregados finos por CBC. Se adoptó una proporción agua/cemento de 0,48 basada en la proporción 1:3. El reemplazo de agregados finos por Ceniza de bagazo de caña de azúcar (CBC) se realizó en porcentajes de 0%, 3%, 5%, 8% y 10%Los cuales se detallan en la Tabla Nº 03. Tabla Nº03: Dosificaciones para cada muestra de mortero Cemento Proporción Taza Arena (g) CBC (g) Agua (g) (g) a/c Control

1000

3000

-

480

0.48

3%

1000

2910

90

480

0.48

5%

1000

2850

150

480

0.48

8%

1000

2760

240

480

0.48

10%

1000

2700

300

480

0.48

Fuente: Camargo et al, 2014


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Según los resultados, los cuales se muestran en la Figura Nº01, se descubrió que luego de 7 días, la resistencia a compresión de las trazas con adición de CBC al 3%, 5% y 8% son muy similares y menores que la resistencia a compresión de la traza Control, pero evolucionan a las edades de 28 y 56 días, indicando que la evolución de la resistencia a compresión es menor.

Figura Nº01: Resistencia a compresión

Fuente: Camargo et all, 2014 En un artículo presentado en el año 2012 por la Revista de la Construcción en Colombia se presentó la evaluación de las propiedades mecánicas y de durabilidad de morteros adicionados con una toba volcánica (TV) y una ceniza de bagazo de caña de azúcar (CBC), incorporadas en proporción del 10 y 20%, en sustitución al cemento. Los materiales de partida fueron caracterizados mediante las técnicas de Fluorescencia de Rayos X, Granulometría Láser, Difracción de Rayos X (DRX), y Microscopia Electrónica de Barrido (MEB y EDS). En los morteros adicionados se realizaron ensayos de resistencia mecánica a la compresión y de durabilidad (absorción y porosidad, succión capilar, permeabilidad a cloruros y susceptibilidad a la carbonatación). (Valencia, et al, 2012)


9


Lográndose determinar que un porcentaje del 10% en sustitución del cemento, de cualquiera de las adiciones, incrementa la resistencia a compresión del mortero a edad de 28 días de curado en órdenes hasta de un 42%. Al incorporar un 20% de adición el incremento resistente se hace más visible a edades más largas, así el mortero adicionado con 20% de TV reporta valores superiores al material de referencia hasta en un 80%; por el contrario los adicionados con 20% de CBC igualan la resistencia del mortero patrón, así también se determinó que al contrastar este mayor desempeño resistente del mortero adicionado con TV con su mayor permeabilidad capilar y por ende mayor permeabilidad al ion cloruro; propiedades en las cuales presenta un mejor comportamiento la ceniza de bagazo. (Valencia, et al, 2012)


10


2.2. Bases Teóricas 2.2.1. Morteros: Para preparar morteros de construcción, se utiliza, la mayoría de veces aglomerantes inorgánicos (cemento, cal aérea, y yeso de construcción). En la construcción vial y en los trabajos especiales (colocación de capas de cemento y de protección contra la corrosión) se usan morteros basados en aglomerantes de asfalto y polímeros; el agua no forma parte integrante en estas mezclas de mortero. Los morteros de construcción se clasifican ateniéndose al tipo de aglomerante, a la masa volumétrica y al destino de uso. Según el tipo de aglomerante se encuentran los morteros de cemento, cal, yeso y mixtos (de cemento y cal, cemento y arcilla, de cal y yeso, etc.) Según la masa volumétrica distinguen los siguientes morteros: pesados con la masa volumétrica superior a 1500 Kg/m 3, que por lo común se preparan a base de la arena cuarzosa, ligeros con la más volumétrica más baja de 1500 Kg/m 3, preparados a base de un árido fino poroso y con agentes porógenos. Según el destino, los morteros de construcción se dividen en: Mortero de mampostería, para levantar muros, asentar cimientos,



columnas, bóvedas, etc. 

Morteros de enlucido, para el revoque de paredes interiores, techos, fachadas de edificios,



Morteros de montaje, para rellenar juntas entre los elementos gruesos al ensamblar edificios y obras usando estructuras y piezas prefabricadas (Gorchakov, 1984)


11


2.2.2. Cemento portland: El Cemento Portland es un producto obtenido por la pulverización del Clinker portland, con la adición eventual de sulfato de calcio, se admite la adición de otros productos que no excedan el 1% en peso del total siempre que la norma correspondiente establezca que su inclusión no afecta las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionados deberán ser pulverizados conjuntamente con el clinker. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006) Los componentes químicos principales que lo componen se muestran en la Tabla Nº 04: TABLA Nº 04: Componentes Químicos Del Cemento Portland Componente Químico Procedencia Usual

95%

Oxido de Calcio (CaO)

Rocas Calizas

Oxido de Silice (SiO 2)

Areniscas

Oxido de aluminio (Al 2O3) Oxido de Fierro (Fe 2O3)

Arcillas Arcillas, Mineral de Hierro, Pirita

Oxido de Magnesio, Sodio 5%

Potasio, Titanio, Azufre

Minerales Varios

Fósforo y Manganeso Fuente: Pesquel, 2001 Así también es importante conocer los porcentajes típicos que intervienen en el cemento Portland, los óxidos mencionados son los que se muestran en la Tabla Nº 05: TABLA Nº 05: Porcentajes De Los Componentes Químicos Que Intervienen En El Cemento Portland Óxido Componente Porcentaje Típico CaO

61% - 67%

SiO2

20% - 27%

Al2O3

4% - 7%

Fe2O3

2% - 4%

SO3

1% - 3%

MgO

1% - 5%

K2O y Na2O

0.25% - 1.5%

Fuente: Pesquel, 2001 Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

12


Composición del Cemento Portland: Luego del proceso de formación del Clinker y molienda final, se obtienen los compuestos establecidos por primera vez por Le Chatelier en 1852 y que son los que definen el comportamiento del cemento hidratado y que se dallará con su fórmula química, abreviatura y nombre común, a continuación (Sandor, 1979) a) Silicato Tricalsico (3CaO.SiO2 – C3S – Alita) Define la resistencia inicial (en la primera semana) y tiene mucha importancia en el calor de hidratación b) Silicato Dicalcico (2CaO.SiO2 – C2S – Belita) Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor de hidratación. c) Aluminio Tricálcico (3CaO.Al 2o3 – C3A) Aisladamente, no tiene trascendencia en la resistencia, pero con los silicatos condiciona el fraguado violento actuando como catalizador, por lo que es necesario añadir yeso en el proceso (3% - 6%) para controlarlo. Es responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que al reaccionar con estos, produce Sulfoaluminatos con propiedades expansivas, por lo que hay que limitar su contenido d) Aluminio-Ferrito Tetracálcico (4CaO.Al2O3.FeO3 – C4AF – Celita) Tienes

trascendencia

en

la

velocidad

de

hidratación

y

secundariamente en el calor de hidratación e) Oxido de Magnesio (MgO) Pese a ser un componente menor, tiene importancia, pues para contenidos mayores del 5% trae problemas de expansión en la pasta hidratada y endurecida.


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f) Óxidos de Potasio y Sodio (K2O, Na2O – Álcalis) Tiene importancia para casos especiales de reacciones químicas con ciertos agregados, y los solubles del agua, contribuyen a producir eflorescencias con agregados calcáreos. g) Óxidos de Manganeso y Titanio (Mn2O3, TiO2) El primero, no tiene significación especial en las propiedades del cemento, salvo en su coloración, que tiende a ser marrón si tiene contenidos mayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los contenidos superan el 5% se obtiene disminución de resistencia a largo plazo. (Neville, 1977) El segundo influye en la resistencia, reduciéndola para contenidos superiores al 5%. Para contenidos menores, no tiene mayor trascendencia. En general, es importante resaltar que de todos los compuestos anteriormente mencionados y detallados, son los silicatos y los aluminatos los que constituyen los componentes mayores en el cemento, pero que no necesariamente los más trascendentes, pues algunos de los componentes que se encuentran en menores proporciones tienen suma importancia, dependiendo de las distintas condiciones de uso de los cementos. (Pesquel , 2001) 2.2.3. Cementos peruanos y sus características. Actualmente, en el Perú, las distintas empresas dedicadas a este rubro, tal es el caso de Cementos Sol, Atlas, Andino, Yura, Pacasmayo y Rumi, vienen elaborando cementos tipo I, II, V, IP e IPM, sin embargo dependiendo del fabricante, las características físicas y químicas del producto pueden variar. Como por ejemplo las características químicas, mostradas en la TABLA Nº 06 Y las características físicas, mostradas en la TABLA Nº 07.


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TABLA Nº 06: Características Químicas De Los Cementos Peruanos

Elemento

Sol Tipo I

Atlas Tipo IP

CaO 63.20 53.65 SiO2 19.79 26.28 Al2O3 6.15 6.44 Fe2O3 2.82 4.84 K2O 0.96 1.07 Na2O 0.28 0.37 SO3 2.58 2.84 MgO 3.16 2.76 Cal Libre 0.52 0.29 P. Ignición 0.80 1.63 R. Insoluble 0.62 10.21 C3S 54.18 C2S 15.87 C3 A 11.53 C4 AF 8.57 Fuente: (Pesquel Carbajal, 2001)

Andino Tipo I

Andino Tipo II

Andino Tipo V

Yura Tipo I

Yura Tipo IP

64.18 21.86 4.81 3.23 0.65 0.15 2.41 0.96 0.59 1.24 0.42 51.33 23.95 7.28 9.82

63.83 22.58 4.21 3.11 0.54 0.12 2.38 0.97 0.40 1.46 0.59 48.73 27.92 5.89 9.45

64.60 22.50 3.04 4.28 0.56 0.13 2.36 0.92 0.55 1.08 0.57 58.64 20.30 0.81 13.01

65.9 22.66 4.15 2.41

46.30 43.51 3.36 1.98

Yura Tipo IPM 53.80 33.34 4.80 2.04

1.66 1.24

1.42 1.30

2.04 1.37

0.96 0.48 60.00 19.70 6.92 7.33

1.60 26.70

1.87 15.69

Pacasmayo Pacasmayo Tipo I Tipo V 63.02 19.50 6.20 3.30 0.70 0.26 2.50 2.13 1.20 2.30 0.50 54.85 14.52 10.85 10.03


62.92 20.50 4.07 5.14 0.68 0.22 1.83 2.10 1.10 1.93 0.68 60.44 13.18 2.09 15.63

Rumi Tipo I 44.19 24.67 1.56 5.01 0.72 1.69 1.09 1.06 2.85 2.99 9.21 69.08 4.34 15.25

15


TABLA Nº 07: Características Físicas De Los Cementos Peruanos

Elemento Peso Específico (gr/cm3) Fineza malla 100 (%) Fineza malla 200 (%) S. especifica Blaine (cm2/gr) Contenido de Aire (%) Expansión en autoclave (%) Fraguado inicial Vicat Fraguado finl Vicat f’c a los 3 días (kg/cm2) f’c a los 7 días (kg/cm2) f’c a los 28 días (kg/cm2) Calor de hidratación a los 7 días (cal/gr) Calor de hidratación a los 28 días (cal/gr) Fuente: Pesquel, 2001

Sol Tipo I

Atlas Tipo IP

Andino Tipo I

Andino Tipo II

Andino Tipo V

Yura Tipo I

Yura Tipo IP

3.11 0.04 4.14 3.477 9.99 0.18 1hr 49’ 3hr 29’ 254 301 357 70.60

3.03 0.03 0.38 4.472 9.82 0.15 1hr 59’ 3hr 41’ 235 289 349 60.50

3.11 0.34 5.66 3.300 6.50 0.02 2hr 50’ 3hr 45’ 204 289 392 64.93

3.18 0.10 4.71 3.400 5.35 0.01 3hr 15’ 4hr 30’ 160 205 320 63.89

3.11 0.20 2.58 3.400 5.22 (0.01) 2hr 15’ 3hr 45’ 184 243 362 59.02

3.11

2.86

Yura Tipo IPM 2.95

3.597

4.086

3.848

0.20 2hr 4hr 242 335 388

0.11 2hr 4hr 10’ 140 222 316

0.26 2hr 10’ 4hr 10’ 240 299 367

84.30

78.40


16

Pacasmayo Pacasmayo Tipo I Tipo V

3.400 10.50 0.22 2hr 29’ 5hr 10’ 168 210 273

3.300 10.10 0.14 2hr 40’ 5hr 20’ 154 196 258


TABLA Nº 07: Características Físicas De Los Cementos Peruanos

Elemento Peso Específico (gr/cm3) Fineza malla 100 (%) Fineza malla 200 (%) S. especifica Blaine (cm2/gr) Contenido de Aire (%) Expansión en autoclave (%) Fraguado inicial Vicat Fraguado finl Vicat f’c a los 3 días (kg/cm2) f’c a los 7 días (kg/cm2) f’c a los 28 días (kg/cm2) Calor de hidratación a los 7 días (cal/gr) Calor de hidratación a los 28 días (cal/gr) Fuente: Pesquel, 2001

Sol Tipo I

Atlas Tipo IP

Andino Tipo I

Andino Tipo II

Andino Tipo V

Yura Tipo I

Yura Tipo IP

3.11 0.04 4.14 3.477 9.99 0.18 1hr 49’ 3hr 29’ 254 301 357 70.60

3.03 0.03 0.38 4.472 9.82 0.15 1hr 59’ 3hr 41’ 235 289 349 60.50

3.11 0.34 5.66 3.300 6.50 0.02 2hr 50’ 3hr 45’ 204 289 392 64.93

3.18 0.10 4.71 3.400 5.35 0.01 3hr 15’ 4hr 30’ 160 205 320 63.89

3.11 0.20 2.58 3.400 5.22 (0.01) 2hr 15’ 3hr 45’ 184 243 362 59.02

3.11

2.86

Yura Tipo IPM 2.95

3.597

4.086

3.848

0.20 2hr 4hr 242 335 388

0.11 2hr 4hr 10’ 140 222 316

0.26 2hr 10’ 4hr 10’ 240 299 367

84.30

78.40


Pacasmayo Pacasmayo Tipo I Tipo V

3.400 10.50 0.22 2hr 29’ 5hr 10’ 168 210 273

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2.2.4. Residuos agroindustriales:

Durante algunos procesos agroindustriales se generan subproductos o residuos y si ellos no reciclados o procesados apropiadamente, generan diversos problemas ambientales. Algunos son quemados o vertidos en rellenos sanitarios produciendo una gran liberación de dióxido de carbono, contaminación de cursos de aguas, molestias por presencia de olores, proliferación de ratas, moscas y otros insectos, etc. Su eliminación supone un problema de gestión para las empresas productoras. Sin embargo, estos materiales son fuentes especialmente atractivas por su contenido en compuestos químicos (como azúcares, pigmentos, cáscara alimentaria, proteína, polifenoles, lignina, etc.) y pueden ser potencialmente útiles cuando se les transforma mediante tratamientos químicos o microbiológicos en productos de elevado valor añadido. La utilización de residuos agrícolas en procesos de remediación de suelos y tratamiento de

3.300 10.10 0.14 2hr 40’ 5hr 20’ 154 196 258


2.2.4. Residuos agroindustriales:

Durante algunos procesos agroindustriales se generan subproductos o residuos y si ellos no reciclados o procesados apropiadamente, generan diversos problemas ambientales. Algunos son quemados o vertidos en rellenos sanitarios produciendo una gran liberación de dióxido de carbono, contaminación de cursos de aguas, molestias por presencia de olores, proliferación de ratas, moscas y otros insectos, etc. Su eliminación supone un problema de gestión para las empresas productoras. Sin embargo, estos materiales son fuentes especialmente atractivas por su contenido en compuestos químicos (como azúcares, pigmentos, cáscara alimentaria, proteína, polifenoles, lignina, etc.) y pueden ser potencialmente útiles cuando se les transforma mediante tratamientos químicos o microbiológicos en productos de elevado valor añadido. La utilización de residuos agrícolas en procesos de remediación de suelos y tratamiento de efluentes ha sido también de gran interés y varios procesos han sido reportados. (Barragán et al, 2008) 2.2.5. Componentes de los residuos agroindustriales:

1. Celulosa: La celulosa es una molécula que da estructura y soporte a la planta, y forma un cristal empaquetado que es impermeable al agua, por lo cual es insoluble al agua y resistente a la hidrolisis (Atlas y Bartha, 2002) 2. Hemi celulos a

La hemiceluslosa está conformada por cadenas cortas y son polímetros heterogéneos

que

contienen

tanto

hexosas

como

pentosas.

Dependiendo de la especie de planta estos azucares se asocian con ácidos urónicos formando estructuras poliméricas diversas que pueden estar relacionadas con la celulosa y la lignina (Atlas y Bartha, 2002, Mailer 2000)


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3. Lig nina

La lignina es la responsable de la rigidez de las plantas y de sus mecanismos de resistencia al estrés y ataques microbianos, en las plantas la lignina se encuentra químicamente unida a la hemicelulosa y rodeando las fibras compuestas por celulosa (Atlas y Bartha, 2002, Mailer 2000) 4. Extractivo s Son aquellas sustancias que se encuentran presentes en las diferentes fibras vegetales, pero no son carbohidratos, tales como ácidos grasos, terpenos, penoles y resinas. Muchos de estos compuestos son solubles en agua o disolventes orgánicos polares como metanol, etanol o acetona. (Atlas y Bartha, 2002, Mailer 2000)

2.2.6. Criterios de selección de residuos con fines de aprovechamiento Al paso de los años, se han definido criterios de selección de los residuos para ser aprovechados con fines biotecnológicos, algunos de ellos son:

-

Que el principal componente del residuo pueda ser utilizado como sustrato para la producción fermentativa de insumos de procesos industriales, o bien, que el material pueda ser sometido a extracciones para recuperar alguno de sus componentes que tenga un mercado demandante.

-

Que el residuo esté disponible localmente y en las cantidades necesarias para asegurar la fabricación de un producto de interés.

-

Que no tenga otras aplicaciones o usos que compitan con el proceso que se pretende promover.

-

Que no requiera pretratamiento, y en caso de requerirlo, que éste sea sencillo y económico (Saval, 2012)


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2.2.7. Productos agroindustriales en el Perú:



Bagazo de Caña de Azúcar Taxonómicamente, la caña de azúcar es clasificada como una planta monocotiledónea, pertenece al grupo de las Glumifloras, a la familia de las Gramíneas, a la subfamilia Panicoides, a la Tribu Andropogéneas, al género Saccharum y a la especie Saccharum officinarum.

Los investigadores han señalado que el centro de origen de la caña de azúcar es la India, el mencionado cultivo es considerado como un cultivo permanente. El tallo de la plata, representa ser la parte comercial donde se almacena la sacarosa, cuyo compuesto es la materia prima para la elaboración del azúcar rubia, y el azúcar blanca, los otros subproductos que se obtienen durante la elaboración del azúcar son: el bagazo, de donde se obtiene la pulpa para el papel y combustible industrial, de la cachaza se obtiene abonos orgánicos y de la miel final incristable se obtienen alcoholes, sucroquimica y la melaza para la alimentación animal.

Asimismo, al compararse en el 2001 el rendimiento promedio nacional de la caña de azúcar con los rendimientos de los países americanos, se concluye que en el Perú posee la mayor competitividad, el cultivo de caña de azúcar, con 133 Toneladas por hectárea, en el segundo lugar se encuentra Colombia con 190 Toneladas y en tercero Guatemala con 93 Toneladas. (Olaya & Olaya, 2005)

El bagazo es el residuo del proceso de fabricación del azúcar a partir de la caña, el remanente de los tallos de la caña después de ser extraído el jugo azucarado que ésta contiene; se ha empleado tradicionalmente en los países azucareros como materia prima para la producción de energía en las calderas de los ingenios o centrales azucareros y su empleo en la manufactura de papel inició hace más de 150 años además de la fabricación de paneles aglomerados de fibras y de partículas y celulosa para derivados farmacéuticos y aditivos de alimentos (Rutiaga et al., 2002 y Jiménez, 1997).


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Las propiedades químicas del bagazo de caña se muestran en la Tabla Nº 08, en el cual se puede destacar el elevado porcentaje equivalente a 1.67% en ceniza.

Tabla Nº08: Propiedades Químicas Del Bagazo De Caña de Azúcar Entero Fibra Medula Solubilidad en éter (%) 0.25 0.12 2.5 Solubilidad en alcohol-benceno (%) 4.01 1.8 2.8 Solubilidad en Agual caliente (%) 2.5 0.9 1.9 Lignina (%) 20.2 20.8 20.2 Pentosa (%) 26.7 27.9 28.4 Hemicelulosa (%) 76.6 77.8 77.7 Alfa celulosa (%) 38.1 42.4 34.8 Ceniza (%) 1.67 0.7 2.29 Fuente: Arboleda & Cueva, 2010



Cáscara de Arroz La cascarilla de arroz es uno de los desechos agroindustriales más comunes y generados en mayor cantidad en el Perú, siendo usada generalmente como combustible, teniendo como agravante que por su baja degrababilidad se puede acumular en el medio ambiente, generando fuertes impactos ambientales. La cascarilla de arroz es de consistencia quebradiza, abrasiva y su color varía del pardo rojizo al púrpura oscuro. Su densidad es baja, por lo cual al apilarse ocupa grandes espacios. El peso específico es de 125 kg/ m3, es decir, 1 tonelada ocupa un espacio de 8 m 3 a granel (Varón 2005). La composición química de la cascarilla de arroz y de sus cenizas se muestra en la Tabla Nº 09


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Tabla Nº09: Composición Química De La Cascarilla De Arroz Y Sus Cenizas Cascarilla De Arroz

Ceniza de Cascarilla de Arroz

Componente

%

Componente

%

Carbono

39.1

Ceniza de Sílice (SiO2)

94.1

Hidrógeno

5.2

Oxido de calcio (CaO)

0.55

Nitrógeno

0.6

Oxido de magnesio

0.95

(MgO) Oxigeno

37.2

Oxido de potasio (K2O)

2.10

Azufre

0.1

Oxido de Sodio (Na2O)

0.11

Cenizas

17.8

Sulfato

0.06

Cloro

0.05

Oxido de Titanio (TiO2)

0.05

Oxido de aluminio

0.12

(Al2O3) Otros Componentes

1.82

(P2O5, F2O3) Total

100.00

Total

100.00

Fuente: Prada & Cortés, 2010

El poder calorífico de la cascarilla es de 3.281,6 Kcal/kg. Debido a la estructura cerrada, la combustión se dificulta, y, por el alto contenido de sílice (el 20 %), es de muy baja biodegradabilidad en condiciones del ambiente natural. La temperatura máxima que se obtiene al ser quemada varía de acuerdo con su condición: 970°C (seca), 650°C (con algún grado de humedad) y hasta los 1000°C (mezclada con combustible). La cascarilla de arroz al quemarse, genera 17.8 % de ceniza rica en Sílice (94.5 %), (Varón 2005, Valverde, 2007)


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

Afrecho de Cebada: La Cebada es un cereal de dos envolturas de películas que recubren el germen y el resto del grano, una de ellas se prolonga en forma de arista aserrada. Está cubierta por tres capas llamadas pericarpio, testa y aleurona., el cuerpo harinoso está formado principalmente de gránulos de almidón y el germen o embrión está separado del cuerpo harinoso por medio de una capa llamado epitelio del escutelo. (Morales, 2015)

El Afrecho El afrecho seco es definido por la American Association of Feed Control Officials (AAFCO) como: “El residuo seco extraído de la so la Malta de Cebada o mezclada con otros granos cereales o productos de granos, resultante de la manufactura del mosto o de la cerveza, y que puede contener residuos de lúpulo gastado en una cantidad que no excede el 3%; uniformemente distribuido”. Después de realizar los procesos de germinación, cocción de la malta y de la mezcla con triturados de cereales para obtener como resultado el mosto; se realiza un proceso de filtrado y selección de donde se recoge un residuo que contiene un 81% de humedad, el cual al someterlo al secamiento su humedad fluctúa entre un 7 y 10% y su color podrá variar de acuerdo a la clase de cebada y de los triturados que se empleen, generalmente es de color grisáceo o amarillo pardusco. El Afrecho en su amino grama muestra una composición equilibrada en cuanto a los aminoácidos más limitantes en las especies monogastricas como son: Lisina, meteonina, meteonina mas cistina y triptofano, en relación con otras materias primas que por sus características podrían guardar ciertas semejanzas, como son los subproductos del arroz y de l trigo; sin embargo con relación al contenido mineral el Afrecho contiene niveles invertidos en la relación Calcio y fosforo y bajos niveles de potasio. (Morales, 2015)


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2.2.8. Ensayo de resistencia a compresión de mortero Cemento: Arena Según la Norma Internacional ASTM C109, para determinar la resistencia a compresión de morteros de cemento hidráulico, se deben realizar probetas cúbicas de 2 pulgadas o 50mm. Se deben realizar dos o tres especímenes de una colada de mortero para cada periodo de prueba o edad de prueba. Todos los especímenes de prueba para una edad de prueba dada, deberán ser ensayados dentro de la tolerancia permisible prescrita como se muestra en la Tabla Nº 10 (ASTM C109) TABLA Nº10: Tolerancias Permisibles Según la Edad de prueba Edad de Prueba

Tolerancia Permisible

3 dias

± 1h

7 dias

± 3h

28 dias

± 12h

Fuente: ASTM C109


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2.3. Definición de términos básicos 

Aditivo: material distinto al agua, de los agregados o del cemento hidráulico, utilizando como componente del concreto, y que se añade a éste antes o durante su mezclado a fin de modificar sus propiedades. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006)



Afrecho: residuo seco extraído de la sola Malta de Cebada o mezclada con otros granos cereales o productos de granos, resultante de la manufactura del mosto o de la cerveza, y que puede contener residuos de lúpulo gastado en una cantidad que no excede el 3%; uniformemente distribuido (Association of Feed Control Officials)



Arena: agregado fino, proveniente de la desintegración natural de las rocas. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006)



Bagazo: El Bagazo de caña se produce como consecuencia de la fabricación de azúcar y constituye un subproducto de esta producción. Es un combustible natural para producir vapor en las fábricas azucareras. Es un material fibroso, heterogéneo en cuanto a su composición granulométrica y estructural, que presenta relativamente baja densidad y un alto contenido de humedad, en las condiciones en que se obtiene del proceso de molienda de la caña. (Camargo et al, 2014)



Carga: Es la fuerza externa que acciona sobre un cuerpo dado (Abanto, 2007)



Carga estática: carga constante en la estructura a lo largo de un periodo de tiempo. (Mamlouk & Zaniewski, 2009)



Cemento: Material Pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una pasta aglomerante capaz de endurecer, tanto bajo el agua como en el aire. Quedan excluidas las cales hidráulicas, las cales aéreas y los yesos. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006)


Pág. 24

“RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZUCAR” 

Cemento Portland: Producto obtenido por la pulverización del Clinker portland, con la adición eventual de sulfato de calcio, se admite la adición de otros productos que no excedan el 1% en peso del total siempre que la norma correspondiente establezca que su inclusión no afecta las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionados deberán ser pulverizados conjuntamente con el clinker. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006)



Compresión: Un cuerpo está sometido a compresión cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a cortarlo o aplastarlo. (Abanto, 2007)



Esfuerzo: intensidad de fuerza por unidad de área (Abanto, 2007)



Mortero de cemento: es la mezcla constituida por cemento, agregados predominantemente finos y agua. (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006)



Pasta de Cemento: Es una mezcla de cemento y agua (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2006)



Propiedades mecánicas: el comportamiento mecánico de un material se define como la respuesta del mismo a las cargas externas. (Mamlouk & Zaniewski, 2009)


Pág. 25


CAPÍTULO 3.

HIPÓTESIS

3.1. Formulación de la hipótesis La incorporación de ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar, incrementan la resistencia a compresión uniaxial del mortero cementoarena 1:4 en un 5% para cada tipo de ceniza de residuo agroindustrial incorporada.

3.2. Operacionalización de variables Tabla Nº 11: Operacionalización de las variables de estudio TIPO DE VARIABLE

INDEPENDIENTE

VARIABLE

DEFINICION CONCEPTUAL

INDICADORES

UNIDAD

Ceniza de Cáscara de Arroz

Cereal considerado como alimento de muchas culturas a nivel mundial

Porcentaje de Incorporación

%


%


%

Carga Uniaxial Área de contacto Tiempo de curado

Kg cm2 Días

Ceniza de Afrecho de Cebada

Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar

DEPENDIENTE

Resistencia a Compresión


Residuo seco extraído de la sola Malta de Cebada o mezclada con otros granos cereales o productos de granos Producto orgánico que se produce como consecuencia de la fabricación del azúcar Resistencia que tiene un material a quebrarse al ser sometida a una carga

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CAPÍTULO 4.

MATERIAL Y MÉTODOS

4.1. Tipo de diseño de investigación. Experimental

4.2. Material. 4.2.1. Unidad de estudio. Cada una de las probetas cubicas de 5 cm de lado a ensayar.

4.2.2. Población. Para el presente diseño de investigación, la población será la misma que la muestra de estudio asumida.

4.2.3. Muestra. Es una muestra no estadística, la cual es asumida por conveniencia del investigador, la cual consta de 90 probetas distribuidas de la siguiente manera: -

09 testigos, probetas de mortero cemento-arena 1:4, sin incorporar ningún residuo agroindustrial.

-

09 probetas para un 0.5% de incorporación de ceniza de cáscara de arroz, 09 probetas para un 0.5% de incorporación de ceniza de afrecho de cebada y 09 probetas para un 0.5% de incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar respectivamente.

-

09 probetas para un 1% de incorporación de ceniza de cáscara de arroz, 09 probetas para un 1% de incorporación de ceniza de afrecho de cebada y 09 probetas para un 1% de incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar respectivamente.

-

09 probetas para un 1.5% de incorporación de ceniza de cáscara de arroz, 09 probetas para un 1.5% de incorporación de ceniza de afrecho de cebada y 09 probetas para un 1.5% de incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar respectivamente.


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4.3. Métodos. 4.3.1.

Técnicas de recolección de datos y análisis de datos Características físicas del agregado: La recolección de datos, será realizada en el laboratorio de concreto de la Universidad Privada del Norte, realizando los ensayos respectivos al agregado fino a utilizar en la elaboración del mortero cemento – arena 1:4, según se indica en la ASTM C136 (Granulometría del agregado fino y grueso), ASTM C566 (Contenido de Humedad del agregado), ASTM C128 (peso específico y absorción)

Resistencia a compresión La recolección de datos, será realizada en el laboratorio de concreto de la Universidad Privada del Norte, realizando los ensayos respectivos a las probetas cúbicas de 5cm*5cm*5cm de mortero en la máquina de c ompresión uniaxial, determinando la resistencia del material, así como la deformación del mismo, el mismo que será realizado para una edad del mortero de 3, 7 y 14 días, según la norma ASTM C109. 4.3.2.

Procedimientos i. Obtención del agregado fino a utilizar, de la cantera del rio Chonta, de la ciudad de Cajamarca. ii. Obtención de la cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar, del mercado central de la Ciudad de Cajamarca. iii. Incineración de la cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar, hasta convertirlos en ceniza. iv. Determinación de las propiedades físicas y mecánicas del agregado fino a utilizar en el mortero. v. Elaboración del correspondiente diseño de mezcla para un mortero 1:4 vi. Elaboración de las probetas de concreto con distintos porcentajes de cenizas de la cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar. vii. Realización del ensayo de resistencia a compresión uniaxial de cada una de las probetas elaboradas, a edades de 3, 7 y 14 días.


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CAPÍTULO 5.

DESARROLLO

5.1. OBTENCIÓN DEL AGREGADO FINO Primeramente se obtendrá el agregado fino de la cantera del rio Chonta, ubicada en el Distrito de Baños del Inca de la ciudad de Cajamarca. 5.2. ENSAYOS REALIZADOS AL AGREGADO FINO OBTENIDO: 5.2.1. CONTENIDO DE HUMEDAD (ASTM C566/NTP 339.185) i. Pesar una muestra de arena, en estado natural (Ph) Toma Fotográfica Nº01 Peso de la muestra en estado natural

Fuente: Elaboración Propia, 2015

ii. Colocar al horno a una temperatura de 100ºC ± 5ºC, durante 24 horas, hasta obtener un peso constante.


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Toma Fotográfica Nº02 Colocación de las muestras en el Horno


iii. Pesar la la muestra, para determinar el peso seco seco de ésta. iv. El contenido de humedad humedad del agregad agregad fino a utilizar, utilizar, se determinará usando usando la siguiente expresión: % =

ℎ − 

∗ 100…….. Ecuación …….. Ecuación Nº 01

5.2.2. PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCION (ASTM C127/ 400.017) i. Lavar aproximadamente aproximadamente 1000gr del material a utilizar ii. Sumergir la la muestra en el agua y dejar en reposo reposo durante 24 horas horas


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Toma Fotográfica Nº03 Muestra sumergida totalmente en el agua

Fuente: Elaboración Propia, 2015 iii. Decantar sobre una bandeja e iniciar el proceso de secado con una leve leve corriente de aire caliente (secadora de cabello) iv. En el molde cónico, rellenar con tres capas compactando con 25 golpes por capa, con una varilla metálica. v. En el caso de existir existir humedad, el cono de de agregado mantendrá mantendrá su forma, de ser el caso, continuar con el secado hasta lograr que éste se desmorone por completo. vi. Logrado un estado estado superficialmente superficialmente seco, introducir introducir en un frasco una muestra de 500gr. Luego realizar movimientos del frasco hasta eliminar eliminar todas las burbujas de aire. vii. Después de un minuto, llenarlo llenarlo con agua hasta la la marca de 500cm3 y determinar el peso total con el agua introducida. viii. Extraer cuidadosamente cuidadosamente el agregado fino del frasco, y secar en el horno a 100ºC hasta obtener el peso seco.. ix. El peso específico específico del material material se obtendrá con la la siguiente expresión: expresión:

..= Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

 −

………. Ecuación Nº 02

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Dónde: V: Volumen del frasco usado en el ensayo (cm3) Wo: Peso en el aire de la muestra secada en la estufa Va: Peso en gramos o volumen en cm3 del agua añadida al frasco x. El porcentaje de absorción absorción del material, material, se obtendrá con la siguiente expresión.

% =

5− 

………….. Ecuación Nº 03

5.2.3. PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO VOLUMÉTRICO SUELTO Y COMPACTADO (ASTM C29 / NTP 400.017) 5.2.3.1. Peso Unitario Suelto (PUSS) i. Pesar el recipiente o molde vacío, en Gramos (gr) Toma Fotográfica Nº04 Determinación del Peso del Molde Vacío



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ii. Medir el diámetro y la altura del molde vació para determinar el volumen interno en metros cúbicos (m3) iii. Verter una muestra de aproximadamente 15cm sobre el borde superior del recipiente. iv. Enrazar la superficie Toma Fotográfica Nº05 Enrace a la superficie del molde

Fuente: Elaboración Propia, 2015 v. Pesar nuevamente el molde, conteniendo la muestra. vi. El Peso unitario suelto, se determinará mediante la siguiente ecuación:

 =


(+− )   


Pág. 33


5.2.3.2. Peso Unitario Compactado (PUCS) i. Se determina el volumen del recipiente o molde a utilizar ii. Vaciar el material dentro del recipiente en tres capas iguales, cada capa deberá ser compactada con la varilla con 25 golpes.

Toma Fotográfica Nº06 Compactación de la última capa de agregado fino


iii. Repetir el Procedimiento con las dos capas siguientes. iv. En la capa anterior, colocar una porción más, para que al compactar alcance el nivel del recipiente. v. Enrazar la superficie superior


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vi. Pesar el recipiente con la muestra compactada. vii. El peso unitario compactado del material, se determinará usando la siguiente ecuación:

 =

(+− )   


5.2.4. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (ASTM C136/NTP 400.012) i. Previamente, secar el material Toma Fotográfica Nº07 Secado del Material a utilizar


ii. Pesar aproximadamente 5000 gr de material a ensayar iii. Colocar las mallas estándares de diámetro de mayor a menor iv. Colocar el material por partes y tamizar v. Realizar el proceso de vibración de las mallas, girando 5º cada 25 segundos


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Toma Fotográfica Nº08 Tamizado del Agregado Fino

Fuente: Elaboración Propia, 2015 vi. Pasar el contenido de las mallas y limpiarlas adecuadamente


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5.3. DISEÑO DE MEZCLA DE MORTERO CON RELACIÓN 1:4 DATOS Tamaño de probeta:

Ancho: Largo: Altura:

5.00 5.00 5.00

cm cm cm

Especificaciones Técnicas

P.E

AGUA

CEMENTO

ARENA

1

3.1

2.61

gr/cm3

1500 -

1625.82 6.65 2.40

Kg/cm3 % %

P.U.S.S. C.H% Abs% RELACIÓN AGUA/CEMENTO

C/A

CANTIDAD DE AIRE INCLUIDO

=

1/4

=

0.75

=

1 %

Relación Agua/Cemento

=

W/WC

Dosificación

=

1/4:0.75

Porcentaje por desperdicios

=

10

PROPORCIONAMIENTO Proporcionamiento (en volumen)

%

DISEÑO DE MORTERO Volúmenes aparentes:

Cemento

=

1 Pie3

Agregado Fino W/WC

= =

1 Pie3 0.75


Pág. 37


Materiales Secos

Cemento Agregado Fino W/WC

= = =

42.50 Kg 184.15 Kg 31.88 Kg

Volúmenes Absolutos

Cemento

=

0.013710

m3

Agregado Fino

=

0.070458

m3

Agua de diseño

=

0.031875

m3

Sub total

=

0.116043

m3

Aire (1%)

=

0.001160

m3

TOTAL

=

0.117203

m3

Cantidad de materiales por metro cúbico

Nº de Bolsas Materiales por m3:

=

8.53

bls Materiales Secos

Cemento

=

8.53

bls

362.62 Kg

Agregado Fino

=

1.004

m3

1632.33 Kg

Agua de diseño

=

271.96 L

271.96 Kg

Corrección Por Humedad

Materiales húmedos Cemento Agregado fino Agua de Aporte Agua Efectiva

= = = =

362.62 1701.63 72.24 199.72

Kg Kg L L

362.62 Kg 1701.63 Kg

Cantidad de materiales para 09 probetas

Volumen para 01 Espécimen

=

125

cm3

Volumen para 09 Especímenes

=

1125

cm3


=

0.00113 m3

Pág. 38


Materiales con 10% desperdicios Cemento

=

0.0095987

bls

0.408

Kg

Agregado fino húmedo Agua efectiva

= =

0.0011295 0.305958

m3 L

1.922 Kg 0.306 Kg

TABLA Nº 12: DOSIFICACIONES INICIALES EN PESO ESTADO HÚMEDO Cemento

Agregado Fino

Agua

Espécimen

Incorporación de Residuo Agroindustrial Bagazo de Cáscara Afrecho de caña de de arroz cebada azúcar

(Kg)

(Bls)

(Kg)

(m3)

(L)

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

0.00%

0.00%

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.50%

0.00%

0.00%

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

1.00%

0.00%

0.00%

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

1.50%

0.00%

0.00%

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

0.50%

0.00%

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

1.00%

0.00%

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

1.50%

0.00%

Mortero C/A 1:4:0.5%bagazo

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

0.00%

0.50%

Mortero C/A 1:4:1%bagazo

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

0.00%

1.00%

Mortero C/A 1:4:1.5%bagazo

362.62

8.53

1701.63

1.00

199.72

0.00%

0.00%

1.50%

Mortero C/A 1:4 Mortero C/A 1:4:0.5% cáscara de arroz Mortero C/A 1:4:1% cáscara de arroz Mortero C/A 1:4:1.5% cáscara de arroz Mortero C/A 1:4:0.5%afrecho de cebada Mortero C/A 1:4:1%afrecho de cebada Mortero C/A 1:4:1.5%afrecho de cebada

Fuente: Elaboración Propia, 2015 Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

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5.4. ENSAYO A COMPRESIÓN UNIAXIAL DE MORTERO (ASTM C109) i. Mezclar uniformemente el cemento, la arena, el agua y de ser el caso el aditivo a utilizar. ii. Verter la mezcla en los moldes cúbicos de 5cm de lado, compactando en cada compartimento 32 veces en alrededor de 10 segundos en cuatro rondas.

Toma Fotográfica Nº09 Llenado de Moldes con el mortero de ensayo

Fuente: Elaboración Propia, 2015 iii. Dejar fraguar por un tiempo de entre 24 y 72 horas iv. Remover los especímenes de los moldes de manera cuidadosa y colocarlos en la poza de curado hasta el día de ensayo. v. Extraer de la poza de curado, 03 especímenes para cada edad de concreto.


Pág. 40


vi. Limpiar los especímenes hasta obtener una condición de superficie seca, removiendo cualquier grano de arena suelto o incrustaciones de las caras que estarán en contacto con la máquina de prueba Toma Fotográfica Nº10 Especímenes Secos para la Realización del Ensayo

Fuente: Elaboración Propia vii. Determinar el área de las caras superior e inferior del espécimen, del área que estará en contacto con la máquina de ensayo. viii. Aplicar la carga a las caras del espécimen que estuvieron en contacto con superficies realmente planas del molde utilizado y ponerlas cuidadosamente en la máquina de prueba ix. Aplicar la carga a velocidad constante, de tal manera que el tiempo de prueba no sea menos de 20s ni supere los 80s, desde el momento que se empezó a aplicar la carga.


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Toma Fotográfica Nº11 Ensayo de Compresión de Especímenes

Fuente: Elaboración Propia x. Registrar la carga máxima total indicada por la máquina y calcular la resistencia a compresión aplicando la siguiente expresión:  = /……….Ecuación Nº 06

Dónde:

fm: resistencia a compresión P: Carga máxima total A: área de la superficie cargada (de contacto)


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CAPÍTULO 6.

RESULTADOS

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL AGREGADO FINO CONTENIDO DE HUMEDAD (NTP 400.010)

En la tabla Nº 13 se muestran los resultados obtenidos del ensayo de determinación del contenido de humedad (W%) del agregado fino utilizado para la elaboración del mortero Cemento-Arena en estudio, obteniendo valores de 10.96%, 11.17% y 9.82%, dando un promedio de 10.65% de contenido de humedad. TABLA Nº 13: Contenido De Humedad Del Agregado Fino

Muestra

Peso de Tara (gr)

Peso Muestra Húmeda + tara

M1 M2 M3

82 82 82

892 878 820

Peso Peso Muestra Muestra Seca + tara Húmeda (gr) 810 839 796 832 738 773

Peso Muestra Seca (gr) 757 750 691 Promedio

Contenido de Humedad (W%) 7.00 6.13 6.80 6.65


W%


6.65%

Pág. 43


PESO UNITARIO VOLUMÉTRICO



Peso unitario suelto En la tabla Nº 14 se muestran los resultados obtenidos del ensayo de determinación del peso unitario suelto (PUSS) del agregado fino utilizado para la elaboración del mortero Cemento-Arena en estudio. Obteniendo un PUSS equivalente a 1625.82 Kg/cm3 TABLA Nº 14: Peso Unitario Suelto del Agregado Fino Peso Del molde (gr) Volumen del Molde Peso Molde + Muestra (gr)

4786

gr

9293.76

cm 3

19896

gr

PUSS 1.626 gr/cm3 PUSS 1625.82 Kg/cm 3 Fuente: Elaboración Propia, 2015



Peso unitario compactado En la tabla Nº 15 se muestran los resultados obtenidos del ensayo de determinación del peso unitario compactado (PUCS) del agregado fino utilizado para la elaboración del mortero Cemento-Arena en estudio. Obteniendo un PUCS equivalente a 1841.88 Kg/cm 3 TABLA Nº 15: Peso Unitario Compactado del Agregado Fino Peso Del molde (gr) Volumen del Molde Peso Molde + Muestra (gr)

4786

gr

9293.76

cm 3

21904

gr

PUCS 1.84 gr/cm3 PUCS 1841.88 Kg/cm 3 Fuente: Elaboración Propia, 2015 Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

Pág. 44


PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCIÓN

En la tabla Nº 13 se muestran los resultados obtenidos del ensayo de determinación del peso específico y porcentaje de absorción del agregado fino utilizado para la elaboración del mortero Cemento - Arena.

TABLA Nº 16: Peso Específico y Porcentaje de Absorción del Agregado Fino ITEM Muestra Saturada Superficialmente Seca Peso Matraz con agua Peso Matraz + muestra Muestra Seca

Peso Específico Porcentaje de Absorción

Mss (gr)

479.60

Ma (gr)

991.30

Mm (gr)

1287.40

Ms (gr)

470.90

2.61

gr/cm3

1.85

%



Pág. 45


ANALISIS GRANULOMETRICO Y MODULO DE FINURA En la tabla Nº 17 se muestran los resultados obtenidos del ensayo de granulometría del ensayo de del agregado fino utilizado para la elaboración del mortero Cemento - Arena. TABLA Nº17: Análisis Granulométrico del Agregado Fino Peso Inicial 2500 gr Tamiz Abertura

Nº

(mm)

Retenido

Retenido

(gr)

(%)

Retenido Acumulado (%)

% Que Pasa

4

4.75

131

5.24

5.24

94.76

8

2.36

219

8.76

14.00

86.00

16

1.18

482

19.28

33.28

66.72

30

0.60

527

21.08

54.36

45.64

50

0.30

693

27.72

82.08

17.92

100

0.15

337

13.48

95.56

4.44

200

0.078

73

2.92

98.48

1.52

Cazoleta

38

1.52

100.00

0.00

SUMA

2500

100.00

Módulo de finura

2.85

Fuente: Elaboración Propia, 2015 Gráfico Nº01: Análisis Granulométrico 100 90 80 a s a P e u q e j a t n e c r o P

70 60

agregado

50

limite minimo

40

limite maximo

30 20 10 0 0.1

1 Diámetro

10


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ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN 1. ENSAYO A COMPRESIÓN PARA UNA EDAD DE 03 DIAS DEL MORTERO Los resultados obtenidos de ensayo a compresión realizado al mortero para una edad de 03 días, se muestra en la tabla Nº 18, donde se puede observar que para un porcentaje de incorporación de 0.5%, 1% y 1.5% de Ceniza de cáscara de arroz, ceniza de afrecho de cebada y ceniza de bagazo de caña de azúcar, los valores de resistencia a compresión del mortero van incrementando o disminuyendo en función de ambos factores.

TABLA Nº 18: Resistencia a Compresión Del Mortero, para 03 días de Curado Ceniza de Porcentaje de Resistencia Resistencia Porcentaje de Residuo incorporación obtenida mínima variación (%) Agroindustrial (%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) Ninguno

0%

67.17

67.17

0.00

0.50%

74.78

67.17

11.33

1%

71.19

67.17

5.99

1.50%

47.75

67.17

-28.90

Ceniza de

0.50%

90.04

67.17

34.05

afrecho de

1%

66.19

67.17

-1.46

cebada

1.50%

60.90

67.17

-9.33

Ceniza de bagazo

0.50%

72.74

67.17

8.30

de caña de

1%

89.07

67.17

32.61

azúcar

1.50%

69.00

67.17

2.72

Ceniza de Arroz



Pág. 47


A) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 03 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 02, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días, se obtuvo una resistencia de 74.78 Kg/cm2 al incorporar un 0.5% de ceniza de cáscara de arroz, 71.19 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 47.75Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de cáscara de arroz. Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 67.17 Kg/cm 2 Gráfico Nº02: Resistencia a Compresión para 03 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Cáscara de Arroz 90 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

80

74.78 71.19 67.17

70

60 47.75

50

40

30 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%

Porcentaje de Incorporación (%)



Pág. 48


B) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 03 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de afrecho de cebada en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 03, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días, se obtuvo una resistencia máxima de 90.04 Kg/cm 2 al incorporar un 0.5% de ceniza de afrecho de c ebada, 66.19 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 60.90 Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de afrecho de cebada. . Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 67.17 Kg/cm2 Gráfico Nº03: Resistencia a Compresión para 03 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Afrecho de Cebada 100 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

90

90.04

80

67.17

70 66.19

60

60.90

50

40 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 49


C) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 03 DIAS DE EDAD DE CONCRETO INCORPORANDO CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 04, donde s e puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia 72.74 Kg/cm 2 al incorporar un 0.5%, 89.07 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 69.00 Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar. . Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 67.17 Kg/cm 2

Gráfico Nº04: Resistencia a Compresión para 03 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar 110 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

100 89.07 90 80 72.74 69.00

70

67.17 60 50 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 50


D) COMPARACIÓN GENERAL DE LA VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA OBTENIDA A LOS 03 DIAS DE CURADO, DE ACUERDO AL PORCENTAJE DE INCORPORACIÓN DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZÙCAR: Como se puede observar en el Gráfico Nº 05, para un periodo de curado de 03 días, con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz, se logró incrementar la resistencia a compresión uniaxial en un porcentaje de 11.33% y 5.99%, para una incorporación de 0.5% y 1% respectivamente, sin embargo para una incorporación de 1.5%, la resistencia se vio afectada, disminuyendo considerablemente en un 28.90%, con respecto a los testigos previamente ensayados Para el caso de la ceniza de afrecho de cebada, se logró incrementar la resistenc ia a compresión uniáxica en un 34.05% incorporando 0.5%, sin embargo para una incorporación de 1% y 1.5%, se produjo una disminución en la resistencia en valores de 1.46% y 9.33% respectivamente. Con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar, se logró incrementa r la resistencia con los tres porcentajes de incorporación, con valores de 8.30% para una incorporación de 0.5%, 32.61% para 1% de incorporación, con el cual se alcanza el incremento máximo y 2.72% con 1.5% de incorporación.

Grafico N° 05: Porcentaje de Variación de Resistencia a los 03 días de curado, Según el Porcentaje de Ceniza de Residuo Agroindustrial Incorporado 0.4

34.05%

32.61%

0.3 n ó i c a i r a V e d e j a t n e c r o P

0.2 11.33%

8.30%

5.99%

0.1

2.72%

-1.46% 0

0.5% Ar

1% Ar

1.5% Ar

-0.1

0.5% Ceb

1% Ceb

1.5% Ceb 0.5% Bag

1%Bag

1.5% Bag

-9.33%

-0.2 -0.3

-28.90%


Pág. 51


2. ENSAYO A COMPRESIÓN PARA UNA EDAD DE 07 DIAS DEL MORTERO Los resultados obtenidos de ensayo a compresión realizado al mortero para una edad de 07 días, se muestra en la tabla Nº 17, donde se puede observar que para un porcentaje de incorporación de 0.5%, 1% y 1.5% de Ceniza de cáscara de arroz, ceniza de afrecho de cebada y ceniza de bagazo de caña de azúcar, los valores de resistencia a compresión del mortero van incrementando o disminuyendo en función de ambos factores.


0%

89.94

89.94

0.00

0.50%

113.62

89.94

26.32

1.00%

96.00

89.94

6.74

1.50%

86.62

89.94

-3.69

Ceniza de

0.50%

100.53

89.94

11.76

afrecho de

1%

85.31

89.94

-5.16

cebada

1.50%

76.90

89.94

-14.50

Ceniza de bagazo

0.50%

91.71

89.94

1.97

de caña de

1%

115.60

89.94

28.53

azúcar

1.50%

90.19

89.94

0.27

Ceniza de Arroz



Pág. 52


A) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 07 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 06, donde s e puede observar que para una edad del mortero de 07 días, se obtuvo una resistencia 113.62 Kg/cm2 al incorporar un 0.5%, 96.00 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 86.62 Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de cáscara de arroz. . Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 89.94 Kg/cm 2

Gráfico Nº06: Resistencia a Compresión para 07 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Cáscara de Arroz 130 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

120 113.62 110 96.00

100

89.94 90 86.62

80 70 60 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 53


B) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 07 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de afrecho de cebada en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 07, donde se puede observar que para una edad del mortero de 07 días se obtuvo una resistencia 100.53 Kg/cm 2 al incorporar un 0.5%, 85.31 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 76.90 Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de afrecho de cebada. Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 89.94 Kg/cm 2 Gráfico Nº07: Resistencia a Compresión para 07 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Afrecho de Cebada 120 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

110 100.53 100 89.94 90 85.31

80

76.90 70 60 50 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 54


C) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 07 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 08, donde s e puede observar que para una edad del mortero de 07 días, se obtuvo una resistencia 91.71 Kg/cm2 al incorporar un 0.5%, 115.60 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 90.19 Kg/cm2 incorporando 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 89.94 Kg/cm 2

Gráfico Nº08: Resistencia a Compresión para 07 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar 130 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

120

115.60

110

100 91.71

90.19

90

89.94

80

70 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%


Fuente: Elaboración Propia, 2015 .


Pág. 55


D) COMPARACIÓN GENERAL DE LA VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA OBTENIDA A LOS 07 DIAS DE CURADO, DE ACUERDO AL PORCENTAJE DE INCORPORACIÓN DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZÙCAR: Como se puede observar en el Gráfico Nº 09, para un periodo de curado de 07 días, con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz, se logró incrementar la resistencia a compresión uniaxial en un porcentaje de 26.32% y 6.74%, para una incorporación de 0.5% y 1% respectivamente, sin embargo para una incorporación de 1.5%, la resistencia se vio afectada, disminuyendo considerablemente en un 3.69%, con respecto a los testigos previamente ensayados Para el caso de la ceniza de afrecho de cebada, se logró increment ar la resistencia a compresión uniáxica en un 11.76% incorporando 0.5%, sin embargo para una incorporación de 1% y 1.5%, se produjo una disminución en la resistencia en valores de 5.16% y 14.50% respectivamente. Con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar, se logró incrementar la resistencia con los tres porcentajes de incorporación, con valores de 1.97% para una incorporación de 0.5%, 28.53% para 1% de incorporación, con el cual se alcanza el incremento máximo y 0.27% con 1.5% de incorporación.

Grafico N° 09: Porcentaje de Variación de Resistencia a los 07 días de curado, Según el Porcentaje de Ceniza de Residuo Agroindustrial Incorporado 0.3

28.53%

26.32%

0.25 n ó i c a i r a V e d e j a t n e c r o P

0.2 0.15

11.76%

0.1

6.74%

0.05

1.97%

-3.69% 0

0.5% Ar

1% Ar

1.5% Ar 0.5% Ceb

-0.05

1% Ceb

1.5% Ceb 0.5% Bag

0.27% 1%Bag

1.5% Bag

-5.16%

-0.1 -0.15

-14.50%


Pág. 56


3. ENSAYO A COMPRESIÓN PARA UNA EDAD DE 14 DIAS DEL MORTERO Los resultados obtenidos de ensayo a compresión realizado al mortero para una edad de 14 días, se muestra en la tabla Nº 17, donde se puede observar que para un porcentaje de incorporación de 0.5%, 1% y 1.5% de Ceniza de cáscara de arroz, ceniza de afrecho de cebada y ceniza de bagazo de caña de azúcar, los valores de resistencia a compresión del mortero van incrementando o disminuyendo en función de ambos factores.


0%

150.63

150.63

0.00

0.50%

155.06

150.63

2.94

1.00%

151.52

150.63

0.59

1.50%

130.86

150.63

-13.12

Ceniza de

0.50%

178.23

150.63

18.33

afrecho de

1%

136.91

150.63

-9.11

cebada

1.50%

129.61

150.63

-13.95

Ceniza de bagazo

0.50%

157.36

150.63

4.47

de caña de

1%

179.09

150.63

18.90

azúcar

1.50%

153.49

150.63

1.90

Ceniza de Arroz



Pág. 57


A) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 14 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 10, donde se puede observar que para una edad del mortero de 14 días, se obtuvo una resistencia 155.06 Kg/cm2 al incorporar un 0.5%, 151.52 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 130.86 Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de cáscara de arroz. Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 150.63 Kg/cm 2

Gráfico Nº10: Resistencia a Compresión para 14 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Cáscara de Arroz 180 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

170 151.52

160 155.06

150.63 150 140 130.86 130 120 110 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 58


B) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 14 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de afrecho de cebada en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 11, donde se puede observar que para una edad del mortero de 14 días, se obtuvo una resistencia 178.23 Kg/cm 2 al incorporar un 0.5%, 136.91 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 129.61 Kg/cm 2 incorporando 1.5% de ceniza de afrecho de cebada. Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 150.63 Kg/cm 2

Gráfico Nº11: Resistencia a Compresión para 14 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Afrecho de Cebada 200 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

190 178.23 180 170 160 150.63

150 136.91

140

129.61 130 120 110 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 59


C) COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARA 14 DIAS DE EDAD DE MORTERO INCORPORANDO CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR: Los resultados obtenidos con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar en diferentes porcentajes se muestran en el Gráfico Nº 12, donde se puede observar que para una edad del mortero de 14 días, se obtuvo una resistencia 157.36 Kg/cm 2 al incorporar un 0.5%, 179.09 Kg/cm 2 al incorporar 1% y 153.49 Kg/cm2 incorporando 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar. Así también se muestra el valor obtenido del mortero sin incorporar ningún tipo de aditivo, dando una resistencia a compresión uniaxial equivalente a 150.63 Kg/cm 2 Gráfico Nº12: Resistencia a Compresión para 14 días de curado, de acuerdo al porcentaje de incorporación de Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar 200 ) 2 m c / g K ( n ó i s e r p m o c a a i c n e t s i s e R

190 179.09 180 170 160

157.36 153.49

150

150.63

140 130 0.50%

0.70%

0.90%

1.10%

1.30%

1.50%




Pág. 60


D) COMPARACIÓN GENERAL DE LA VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA OBTENIDA A LOS 14 DIAS DE CURADO, DE ACUERDO AL PORCENTAJE DE INCORPORACIÓN DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZÙCAR: Como se puede observar en el Gráfico Nº 13, para un periodo de curado de 14 días, con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz, se logró incrementar la resistencia a compresión uniaxial en un porcentaje de 2.94% y 0.59%, para una incorporación de 0.5% y 1% respectivamente, sin embargo para una incorporación de 1.5%, la resistencia se vio afectada, disminuyendo considerablemente en un 13.12%, con respecto a los testigos previamente ensayados Para el caso de la ceniza de afrecho de cebada, se logró incrementar la resistencia a compresión uniáxica en un 18.33% incorporando 0.5%, sin embargo para una incorporación de 1% y 1.5%, se produjo una disminución en la resistencia en valores de 9.11% y 13.95% respectivamente. Con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar, se logró incrementar la resistencia con los tres porcentajes de incorporación, con valores de 4.47% para una incorporación de 0.5%, 18.90% para 1% de incorporación, con el cual se alcanza el incremento máximo y 1.90% con 1.5% de incorporación.

Grafico N° 13: Porcentaje de Variación de Resistencia a los 14 días de curado, Según el Porcentaje de Ceniza de Residuo Agroindustrial Incorporado 18.90%

18.33%

0.2 0.15 n ó i 0.1 c a i r a V 0.05 e d e j 0 a t n e c r o -0.05 P

4.47%

2.94%

1.90%

0.59% 0.5% Ar

1% Ar

1.5% Ar

0.5% Ceb

1% Ceb

1.5% Ceb 0.5% Bag

1%Bag

1.5% Bag

-9.11%

-0.1 -13.12% -0.15

-13.95%


Pág. 61


4. INCREMENTO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN UNIAXIAL PARA CADA TIPO DE CENIZA INCORPORADO EN PORCENTAJES DE 0.5%, 1% Y 1.5% EN FUNCIÓN DEL TIEMPO DE CURADO. A) INCORPORANDO 0.5% DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 0.5% de ceniza cáscara de arroz en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 14, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 74.78 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 113.62 Kg/cm2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 155.06 Kg/cm2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero. Grafico N° 14: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de cáscara de arroz, en función del tiempo de curado. 160.00

155.06

150.00 ) 2

m c / g K ( n o i s e r p m o C a a i c n e t s i s e R

140.00 130.00 113.62

120.00 110.00 100.00 90.00 74.78

80.00 70.00 60.00 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Tiempo de Curado (Dias)



Pág. 62

14


B) INCORPORANDO 1% DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 1% de ceniza cáscara de arroz en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 15, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 71.19 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 96.00 Kg/cm2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 151.52 Kg/cm2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días. Grafico N° 15: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1% de ceniza de cáscara de arroz, en función del tiempo de curado. 160.00

151.52

150.00 ) 2


140.00 130.00 120.00 110.00 96.00

100.00 90.00 80.00

71.19

70.00 60.00 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14




Pág. 63


C) INCORPORANDO 1.5% DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 1.5% de ceniza cáscara de arroz en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 16, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 47.75 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 86.62 Kg/cm2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 130.86 Kg/cm2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días. Grafico N° 16: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1.5% de ceniza de cáscara de arroz, en función del tiempo de curado. 140.00

130.86

130.00 ) 2


120.00 110.00 100.00 86.62

90.00 80.00 70.00 60.00 47.75

50.00 40.00 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13




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D) INCORPORANDO 0.5% DE CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 0.5% de ceniza de afrecho de cebada en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 17, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 90.04 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 100.53 Kg/cm 2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 178.23 Kg/cm 2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días. Grafico N° 17: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de afrecho de cebada, en función del tiempo de curado. 200.00 178.23 ) 2

180.00

m c / g 160.00 K ( n o i s 140.00 e r p m o C 120.00 a a i c n e t 100.00 s i s e R

100.53 90.04

80.00 60.00 40.00 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13




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E) INCORPORANDO 1% DE CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 1% de ceniza de afrecho de cebada en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 18, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 66.19 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 85.71 Kg/cm 2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 136.91 Kg/cm 2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días. Grafico N° 18: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de afrecho de cebada, en función del tiempo de curado. 150.00 136.91

140.00 ) 2

130.00

m c / g 120.00 K ( n o i 110.00 s e r p 100.00 m o C a 90.00 a i c n 80.00 e t s i s e 70.00 R

85.31

66.19

60.00 50.00 40.00 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13




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F) INCORPORANDO 1.5% DE CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 1.5% de ceniza de afrecho de cebada en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 19, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 60.90 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 76.90 Kg/cm 2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 129.61 Kg/cm 2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días. Grafico N° 19: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1.5% de ceniza de afrecho de cebada, en función del tiempo de curado. 140.00 129.61 130.00 ) 2


120.00 110.00 100.00 90.00 76.90

80.00 70.00

60.90

60.00 50.00 40.00 2

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G) INCORPORANDO 0.5% DE CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 0.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 20, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 72.74 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 91.71 Kg/cm 2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 157.36 Kg/cm 2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días. Grafico N° 20: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 0.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar, en función del tiempo de curado. 170.00

157.36

160.00 ) 2


150.00 140.00 130.00 120.00 110.00 100.00

91.71

90.00 72.74

80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 2

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H) INCORPORANDO 1% DE CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 1% de ceniza de bagazo de caña de azúcar en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 21, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 89.07 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 115.60 Kg/cm 2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 179.09 Kg/cm 2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días

Grafico N° 21: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1% de ceniza de bagazo de caña de azúcar, en función del tiempo de curado. 200.00 179.09 180.00 ) 2

m160.00 c / g K ( n 140.00 o i s e r p m120.00 o C a a i 100.00 c n e t s i 80.00 s e R

115.60

89.07

60.00 40.00 2

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I) INCORPORANDO 1.5% DE CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR Realizando la comparación de los resultados obtenidos con la incorporación de 0.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar en diferentes porcentajes para las tres edades de concreto estudiadas, los resultados se muestran en el Gráfico Nº 22, donde se puede observar que para una edad del mortero de 03 días se obtuvo una resistencia de 69.00 Kg/cm 2, a los 07 días una resistencia equivalente a 90.19 Kg/cm 2 y llegando a alcanzar a los 14 días de curado, una resistencia de 153.49 Kg/cm 2, viendo un aumento considerable en el valor de la resistencia a compresión del mortero entre los 07 y 14 días Grafico N° 22: Incremento de la resistencia a compresión del mortero incorporando 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar, en función del tiempo de curado. 153.49

160.00 150.00 140.00 ) 2

m130.00 c / g K 120.00 ( n o i 110.00 s e r p m100.00 o C a 90.00 a i c n 80.00 e t s i s 70.00 e R

90.19

69.00

60.00 50.00 40.00 2

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CAPÍTULO 7.

DISCUSIÓN

7.1. INCORPORACIÓN DE CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ Con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz en porcentajes de 0.5%, 1% y 1.5%, se ha logrado determinar que, para este caso, la hipótesis se cumple, ya que con la incorporación de 0.5%, la resistencia a compresión es superior en un 11.33% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza. Incorporando 1% la resistencia baja con respecto al 0.5% de incorporación, pero aún sigue siendo superior con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza. Sin embargo al incorporar 1.5% de ceniza de cáscara de arroz al mortero con proporciones 1:4 en estudio, la resistencia baja considerablemente en un 28.90% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza.

Realizando el análisis de la variación de la resistencia a compresión con respecto a los días de curado para cada porcentaje de ceniza de cáscara de arroz incorporado, podemos decir que: 

Para una incorporación de 0.5% de ceniza de cáscara de arroz a los 03 días de curado llega a alcanzar una resistencia a compresión muy baja, equivalente a 74.78Kg/cm 2, al séptimo día se incrementa considerablemente hasta alcanzar los 113.62 Kg/cm 2, llegando a su valor máximo a los 14 días con 155.06 Kg/cm 2



Para una incorporación de 1% de ceniza de cáscara de arroz a los 03 días de curado llega a alcanzar una resistencia a compresión muy baja, equivalente a 71.19 Kg/cm 2, al séptimo la resistencia no incrementa mucho, tomando el valor de 96.00 Kg/cm 2 y llegando a su valor máximo a los 14 días con 151.52 Kg/cm2, incrementándose de manera abrupta



Para una incorporación de 1.5% de ceniza de cáscara de arroz a los 03 días de curado llega a alcanzar una resistencia a compresión muy baja, equivalente a 47.75 Kg/cm 2, al séptimo la resistencia se duplica, tomando el valor de 86.62 Kg/cm 2 y llegando a su valor máximo a los 14 días con 130.86 Kg/cm2, incrementándose de manera progresiva.


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En comparación con estudios similares realizados anteriormente como es el caso de la investigación realizada por la Universidad Central de Venezuela Mencionado y referenciado en la parte de antecedentes, se ve una gran diferencia en los resultados ya que, en el antecedente mencionado, se realiza una sustitución con respecto al peso del cemento, con el cual la resistencia a compresión del mortero disminuye a comparación de los testigo utilizados, pero llegando a tener una resistencia ideal solo con el 20% de sustitución; sin embargo en el presente estudio se utiliza la ceniza de cáscara de arroz como aditivo, incorporando porcentajes con respecto al peso del cemento, logrando incrementar la resistencia del mortero cemento – arena, con la incorporación de 0.5%.

7.2. INCORPORACION DE CENIZA DE AFRECHO DE CEBADA Con la incorporación de ceniza de afrecho de cebada en porcentajes de 0.5%, 1% y 1.5%, se ha logrado determinar se ha logrado determinar que, para este caso, la hipótesis se cumple, ya que con la incorporación de 0.5%, la resistencia a compresión es superior en un 34.05% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza. Incorporando 1% la resistencia baja en un 1.46% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza y al incorporar 1.5% de ceniza de afrecho de cebada al mortero con proporciones 1:4 en estudio, la resistencia baja considerablemente en un 9.33% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza.

Realizando el análisis de la variación de la resistencia a compresión con respecto a los días de curado para cada porcentaje de ceniza de afrecho de cebada incorporado, podemos decir que:



Para una incorporación de 0.5% de ceniza de afrecho de cebada a los 03 días de curado el mortero alcanza una resistencia de 90.04 Kg/cm 2, para una edad de mortero de 07 días, la resistencia no sufre muchos cambios, y solo se eleva a 100.53 Kg/cm 2, sin embargo para una edad de 14 días, se incrementa considerablemente, llegando a rangos de 178.33 Kg/cm 2


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“RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZUCAR” 

Para una incorporación de 1% de afrecho de cebada a los 03 días de curado el mortero alcanza una resistencia de 66.19 Kg/cm 2, para una edad de mortero de 07 días, la resistencia no sufre muchos cambios, y solo se eleva a 85.31 Kg/cm 2, sin embargo para una edad de 14 días, se incrementa considerablemente, llegando a rangos de 136.91 Kg/cm 2



Para una incorporación de 1.5% afrecho de cebada a los 03 días de curado el mortero alcanza una resistencia de 60.90 Kg/cm 2, para una edad de mortero de 07 días, la resistencia no sufre muchos cambios, y solo se eleva a 79.90 Kg/cm 2, sin embargo para una edad de 14 días, se incrementa considerablemente, llegando a rangos de 129.61 Kg/cm 2

Para el presente caso, en el cual se utiliza como aditivo la ceniza de afrecho de cebada, no existen estudios antecesores, sin embargo, realizando un análisis con respecto a los datos obtenidos por el presente estudio incorporando porcentajes con respecto al peso del cemento, se ha podido determinar que se ha logrado incrementar la resistencia del mortero cemento – arena, con la incorporación de 0.5% de ceniza de afrecho de cebada

7.3. INCORPORACION DE CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR Con la incorporación de ceniza de bagazo de caña de azúcar en porcentajes de 0.5%, 1% y 1.5%, se ha logrado determinar que, para este caso, la hipótesis se cumple, ya que con la incorporación de 0.5%, la resistencia a compresión es superior en un 8.30% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza. Incorporando 1% la resistencia sigue incrementando respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza, elevando su resistencia en un valor de 31.60%. Sin embargo al incorporar 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar al mortero con proporciones 1:4 en estudio, la resistencia baja considerablemente con respecto a los porcentajes utilizados anteriormente, sin embargo incrementa en un 2.72% con respecto al testigo de mortero cemento – arena sin incorporación de ningún tipo de ceniza.


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Realizando el análisis de la variación de la resistencia a compresión con respecto a los días de curado para cada porcentaje de ceniza de bagazo de caña de azúcar incorporado, podemos decir que:



Para una incorporación de 0.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar a los 03 días de curado a los 03 días de curado el mortero alcanza una resistencia de 72.74 Kg/cm 2, para una edad de mortero de 07 días, la resistencia incrementa progresivamente, pero solo se eleva a 91.71 Kg/cm 2, sin embargo para una edad de 14 días, se incrementa considerablemente, llegando a rangos de 157.36Kg/cm 2



Para una incorporación de 1% de ceniza de bagazo de caña de azúcar a los 03 días de curado a los 03 días de curado el mortero alcanza una resistencia de 89.07 Kg/cm 2, para una edad de mortero de 07 días, la resistencia incrementa progresivamente, pero solo se eleva a 115.60 Kg/cm 2, sin embargo para una edad de 14 días, se incrementa considerablemente, llegando a rangos de 179.09 Kg/cm 2



Para una incorporación de 1.5% de ceniza de bagazo de caña de azúcar a los 03 días de curado a los 03 días de curado el mortero alcanza una resistencia de 69.00 Kg/cm 2, para una edad de mortero de 07 días, la resistencia incrementa progresivamente, pero solo se eleva a 90.19 Kg/cm 2, sin embargo para una edad de 14 días, se incrementa considerablemente, llegando a rangos de 153.49 Kg/cm 2

En comparación con estudios similares realizados anteriormente como es el caso de la investigación realizada por la Universidad Estatal Paulista (UNESP) Mencionado y referenciado en la parte de antecedentes, se ve una gran diferencia en los resultados ya que, en el antecedente mencionado, se realiza una sustitución con respecto al peso del agregado utilizado, con el cual la resistencia a compresión del mortero disminuye a comparación de los testigo utilizados, pero llegando a tener una resistencia ideal a partir de los 28 días de curado; sin embargo en el presente estudio se utiliza la ceniza de bagazo de caña de azúcar, incorporando porcentajes con respecto al peso del cemento, logrando incrementar la resistencia del mortero cemento – arena, con la incorporación de 1%. Bach. Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha

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CONCLUSIONES 1. La hipótesis planteada se cumple, ya que con la incorporación de ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar, se logra incrementan la resistencia a compresión uniaxial del mortero cemento-arena 1:4 en porcentajes superiores al 5% para cada tipo de ceniza de residuo agroindustrial incorporada. 2. De la comparación realizada de la resistencia a compresión de un mortero cemento – arena, incorporando ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar, se logró determinar que entre los tres (03) porcentajes utilizados y tres (03) materiales incorporados, la máxima resistencia se logró incorporando %1 de ceniza de bagazo de caña de azúcar. 3. Se calculó adecuadamente las propiedades del agregado fino a utilizar en la elaboración del mortero, tales como: 6.65% de contenido de humedad, un Peso específico equivalente a 2.61 Kg/cm 3, 1.85% de absorción, peso unitario suelto igual a 1625.82 Kg/cm 3, peso unitario compactado igual a 1841.88 Kg/cm 3, y un módulo de módulo de finura equivalente a 2.85, así también con la realización del análisis granulométrico se determinó que el material es adecuado para ser utilizado, por encontrarse dentro de los límites que indica el uso granulométrico para agregado fino. 4. Se elaboraron satisfactoriamente los 90 especímenes de ensayo, consistentes en probetas cúbicas de 5cmx5cmx5cm, ideales para la realización de ensayo a compresión de mortero. 5. Se determinó que con la incorporación de determinados porcentajes de incorporación de cenizas se puede lograr resistencias máximas a compresión, las cuales son: 0.5% de Ceniza de cáscara de arroz, 0.5% ceniza de afrecho de cebada y 1% de ceniza de bagazo de caña de azúcar


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RECOMENDACIONES 

Realizar estudios, en los que se podría variar los porcentajes de ceniza de residuos agroindustriales incorporados a un mortero cemento-arena y analizar la resistencia a compresión para cada uno de estos.



Realizar estudios incorporando a morteros o concretos, cenizas de otros residuos agroindustriales, que sean generados en grandes cantidades en nuestro país, los cuales generalmente son utilizados como combustible, generadores de energía.



Realizar un estudio económico, comparando los costos de la elaboración de mortero sin incorporación de cenizas de residuos agroindustriales y mortero con incorporación de cenizas de residuos agroindustriales.


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ANEXOS


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ANEXO Nº 01 MATRIZ DE CONSISTENCIA TITULO

PROBLEMA

OBJETIVOS

HIPOTESIS

GENERAL

VARIABLES V. INDEPENDIENTE

Comparar la resistencia a compresión de un mortero cemento –



arena, incorporando ceniza de cáscara de arroz, afrecho de ¿De “RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZUCAR”

qué

manera



cebada y bagazo de caña de azúcar en un 0.5%, 1% y 1.5%.

La incorporación de influye la incorporación ceniza de cáscara de ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada arroz, afrecho de y bagazo de caña de ESPECIFICOS cebada y bagazo de 1. Calcular las propiedades del agregado fino a utilizar en la azúcar, incrementan la resistencia a compresión caña de azúcar en el elaboración del mortero, tales como: contenido de humedad, Peso uniaxial del mortero incremento en la específico, Porcentaje de absorción, Peso unitario suelto, Peso cemento-arena 1:4 en un resistencia a unitario compactado, Módulo de finura y Análisis Granulométrico. 5% para cada tipo de ceniza de residuo compresión de un 2. Elaborar satisfactoriamente los especímenes de ensayo, agroindustrial mortero cementoconsistentes en probetas cúbicas de 5cmx5cmx5cm, ideales para incorporada arena? la realización de ensayo a compresión de mortero. . 3. Determinar la resistencia a compresión de probetas de mortero





Ceniza de cáscara de arroz Ceniza de afrecho de cebada Ceniza de bagazo de caña de azúcar. V. DEPENDIENTE Resistencia Compresión

cemento-arena, con las probetas del mismo mortero incorporando ceniza de cáscara de arroz, afrecho de cebada y bagazo de caña de azúcar en proporciones de 05.%, 1% y 1.5% Fuente: Elaboración Propia, 2015


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ANEXO Nº 02 ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN

a


ANEXO Nº 02 ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN


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“RESISTENCIA A COMPRESIÒN DEL MORTERO CEMENTO-ARENA CEMENTO-ARENA INCORPORANDO CENIZA DE CÁSCARA DE ARROZ, AFRECHO DE CEBADA Y BAGAZO DE CAÑA DE AZUCAR”


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ANEXO Nº 03 ENSAYOS DE AGREGADO FINO


ANEXO Nº 03 ENSAYOS DE AGREGADO FINO


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ANEXO Nº 04 FICHAS TÉCNICAS DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES UTILIZADOS


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FICHA TÉCNICA: CÁSCARA DE ARROZ

ARROZ Nombre Científico División

Oryza sativa Magnoliophyta

Clase

Liliopsida

Orden

Poales

Familia

Gramíneas (Poaceae)

Color

Beige

Sabor

Característico

Olor

Característico

CÁSCARA pH

6.5

Densidad (g/cc) Max.

0.6

% Grasa Máxima

1.5

% Ca (Calcio Elemento)

15.0

Granulometría (%Pasa malla 20) % Humedad Máxima Solubilidad

Min 98 8.0 Insoluble

Fuente: PISA, 2015


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FICHA TÉCNICA: AFRECHO DE CEBADA

CEBADA Nombre Científico División

Hordeum Vulgare Magnoliophyta

Clase

Liliopsida

Orden

Poales

Familia

Gramíneas (Poaceae)

Color

Beige

Sabor

Característico

Olor

Característico

AFRECHO % Fibra

2.50

% Ceniza

2.20

% Grasa

2.30

% Ca (Calcio Elemento) % Humedad Máxima Solubilidad

84 12.50 Insoluble

Fuente: Portocarrero, 2015


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Tesis Annel Jussarha Ruiz Rodríguez

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