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Facultad de Ingeniería CONCURSO DE CONCRETO RECICLABLE

INFORME

¨Año del buen Servicio al Ciudadano¨ INFORME Nº 001 - 2017 – GY- EFP-IC/ UNDAC

DE

:

Los Integrantes

A

:

Los Jurados

TEMA :

Probeta de Material Reciclable - Vidrio

FECHA:

7 de Julio de 2017

Tenemos el agrado de dirigirnos a Uds. para presentarle el siguiente informe del trabajo realizado: Es así para hacer de su conocimiento la entrega del presente informe, con la finalidad de dar cumplimiento al trabajo encargado por su persona la cual lleva por título “Probeta de Material Reciclable - Vidrio” El siguiente informe detalla el trabajo desarrollado por el grupo en coordinación con todos los integrantes del grupo. . Presentamos el respectivo informe para los fines que se estime conveniente. Es todo cuanto podemos informar.

Atentamente los integrantes del Grupo

CONDOR MALPARTIDA, Yorch Brayan HUARICAPCHA CARHUARICRA, Jose Daniel PALOMINO ROBLES, Yenny Caren RAMOS ARIAS, Elizabeth Patricia

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PROBETA DE MATERIAL RECICLABLE – VIDRIO NOMBRE DE LOS INVESTIGADORES (EL EQUIPO): 1. CONDOR MALPARTIDA, Yorch Brayan 2. HUARICAPCHA CARHUARICRA, Jose Daniel 3. PALOMINO ROBLES, Yenny Caren 4. RAMOS ARIAS, Elizabeth Patricia 1. INTRODUCCIÓN Este trabajo de investigación tiene por finalidad dar una perspectiva al lector, acerca de la reutilización del vidrio de desecho, como un agregado no natural en el concreto, considerándolo como un árido más, reemplazando una cantidad controlada de arena. Para determinar la influencia del vidrio triturado en la mezcla, se confeccionaron mezclas de concreto de prueba, con vidrio con un porcentaje de 10% en reemplazo de una fracción de la arena. Las resistencias a obtener se deben de comparar con la resistencia de hormigones patrones, sin adición de vidrio. Además es de interés para este estudio, la variación producida en otras propiedades del concreto, como la docilidad y la densidad final de la mezcla. Los resultados que se pretenden obtener son de que el concreto con adición de vidrio, deben de mantener inalterable sus propiedades, tanto en estado fresco como endurecido, esperando observarse un ligero aumento en la resistencia de las mezclas con un 10% de agregado de vidrio, resultado que es consistente con estudios previos. A. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: La problemática en la cual se enmarca esta investigación tiene relación con tres aspectos fundamentalmente, relacionados con la ingeniería y el desarrollo tecnológico en general. La reducción de costos asociados a la producción de materiales de construcción; innovación, en cuanto a la reutilización de este material en el concreto; tercero y último, el cuidado del medioambiente, asociado a la reducción del volumen de residuos sólidos generados, tanto a nivel domiciliario como industrial. Mediante esta investigación se pretende determinar la influencia del vidrio molido en el

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comportamiento mecánico de concretos grados comúnmente utilizados en la construcción. B. OBJETIVO: Diseñar un concreto normal de 28 MPa (Aprox. 280 kg/cm2) de resistencia a compresión con la adición de materiales reciclables: plásticos, latas o materiales similares. C. JUSTIFICACIÓN: Actualmente un gran problema es la contaminación del medio del medio ambiente, está en boga el reciclaje de materiales que pueden ser empleados en todo tipo de procedimientos permitiendo de esa manera reducir la contaminación, crear nuevos productos con menos inversión de materia prima, minimizar la explotación de recursos no renovables y crear nuevas fuentes energéticas y económicas, es aquí donde el reciclaje del vidrio toma importancia para este trabajo. El vidrio como material reciclado tiene varias aplicaciones desde decorativas hasta constructivas, con esta última, toneladas de botellas pueden ser empleadas disminuyendo residuos, costos en la construcción y colaborando al cuidado del ambiente.

2. HIPÓTESIS La adición de vidrio proporciona una mejora de las propiedades mecánicas del concreto con fines estructurales, en relación al concreto tradicional, cumpliendo con los requerimientos.

3. BASES TEÓRICAS (MARCO TEÓRICO) A. CEMENTO El cemento es un material aglomerante, pulverizado, que al entrar en contacto con agua, forma una pasta capaz de fraguar tanto en contacto con el aire, como en estado de saturación. Se obtiene de la mezcla de materias primas de origen natural, como el yeso, cal, en algunos casos se utilizan subproductos de procesos industriales como la escoria de hornos de fundición. En el mercado actual, disponemos de varios tipos de cementos, elaborados a partir de materias

base

similares,

pero

mezcladas

en

determinadas

proporciones, Página 4 de 18

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proporcionando un amplio abanico de posibilidades, de acuerdo a las necesidades y requerimientos para una mezcla de concreto.

B. ÁRIDOS PÉTREOS Los áridos son materiales pétreos compuestos por partículas duras, de forma y tamaño estables, extraídos por medios mecánicos desde yacimientos naturales. Los áridos son clasificados según su tamaño en áridos finos (arena) y áridos gruesos (grava), asimismo la grava puede subdividirse en grava y gravilla, de acuerdo a su tamaño. Se establecen los parámetros para asegurar la utilización de áridos acordes a los requerimientos de la mayoría de los hormigones. Los áridos deben estar limpios, libres de terrones, partículas blandas, impurezas orgánicas, sales, y otras sustancias que por su naturaleza o cantidad afecten la resistencia o durabilidad de morteros y hormigones (INN, NCh163.Of79). C. AGUA DE AMASADO Agua de amasado es el nombre con el que se conoce al agua empleada para realizar la mezcla de áridos y cemento, con lo que se transforma en un material plástico, dócil y moldeable (características controladas mediante un adecuado diseño de dosificación). Agua de amasado – Requisitos, algunas de estas características son: - Se puede utilizar agua potable extraída de la red de distribución, siempre que no se contamine previo a su uso. - El agua debe estar completamente libre de azúcares como glucosa, sacarosa o similares. - El valor del pH, contenido de sólidos en suspensión, disueltos y materia orgánica debe cumplir con los parámetros indicados de la norma. D. VIDRIO El vidrio es un material de apariencia dura, frágil y generalmente transparente, aunque se comporta como un sólido, es un fluido de muy alta viscosidad. Está compuesto por una mezcla de óxidos metálicos, siendo su componente principal el óxido de sílice, conocido como silicio (SiO4). Si bien a simple vista pareciera ser muy similar a un cristal, la diferencia con éste radica en el ordenamiento que tienen las moléculas que lo componen, donde los enlaces Si –O están distribuidos de manera irregular, sin un patrón determinado, siendo por definición, un material amorfo. La estructura del silicio Página 5 de 18

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cristalino es un tetraedro, compuesto por un átomo de sílice rodeado de cuatro átomos de oxígeno, dispuestos a distancias regulares, conformando una red cristalina con una distribución ordenada. E. CONCRETO RECICLADO Se refiere principalmente a la reutilización de escombros de concreto, en la fabricación de estructuras nuevas, considerando su uso como un agregado en la elaboración de concreto. Los escombros provenientes de demoliciones por lo general son utilizados para el relleno de terrenos, cuando no son depositados en rellenos sanitarios. Por su naturaleza heterogénea se hace difícil controlar ciertos parámetros como su densidad o granulometría. En países desarrollados, los desechos provenientes de demoliciones constituyen un porcentaje alto de los desechos generados totales, se ha estimado que en la Unión Europea anualmente se producen alrededor 200 a 300 millones de toneladas de desechos provenientes de la construcción y demoliciones, donde el concreto constituye la mitad de estos desechos (Lauritzen 2004). En países de Europa, los desechos provenientes de demoliciones, son utilizados para elaborar bases y subbases de caminos nuevos.

4. MATERIALES Y MÉTODOS A. MATERIALES:

CEMENTO: -

ANDINO con peso específico 3.15

AGREGADOS -

ARENA GRUESA

-

PIEDRA CHANCADA

AGUA BOTELLAS DE VIDRIO (TRITURADAS) B. HERRAMIENTAS

TARAS BALANZA TROMPO MEZCLADOR BRIQUETAS CONO DE ABRAMS Página 6 de 18

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C. TIPO DE ESTUDIO:

EXPERIMENTAL POBLACIÓN Por tratarse de una investigación experimental, la población estará constituida por probetas cilíndricas de concreto, ya que se realizará el estudio experimental al concreto con el fin de obtener una mezcla con un mejor comportamiento a la compresión. MUESTRA Se trabajara con un concreto de 280 Kg/cm2, basándose en una dosificación diseñada mediante el método del ACI.

UNIDAD DE ANÁLISIS Para el concreto f’c = 280 Kg/cm2 se realizará el ensayo de resistencia a la compresión, mediante rupturas de probetas en edad de 7, días en las cuales se romperán una cantidad determinada de probetas por edad para ser más puntuales con los datos obteniendo un promedio de las rupturas. D. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN El presente es un estudio experimental porque se pretende un diseño de mezcla con una mayor resistencia a la compresión mediante procesos experimentales, los cuales se determinan en base a una dosificación realizada mediante el método del ACI con datos obtenidos de los ensayos de agregados para poder determinar sus propiedades mecánicas. E. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS Para esta investigación obtuvimos datos mediante:

Estudio de ensayos de agregados de una determinada cantera. Método del ACI para el diseño de mezcla a la que incluiremos un porcentaje de vidrio molido. Ruptura de probetas a los 7 días de edad.

F. PROCEDIMIENTO

TRATAMIENTO DEL VIDRIO LIMPIEZA DEL VIDRIO: Las botellas recolectadas son sometidas a un lavado con agua caliente y detergente común, con la finalidad de remover cualquier

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residuo acumulado producto de su uso anterior, especialmente restos orgánicos, además de remover las etiquetas correspondientes a cada envase. (FOT. O1)

TRITURADO DEL VIDRIO: Una vez que las botellas se encuentran libres de toda suciedad y secas se comienza el triturado manualmente con martillos y comba protegiendo al vidrio de alguna impureza. (FOT. O2)

G. DISEÑO DE DOSIFICACION

La dosificación se realiza para las mezclas considerando los mismos materiales, sólo difieren en la adición gradual de una cantidad controlada de vidrio, en reemplazo de la arena. A continuación se detalla el procedimiento de dosificación y los resultados obtenidos. 1. Resistencia media requerida (fr) Determinada en base a resistencia a compresión especificada para 28 días, el nivel de confianza esperado y la desviación estándar. Sean: fc: resistencia a compresión a 28 dias, expresada en kg/cm2 t: nivel de confianza, expresado por un factor estadístico s: desviación estándar, expresada en kg/cm2 Entonces:

Para las tres dosificaciones se usaron los siguientes datos: Nivel de confianza: 80%, lo que se traduce en un factor estadístico t = 0,842 Desviación estándar: s = 47,6 kg/cm2

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2. RELACION A/C

RAZON A/C

RESISTENCIA REQUERIDA

En masa

Cemento grado corriente

0.45

34

0.50

29

0.55

25

0.60

21

0.65

18

0.70

16

0.75

14

0.80

12

3. CANTIDAD DE AGUA TAMAÑO MAXIMO

DOSILIDAD

NOMINAL 0-2

3-5

6-9

10-15

16

63

0.135

0.145

0.155

0.165

0.170

50

0.145

0.155

0.165

0.175

0.180

40

0.150

0.160

0.170

0.18

0.185

25

0.170

0.180

0.190

0.200

0.205

20

0.175

0.185

0.195

0.205

0.21

12

0.185

0.200

0.210

0.220

0.23

10

0.190

0.205

0.215

0.230

0.240

4. CANTIDAD DE CEMENTO La cantidad de cemento se hallara con la siguiente formula

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5. RESUMEN DE DOSIFICACION

5. RESULTADOS Resultados para 03 probetas de 6” x 12”

Cantidad de vidrio

10% (arena)

Fc’

280 kg/cm2

Razon a/c

0.45

Dosis de agua

2.85 lt.

Cemento

6.335 kg.

Peso de aridos

25.5 kg.

Piedra chancada

7.65 kg.

Piedra de ½”

7.65 kg.

Arena

9.180 kg.

Vidrio

1.02 kg.

6. DISCUSIÓN Se realizó una comparación de un concreto f’c = 210 Kg/cm2 normal de la tesis: “Relación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto a edades de 3, 7, 14, 28 y 56 días respecto a la resistencia a la compresión de cilindros de concreto a edad de 28 días; entre el concreto f’c =210 Kg/cm2 adicionado de vidrio molido.

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Ver bibliografía.

7. CONCLUSIONES Ya que la absorción de agua es prácticamente nula en el vidrio, se puede disminuir la cantidad de agua necesaria, para un determinado descenso del cono. La incorporación del vidrio en la mezcla de concreto permite la reutilización de dicho material, considerando que una gran cantidad de vidrio de desecho es tirado directamente a la basura. Con esto se estaría realizando un aporte a la disminución de volúmenes de desechos sólidos acopiados en vertederos autorizados y clandestinos, además de reducir los costos asociados a la producción de concreto, en relación a la extracción de áridos. El reemplazo de parte de los áridos por vidrio triturado no provoca cambios significativos en la densidad del concreto, no se genera un aumento excesivo del peso final de las probetas, ya que el vidrio posee una densidad del mismo orden que los áridos utilizados, manteniéndose dentro del rango permitido por la norma, para los áridos utilizados en hormigones. El contenido de materia orgánica en el vidrio es despreciable, siempre y cuando se le dé un tratamiento adecuado de limpieza, previo a su incorporación en la mezcla de concreto, lo que se traduce en una mayor estabilidad físico-química a reaccionar con distintos agentes presentes ya sea en el agua de amasado, o en el cemento mismo. Al incluir un porcentaje mayor en la mezcla, se tiende a una disminución de la resistencia, lo cual se explica en la naturaleza como material frágil del vidrio, en detrimento de la ductilidad deseada en hormigones.

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8. RECOMENDACIONES Se deben establecer condiciones adecuadas para la manipulación y trituración del vidrio, teniendo especial cuidado al manejar granulometrías menores a 5mm, debido a la composición del mismo, con un alto contenido de Sílice, el que al ser aspirado en grandes cantidades puede ser nocivo para la salud, provocando en casos extremos, enfermedades como la silicosis. En el proceso de triturado y manipulación del vidrio en este estudio, se pudo apreciar en el vidrio un comportamiento similar al cemento en condiciones de tamaño parecido, en presencia de humedad. En estudios anteriores respecto a este tema, se han observado propiedades puzolánicas en el polvo de vidrio, lo cual no fue objeto de este tema, pero bien puede abrir la posibilidad a estudios posteriores. En relación al concreto, el vidrio posee un coeficiente de dilatación térmica menor que el concreto (entre 0,3 a 0,5 veces), lo cual es beneficioso para elemento expuestos al calor, pudiendo controlar de mejor manera la expansión y/o contracción frente a ciclos de cambios de temperatura (choques térmicos, cambios de estación, etc.) Un punto que juega en contra de esta iniciativa, es la inversión inicial asociada al tratamiento que requieren los residuos de vidrio, destinada a la implementación de maquinaria adecuada para el trabajo con este material, limpieza, separación de otros residuos, trituración, tamizado, etc., aunque en la actualidad existe gran variedad de productos desarrollados para la trituración de residuos.

9. BIBLIOGRAFIA -

CONSEJO DE PRODUCCIÓN LIMPIA, Primera Planta de Reciclaje de Neumáticos en Chile.

-

Disponible en http://www.produccionlimpia.cl/link.cgi/Noticias/977, consultado el 23 de septiembre de 2012.

-

CORINALDESI V., TITTARELLI F., COPPOLA L., and MORICONI G., 2001. Feasibility and Performance of Recycled Aggregate in Concrete Containing Fly Ash for Sustainable Buildings.

-

3rd CANMET/ACI Int. Symposium on Sustainable Development of Cement and Concrete.

-

American Concrete Institute, Special Publication SP-202, 161–180.

-

CORTÉS A., 1987. Ideas básicas sobre la fabricación de vidrio. En: Curso sobre Materias Primas para Cerámica y Vidrio, Ed. Soco Esp. Ceram. y Vidrio, Madrid, 227-233. Página 12 de 18

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-

DELARZE D., P.A., 2008. Reciclaje de neumáticos y su aplicación en la construcción. Tesis Ing.

-

Constructor, Universidad Austral de Chile, Fac. Cs. De la Ingeniería, 102p.

10. ANEXOS

(FOT. O1)

(FOT. O2)

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FOTOS DE PREPARACION DEL CONCRETO RECICLADO

FOT 03: CEMENTO

FOT 04: VIDRIO

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FOT 05: GRAVILLA

FOT 06: GRAVA

FOT 07: VIDRIO

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FOT 08: ACEITE

FOT 09:AGUA Página 16 de 18

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FOT 10: MEZCLANDO TODOS LOS COMPONENTES DE NUESTRO CONCRETO RECICLADO EN EL TROMPO MEZCLADOR

FOT 11: ECHANDO LA MEZCLA EN LA PROBETA Y GOLPEANDO CON EL MARTILLOO DE GOMA PARA UN MEJOR VIBRADO DEL CONCRETO FRESCO

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FOT 11: ENRAZANDO LA MEZCLA EN LA PROBETA

FOT 12: DESENCOFRANDO LAS PROBETAS

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FOTOS DE LA ROTURA DE PROBETA

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