FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL PROYECTO UTILIZACIÓN DE LAS CENIZAS DE CASCARILLA DE ARROZ PARA PARA MEJORAR EL COMPORT COMPORTAMIENTO AMIENTO ESTRUCTURAL DE LAS CONSTRUCCIONES DEL DISTRITO DE NUEVA CAJAMARCA. AUTORES MAURICIO CÓRDOVA, Morella PÉREZ ALVERCA, Edi Ale! VARGAS OLIVERA, El"er
ASESOR METODOLÓGICO I#$ %I&A%A RAMIREZ, Fra' E(ler NUEVA CA%AMARCA ) PERU *+-
UTIL UT ILIZ IZA ACI CIÓN ÓN DE LA LAS S CE CENI NIZA ZAS S DE CA CASC SCA ARI RILL LLA A DE ARR RROZ OZ PA PARA RA ME%ORAR
EL
COMPORTAMIENTO
ESTRUCTURAL
CONSTRUCCIONES DEL DISTRITO DE NUEVA CA%AMARCA$
Tabla de contenido contenido
DE
LAS
1.1
Situación problemática (Contexto)...........................................................4
1.2
Problema............................................................................................. 5
1.2.1
Problema general........................................................................ ... 5
1.2.2
Problemas específicos............................................................. ....... 5
1.3
Justificación.................................................................................. ....... 5
1.3.1
Justificación teórica.........................................................................5
1.3.2
Justificación práctica ....................................................................... 6
1.3.3
Justificación metoológica...............................................................6
1.!
"b#eti$os (%eneral & 'specíficos)............................................................7
1.!.1
"b#eti$o general............................................................................. 7
1.!.2
"b#eti$os específicos ........................................................ .............. 7
1.1
elimitación.................................................................................. ....... 7
2.1
nteceentes...................................................................................... . 8
2.2. *ases +eóricas .................................................................................. ......... 9 2.3. ,arco Conceptual %losario ........................................................................... 9 3.1 -ipótesis................................................................................................ 13 3.1.1
-ipótesis general............................................................................. ... 13
3.1.2
-ipótesis específicas............................................................................ 14
!.1 +ipo & iseo e la in$estigación..............................................................14 8.1
Cuaro e operacionali/ación e $ariables & matri/ e consistencia0 1
+* ' 4S+5C"6'S
lustración 17 C','6+"..................................................................................... 7 lustración 27 Ceni/a $olcánica ........................................................... ................. 8 lustración 37 Cascarilla e arro/ con presencia e materia orgánica .........................8 lustración !7 'lementos prefabricaos .................................................................9 lustración 8 CSC5 ' 55"9 ...............................................................10 lustración :7 C'69 ' CSC5 ' 55"9 ............................................11
.
De./ri0/i1 del Pro2e/3o
1.1 Situación problemática (Contexto) 'n los ;ltimos aos< la realia e la forma en =ue se constru&e las eificaciones -a ao muc-o =ue -ablar< e este caso particular< la ma&oría e las eificaciones se -a $isto afectaa en cuanto a su resistencia ebio a no se usa los materiales aecuaos para caa uno e estos lugares. Sieno la resistencia uno e los re=uisitos funamentales =ue garanti/a la plena seguria a los =ue -abitan en ella. Sin embargo< i$ersas instituciones el muno -a empe/ao a esarrollar nue$as tecnologías con i$ersos materiales =ue muc-as $eces se esperician con el ob#eti$o e me#orar las construcciones en cuanto a su resistencia. 'n 'spaa< se reali/o una in$estigación en la cual Se comprueba =ue la aición e >ceni/a $olcánica?< en aecuaa proporción< fa$orece la compatibilia entre el &eso & el cemento & aporta una ganancia e resistencia< más a;n con un a-orro consierable e cemento< reafirmano así el aporte pusolánico en las me#oras e las coniciones e urabilia. os resultaos sugieren una posible utili/ación e estos morteros en aplicaciones constructi$as< sobre too en $i$ienas sociales o protegias por cuanto< al reempla/ar una buena parte el >cemento portlan? por >ceni/a $olante?< -a& una consierable reucción e coste. (46@'5S P"+AC6C ' @'6C< B'*5'5" 211) (46@'5S ' 6C"6 ' 6%'6'5D< 21!)< lumnos e la 46< utili/aron la ceni/a e la cascarilla el arro/ en un experimento con el ob#eti$o e me#orar la resistencia el concreto en la construcción e $i$ienas & constru&eron algunas e estas con el ob#eti$o e comprobar si la resistencia =ue ofrecía este cemento natural era realmente $eríica< llegano a la conclusión =ue el cemento obtenio a partir e la cascarilla e arro/ resistía 28E más =ue los cementos traicionales. San martin Justificar
1.2 Problema 1.2.1 Problema general Fe =uG manera la utili/ación e las ceni/as e cascarilla e arro/ permitirá me#orar el comportamiento estructural e las construcciones el istrito e nue$a Ca#amarcaH 1.2.2 Problemas específicos •
FIuG propieaes físicas & =uímicas se me#orarán a partir el uso e la
•
ceni/a e la cascarilla e arro/ en el istrito e 6ue$a Ca#amarcaH FCómo eterminar la resistencia estructural e las construcciones
•
traicionales l istrito e 6ue$a Ca#amarcaH FIuG nos permitirá conocer las características el comportamiento
•
estructural e una construcciónH FIuG nos permitirá la comparación e las resistencias estructurales tanto e las construcciones =ue se obtiene a partir el uso e la ceni/a e la cascarilla e arro/ & las construcciones comunes o traicionales en el istrito e 6ue$a Ca#amarcaH
1.3 Justificación 1.3.1 Justificación teórica 'ste pro&ecto e in$estigación afirmaciones7
se funamenta a partir e las
siguientes
'$aluación el uso e la cascarilla e arro/ en la fabricación e blo=ues e concreto. utor7 'S+'*6 ,"6 SS 6S++4+" +'C6"K%C" ' C"S+ 5C 'SC4' ' 6%'6'5D '6 C"6S+54CCK6
'ste estuio e#a claro =ue la cascarilla e arro/ es rica en sílice< por ello poría ser ampliamente apro$ec-able en istintos usos relacionaos con el concreto
permitieno me#orar su resistencia< siempre & cuano se analice ese un punto e $ista =uímico físico =ue permita sustraer este componente.
'@4CK6 ' 4S" ' CSC5 ' 55"9 C"," %5'%" "5%L6C" '6 ,"5+'5"S ' ,,P"S+'5D utor7 %iancarlo C-ur PGre/
'l uso e la cascarilla e arro/ como agregao natural contribu&e a la capacia e resistencia al esgaste.
1.3.2 Justificación práctica 'n nuestro istrito existen construcciones =ue no cumplen con los estánares e construcción ci$il & básicamente lo com;n es construir con materiales inapropiaos< e mala calia o pocos resistentes< & a esto tambiGn se suma a =ue toos los materiales utili/aos en una construcción están expuestos a agentes externos =ue contribu&en a isminuir su resistenciaM lo =ue afecta gra$emente al comportamiento estructural & su funcionalia pone en riesgo a los ocupantes e la construcciónM & frente a esta situación se pretene me#orar ic-a resistencia e los materiales con la utili/ación e las ceni/as e la cascarilla e arro/(material abunante en la /ona) en las construcciones.
1.3.3 Justificación metoológica a presente in$estigación se #ustifica a partir e la e#ecución e los pasos el mGtoo científico =uienes eterminan =ue el comportamiento estructural e una construcción se puee me#orar con la utili/ación e las ceni/as e la cascarilla e arro/ en las construcciones.
1.! "b#eti$os (%eneral & 'specíficos) 1.!.1 "b#eti$o general 4tili/ar las ceni/as e cascarilla e arro/ para me#orar el comportamiento estructural e las construcciones el istrito e nue$a Ca#amarca. 1.!.2 "b#eti$os específicos •
Conocer las propieaes tanto físicas como =uímicas =ue se puee me#orar
•
con la utili/ación e la ceni/a e la cascarilla e arro/ en la construcción eterminar la resistencia estructural e las construcciones traicionales el
•
istrito e 6ue$a Ca#amarca '$aluar las características el comportamiento estructural =ue ofrece la construcción e $i$ienas a partir el uso e la ceni/a e la cascarilla e
•
arro/ Comparar las resistencias estructurales tanto e las construcciones =ue se obtiene a partir el uso e la ceni/a e la cascarilla e arro/
& las
construcciones comunes o traicionales. 1.1 elimitación +',P"5 'ste pro&ecto e in$estigación tiene una uración
para su
reali/ación e cuatro meses corresponiente al semestre acaGmico 21:. 'SPC
a presente in$estigación se reali/ara en el istrito e 6ue$a
Ca#amarca
1.2 limitaciones Para este presente pro&ecto e in$estigación se tiene como limitación la falta e laboratorio aecuao para reali/ar el estuio< no obstante se está reali/ano las gestiones necesarias para poer lle$ar a cabo ic-o estuio.
.
Mar/o Te1ri/o$
2.1
nteceentes
(P5"4CCK6 55"C'5 C"",*6< 21) ese -ace más e 1 aos< i$ersas uni$ersiaes el muno -an intentao me#orar la resistencia estructural e las i$ersas construcciones< para este caso se -an in$estigao i$ersos materiales< muc-os e estos son espericios o esec-os =ue son arro#aos al ambiente.1 'n la uni$ersia e politGcnica e Colombia< se -a in$estigao sobre el uso e la cascarilla e arro/ para la construcción e bro=uetas e concreto &a =ue este me#ora sus propieaes e resistencia & esgaste. 's una e las in$estigaciones más importantes para Colombia &a =ue es un gran prouctor e arro/ & los esec-os lo puean usar en la construcción. 5ecientemente< la 46@'5S 6C"6 ' 6%'6'5 (46) -a reali/ao in$estigaciones sobre el uso e las ceni/as e la cascarilla e arro/ para me#orar la resistencia estructural el concreto por=ue tiene propieaes parecias a las e las ceni/as $olcánicas =ue son consieraas cementos naturales. e esta in$estigación se -a concluio efecti$amente =ue las construcciones -ec-as a partir e este material< resisten -asta 8E más =ue las construcciones -ec-as e manera traicional. a uni$ersia e ,eellín tambiGn -a reali/ao in$estigaciones sobre el uso e la cascarilla e arro/ la construcción< lo cual fue consierao un pro&ecto factible e mu& buena aplicación & =ue está enfocao principalmente a sectores e ba#o recursos.
1
2.2. *ases +eóricas
Para reali/ar esta in$estigación< nos basamos en las i$ersas teorías acerca e la resistencia estructural.
'stá basao en la norma S+,C3N5esistencia a la comprensión el
concreto 6orma S+,C31 pruebas e resistencia 5eglamento nacional e eificaciones ( 56') la cual inclu&e los
re=uerimientos e estructuras e concreto 6orma 6S5ON para las resistencias meias promeios & la osificación el
concreto e acuero al tipo e material & a la función estructural 6orma CSC< lo =ue explica la resistencia el concreto a los i$ersos esfuer/os.
2.3. ,arco Conceptual %losario C','6+"
Ilustración 1: CEMENTO
B4'6+'7 QS+"5 ' " C"6S+54CC"6 R 2
,aterial e construcción compuesto e una sustancia en pol$o =ue< me/claa con agua u otra sustancia< forma una pasta blana =ue se enurece en contacto con el agua o el aireM se emplea para tapar o rellenar -uecos & como componente aglutinante en blo=ues e -ormigón & en argamasas.
C'69 @"CL6C Ilustración 2: Ceniza volcánica
(46@'5S ' 'SP< 2:) Parte más fina< con aspecto e pol$o< e materiales basálticos pro&ectaos en el aire por los $olcanes.
,+'5 "5%L6C
Ilustración 3: Cascarilla de arroz con presencia de materia orgánica
(P5"4CCK6 55"C'5 C"",*6< 21)
a
materia
orgánica es materia compuesta
e compuestos
orgánicos =ue
pro$ienen e los restos e organismos =ue alguna $e/ estu$ieron $i$os< tales como plantas & animales & sus prouctos e resiuo en el ambiente natural. as estructuras básicas están formaas e celulosa< tanino< cutina< & lignina< #unto con $arias otras proteínas< lípios< & a/;cares. 's mu& importante en el mo$imiento e nutrientes en el meio ambiente & #uega un rol en la retención el agua en la superficie el planeta +ierra.
ELEMENTOS PREFABRICADOS
Ilustración : Elementos pre!a"ricados
Fuente: (C"6S+54C+"5 'P'9< 2) a Prefabricación se efine como el intento e sistemati/ación & coorinación entre los istintos elementos constructi$os estinao a facilitar su puesta en obra< lo cual e una forma u otra siempre -a estao presente en la construcción. 'l esarrollo e estos elementos -a lle$ao a un gran a$ance en cuanto a la inustriali/ación e elementos & a la incorporación e tGcnicas a la eificación con$encional. os elementos constructi$os prefabricaos tales como pilares< $igas< escaleras< etc. son usaos caa $e/ más en el campo e la construcción.
CASCARILLA DE ARROZ De4ii/i1 a cáscara e arro/ constitu&e un subproucto el proceso agroinustrial con aplicaciones reucias< =ue en la práctica puee consierarse como un material e esec-o (por tGrmino meio< por caa tonelaa e arro/ se generan 2 Tg e corte/a o cascarilla).
Geeralidade. 's sin ua el principal proucto alimenticio el muno para más e 1 millones e personas< se culti$a en terrenos pantanosos< montaas< tierras ba#as. 'n las regiones tropicales el arro/ se planta & cosec-a prácticamente too el ao (períoo e crecimiento entre 11 ías)< la proucción munial -a alcan/ao en el ao 2 el ni$el recor e :8<3 millones e tonelaas (unas !3<1 millones e arro/ molio)< se estima =ue más e 1 tonelaas e cáscara e arro/ son proucias en el muno. 'l beneficio el culti$o e arro/ genera un resiuo< enominao cascarilla< tan sólo un 8E se está apro$ec-ano.
a cáscara e arro/ constitu&e un
subproucto el proceso agroinustrial con aplicaciones reucias< =ue en la práctica puee consierarse como un material e esec-o. a combustión e la corte/a e arro/ prouce una meia el 2E e ceni/as con un gran por$enir &a =ue es un claro sustituto o aiti$o el cemento en la formulación e concretos o morteros. Por sus características físicas & =uímicas la cáscara e arro/ resulta poco bioegraable & se con$ierte en un esec-o altamente contaminante en especial para las fuentes e agua. Ilustración # C$%C$&I''$ (E $&&O)
(46@'5S ' ,''6< 21) Composición
's un te#io $egetal constituio por celulosa (U !E) & sílice< presenta un alto contenio e ióxio e silicio (Si" 2)< al funirse con otros óxios metálicos genera iferentes $arieaes e $irio & se utili/a en la fabricación e cementos & materiales cerámicos.
'ntre los porcenta#es más
significati$os e la cáscara e arro/ se encuentran las ceni/as< tiene un ele$ao contenio e materia $olátil en comparación con los carbones.
Ta5la IV$ Co"0o.i/i1 de /6./ara de arro7, di4ere3e ori#e Ti0o de arro7
Par6"e3ro. 89:
Caad6
Cali4oria, USA
C;ia
Colo"5ia
Ma3erial
--$=
->$?
?*$+
-$@
Car5oo 4io
>$*
,-$*
*?$
@$B
Cei7a
*+$+
*+$>
-$B
-?$-
To3al
++$+
,++$+
++$+
++$+
1 C
Ta5la V$ Co"0o.i/i1 ele"e3al de /6./ara de arro7, di4ere3e ori#e Ti0o de arro7
Par6"e3ro. 89:
Caad6
Cali4oria, USA
C;ia
C
>@$-
>$>
>@$-
D
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?$
O
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Cei7a
*+$+
*+$>
,-$B
To3al
++$+
,++$+
++$+
GG
,>$=
Poder /alorE4i/o
,=$*
8M'#:
2.!. Principales características & clasificación 'l peso & $olumen e la cáscara e arro/ ocasionan ele$aos costos e almacenamiento & transporte para la inustria< aemás por ser poco igestible su uso en la elaboración e alimentos concentraos para animales es restringio. 'l contenio e -umea e la cáscara e arro/ cuano sale el escascaraor $aría entre el 8E al !E espuGs e -aber estao a la intemperie (en Gpoca no llu$iosa por sus características =uímicas presenta un 1E e -umea). 'ntre sus $enta#as como material e construcción se pueen mencionar7 lto contenio e ceni/as (materia sólia no combustible por Tg el
•
material U 2E). •
•
'le$ao contenio e sílice e las ceni/as (NE). 'structura física e la sílice (estructura al$eolar e gran superficie específica). 11
•
•
•
•
isponibilia a lo largo el ao. 5etención e -umea. ,aterial li$iano. ,aterial abrasi$o.
Ta5la VI$ Cara/3er.3i/a. 4.i/a. de la /6./ara de arro7 Valor Par6"e3ro
PerH >
Pe.o e.0e/4i/o 8'#" :
@+$+
De.idad a0are3e .i
+$+
>
/o"0a/3ar 8'#" : De.idad a0are3e
=+$+
>
/o"0a/3ada 8'#" : Di6"e3ro "6!i"o 8"":
M1d(lo de 4i(ra
Ar#e3ia Tra3ada
Si 3ra3ar
B+$+
*B+$+
+*$+
*?$+
=*$+
**+$+ *$> >$@=
2.8. 4sos 'l culti$o el arro/ & su beneficio genera un resiuo enominao cascarilla< e este tan solo un 8E se esta apro$ec-ano (limpie/a e los campos< combustión a campo< isposición el material en rellenos)< conucieno a un problema e carácter ambiental. a cascarilla e arro/ genera un gran $olumen e ceni/as< 5Q< el inglGs &ice *us+ $s,< =ue tiene una ele$aa proporción e sílice. Se estima =ue por caa tonelaa e arro/ se generan 2 Tg e cascarilla & e Gsta se pueen proucir ! Tg e ceni/as con un contenio el oren el NE en sílice.
12
2.8.1. Combustible 'l poer calorífico e la cáscara e arro/ es similar al e la maera & al e otros resiuos agrícolas (ebio a su composición alta en celulosa & sílice)< por lo =ue inclusi$e se le -a consierao como una alternati$a en usos omGsticos. Se -an esarrollao -ornos para cereales =ue la utili/an como combustible< con lo =ue se obtienen un me#or renimiento< el resiuo espuGs e =uemarla puee ser usao en la construcción. 2.8.2. bono e acuero con sus características físico=uímicas en C-ina la -an utili/ao para regenerar suelos como compost (abono). 2.8.3. ición mineral en me/clas e concreto & morteros Consierano =ue la selección natural e materiales es uno e los factores =ue puee me#orar el esempeo el concreto ese el punto e $ista e urabilia< una posibilia es la utili/ación e aiciones minerales tal como la cascarilla e arro/< la cual contribu&e a me#orar las características el concreto en estao fresco & enurecio< isminu&eno la permeabilia el concreto e incrementano sus propieaes mecánicas. ebe mencionarse =ue el uso e esta aición puee re=uerir el empleo e reuctores e agua< especialmente cuano se elabora concreto con ba#a relación aguaOcemento. 'n otros casos porá re=uerirse el empleo e aiti$os moificaores e $iscosia< especialmente para concretos auto consoliables.
13
2.8.!. gregao orgánico en me/clas e concretos & morteros. Se consieran específicamente los materiales conglomeraos (concretos & morteros) e cemento Portlan con cascarilla e arro/ en estao natural o con tratamiento pre$io como agregao granular compuesto
con
partículas silíceas.
Se -an
iseao istintas
osificaciones & eterminao las propieaes geológicas en estao fresco & mecánicas en estao enurecio< e las me/clas resultantes. 'l empleo e cascarilla e arro/ (material e esec-o com;n en la /ona) como componente granular< & una tecnología =ue no re=uiere mano e obra especiali/aa o e=uipos sofisticaos e compactación & colocación< permitirá acercar esta propuesta a los
usuarios e menores
recursos< & la utili/ación e estos materiales en la construcción e $i$ienas e ba#o costo. a cascarilla e arro/ es un subproucto e la inustria molinera< =ue resulta abunantemente en las /onas arroceras e muc-os países & =ue ofrece buenas propieaes para ser usao como sustrato -iropónico .
C'69 ' 55"97 Ilustración -: CENI)$ (E C$%C$&I''$ (E $&&O)
(46@'5S ' ,''6< 21) 's el resultao e =uemar la cascarilla e arro/. ebio a =ue la cascarilla e arro/ sin ning;n tratamiento puee ocasionar problemas e fraguao & enurecimiento al aglomerante< es necesario tratarla para minimi/ar ese problema. 'l mGtoo más empleao en la inustria el concreto es la posterior calcinación e la cascarilla e arro/< =ue se a entre 8 & C< obtenieno así la cascarilla. ,eiante la calcinación controlaa e la cáscara e arro/< a ba#a temperatura (!VC)< se -a obtenio una ceni/a =ue consiste esencialmente en síliceamorfa< con un alto contenio e Si"2 (N3E)< e gran área superficial (22:cm2Og) & =ue< en consecuencia< posee gran acti$ia pu/olánica.
P49"6 5+BC a pu/olana artificial esarrollaa (ceni/a e cáscara e arro/)< cumple con los re=uisitos e los ínices e acti$ia pu/olánica a tra$Gs e los cuales -a sio e$aluaa.
+oos los cementos Pórtlan aicionaos iseaos presentan
ma&ores resistencias a la compresión =ue el "PC a 3< & 2 ías. os resultaos emuestran la factibilia tGcnica e la elaboración e los cementos Portlan con incorporación e ceni/a e cáscara e arro/< con porcenta#es e aición e -asta el 3E.aa la importante proucción e arro/ en el Per;< en la /ona e influencia e Cementos Pacasma&o S... se poría contar con ! t e ceni/a e cáscara e arro/Oao. +enieno en cuenta este $olumen< será $iable proucir cemento Portlan con aición e ceni/a e cáscara e arro/< a escala inustrial< en plantas pe=ueas e cemento como es la Planta e 5io#a
.
i013e.i.
3.1 -ipótesis 3.1.1
-ipótesis general
a utili/ación e las ceni/as e cascarilla e arro/ permitirá me#orar el comportamiento estructural e las construcciones el istrito e nue$a Ca#amarca. 3.1.2
-ipótesis específicas
•
Conocieno las propieaes tanto físicas como =uímicas< se porá
•
me#orar la resistencia e las construcciones. eterminano la resistencia estructural
e las
construcciones
traicionales el istrito e 6ue$a Ca#amarca< se porá me#orar el •
comportamiento estructural e las construcciones. '$aluano las características el comportamiento estructural =ue ofrece la construcción e $i$ienas a partir el uso e la ceni/a e la cascarilla e arro/ se porá me#orar el tipo e construcciones en el istrito e
•
6ue$a Ca#amarca. Comparano las resistencias estructurales tanto e las construcciones =ue se obtiene a partir el uso e la ceni/a e la cascarilla e arro/ & las construcciones comunes o traicionales< se porá me#orar el comportamiento estructural e las construcciones< así comoM me#orar las formas constructi$as
@.
Me3odolo#a
!.1 +ipo & iseo e la in$estigación 'sta in$estigación correspone a un tipo cualitati$o & los mGtoos utili/aos $an a contribuir a me#orar & solucionar las características en cuanto a la resistencia estructural en construcciones e $i$ienas.
V$
Pre.(0(e.3o
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F(e3e. de I4or"a/i1 UNIVERSIDAD DE ANTIOUIA, NO =, PP @*+$ MEDELLÍN$ AJo *++B KU.o de la /a./arilla de arro7 /o"o "a3erial al3era3i
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA AJo *+*
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