evaluación del tereftarato de polietileno (pet) como
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2015
Evaluación del tereftarato de polietileno (PET) como agregado en Evaluación del tereftarato de polietileno (PET) como agregado en
la elaboración de mortero para ladrillos y concreto la elaboración de mortero para ladrillos y concreto
Andrés Felipe Zúñiga Díaz Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Zúñiga Díaz, A. F. (2015). Evaluación del tereftarato de polietileno (PET) como agregado en la elaboración de mortero para ladrillos y concreto. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/533
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EVALUACIÓN DEL TEREFTARATO DE POLIETILENO (PET) COMO AGREGADO
EN LA ELABORACIÓN DE MORTERO PARA LADRILLOS Y CONCRETO
ANDRES FELIPE ZÚÑIGA DÍAZ
Proyecto de grado para optar el título de
Ingeniero Ambiental y Sanitario
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Bogotá D.C. 2015
II
EVALUACIÓN DEL TEREFTARATO DE POLIETILENO (PET) COMO AGREGADO
EN LA ELABORACIÓN DE MORTERO PARA LADRILLOS Y CONCRETO
ANDRES FELIPE ZÚÑIGA DÍAZ
Proyecto de grado para optar el título de
Ingeniero Ambiental y Sanitario
JULIÁN DAVID PUERTO SUAREZ
Director
Ingeniero Civil, MSc.
Universidad de La Salle
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Bogotá D.C. 2015
III
AGRADECIMIENTOS
Andrés Felipe
A Dios primero que todo que me ha permitido tener unos padres
que unieron sus esfuerzos, concejos y paciencia a lo largo
del desarrollo de mis estudios, a mi hermana que gracias a
sus palabras de apoyo me ayudaron a tomar las mejores
decisiones en el desarrollo de mi carrera, al ingeniero
Julián Puerto por su dirección en el desarrollo del presente
proyecto y demás personas que hicieron posible este trabajo.
IV
TABLA DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO ........................................................................................................ IV
LISTA DE TABLAS ............................................................................................................ VIII
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. X
LISTA DE GRAFICAS ......................................................................................................... XII
Glosario ............................................................................................................................... 1
Resumen ................................................................................................................................. 4
Abstract ............................................................................................................................... 6
1.0 Introducción ............................................................................................................. 7
2.0 Justificación ........................................................................................................... 9
2.1 Descripción del Problema ............................................................................... 9
2.2 Delimitación del proyecto ........................................................................... 10
2.3 Formulación del problema ............................................................................. 10
3.0 Formulación de Objetivos ................................................................................. 11
3.1 Objetivo General ............................................................................................... 11
3.2 Objetivos Específicos .................................................................................... 11
4.0 Marco Teórico ......................................................................................................... 12
4.1 Tereftalato de Polietileno (PET) ............................................................ 12
4.1.1 Propiedades del PET (Cadena & Quiroz, 2000) ............................... 13
4.1.2 Métodos de Aprovechamiento .................................................................... 14
4.1.3 Aplicaciones del Residuo Recuperado ................................................. 16
4.2 Mezcla de Mortero en la Elaboración de Ladrillos Como
Elemento Constructivo ............................................................................................. 17
4.2.1 Morteros de Cemento .................................................................................... 17
4.2.2 Propiedades Del Mortero De Cemento ................................................... 18
4.2.3 Características de los mampuestos ..................................................... 19
4.2.4 Usos ..................................................................................................................... 21
4.3 Concreto u Hormigón ........................................................................................ 22
5.0 Marco Legal ............................................................................................................. 24
6.0 Metodología ............................................................................................................. 29
6.1 Recopilación, clasificación y manejo de la información ........... 29
V
6.2 Preparación del material ............................................................................. 29
6.3 Diseños de mezcla ............................................................................................. 29
6.4 Elaboración de las diferentes mezclas ................................................. 30
6.5 Ensayos de laboratorio .................................................................................. 30
6.6 Análisis de información e Interpretación de resultados ........... 30
7.0 DESCRIPCIÓN DE MATERIAS PRIMAS .................................................................... 31
7.1 Cemento ................................................................................................................... 31
7.1.1 Finura del cemento ...................................................................................... 31
7.1.2 Densidad del cemento .................................................................................. 32
7.2 PET ........................................................................................................................... 33
7.2.1 Granulometría del PET ............................................................................... 33
7.2.2 Masas Unitarias del PET ........................................................................... 35
7.3 Arena para mortero (arena de pozo) ....................................................... 36
7.3.1 Granulometría arena para mortero ....................................................... 36
7.3.2 Modulo de Finura (MF) de la arena para mortero ........................ 38
7.3.3 Masas unitarias de la arena para mortero ...................................... 38
7.3.4 Densidad arena para mortero .................................................................. 40
7.4 Arena para concreto (arena de rio) ....................................................... 41
7.4.1 Granulometría arena para concreto ..................................................... 41
7.4.2 Masas unitarias arena para concreto ................................................. 42
7.4.3 Densidad arena para concreto ................................................................ 43
7.5 Grava para mezcla de concreto .................................................................. 44
7.5.1 Granulometría Grava para concreto ..................................................... 44
7.5.2 Masas Unitarias Grava para concreto ................................................. 45
7.5.3 Densidad Gravas ............................................................................................. 46
7.5.4 Determinación del desgaste de grava para concreto .................. 48
7.6 Granulometría del agregado para el concreto (Mixto) .................. 49
7.6.1 Granulometría del mixto para concreto ............................................ 49
8.0 Diseño de mezclas de mortero y concreto ................................................ 51
8.1 Diseño de mortero .......................................................................................... 51
8.1.1 Cuantía de cemento para la mezcla ..................................................... 51
8.1.2 Cantidad de agua para la mezcla ......................................................... 52
8.1.3 Volumen de arena en la mezcla de mortero ...................................... 54
VI
8.1.4 Cuantía de arena para la mezcla ......................................................... 55
8.1.5 Diseño de mezcla de mortero por metro cubico de mortero ..... 55
8.1.6 Proporciones de material para el desarrollo de las pruebas
........................................................................................................................................... 55
8.1.7 Proporciones de material para cada uno de los remplazos ..... 57
8.2 Diseño de concreto .......................................................................................... 59
8.2.1 Cantidad de agua para la mezcla de concreto ............................... 59
8.2.2 Cantidad de cemento para la mezcla de concreto ........................ 59
8.2.3 Volumen de agregados para la mezcla de concreto ...................... 59
8.2.4 Distribución porcentual de los agregados de la mezcla de
concreto ......................................................................................................................... 62
8.2.5 Determinación del peso específico de los agregados ................ 65
8.2.6 Determinación cantidad de agregado para la mezcla de
concreto ......................................................................................................................... 65
8.2.7 Diseño de mezcla de concreto por metro cubico de concreto 66
8.2.8 Proporciones de material para el desarrollo de las pruebas
........................................................................................................................................... 66
8.2.9 Proporciones de material para cada uno de los remplazos ..... 67
9.0 Resultados ................................................................................................................ 70
9.1 Mortero ................................................................................................................... 70
9.1.1 Mortero siete (7) días ............................................................................. 72
9.1.2 Mortero veintiocho (28) días ................................................................ 76
9.2 Concreto ................................................................................................................ 80
9.2.1 Concreto siete (7) días ........................................................................... 82
9.2.2 Concreto veintiocho (28) días .............................................................. 86
9.3 Análisis a la muestra optima .................................................................... 90
9.3.1 Porcentaje óptimo de PET en el mortero .......................................... 90
9.3.2 Porcentaje óptimo de PET en el concreto ........................................ 91
9.4 Análisis de costos .......................................................................................... 92
9.4.1 Análisis de costos mortero .................................................................... 93
9.4.2 Análisis de costos concreto .................................................................. 95
10.0 Análisis de resultados ................................................................................... 98
10.1 Análisis Mortero ............................................................................................. 98
10.2 Análisis Concreto ........................................................................................ 100
VII
11.0 Conclusiones ....................................................................................................... 103
12.0 Recomendaciones ................................................................................................ 105
13.0 Bibliografía ....................................................................................................... 106
VIII
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 : Normatividad vigente ................................. 24
Tabla 2: Finura del cemento. ................................... 31
Tabla 3: Pruebas Cemento. ...................................... 32
Tabla 4: Granulometría PET. .................................... 34
Tabla 5: Masas unitarias PET. .................................. 36
Tabla 6: Granulometría Arena para mortero. ..................... 37
Tabla 7: Modulo de Finura Arena para mortero. .................. 38
Tabla 8: Masas Unitarias Arena de Pozo. ........................ 39
Tabla 9: Densidades de la arena para mortero. .................. 40
Tabla 10: Granulometría arena para concreto. ................... 42
Tabla 11: Masas Unitarias arena para concreto. ................. 43
Tabla 12: Densidad arena para concreto. ........................ 44
Tabla 13: Granulometría Grava para concreto. ................... 44
Tabla 14: Masas unitarias Gravas ............................... 46
Tabla 15: Densidad de la Grava. ................................ 47
Tabla 16: Desgaste a máquina de los Ángeles. ................... 49
Tabla 17: Granulometría del mixto para el concreto. ............ 49
Tabla 18: Proyección de resistencias. .......................... 51
Tabla 19: Dosificación de la mezcla de mortero. ................ 55
Tabla 20: Dosificación de materiales para los especímenes de
mortero. ....................................................... 56
Tabla 21: Granulometría agregado Grueso. ....................... 63
Tabla 22: Granulometría agregado fino. ......................... 63
Tabla 23: Optimización de la granulometría ..................... 64
Tabla 24: Dosificación de la mezcla de concreto ................ 66
Tabla 25: Dosificación de materiales para especímenes de concreto
............................................................... 67
Tabla 26: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión de los
cubos de mortero a los siete días .............................. 74
Tabla 27: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción de las
briquetas de mortero a los siete días. ......................... 75
IX
Tabla 28: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión de los
cubos de mortero a los veintiocho días. ........................ 78
Tabla 29: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción de las
briquetas de mortero a los veintiocho días. .................... 79
Tabla 30: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión en
cilindros de concreto a los siete días. ........................ 83
Tabla 31: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción en
cilindros de concreto a los siete días. ........................ 86
Tabla 32: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión en
cilindros de concreto a los veintiocho días. ................... 87
Tabla 33: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción en
cilindros de concreto a los veintiocho días. ................... 89
Tabla 34: Dosificación mortero por m3 ........................... 93
Tabla 35: Dosificación mortero por remplazo de PET. ............ 93
Tabla 36: Dosificación de concreto por m3 ....................... 95
Tabla 37: Dosificación de concreto por remplazo de PET ......... 95
X
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Clasificación de plásticos. .......................... 13
Figura 2: Embalaje del PET recuperado. ......................... 14
Figura 3: PET Molido. .......................................... 15
Figura 4: Proceso de Extrusión ................................. 15
Figura 5: Proceso de inyección. ................................ 16
Figura 6: Ladrillo de Adobe. ................................... 20
Figura 7: Ladrillo macizo de arcilla. .......................... 20
Figura 8: Dimensiones del mampuesto macizo Santa Fe. ........... 21
Figura 9: Finura del cemento. .................................. 32
Figura 10: Densidad del cemento. ............................... 33
Figura 11: Masas Unitarias PET ................................. 36
Figura 12: Masas Unitarias Arena para mortero .................. 39
Figura 13: Molde estándar densidad agregado fino. .............. 41
Figura 14: Dasss arena para mortero. ........................... 41
Figura 15: Masas unitarias arena para concreto. ................ 43
Figura 16: Masas unitarias Gravas .............................. 46
Figura 17: Secado superficial de la Grava para concreto. ....... 47
Figura 18: Peso grava Sumergida. ............................... 47
Figura 19: Maquina de los Ángeles. ............................. 48
Figura 20: Cuantía de cemento por m3 de mortero. ................ 52
Figura 21: Determinación de la relación Agua / Cemento. ........ 53
Figura 22: Cubos de Mortero. ................................... 56
Figura 23: Briquetas de mortero. ............................... 56
Figura 24: Tamizado franja N°16. ............................... 57
Figura 25: Peso PET para adicionar. ............................ 57
Figura 26: Arena Remplazada por PET. ........................... 58
Figura 27: Tablas de proporciones de material remplazado N° 16. 58
Figura 28: Cantidad de agua para la mezcla de concreto ......... 60
Figura 29: cantidad de cemento por m3 de mezcla de concreto ..... 61
Figura 30: Procedimiento grafico de combinación. ............... 64
Figura 31: Cilindros para ensayos de concreto. ................. 67
Figura 32: Tamizado franja N°16. ............................... 68
Figura 33: Peso PET para adicionar. ............................ 68
XI
Figura 34: Arena remplazada por PET. ........................... 68
Figura 35: Tablas de proporciones de material remplazado N°16. . 69
Figura 36: Curado de los especímenes. .......................... 70
Figura 37: Montaje en maquina versatester para cubos de mortero a
compresión. .................................................... 71
Figura 38: Montaje en maquina universal para briquetas de mortero
a tracción o tensión. .......................................... 71
Figura 39: Máxima carga a compresión soportada por el cubo de
mortero. ....................................................... 72
Figura 40: Máxima carga soportada a tensión por la briqueta de
mortero. ....................................................... 72
Figura 41: Montaje en maquina universal para cilindros de concreto
a compresión. .................................................. 80
Figura 42: Montaje en maquina universal para cilindros de concreto
a tracción o tensión indirecta. ................................ 81
Figura 43: Máxima carga a compresión soportada por el cilindro de
concreto. ...................................................... 81
Figura 44: Máxima carga soportada por el cilindro de concreto a
tensión indirecta. ............................................. 82
XII
LISTA DE GRAFICAS
Gráfica 1: Comportamiento Granulométrico PET ................... 35
Gráfica 2: Comportamiento granulométrico Arena para mortero. ... 38
Gráfica 3: Curva granulométrica del mixto para concreto. ....... 50
Gráfica 4: Comportamiento a compresión del mortero a los siete
días. .......................................................... 73
Gráfica 5: Comportamiento del mortero a tracción a los siete días.
............................................................... 75
Gráfica 6: Comportamiento a compresión del mortero a los
veintiocho días. ............................................... 77
Gráfica 7: Comportamiento del mortero a tracción a los veintiocho
días. .......................................................... 79
Gráfica 8: Comportamiento del concreto a compresión a los siete
días. .......................................................... 83
Gráfica 9: Comportamiento del concreto a tracción a los siete
días. .......................................................... 85
Gráfica 10: Comportamiento del concreto a compresión a los
veintiocho días. ............................................... 87
Gráfica 11: Comportamiento del concreto a tracción a los
veintiocho días. ............................................... 89
1
Glosario
Cementante: Es un material con la capacidad de unir dos
materiales generando una pasta que posteriormente se
solidificara gracias a su pérdida de humedad, como lo es el
caso del cemento más agua con agregados que al deshidratarse
forma concreto o mezclas de mortero.
Centro de Acopio: Es el lugar destinado para la recepción de
residuos sólidos aprovechables para ser separados y proceder a
un nuevo proceso productivo con ellos o simplemente su
comercialización.
Compacidad: Es la capacidad de absorción de agua, la relación
existente entre el peso del agua absorbida, hasta saturación
por un material y su peso en seco. (Densidad, porosidad y compacidad.
Embalar: Es agrupar en cajas o debidamente organizado y
sujetado un material para ser transportado.
Ensayo de Rotura: Es el esfuerzo de flexión puro o simple se
obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza
perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen
el giro de las secciones transversales con respecto a los
inmediatos
Ensayo de Compresión: Es un ensayo en el que se somete una
probeta (concreto y/o mortero) a cargas compresivas. Se usa
para estudiar el comportamiento de los materiales bajo ese
estado de cargas, “El ensayo de compresión consiste en aplicar
a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga
2
estática que tiende a provocar un acortamiento de la misma y
cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión
del ensayo”.
Mega Pascales (MPa): Es la unidad del esfuerzo del Sistema
Internacional (SI).
Módulo de finura: Es la forma de estimar que tan fino o grueso
es un material. Este definido por la suma de los porcentajes
retenidos acumulados en los tamices des el N° 100 hasta el
tamaño máximo real.
Peletizar: Es una operación de moldeado termoplástico en el que
partículas finamente divididas de una ración se integran en un
pelet compacto y de fácil manejo, el cual incluye condiciones
específicas de humedad, temperatura y presión.
Al realizar el peletizado, se asegura que los ingredientes
previamente mezclados se compacten para formar un comprimido
con tamaño y dureza variable.
Polímero: Etimológicamente la palabra polímero proviene de las
raíces griegas: poli = muchos y meros = partes, es decir se
trata de una substancia conformada por la repetición de la
misma unidad química. Por ejemplo, el etileno (CH2 = CH2) al
polimerizarse forma el polietileno: (Cadena & Quiroz, 2000)
Postconsumo: Es devolver un material que ya se ha utilizado y
es desechado a un lugar de recolección para que pueda ser
tratado o reinyectado a cadenas de proceso productivo.
3
Tamaño Máximo Nominal (TMN): Es el tamaño de la abertura del
tamiz inmediatamente superior a aquel cuyo porcentaje retenido
acumulado sea del 15% o más.
Tamaño Máximo Real (TMR): Es el tamaño máximo del agregado y
está definido por la mayor abertura de tamiz que permite el
paso del 100% del material.
4
Resumen
El presente trabajo de investigación, evalúa la posibilidad de
aprovechar el tereftarato de polietileno (PET) reciclado como
un material de agregado en las mezclas de mortero y concreto
para su aprovechamiento y disminución de impactos ambientales
a los cuerpos de agua, suelo, aire y salud pública, generados
por la inadecuada disposición final del polietileno,
incluyéndolo como material de agregado en uno de los tipos de
mezclas. La evaluación se realiza mediante ensayos de
laboratorio, pruebas mecánicas de resistencia y pruebas físicas
como permeabilidad y absorción, desarrolladas para dieciséis
(16) inclusiones de PET reciclado por cada tipo de material,
es decir dieciséis (16) en morteros y dieciséis (16) en
concretos, en los cuales se sustituyó hasta el 15% de los
agregados finos por PET reciclado.
Mediante un análisis estadístico muestral y teniendo en cuenta
el comportamiento mecánico de los materiales, se eligió el
porcentaje de inclusión óptimo para el remplazo de PET
reciclado por arena de tamaño medio, en las mezclas de concreto
y mortero, sin que con ello comprometiera la resistencia final
requerida de la mezcla en cada uno de los casos por el diseño
y que maximizara la disminución de impactos ambientales por
medio de la inclusión de PET reciclado, es decir se encontró
el mejor desempeño de los especímenes con inclusión de PET
reciclado comparado con la muestra patrón, en las pruebas de
tracción y compresión; evidenciando que por medio de la
inclusión de PET reciclado en el tamaño medio de las arenas
mejora el desempeño a compresión y tracción de los materiales.
5
Al finalizar los ensayos se pudo concluir que si es posible el
uso del PET reciclado en las mezclas de concreto y mortero,
considerando el uso final de la mezcla y la resistencia
requerida según el destino de los materiales.
6
Abstract
This present research evaluates the possibility of using the
tereftarato polyethylene (PET) recycled as an aggregate
material in mixtures of mortar and concrete for its use and
reduced environmental impacts to water bodies, soil, air
and public health, resulting from inappropriate disposal of
polyethylene, including it as an aggregate material in one of
the types of mixtures. The evaluation is made by laboratory
tests, mechanical resistance tests and physical tests such as
permeability and absorption, developed for sixteen (16)
inclusions of recycled PET for each type of material, it means,
sixteen (16) in a mortar and sixteen (16) in concrete, in
which, up to 15% of fine aggregate was replaced by crushed PET.
Through an statistical analysis and taking into account the
mechanical behavior of materials, the percentage of optimal
inclusion for the replacement of recycled PET was measured by
sand of medium size, in concrete and mortar mixes, whitout
commiting the final resistance required of the mixture in each
case by the design and maximizing the reduction of
environmental impacts, which means that the better performance
of the specimens including recycled PET was found compared with
the standard sample, in the tensile tests and compression
tests, showing that through the inclusion of recycled PET in
the average size of the sand improves performance of the
compression and traction of the materials.
At the end of the trials can be concluded that it is possible
to use recycled PET in concrete and mortar mixes, considering
the final use of the mixture and the strength required
depending on the destination of the materials.
7
1.0 Introducción
Un método de aprovechamiento sostenible del PET, es su
inclusión (molido y/o triturado) en las mezclas de concreto y
mortero (arenas medias).
Esta propuesta nace como respuesta a la gran cantidad de
PET desechado anualmente, según el informe de evaluación del
desempeño ambiental para Colombia cerca de 2 millones de
toneladas anuales de material reciclable es recuperado, el
plástico representa alrededor del 12% es decir cerca de 240
mil toneladas anuales aprovechables (Cepal, 2014); y la
necesidad de crear nuevos métodos de aprovechamiento que
disminuyan las toneladas dispuestas en el ambiente de este
residuo y sea considerado como materia prima para la
fabricación de otros productos.
El PET como material no tratado genera desequilibrio en
los ecosistemas, por ser un elemento que demora siglos en ser
biodegradado por la naturaleza, convirtiéndose en un foco de
proliferación de vectores debido a que en su mayoría se usa
como envase de alimentos o bebidas y generan contaminación del
suelo por el volumen que ocupan ya sea en rellenos sanitarios
o en campo abierto.
Se plantea una formulación experimental, donde se usó PET
proveniente de material reciclado (molido) en diferentes
granulometrías, para determinar cuál es el tamaño más
representativo y que pueda usarse como material de agregado en
las mezclas de concreto y mortero.
Una vez realizado el diseño de las mezclas, se dosifico el
PET en diferentes proporciones remplazando la arena media, para
8
posteriormente cuando se hayan cumplido las condiciones
definidas por norma (curado), se verificarán sus propiedades
mecánicas (resistencia a la compresión, a la tracción) y una
vez se tenga la dosificación óptima, se harán pruebas físicas
(permeabilidad, absorción y conductividad térmica).
Por medio de un análisis de tendencia central se evaluarán
las variaciones entre las diferentes dosificaciones
seleccionando la mezcla óptima, comparándola con una muestra
patrón, hecha únicamente de agregados pétreos es decir sin
adición de PET.
Finalmente, se estimarán los costos de fabricación,
ventajas y posibles usos que se le pueden dar al material.
9
2.0 Justificación
La alta oferta y demanda de PET como materia prima en la
industria alimenticia genera grandes acumulaciones en centros
urbanos en forma de residuo, produciendo contaminación de
suelos, daño al paisaje y proliferación de enfermedades;
adicionalmente, el PET y en general los plásticos son de
difícil disposición y degradación por ende se requiere de
alternativas diferentes a las existentes para su
aprovechamiento. Como resultado del proyecto se pretende
minimizar los riesgos potenciales que se generan por la
acumulación del PET y la alteración sobre los recursos
naturales.
2.1 Descripción del Problema
Pese a no ser considerados residuos peligrosos, los
Residuos Plásticos (RP) tienen implicaciones ambientales
significativas que suelen pasar desapercibidas y hacen parte
de una problemática de gran impacto y escala. El plástico es
un material de innegable utilidad presente en infinidad de
productos de uso cotidiano, pero sumado al consumismo y la
cultura del uso y desecho, hacen que la generación de residuos
ocurra de manera masiva y continua. Además, los plásticos
tienen un extenso tiempo de degradación (entre 100 y 1000
años), generando que no se reincorporen fácilmente a los ciclos
naturales, permaneciendo por largos periodos y afectando de
diferentes maneras los lugares donde quedan dispuestos.
(Maldonado, 2012)
Por las razones anteriormente expuestas se quiso trabajar
con material reciclado de PET para su aprovechamiento y evitar
10
la acumulación en rellenos sanitarios y el ambiente que año
tras año aumenta.
2.2 Delimitación del proyecto
El proyecto tiene como alcance realizar pruebas de
laboratorio de comportamiento mecánico y físico de probetas
de concreto y mortero, hechos con cemento portland tipo 1
en diferentes dosificaciones de residuo PET.
Con porcentajes de dosificación para 16 probetas, se
determina estadísticamente la mezcla óptima que garantice
los estándares de calidad; así mismo se compararan los
costos de mezclas con PET y sin inclusión de PET.
Finalmente, y al determinar la dosificación optima, a
esta mezcla se realizarán pruebas de permeabilidad y
absorción.
2.3 Formulación del problema
¿Es posible incluir el PET reciclado como material
de agregado en la elaboración de concreto y mortero para
ser usados como materiales de construcción sostenible y
dar una nueva alternativa de reúso de estos residuos,
comparándolos con la mezcla convencional de agregados
pétreos?
11
3.0 Formulación de Objetivos
3.1 Objetivo General
Elaborar una mezcla de concreto y mortero, incorporando
materiales reciclados de PET y evaluando las propiedades
mecánicas y físicas del producto final.
3.2 Objetivos Específicos
Determinar experimental y estadísticamente la proporción más
eficiente entre los materiales (cemento, agua, agregados y
PET).
Diseñar y evaluar una mezcla de concreto de 21MPa con un
remplazo de PET hasta del 15% en los agregados finos.
Diseñar y evaluar un mortero para un ladrillo de 25MPa con un
remplazo de PET hasta del 15 % en el agregado fino.
Realizar un análisis del costo por metro cubico de la mezcla
que mejor desempeño tenga en los análisis mecánicos y dar una
recomendación para su uso.
12
4.0 Marco Teórico
Para la fabricación de ladrillos y hormigón a partir del
PET reciclado es necesario describir la materia prima, el
proceso de fabricación del PET y de reciclaje del mismo,
características de una mezcla de hormigón y de mortero. En este
segmento se abarcarán dichos aspectos.
4.1 Tereftalato de Polietileno (PET)
Es un polimero plástico que se clasifica dentro del
grupo de los termoplasticos los cuales son constituidos a
partir de cadenas de polímeros lineales y que se funden o
reblandecen a una cierta temperatura o rango de
temperaturas. Pueden mostrar una estructura completamente
desordenada de sus cadenas y entonces los denominamos
amorfos, o pueden tener ciertas zonas en las cuales las
moléculas tienen una organización geométricamente ordenada
y entonces los llamamos semicristalinos. (Cadena & Quiroz,
2000)
El PET, según su clasificacion se encuentra identificado con
el numero uno (1) (ver figura 1: Clasificacion de plásticos) y
es obtenido a partir de la refinación del petróleo crudo, gas
y aire. Un kilo de PET es 64% de petróleo, 23% de derivados
líquidos del gas natural y 13% de aire. A partir del petróleo
crudo se extrae el paraxileno y se oxida con el aire para
obtener ácido tereftálico. El etileno, que se obtiene
principalmente a partir de derivados del gas natural, es
oxidado con aire para formar el etilenglicol. La combinación
del ácido tereftálico y el etilenglicol produce como resultado
el PET. Dicho producto sirve como materia prima a diferentes
13
industrias para la producción de botellas de gaseosas, agua,
aceite y vinos; envases farmacéuticos, tejas, películas para
el empaque de alimentos, cuerdas, cintas de grabación,
alfombras, zuncho, rafia, fibras. (Guía ambiental sector
plásticos Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo
Territorial [MAVDT], 2004 p.21)
4.1.1 Propiedades del PET (Cadena & Quiroz, 2000)
Presenta como características más relevantes:
Alta transparencia, aunque admite cargas de colorantes.
Alta resistencia al desgaste y corrosión.
Buen coeficiente de deslizamiento.
Buena resistencia química y térmica.
Buena barrera al CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.
Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su
conjunto la calidad barrera de los envases y por lo tanto
permiten su uso en mercados específicos.
Reciclable, aunque tiende a disminuir su viscosidad con
la historia térmica.
Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto
con productos alimentarios.
Fuente: (Guía ambiental Sector Plásticos MAVDT, 2004 p.16)
Figura 1: Clasificación de plásticos.
14
4.1.2 Métodos de Aprovechamiento
La primera forma de aprovechamiento del PET es la
separación en la fuente o en centros de acopio del material
donde se clasifica y se embala para ser procesado in situ o
vendido para ser inyectado en otros procesos (ver figura 2:
Embalaje del PET recuperado).
Fuente: aprovechamiento del PET, Aproplast 2012, Reciclaje.
Molienda o triturado del material: Es donde se reduce el tamaño
(Volumen) a gránulos que pueden venir en diferentes
granulometrías, estos serán reincorporados a procesos
productivos (Ver figura 3: PET Molido).
Figura 2: Embalaje del PET recuperado.
15
Extrusión del PET: La extrusión es el proceso continuo mediante
el cual se plastifica, transporta y dosifica la masa de
polímero fundido a través de una boquilla o molde, donde toma
la forma del producto final (Ver figura 4: Proceso de
extrusión). En la extrusión, el plástico recibe una nueva
forma, después de haber sido fundido completamente. (Guía
ambiental sector plásticos MAVDT, 2004 p.37)
Fuente: Molienda del PET, Solo Stocks 2012, Línea de molido.
Fuente: (Guía ambiental sector pasticos MAVDT, 2004 p.37)
Figura 3: PET Molido.
Figura 4: Proceso de Extrusión
16
Inyección de PET: Es el proceso cíclico en el cual el polímero
se procesa en diferentes etapas que conforman el ciclo de
inyección (ver figura5: Proceso de inyección). La conversión
se lleva a cabo al plastificar el polímero termoplástico
(mediante el suministro de energía proveniente de una fuente
de calor y el trabajo mecánico aportado por el husillo) e
inyectarlo y hacerlo fluir por medio de alta presión dentro de
la cavidad de un molde, donde nuevamente el polímero es llevado
al estado sólido (mediante el retiro de energía a través del
intercambio con un refrigerante) tomando la forma de la cavidad
en que se solidificó. (Guía ambiental sector plásticos MAVDT, 2004
p.41)
4.1.3 Aplicaciones del Residuo Recuperado (Guía ambiental
sector plásticos MAVDT, 2004 p.74)
Los residuos de PET recuperados se destinan principalmente
a la producción de fibra, ya sea en hilos finos para tejidos
o en fibras más gruesas para material aislante.
Otras aplicaciones incluyen: tejas, zunchos, rafias,
escobas, cepillos.
Figura 5: Proceso de inyección. Fuente: (Guía ambiental sector pasticos MAVDT, 2004 p.37)
17
El PET contaminado con otros polímeros no es apto para el
reciclado mecánico, pero puede utilizarse para el reciclado
como materia prima por medios químicos.
Existen equipos y tecnologías para hacer reciclaje de PET
llamados "botella a botella". Es decir, que el recuperado
de las botellas de PET se usa para hacer nuevamente botellas
para contacto con alimentos. En estos procesos se lavan las
botellas molidas con una solución de soda caustica que
elimina una capa pequeña de PET en la superficie de las
botellas, eliminando así posibles contaminantes presentes
en las botellas recuperadas de las corrientes de
postconsumo. Después de lavado, el PET se seca y cristaliza
en vacío, de tal manera que se recupera su peso molecular y
su viscosidad intrínseca. Luego el material se peletiza y
se dispone para fabricar nuevamente botellas.
También se emplean como materiales para blindaje y como
materiales de relleno para chaquetas.
4.2 Mezcla de Mortero en la Elaboración de Ladrillos
Como Elemento Constructivo
El mortero se puede definir como la mezcla de un material
aglutinante (cemento portland, cal y/o otros materiales
cementantes), un material de relleno (agregado fino o arena) y
agua, que al endurecerse presenta propiedades químicas, físicas
y mecánicas similares a las del concreto. (De Guzmán S.
Diego,2001 p.303)
4.2.1 Morteros de Cemento (De Guzmán S. Diego,2001 p.306)
Este tipo de mortero está constituido por un esqueleto de
granos de arena, con el cemento se pretende darle una soldadura
18
perfecta de manera tal que cada grano quede cubierto por
una fina película de cemento. Como además el mortero deberá
formar una masa homogénea y compacta, las características
de la arena, tales como: La granulometría, módulo de
finura, forma y textura de las partículas deben ser las
adecuadas para formar un acomodamiento de las partículas
que permitan la mayor compacidad y menor consumo de
cemento.
4.2.2 Propiedades Del Mortero De Cemento (De Guzmán S.
Diego,2001 p.308)
Se deben conocer la características y propiedades de
los morteros de cemento para esto se diseña y dosifica la
mezcla que por lo general mantiene las siguientes
particularidades:
4.2.2.1 Propiedades En Estado Platico:
Manejabilidad: Es la característica de fluidez de la mezcla
que estandarizada mente se mide en la mesa de flujo y se puede
decir que está relacionada con la consistencia es decir que
tan dura o blanda se encuentra la mezcla es su estado plástico.
Retención de agua: Es la medida de la habilidad del mortero
para mantener su plasticidad cuando entra en contacto con una
superficie absorbente, esta característica incide altamente en
la velocidad de endurecimiento y en la resistencia final a la
compresión ya que una mezcla incapaz de retener agua no permite
la hidratación del cemento.
19
Velocidad de endurecimiento: Son los tiempos de fraguado
inicial y final de la mezcla que por lo general se aceptan
valores de entre 2 y 24 horas respectivamente. Sin embargo,
estos dependen de factores como condiciones climáticas,
composición de la mezcla.
4.2.2.2 Propiedades En Estado Endurecido:
Retracción: La retracción es debida a las reacciones químicas
de hidratación de la pasta, la arena soluciona el problema en
parte ya que evita los cambios de volumen de la mezcla y así
minimizando el peligro de agrietamiento.
Resistencia: Se requiere una alta resistencia a la compresión
cuando las mezclas de mortero deben soportar cargas de
compresión.
Durabilidad: Esta propiedad es la resistencia a agentes
externos como las bajas temperaturas, la penetración del agua,
desgaste por abrasión, retracción al secado, resistencia a
agentes corrosivos o achoques térmicos; en general se cree que
los morteros de alta resistencia a la compresión tienen buena
durabilidad.
4.2.3 Características de los mampuestos (ladrillos, recuperado el
20 de abril del 2015 de http://es.wikipedia.org/wiki/Ladrillo)
Actualmente los ladrillos son elementos constituidos en
por arcilla cocida esta es un material sedimentario de
partículas muy pequeñas de silicatos hidratados de alúmina,
además de otros minerales como el caolín, la mormorillonita y
la illita.
20
Se considera el adobe como el precursor del
ladrillo, puesto que se basa en el concepto de utilización
de barro arcilloso como material cementante unido en la
mayoría de los casos con paja o heno para darle la
consistencia en la ejecución de muros (ver figura 6:
Ladrillos de adobe), aunque el adobe no experimenta los
cambios físico-químicos de la cocción a altas
temperaturas (350º) de estos materiales arcillosos.
4.2.3.1 Geometría
Su forma es la de un prisma rectangular, en el que
sus diferentes dimensiones reciben el nombre
Fuente: (Adobe, wikipedia 2008, Material para la construcción)
Fuente: (ladrillos, Wikipedia 2011, Caras y Aristas de un ladrillo.)
Figura 6: Ladrillo de Adobe.
Figura 7: Ladrillo macizo de arcilla.
21
de soga, tizón y grueso, siendo la soga su dimensión mayor.
Así mismo, las diferentes caras del ladrillo reciben el nombre
de tabla, canto y testa Por lo general, la soga es del doble
de longitud que el tizón o, más exactamente, dos tizones más
una junta, lo que permite combinarlos libremente.
Las dimensiones de los mampuestos macizos trabajados en
Colombia es la siguiente (ver figura 8: Dimensiones del
mampuesto producido en Colombia):
4.2.4 Usos
Los ladrillos son utilizados en construcción en
cerramientos, fachadas y particiones. Se utiliza
principalmente para construir paredes, muros o tabiques.
Fuente: Ladrillo macizo, Ladrillos Santafé 2014.
Figura 8: Dimensiones del mampuesto macizo Santa Fe.
22
4.3 Concreto u Hormigón
El resultado de la mezcla del concreto es una masa plástica
durable y resistente, que puede moldearse para brindarle
prácticamente cualquier forma, y adquiere las propiedades de
un cuerpo sólido es decir con una resistencia final que depende
de los diseños de mezcla.
Las materias primas utilizadas en la elaboración del concreto
son: Cemento, Agua, Grava, Arena y Aditivos en algunos cosos.
El Cemento, aunque ocupa aproximadamente un 15% de la mezcla,
es el material más importante porque es el que proporciona
resistencia. Técnicamente se le conoce como cemento hidráulico,
denominación que comprende a los aglomerantes que fraguan y
endurecen una vez que se mezclan con agua e inclusive, bajo el
agua.
4.3.1 Propiedades del concreto (De Guzmán S. Diego,2001 p.111)
Manejabilidad: Es conocida como la trabajabilidad y capacidad
de ser colocado y consolidado apropiadamente para ser terminado
sin segregación dañina alguna. Esta propiedad se puede medir
mediante el ensayo de asentamiento donde se mide la fluidez de
la mezcla fresca por medio del Cono de Abrams. El principal
factor que afecta la manejabilidad es el contenido de agua de
la mezcla.
Consistencia: es el estado de fluidez de la mezcla es decir
que tan dura (seca) o blanda (fluida) es la mezcla de concreto
cuando se encuentra en estado plástico.
Fluidez de la mezcla: El agua tiene la función de hidratar el
cemento y la de producir la pasta lubricante de los agregados
23
la cual comunica fluidez a la mezcla permitiéndole la movilidad
en estado plástico.
Plasticidad: Es la consistencia del concreto tal que pueda ser
de fácil moldeado.
Resistencia del concreto en su estado sólido: Es la capacidad
de esta mezcla endurecida de soportar todos los esfuerzos a
los cuales es sometida, sin embargo, su resistencia a la
compresión simple es su característica más importante y que a
partir de ella se estudian otras propiedades como su
resistencia a la tracción, módulo de elasticidad y resistencia
al corte entre otras. Los factores que influyen en esta
resistencia son: El contenido de cemento, la relación agua-
cemento, contenido de aire, influencia de los agregados, tamaño
máximo del agregado, fraguado del concreto, curado del
concreto, temperatura y la edad del concreto.
24
5.0 Marco Legal
Existen principalmente tres ramas de la normatividad
Colombiana influyentes en el proyecto investigativo; en
primer lugar las leyes que rigen los criterios mínimos
para el diseño, construcción y supervisión de calidad con
materiales de la construcción y la conservación de los
recursos naturales; por otro lado los decretos y
resoluciones que reglamentan normas para la preservación
de los recursos naturales y finalmente las normas técnicas
Colombianas que especifican métodos de ensayo
estandarizados para determinar propiedades de los
materiales de estudio (mezclas de mortero y concreto), de
acuerdo a lo anterior a continuación se relaciona la
normatividad influyente en el estudio (ver tabla
1:Normatividad vigente):
Tabla 1 : Normatividad vigente
LEYES/ RESOLUCIONES / NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS
DESCRIPCIÓN
Constitución Política de
Colombia
En el artículo 70 se garantiza
el derecho a gozar de un
ambiente sano, en el artículo
80 se señala que se ha de
planificar el aprovechamiento
de los recursos naturales para
garantizar el desarrollo
sostenible y se ha de prevenir
y controlar los factores que
lleven al deterioro ambiental.
25
LEYES/ RESOLUCIONES / NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS
DESCRIPCIÓN
Decreto – Ley 2811 de 1974 Se dicta el Código Nacional de
Recursos Naturales Renovables
y de Protección al Medio
Ambiente.
Ley 99 de 1993 Se crea el Ministerio de Medio
Ambiente, reordena el Sector
Público encargado de la
gestión y conservación del
medio ambiente y los recursos
naturales renovables, se
organiza el Sistema Nacional
Ambiental, SINA, y se dictan
otras disposiciones.
Decreto 2981 del 2013 Por el cual se reglamenta la
prestación del servicio de
aseo y en su artículo 96 define
que en los PGIRS se deben
incentivar la separación en la
fuente, recolección selectiva,
acopio y reciclaje de residuos
sólidos.
Resolución 754 del 2014 Por medio de esta se adopta la
nueva metodología para la
formulación de los Planes de
Gestión Integral de Residuos
Sólidos (PGIRS), en su
artículo primero y novenos
específica que se deben
26
LEYES/ RESOLUCIONES / NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS
DESCRIPCIÓN
incluir acciones que permitan
el aprovechamiento de los
residuos sólidos.
LEY 400 – 1997
La presente Ley establece
criterios y requisitos mínimos
para el diseño, construcción y
supervisión técnica de
edificaciones nuevas, así como
de aquellas indispensables
para la recuperación de la
comunidad con posterioridad a
la ocurrencia de un sismo, que
puedan verse sometidas a
fuerzas sísmicas y otras
fuerzas impuestas por la
naturaleza.
NSR 10 – TITULO C
Proporciona los requisitos
mínimos para el diseño y
construcción de concreto
estructural de cualquier
estructura construida.
NSR 10 – TITULO D Mampostería estructural
NSR 10 – TITULO E
Establece los requisitos
mínimos de diseño y
construcción para estructuras
de mampostería.
NTC-129 Muestreo de agregados.
27
LEYES/ RESOLUCIONES / NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS
DESCRIPCIÓN
NTC-176 Método de ensayo para
determinar la densidad y
absorción del agregado grueso.
NTC-237 Método de ensayo para
determinar la densidad y
absorción del agregado fino.
NTC-77 Método para análisis de
agregados finos y gruesos por
granulometría.
NTC-92
Método para la determinación
de masas unitarias y vacías
entre partículas de los
agregados.
NTC 93
Determinación de la
resistencia al desgaste de
agregados gruesos, utilizando
la máquina de los ángeles.
NTC-221 Método para determinar la
densidad de cemento
hidráulico.
NTC-673 Ensayo de resistencia a la
compresión de especímenes
cilíndricos de concreto.
NTC-722 Método de ensayo para
determinar la resistencia a la
tensión indirecta de
especímenes cilíndricos de
concreto.
28
LEYES/ RESOLUCIONES / NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS
DESCRIPCIÓN
NTC-220 Determinación de la
resistencia de morteros de
cemento hidráulico a la
compresión, usando cubos de 50
mm ó 2 pulgadas de lado.
NTC-119 Método para determinar la
resistencia a la tensión de
morteros de cemento hidráulico
Fuente: Autor.
29
6.0 Metodología
6.1 Recopilación, clasificación y manejo de la
información
En esta etapa se realizó toda la recopilación bibliográfica
e información necesaria para tener las bases teóricas y
conceptuales que permitan el desarrollo del proyecto.
6.2 Preparación del material
Para esta etapa se realizó la verificación del material
pétreo, cementante y plástico haciendo pruebas de laboratorio
permitiendo la verificar su calidad.
Cemento: Pruebas de densidad y finura del cemento; dichas
pruebas normalizadas por medio de NTC específicas,
descritas anteriormente en el marco normativo.
Agregados pétreos: Pruebas de desgaste a máquina de los
ángeles, masas unitarias (suelta, compacta y vibrada),
densidad, porcentajes de absorción y humedad; dichas
pruebas normalizadas por medio de NTC específicas,
descritas anteriormente en el marco normativo.
Material plástico: Granulometría donde se obtendrá la
composición de este material mezclado en diferentes
tamaños y se determinará cual será el más representativo
para el uso en los diseños de mezcla.
6.3 Diseños de mezcla
En esta fase se hicieron los diseños de mezcla para
concreto y mortero; dichos diseños se elaboraron por medio del
método gráfico.
30
6.4 Elaboración de las diferentes mezclas
Para esta fase se fundieron las mezclas de concreto y
mortero, agregando hasta un 15% de PET en remplazo de las
arenas medias que contiene la mezcla estándar (diseño de mezcla
sin PET). El proceso de fundido de los materiales se realizó
en cilindros estandarizados por las normas NTC en el caso de
concreto y en cubos de mortero y briquetas estandarizadas por
normas NTC para morteros, dejándolos en fase de curado por 28
días para finalmente hacer pruebas mecánicas y físicas.
6.5 Ensayos de laboratorio
En esta fase se hicieron pruebas mecánicas y físicas para
evaluar el comportamiento de estos materiales.
Pruebas mecánicas de compresión y tracción.
Pruebas físicas de conductividad térmica, absorción y
permeabilidad (Estas para la mezcla óptima).
6.6 Análisis de información e Interpretación de
resultados
Con el análisis de los resultados de laboratorio se procedió a
realizar conclusiones acerca del comportamiento mecánico
mostrado en dichos ensayos.
Cuadros comparativos del comportamiento en las diferentes
dosificaciones.
Análisis de los costos unitarios para la producción por metro
cubico del material con la dosificación óptima.
Conclusiones finales del proyecto.
31
7.0 DESCRIPCIÓN DE MATERIAS PRIMAS
Para el desarrollo de este proyecto se definieron los
principales elementos que componen las mezclas de concreto y
mortero, describiendo los métodos usados para evaluarlos como
materiales aptos al ser usados en los diseños de mezclas.
7.1 Cemento
En el proyecto se trabajó con cemento ARGOS tipo 1;
determinando la finura y densidad del material, siguiendo los
parámetros estipulados en las Normas Técnicas Colombianas
(NTC).
7.1.1 Finura del cemento
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 226 - MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA FINURA DEL
CEMENTO HIDRÁULICO, consiste en tomar un peso estándar de
cemento y tamizarlo por el tamiz N°200 como se muestra en la
figura 9; haciendo una relación entre el material que pasa y
el material retenido y seguidamente una corrección por uso y
edad del tamiz se obtendrá su finura (Ver tabla 2: Finura del
cemento).
Tabla 2: Finura del cemento.
PRUEBA RESULTADO
Finura del cemento 97.6%
Fuente: Autor.
32
Figura 9: Finura del cemento.
7.1.2 Densidad del cemento
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 221 - MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DEL
CEMENTO HIDRÁULICO, consiste en tomar el frasco de Le Chatelier
y llenarlo hasta el aforo con fluido anti fraguado (Qeroseno),
se agrega un peso estándar de cemento lentamente y se lee el
volumen desplazado de fluido como se muestra en las figura 10,
con estos datos se realiza una relación entre el peso agregado
de cemento y el volumen desplazado, obteniendo de esta forma
la densidad del material (Ver tabla 3: Densidad del cemento).
Tabla 3: Pruebas Cemento.
PRUEBA RESULTADO
Densidad del cemento 3.03 g/cm3
Fuente: Autor.
Fuente: Autor.
33
Figura 10: Densidad del cemento. Fuente: Autor.
7.2 PET
Este material plástico es usado como agregado fino en
remplazo de la arena. Por medio de los siguientes ensayos se
buscó determinar cuál franja del material es la más
representativa dentro de una muestra y así definir el tamaño
adecuado para hacer el remplazo de arena con PET reciclado.
7.2.1 Granulometría del PET
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 77 - MÉTODO DE ENSAYO PARA EL ANÁLISIS POR TAMIZADO DE LOS
AGREGADOS FINOS Y GRUESOS, donde se indica que para este
análisis granulométrico se deben tomar 1000g, no obstante y
debido a que el tamaño máximo nominal de la muestra es de 3/8”
correspondiente a 9.5mm y con el fin que la muestra fuera más
representativa se tomaron 3000g de material (Ver tabla 4:
Granulometría PET); al realizar el ensayo se evidencio que la
franja de material más representativa dentro del PET
seleccionado para el desarrollo este proyecto se encontraba en
el tamiz N°16; debido a:
En este tamiz queda retenido la mayor cantidad de material
caracterizado correspondiente al 40% de la muestra tomada.
34
Dada la información bibliográfica encontrada en la línea
base de la investigación se sabía que trabajar con tamaños
más grandes al N°16 como N°4 y/o N°8, generaba una
disminución en la resistencia de los materiales.
(Nabajyoti Saikia, 2013)
Este material retenido clasifica como una arena media
según su tamaño.
Tabla 4: Granulometría PET.
Tamiz Retiene
(gr)
% Retenido % Retenido
acumulado
% Pasa
3/8” 0 0 0 100
¼” 8 0.26 0.26 99.74
#4 97 3.23 3.49 96.51
#8 812 27.06 30.55 69.45
#16 1190 39.7 70.25 29.75
#20 438 14.6 84.85 15.15
#30 226 7.53 92.38 7.62
#50 118 3.93 96.31 3.69
#100 73 2.43 98.74 1.26
#200 28 0.93 99.67 0.33
Fondo 8 0.27 99.94 0.06
Total 2998 99.94 ---------- ----------
Fuente: Autor.
Observando la curva granulométrica del material se
evidencio que en su totalidad, el PET se comporta como una
arena, debido a que su tamaño de partícula se encuentra desde
el rango de una arena gruesa (1/4” o 635 mm), hasta encontrar
arena muy fina con tamaño de partícula (pasa tamiz N°200 o
0.075mm), ver Gráfica 1: Comportamiento Granulométrico PET.
35
Gráfica 1: Comportamiento Granulométrico PET
Fuente: Autor.
7.2.2 Masas Unitarias del PET
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 92 - DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE
PARTÍCULAS DE AGREGADOS, tiene la finalidad de saber cuánto
volumen ocupa el material seleccionado retenido en el tamiz
N°16 o la cantidad de masa en un determinado volumen, se lleva
a cabo en un molde estándar donde se llena con el material
suelto (ver figura 11: Masas unitarias PET) y se toman sus
pesos, con y sin material, seguidamente se hace un llenado con
el mismo material pero esta vez compactándolo con una varilla
en tres capas diferentes con veinticinco (25) golpes cada capa
hasta llenarlo y de igual forma se toman los pesos como se
describió anteriormente; con estos pesos y el volumen del molde
se hallan las masas unitarias del material referidas a si el
material es suelto o compacto, ver tabla 5: Masas unitarias
PET.
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12
% P
asa
Tamiz (mm)
Granulometria PET
36
Figura 11: Masas Unitarias PET Fuente: Autor
Tabla 5: Masas unitarias PET.
PRUEBA RESULTADO
Masa unitaria compacta 0.52 g/cm3
Masa unitaria suelta 0.43 /cm3
Fuente: Autor.
De la caracterización por masas unitarias se evidencia que
el material se encuentra en pesos unitarios bajos o de baja
masa unitaria.
7.3 Arena para mortero (arena de pozo)
Este tipo de arena es la que comúnmente se usa para
realizar los diferentes tipos de morteros, ya sean de pega o
pañete, se recomienda usar arenas limpias.
7.3.1 Granulometría arena para mortero
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 77 - MÉTODO DE ENSAYO PARA EL ANÁLISIS POR TAMIZADO DE LOS
AGREGADOS FINOS Y GRUESOS, donde se indica que para este
análisis granulométrico se deben tomar 1000g, no obstante, y
debido a que el tamaño máximo nominal de la muestra es de 3/8”
correspondiente a 9.5mm y con el fin que la muestra fuera más
37
representativa se tomaron 2000g de material (Ver tabla 6:
Granulometría arena para mortero).
Tabla 6: Granulometría Arena para mortero.
Tamiz Retiene
(gr)
% Retenido % Retenido
acumulado
% Pasa
3/8” 0 0,0 0,0 100
#4 35 1,8 1,8 98,3
#8 52 2,6 4,4 95,7
#16 77 3,9 8,2 91,8
#20 55 2,8 11,0 89,1
#30 155 7,8 18,7 81,3
#50 772 38,6 57,3 42,7
#100 750 37,5 94,8 5,2
#200 73 3,7 98,5 1,6
Fondo 30 1,5 100,0 0,1
Total 1999 100 ---------- ----------
Fuente: Autor.
Se observó la curva granulométrica del material, se
evidencio que la gran mayoría del material está en la franja
de medio y fino, debido a que tiene cerca del 70% del material
retenido en los tamices Nª50 y Nª100 que corresponde arenas
finas (Ver gráfica 2: Comportamiento Granulométrico Arena para
mortero)
38
Gráfica 2: Comportamiento granulométrico Arena para mortero.
Fuente: Autor.
7.3.2 Modulo de Finura (MF) de la arena para mortero
Este módulo es el porcentaje de finura del material, el
cual consiste en hacer una suma sucesiva de los porcentajes
retenidos acumulados del tamiz que se encuentre inmediatamente
encima del Nº4 hasta el Nº100; Ver tabla 7: Modulo de finura
arena para mortero.
Tabla 7: Modulo de Finura Arena para mortero.
Módulo de Finura arena de pozo
Mf 2.0%
Fuente: Autor.
7.3.3 Masas unitarias de la arena para mortero
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 92 - DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE
PARTÍCULAS DE AGREGADOS, tiene la finalidad de saber cuánto
volumen ocupa el material fino (arena de pozo) o la cantidad
de masa en un determinado volumen, se lleva a cabo en un molde
estándar donde se llena con el material suelto (ver figura 12:
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12
% P
asa
Tamiz (mm)
Granulometria Arena Pozo
39
Masas unitarias arena para mortero) y se toman sus pesos, con
y sin material, seguidamente se hace un llenado con el mismo
material pero esta vez compactándolo con una varilla en tres
capas diferentes con veinticinco (25) golpes cada capa hasta
llenarlo y de igual forma se toman los pesos como se describió
anteriormente y finalmente se hace el llenado del molde pero
esta vez vibrando el material, es decir dándole golpes en la
parte externa del molde con un chipote o con el suelo y de
igual forma se toman los pesos como se ha descrito
anteriormente, con estos pesos y el volumen del molde se
hallan las masas unitarias del material referidas a si el
material es suelto, compacto o vibrado, ver tabla 8: Masas
unitarias arena para mortero.
Figura 12: Masas Unitarias Arena para mortero Fuente: Autor
Tabla 8: Masas Unitarias Arena de Pozo.
Masa unitaria compacto 1,70 g/cm3
Masa unitaria vibrado 1,64 g/cm3
Masa unitaria suelto 1,45 g/cm3
Fuente: Autor.
De la caracterización por masas unitarias se evidencia
que el material se encuentra en pesos unitarios bajos o de
baja masa unitaria.
40
7.3.4 Densidad arena para mortero
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 237 – MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL
AGREGADO FINO, tiene la finalidad de determinar la densidad
aparente (Da), absorción (%Abs), densidad relativa (Dr) y
densidad aparente saturada y superficialmente seca (Dasss) del
material; consiste en tomar un peso de aproximadamente 1000g y
dejarlo saturando en agua por 24 horas, luego se busca la Dasss
tomando el molde estándar y llenándolo con arena de tal modo
que al quitar el cono la arena se desmorone un poco (Ver figura
13: Molde estándar densidad agregado fino y figura 14: Dasss
arena para mortero)y ahí se obtiene la Dasss, seguidamente se
toman 500g de ese material en condición saturada y
superficialmente seca(sss) y se agrega a un picnómetro,
llevando hasta el aforo con agua, se toman los pesos del
picnómetro vacío, picnómetro con arena y agua hasta el aforo,
seguidamente el contenido del picnómetro se vacía en una
bandeja y se lleva a un horno a 100ªc por 24 horas. De este
procedimiento se obtienen los parámetros inicialmente
mencionados (Ver tabla 9: Densidades de la arena para mortero).
Tabla 9: Densidades de la arena para mortero.
Dr 2,74 g/cm3
Da 2,53 g/cm3
Dasss 2,60 g/cm3
%ABS 3,0
Fuente: Autor.
41
Figura 13: Molde estándar densidad agregado fino. Fuente: Autor.
Figura 14: Dasss arena para mortero. Fuente: Autor.
7.4 Arena para concreto (arena de rio)
Este tipo de arena es típicamente usada en todas las
mezclas de concreto, ya sea estructural o no estructural.
7.4.1 Granulometría arena para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 77 - MÉTODO DE ENSAYO PARA EL ANÁLISIS POR TAMIZADO DE LOS
AGREGADOS FINOS Y GRUESOS, donde se indica que para este
análisis granulométrico se debían tomar 3000gr según su tamaño
42
máximo nominal de la muestra es de es de 3/8” correspondiente
a 9.5mm, (Ver tabla 10: Granulometría arena para concreto).
Tabla 10: Granulometría arena para concreto.
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene
(g)
% Retiene % Pasa
3/8" 9,525 0 0,0 100,0
1/4" 6,35 2 0,1 99,9
4 4,75 185,5 6,2 93,8
8 2,36 494,5 16,5 77,3
16 1,18 361 12,0 65,2
20 0,85 79,5 2,7 62,6
30 0,6 130,5 4,4 58,2
50 0,3 526 17,5 40,7
100 0,15 976,5 32,6 8,2
200 0,075 190 6,3 1,8
fondo 49,5 1,7 0,2
total 2995
Fuente: Autor.
7.4.2 Masas unitarias arena para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 92 - DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE
PARTÍCULAS DE AGREGADOS, tiene la finalidad de saber cuánto
volumen ocupa el material fino (arena de rio) o la cantidad de
masa en un determinado volumen, se lleva a cabo en un molde
estándar donde se llena con el material suelto (ver figura 15:
Masas unitarias arena para concreto) y se toman sus pesos, con
y sin material, seguidamente se hace un llenado con el mismo
material pero esta vez compactándolo con una varilla en tres
capas diferentes con veinticinco (25) golpes cada capa hasta
llenarlo y de igual forma se toman los pesos como se describió
anteriormente y finalmente se hace el llenado del molde pero
esta vez vibrando el material, es decir dándole golpes en la
parte externa del molde con un chipote o con el suelo y de
igual forma se toman los pesos como se ha descrito
anteriormente, con estos pesos y el volumen del molde se
43
hallan las masas unitarias del material referidas a si el
material es suelto, compacto o vibrado, ver tabla 11: Masas
unitarias arena para concreto.
Figura 15: Masas unitarias arena para concreto. Fuente: Autor.
Tabla 11: Masas Unitarias arena para concreto.
Masa unitaria compacto 1,87 g/cm3
Masa unitaria vibrado 1,83 g/cm3
Masa unitaria suelto 1,63 g/cm3
Fuente: Autor.
De la caracterización por masas unitarias se evidencia
que el material se encuentra en pesos unitarios bajos o de baja
masa unitaria.
7.4.3 Densidad arena para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 237 – MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL
AGREGADO FINO, tiene la finalidad de determinar la densidad
aparente (Da), absorción (%Abs), densidad relativa (Dr) y
densidad aparente saturada y superficialmente seca (Dasss) del
material; consiste en tomar un peso de aproximadamente 1000g y
dejarlo saturando en agua por 24 horas, luego se busca la Dasss
tomando el molde estándar y llenándolo con arena de tal modo
que al quitar el cono la arena se desmorone un poco y ahí se
44
obtiene la Dasss, seguidamente se toman 500g de ese material
en condición saturada y superficialmente seca sss) y se agrega
a un picnómetro, llevando hasta el aforo con agua, se toman
los pesos del picnómetro vacío, picnómetro con arena y agua
hasta el aforo, seguidamente el contenido del picnómetro se
vacía en una bandeja y se lleva a un horno a 100ªc por 24
horas. De este procedimiento se obtienen los parámetros
inicialmente mencionados (Ver tabla 12: Densidades de la arena
para concreto).
Tabla 12: Densidad arena para concreto.
Dr 2,71 g/cm3
Da 2,57 g/cm3
Dasss 2,62 g/cm3
%ABS 2,0
Fuente: Autor.
7.5 Grava para mezcla de concreto
Este material permite al concreto mejorar su resistencia,
genera que pueda soportar cargas altas y es por esto que debe
cumplir ciertos parámetros de calidad.
7.5.1 Granulometría Grava para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 77 - MÉTODO DE ENSAYO PARA EL ANÁLISIS POR TAMIZADO DE LOS
AGREGADOS FINOS Y GRUESOS, donde se indica que para este
análisis granulométrico se debían tomar 3000gr según su tamaño
máximo nominal de la muestra es de es de 3/4” correspondiente
a 19.050mm, (Ver tabla 13: Granulometría grava para concreto).
Tabla 13: Granulometría Grava para concreto.
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene
(g)
% Retiene % Pasa
3/4" 19,05 0 0,0 100
1/2" 12,7 485,5 16,2 83,8
3/8" 9,525 560 18,7 65,2
45
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene
(g)
% Retiene % Pasa
1/4" 6,35 787,5 26,3 38,9
4 4,75 534,5 17,8 21,1
8 2,36 573 19,1 2,0
FONDO 1,18 52,5 1,8 0,2
TOTAL 2993
Fuente: Autor.
7.5.2 Masas Unitarias Grava para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 92 - DETERMINACIÓN DE LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE
PARTÍCULAS DE AGREGADOS, este ensayo tiene la finalidad de
saber cuánto volumen ocupa el material grueso (grava) o la
cantidad de masa en un determinado volumen, se lleva a cabo en
un molde estándar donde se llena con el material suelto (ver
figura 16: Masas unitarias grava para concreto) y se toman sus
pesos, con y sin material, seguidamente se hace un llenado con
el mismo material pero esta vez compactándolo con una varilla
en tres capas diferentes con veinticinco (25) golpes cada capa
hasta llenarlo y de igual forma se toman los pesos como se
describió anteriormente y finalmente se hace el llenado del
molde pero esta vez vibrando el material, es decir dándole
golpes en la parte externa del molde con un chipote o con el
suelo y de igual forma se toman los pesos como se ha descrito
anteriormente, con estos pesos y el volumen del molde se
hallan las masas unitarias del material referidas a si el
material es suelto, compacto o vibrado, ver tabla 14: Masas
unitarias Grava para concreto.
46
Figura 16: Masas unitarias Gravas Fuente: Autor
Tabla 14: Masas unitarias Gravas
Masa unitaria compacto 1,20 g/cm3
Masa unitaria vibrado 1,12 g/cm3
Masa unitaria suelto 1,01 g/cm3
Fuente: Autor.
De la caracterización por masas unitarias se evidencia
que el material se encuentra en pesos unitarios bajos o de
baja masa unitaria.
7.5.3 Densidad Gravas
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 176 – MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL
AGREGADO GRUESO, tiene la finalidad de determinar la densidad
aparente (Da), absorción (%Abs), densidad relativa (Dr) y
densidad aparente saturada y superficialmente seca (Dasss) del
material; consiste en tomar un peso de aproximadamente 5000g y
dejarlo saturando en agua por 24 horas, luego se busca la Dasss
tomando la grava y secándola superficialmente con una bayetilla
(Ver figura 17: Secado superficial de la grava para concreto),
seguidamente se toma un peso determinado de grava y se pesa
sumergido en una canasta (ver figura 18: Peso grava sumergida)
y finalmente se saca el material de la castilla vaciándolo en
47
una bandeja llevándolo a un horno a 110°C por 24 horas. De
este procedimiento se obtienen los parámetros inicialmente
mencionados (Ver tabla 15: Densidades de la grava).
Figura 17: Secado superficial de la Grava para concreto. Fuente: Autor
Figura 18: Peso grava Sumergida. Fuente: Autor
Tabla 15: Densidad de la Grava.
Dr 2,60 g/cm3
Da 2,60 g/cm3
Dasss 2,60 g/cm3
%ABS 3,0
Fuente: Autor.
48
7.5.4 Determinación del desgaste de grava para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 93 – MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL DESGASTE
POR ABRASIÓN E IMPACTO DE AGREGADOS GRUESOS MAYORES DE 19 mm,
UTILIZANDO LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES, donde se busca determinar
la calidad del agregado grueso para soportar desgaste debido a
la fricción entre los materiales y a las fuerzas que se le
apliquen a la roca sin fracturarse, tomando una porción de
5000g se lavan debidamente con el fin de retirar todo rastro
de material fino y se pone en el horno a 110°C por 24 horas,
seguidamente se introduce en el tambor de la máquina de los
ángeles (ver figura 19: Maquina de los ángeles)y se le agregan
las esferas (el número de esferas varía según el tipo de
granulometría que se tenga, para nuestro caso es granulometría
C que indica once (11) esferas para el ensayo), el tambor se
pone a girar hasta 500 vueltas en ese instante finalizan los
giros, después de esto se saca el material, se vuelve a lavar
y se pone a secar en el horno a 110°C, la diferencia entre los
pesos inicial y final da el porcentaje de desgaste del material
(Ver Tabla 16: Desgaste a máquina de los ángeles).
Figura 19: Maquina de los Ángeles. Fuente: Autor.
49
Tabla 16: Desgaste a máquina de los Ángeles.
Máquina de los ángeles
2,04 %
Fuente: Autor.
Se observa que el material cumple lo estipulado por norma
y puede ser usado para hacer mezclas de concreto.
7.6 Granulometría del agregado para el concreto
(Mixto)
Este tipo de material es el más comúnmente encontrado en
ferreterías para trabajar haciendo mezclas de concreto, es por
esto que se decidió trabajar con un material que estuviera
fácilmente al alcance para el desarrollo del proyecto. Se
aclara que no se trabajó con el material mesclado debido a que
los materiales siempre fueron separados en gravas y arenas,
únicamente se quiere mostrar como es el comportamiento
granulométrico de estos materiales cuando vienen mesclados.
7.6.1 Granulometría del mixto para concreto
Este ensayo se realizó siguiendo los lineamientos de la
NTC 77 - MÉTODO DE ENSAYO PARA EL ANÁLISIS POR TAMIZADO DE LOS
AGREGADOS FINOS Y GRUESOS, donde se indicaba que para este
análisis granulométrico se debían tomar 8000gr debido a que el
tamaño máximo nominal de la muestra es de es de 3/4”
correspondiente a 19.050mm (Ver tabla 17: Granulometría del
mixto).
Tabla 17: Granulometría del mixto para el concreto.
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene (g) % Retiene % Pasa
3/4" 19,05 0 0,0 100
1/2" 12,7 1114 13,9 86,1
3/8" 9,525 594 7,4 78,7
1/4" 6,35 367 4,6 74,1
4 4,75 947 11,8 62,2
8 2,36 1588 19,9 42,4
50
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene (g) % Retiene % Pasa
16 1,18 903 11,3 31,1
20 0,85 276 3,5 27,6
30 0,6 282 3,5 24,1
50 0,3 693 8,7 15,5
100 0,15 958 12,0 3,5
200 0,075 176 2,2 1,3
fondo 51 0,6 0,6
Total 7949 99,4
Fuente: Autor.
Observando la curva granulométrica del material se
evidencio un material bien gradado, debido a que se encuentra
con una buena distribución de los diferentes tamaños de los
materiales a usar en la mezcla de concreto (Ver gráfica 3:
Curva Granulométrica del Mixto para concreto)
Gráfica 3: Curva granulométrica del mixto para concreto.
Fuente: Autor.
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
% P
asa
Tamiz (mm)
Granulometria Mixto
51
8.0 Diseño de mezclas de mortero y concreto
Estas mezclas fueron diseñadas bajo el método gráfico,
siguiendo los lineamientos de la metodología de la Universidad
Nacional de Colombia y la del ingeniero Diego Sánchez de Guzmán
en su libro tecnología del concreto y del mortero.
Se tuvo en cuenta, que para los diseños de mezclas, el
investigador no cuenta con experiencia para el diseño de estas;
el Reglamento Colombiano Sismo Resistente NSR-10 recomienda,
aumentar la resistencia a los 28 días de estos diseños en 9MPa,
es por esto que los diseños están por encima de la resistencia
de objeto de estudio inicial así (Ver tabla 18: Proyección de
resistencias):
Tabla 18: Proyección de resistencias.
Tipo de
Material
Resistencia
inicial
Resistencia
proyectada
Mortero 25MPa 34MPa
Concreto 21Mpa 30MPa
Fuente: Autor.
8.1 Diseño de mortero
8.1.1 Cuantía de cemento para la mezcla
Sabiendo la resistencia a la compresión f´c, requerida
para el diseño y el módulo de finura (MF) de la arena con la
que se va a desarrollar el trabajo, se lee el grafico de la
figura 20: Cuantía de cemento por m3 de mortero, obteniendo
para este diseño se necesitan 660 𝐾𝑔𝑚3⁄ .
𝐹´𝑐 = 34𝑀𝑝𝑎 = 340𝐾𝑔
𝑐𝑚2⁄
𝑀𝐹 = 2.0
52
Figura 20: Cuantía de cemento por m3 de mortero. Fuente: (Biblioteca digital Universidad Nacional de Colombia).
8.1.2 Cantidad de agua para la mezcla
Teniendo en cuenta que ya se tiene la resistencia final
deseada del diseño de mortero se lee la gráfica de la figura
21: Determinación de la relación agua/cemento.
53
Figura 21: Determinación de la relación Agua / Cemento. Fuente: (Biblioteca digital Universidad Nacional de Colombia).
Esta relación esta del orden de A/C=0.45 y de esta
forma se puede obtener la cantidad de agua necesaria para
la mezcla de mortero así:
𝐴
𝐶= 0.45
𝐴 = 0.45 ∗ 𝐶
54
𝐴 = 0.45 ∗ 660𝐾𝑔
𝑚3⁄
𝐴 = 297𝐾𝑔
𝑚3⁄ 𝑜 297 𝑙𝑡𝑠𝑚3⁄
8.1.3 Volumen de arena en la mezcla de mortero
Para calcular esta cantidad de arena se resta de un metro
cubico de mortero (1m3), el volumen ocupado por el cemento, el
agua y el aire.
8.1.3.1 Volumen de cemento
𝑉𝑜𝑙𝐶𝑒𝑚 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (
𝐾𝑔𝑚3⁄ )
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑒𝑚𝑛𝑡𝑜 (𝐾𝑔
𝑚3⁄ )
𝑉𝑜𝑙𝐶𝑒𝑚 =660 𝐾𝑔
3030𝐾𝑔
𝑚3⁄
𝑉𝑜𝑙𝐶𝑒𝑚 = 0.22𝑚3
8.1.3.2 Volumen de Agua
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝐾𝑔)
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝐾𝑔
𝑚3⁄ )
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 =297 𝐾𝑔
1000𝐾𝑔
𝑚3⁄
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 = 0.297𝑚3
8.1.3.3 Volumen de Aire
Se asumió un 3% de contenido de aire.
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0.03
8.1.3.4 Volumen de Arena
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 1 − (𝑉𝑜𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 − 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 − 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒)
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 1 − (0.22 + 0.297 + 0.03)
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 0.46 𝑚3
55
8.1.4 Cuantía de arena para la mezcla
Este se obtiene del producto entre la densidad de la arena
en estado saturado y superficialmente seco de la arena (Dsss)
por su respectivo volumen dentro de la mezcla.
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝐷𝑠𝑠𝑠 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 ∗ 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 2600 𝐾𝑔𝑚3⁄ ∗ 0.46 𝑚3
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 1183 𝐾𝑔𝑚3⁄
8.1.5 Diseño de mezcla de mortero por metro cubico de mortero
A continuación, se describen las cantidades de cemento,
arena y agua para hacer la mezcla de un metro cubico (m3) de
mortero (ver Tabla 19: Dosificación de la mezcla de mortero).
Tabla 19: Dosificación de la mezcla de mortero.
Material Cantidad
Cemento 660Kg/m3
Arena 1183Kg/m3
Agua 297kg/m3 o 297lts/m3
Fuente: Autor.
8.1.6 Proporciones de material para el desarrollo de las
pruebas
A continuación, se mostrará la dosificación utilizada para
hacer los ensayos de laboratorio correspondientes a la medición
de compresión y tracción en morteros.
Estos ensayos se realizaron bajo los parámetros
estandarizados de las normas técnicas colombianas NTC 220 –
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE MORTEROS DE CEMENTO
HIDRÁULICO USANDO CUBOS DE 50mm DE LADO, esta prueba fue
desarrollada para encontrar la resistencia a la compresión del
mortero, donde se funde la mezcla en cubos estándares( ver
figura 22: Cubos de mortero) y la NTC 119 - MÉTODO PARA
56
DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN DE MORTEROS DE CEMENTO
HIDRÁULICO, esta prueba fue desarrollada para encontrar la
resistencia a la tracción o tensión del mortero donde se funde
la mezcla en briquetas estándares (Ver figura 23: Briquetas de
mortero), los 16 especímenes por cada una de las dosificaciones
cubicaban alrededor de 0.000125cm3, obteniendo que para cada
porcentaje de remplazo con PET se debía usar la siguiente
cantidad de material ( Ver tabla 20: Dosificación de materiales
para los especímenes de mortero)
Figura 22: Cubos de Mortero. Fuente: Autor.
Figura 23: Briquetas de mortero. Fuente: Autor.
Tabla 20: Dosificación de materiales para los especímenes de mortero.
Material Cantidad X 16 especímenes
Cemento 1.32Kg
Arena 2.37Kg
Agua 6.10Lts
Fuente: Autor.
57
8.1.7 Proporciones de material para cada uno de los remplazos
Como se mencionó en uno de los ítems anteriores la franja
granulométrica en donde se realizaron los remplazos fue la
retenida en el tamiz N°16, se tamizo la arena para cada una de
las dosificaciones, se sacó el peso retenido en el tamiz N°16
y se hizo el remplazo según el porcentaje de remplazo a fundir.
(Ver figuras 24: Tamizado franja N°16, figura 25: Peso PET para
adicionar y figura 26: Arena remplazada por PET).
Figura 24: Tamizado franja N°16. Fuente: Autor.
Figura 25: Peso PET para adicionar. Fuente: Autor.
58
Figura 26: Arena Remplazada por PET. Fuente: Autor.
La siguiente figura muestra los remplazos por cada uno de
los morteros elaborados y los porcentajes que se trabajaron
como remplazo, expresando todas sus unidades en gramos (g).
(ver figura 27: Tablas de proporciones de material remplazado)
Figura 27: Tablas de proporciones de material remplazado N° 16. Fuente: Autor.
Es decir que por ejemplo para hacer un mortero con un porcentaje de
remplazo del once (11) por ciento, se tamizo la arena necesaria para
esta mezcla y del total de la arena se encontraron 85.58g de arena
de taño numero dieciséis (16), la cual se le saco el once (11) por
59
ciento y se remplazó por PET es decir 9.41g de PET, quedando de arena
número dieciséis (16) 76.17g, con el remplazo.
8.2 Diseño de concreto
8.2.1 Cantidad de agua para la mezcla de concreto
Para tener una mezcla de concreto normal, es decir de
consistencia media, se asumió un asentamiento o Slump de 5 cm,
con este dato se lee el gráfico de la figura 28: cantidad de
agua para mezclas de concreto y dependiendo del tamaño máximo
nominal del agregado grueso (para el caso de la presente
investigación es de ¾”) se obtiene la cantidad de agua por m3
de mezcla de concreto. Dando como resultado 198 Lts/m3.
8.2.2 Cantidad de cemento para la mezcla de concreto
Debido a que se conoce la resistencia del concreto deseada
a los 28 días, se entra a la gráfica de la figura 29: Cantidad
de cemento por m3 de mezcla de concreto, y se proyecta a la
línea punteada con el asentamiento o slump del 5cm, debido a
que el agregado es de peso unitario bajo se lee la línea
punteada, obteniendo la cantidad de cemento que demanda el
diseño, siendo que para este caso es de 430 kg/m3.
8.2.3 Volumen de agregados para la mezcla de concreto
Para calcular la cantidad de agregados (grava + arena)
que necesita el diseño de concreto se toma 1m3 de concreto y
se le resta el volumen ocupa por el cemento, el agua y el aire.
8.2.3.1 Volumen de cemento
𝑉𝑜𝑙𝐶𝑒𝑚 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (
𝐾𝑔𝑚3⁄ )
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑒𝑚𝑛𝑡𝑜 (𝐾𝑔
𝑚3⁄ )
𝑉𝑜𝑙𝐶𝑒𝑚 =430
𝐾𝑔𝑚3⁄
3030𝐾𝑔
𝑚3⁄
𝑉𝑜𝑙𝐶𝑒𝑚 = 0.142𝑚3
60
Figura 28: Cantidad de agua para la mezcla de concreto Fuente: Apuntes de clase materiales y hormigón.
61
Figura 29: cantidad de cemento por m3 de mezcla de concreto Fuente: Apuntes de clase materiales y hormigón.
62
8.1.3.2 Volumen de Agua
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝐾𝑔)
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝐾𝑔
𝑚3⁄ )
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 =198 𝐾𝑔
1000𝐾𝑔
𝑚3⁄
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 = 0.198𝑚3
8.1.3.3 Volumen de Aire
Se asumió un 1.5% de contenido de aire.
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0.015
8.1.3.4 Volumen de agregados
𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 1 − (𝑉𝑜𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 − 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 − 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒)
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 1 − (0.142 + 0.198 + 0.015)
𝑉𝑜𝑙𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 0.645 𝑚3
8.2.4 Distribución porcentual de los agregados de la mezcla
de concreto
Según la granulometría de los materiales (Agregado fino y
agregado grueso), ver tabla 21: Granulometría agregado grueso
y tabla 22: Granulometría agregado fino, se tabulan los datos
correspondientes a los porcentajes que pasa según el tamiz, en
los ejes Y de cada material (% de grava y % de arena) como
evidencia en la gráfica de la figura 30: Procedimiento gráfico
de combinación, seguidamente se trazan líneas uniendo tamices
de igual diámetro de abertura, de igual forma se hace la
optimización de la granulometría (ver tabla 23: granulometría
optimizada)por el método de Bollomay aplicando la siguiente
ecuación.
% 𝑂𝑝𝑡𝑖𝑚𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 4 + (96 ∗ √𝐷
𝑑)
63
Donde D es el Tamiz máximo nominal que para este caso es ¾”
(19.050mm) y d es la abertura de cada uno de los tamices
presentes en la granulometría. Graficando sobre las líneas
anteriormente trazadas cada uno de estos puntos, finalmente
traza una línea vertical (Roja) que distribuye de forma
uniforme estos puntos y así se obtiene la cantidad porcentual
que tendrá la mezcla de concreto de los agregados que para este
caso fue de 61% de Gravas y 39% de arena, lo cual corresponde
en volumen para cada uno de los agregados 0.3934 m3 de grava y
0.2515 m3 de arena, dentro de la mezcla total del concreto.
Tabla 21: Granulometría agregado Grueso.
Granulometría Gravas
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene
(g)
% Retiene % Pasa
3/4" 19,05 0 0,0 100
1/2" 12,7 485,5 16,2 83,8
3/8" 9,525 560 18,7 65,2
1/4" 6,35 787,5 26,3 38,9
4 4,75 534,5 17,8 21,1
8 2,36 573 19,1 2,0
Fuente: Autor.
Tabla 22: Granulometría agregado fino.
Granulometría arenas
Tamiz (pul) Tamiz (mm) Retiene
(g)
% Retiene % Pasa
3/8" 9,525 0 0,0 100,0
1/4" 6,35 2 0,1 99,9
4 4,75 185,5 6,2 93,8
8 2,36 494,5 16,5 77,3
16 1,18 361 12,0 65,2
20 0,85 79,5 2,7 62,6
30 0,6 130,5 4,4 58,2
50 0,3 526 17,5 40,7
100 0,15 976,5 32,6 8,2
200 0,075 190 6,3 1,8
fondo 49,5 1,7 0,2
Fuente: Autor.
64
Tabla 23: Optimización de la granulometría
D/d 3/4"
Tamiz (pul) Tamiz (mm) 19,05
3/4" 19,05 100,0
1/2" 12,7 82,4
3/8" 9,525 71,9
1/4" 6,35 59,4
4 4,75 51,9
8 2,36 37,8
16 1,18 27,9
20 0,85 24,3
30 0,6 21,0
50 0,3 16,0
100 0,15 12,5
200 0,075 10,0
Fuente: Autor.
Figura 30: Procedimiento grafico de combinación.
Fuente: Autor.
65
8.2.5 Determinación del peso específico de los agregados
Se determinó el peso específico de los agregados dentro
de la mezcla como un material uniforme, es decir sin
discriminación entre grava y arena, con el fin saber las
proporciones en peso de los materiales utilizando el volumen
ocupado por cada uno.
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑥 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎
(𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑥 % 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎) + (𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 𝑥 % 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒 =2570 𝐾𝑔/𝑚3 𝑥 2410 𝐾𝑔/𝑚3
(2570 𝐾𝑔/𝑚3 𝑥 0.61) + ( 2410 𝐾𝑔/𝑚3 𝑥 0.39)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒 = 2470𝐾𝑔/𝑚3
8.2.6 Determinación cantidad de agregado para la mezcla de
concreto
Se determinará el peso total del agregado dentro de la
mezcla y se discriminará en cada uno (Grava y arena) para
saber la dosificación final de los materiales.
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 (𝐾𝑔/𝑚3)𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠(𝑚3)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 2470 𝐾𝑔/𝑚3 𝑥 0.645
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 1593 𝐾𝑔 𝑝𝑜𝑟 𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜
Ahora se calcula el peso de cada uno de los materiales para
la mezcla.
8.2.6.1 Cuantía de arena para la mezcla de concreto
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 (𝐾𝑔/𝑚3)𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 (𝑚3)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 1593 𝐾𝑔/𝑚3 𝑥 0.39𝑚3
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 621 𝐾𝑔 𝑝𝑜𝑟 𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜
8.2.6.2 Cuantía de gravas para la mezcla de concreto
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 (𝐾𝑔/𝑚3)𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 (𝑚3)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 = 1593 𝐾𝑔/𝑚3 𝑥 0.61𝑚3
66
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 = 971 𝐾𝑔 𝑝𝑜𝑟 𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜
8.2.7 Diseño de mezcla de concreto por metro cubico de
concreto
A continuación, se describen las cantidades de cemento, arena,
grava y agua para hacer la mezcla de un metro cubico (m3) de concreto
(ver Tabla 24: Dosificación de la mezcla de concreto).
Tabla 24: Dosificación de la mezcla de concreto
Material Cantidad
Cemento 430Kg/m3
Arena 621Kg/m3
Grava 971Kg/m3
Agua 198Kg/m3 o Lts/ m3
Fuente: Autor.
8.2.8 Proporciones de material para el desarrollo de las
pruebas
A continuación, se mostrará la dosificación utilizada para
hacer los ensayos de laboratorio correspondientes a la medición
de compresión y tracción en concreto.
Estos ensayos se realizaron bajo los parámetros
estandarizados de las normas técnicas colombianas NTC 673 –
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECÍMENES
CILÍNDRICOS DE CONCRETO, estas mezclas se fundieron en
cilindros estándares ( ver figura 31: Cilindros para ensayos
concreto) y la NTC 772 - MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA
RESISTENCIA A TENSIÓN INDIRECTA DE ESPECÍMENES CILÍNDRICOS DE
CONCRETO, estas mezclas se fundieron en cilindros estándares (
ver figura 31: Cilindros para ensayos concreto). Los 16
especímenes por cada una de las dosificaciones cubicaban
alrededor de 0.022 m3, obteniendo así que para cada porcentaje
de remplazo con PET se debía usar la siguiente cantidad de
material ( Ver tabla 25: Dosificación de materiales especímenes
de concreto)
67
Figura 31: Cilindros para ensayos de concreto. Fuente: Autor.
Tabla 25: Dosificación de materiales para especímenes de concreto
Material Cantidad X 16 especímenes
Cemento 9.460Kg
Arena 13.662Kg
Grava 21.362Kg
Agua 4.6Lts
Fuente: Autor.
8.2.9 Proporciones de material para cada uno de los remplazos
Como se mencionó en uno de los ítems anteriores, la franja
granulométrica en donde se realizó el remplazo fue la retenida
en el tamiz N°16, para lo cual se tamizo la arena para cada
una de las dosificaciones, se sacó el peso retenido en el tamiz
N°16 y se hizo la inclusión de PET según el porcentaje de
remplazo a fundir. (Ver figuras 32: Tamizado franja N°16,
figura 33: Peso PET para adicionar y figura 34: Arena
remplazada por PET).
68
Figura 32: Tamizado franja N°16. Fuente: Autor.
Figura 33: Peso PET para adicionar. Fuente: Autor.
Figura 34: Arena remplazada por PET. Fuente: Autor.
69
La siguiente figura muestra los remplazos por cada uno de
los concretos y los porcentajes que se trabajaron en el
presente documento expresando todas sus unidades en gramos (g).
(Ver figura 35: Tablas de proporciones de material remplazado
N°16)
Figura 35: Tablas de proporciones de material remplazado N°16. Fuente: Autor.
Es decir, para hacer un concreto con un porcentaje de remplazo
del quince (15) por ciento, se tamizo la arena necesaria para
esta mezcla y del total de la arena se encontraron 1953.8g de
arena de tamaño numero dieciséis (16), a la cual se le saco el
quince (15) por ciento y se remplazó por PET, es decir 293.07g
de PET, quedando de arena número dieciséis (16) 1660.73g, con
el remplazo.
70
9.0 Resultados
Para observar el comportamiento de las mezclas en el
tiempo, la fase de resultados se dividió en dos (2) etapas, de
acuerdo con el tiempo en que se gallaron los especímenes, es
decir a los siete (7) días y a los veintiocho (28) días de
curado. (Ver figura 36: Curado de los especímenes).
Figura 36: Curado de los especímenes. Fuente: Autor.
9.1 Mortero
Las pruebas mecánicas de resistencia para los morteros se
realizaron siguiendo los parámetros estandarizados de las
Normas Técnicas Colombianas (NTC), ya mencionadas a lo largo
del desarrollo del presente documento, los cubos de mortero se
fallaron en la maquina Versatester (Ver figura 37: Montaje en
maquina Versatester para cubos de mortero a compresión) y las
briquetas de mortero se fallaron en la maquina universal,
debido a que esta cuenta con un aditamento en pinza que puede
sujetar de forma adecuada las briquetas para generar la tensión
(ver figura 38:Montaje en maquina universal para briquetas de
mortero a tracción o tensión).
71
Figura 37: Montaje en maquina versatester para cubos de mortero a compresión. Fuente: Autor.
Figura 38: Montaje en maquina universal para briquetas de mortero a tracción o tensión. Fuente: Autor.
A continuación, se muestra para cada uno de los
especímenes dispuestos para ser fallados, como fue su
comportamiento ante las cargas solicitadas, Ver figura 39:
Máxima carga a compresión soportada por el cubo de mortero y
figura 40: Máxima carga a tensión soportada por la briqueta de
mortero.
72
Figura 39: Máxima carga a compresión soportada por el cubo de mortero. Fuente: Autor.
Figura 40: Máxima carga soportada a tensión por la briqueta de mortero. Fuente: Autor.
9.1.1 Mortero siete (7) días
3.1.1.1 Cubos de mortero
En la gráfica 4 se muestra el comportamiento de los
especímenes de mortero sometidos al ensayo de compresión a los
siete (7) días de curado, indicando los valores máximos,
promedios y mínimos. Ver gráfica 4: Comportamiento a compresión
del mortero a los siete días.
73
Gráfica 4: Comportamiento a compresión del mortero a los siete días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento promedio, en los cubos de mortero
con remplazo del 13% correspondiente a 29.11 MPa a los siete
(7) días (Ver tabla 26: Valores máximos, mínimos y promedios a
compresión de los cubos de mortero a los siete días).
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
32,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CUBOS DE MORTERO 7 DÍAS R
ESIS
TEN
CIA
A L
A C
OM
PR
ESIO
N (
MP
a)
Porcentaje de Remplazo (%)
74
Tabla 26: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión de los cubos de mortero a los siete días
Compresión morteros 7 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 18,12 17,92 18,32
1 15,9 14,52 17,80
2 22,97 21,40 25,04
3 19,26 16,96 21,28
4 17,39 14,92 18,88
5 19,56 18,24 20,52
6 22,26 19,76 26,72
7 17,26 16,32 18,12
8 18,09 16,80 19,36
9 16,45 15,36 17,36
10 13,79 12,48 14,76
11 19,76 18,68 22.00
12 18,37 16,36 19,64
13 29,11 25,36 30,84
14 16,88 15,08 18,64
15 15,9 13,76 16,96 Fuente: Autor.
9.1.1.2 Briquetas de mortero
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de tracción en briquetas de
mortero fallados a los siete (7) días, se grafican los valores
máximos, promedios y mínimos. Ver gráfica 5: Comportamiento
del mortero a tracción a los siete días.
75
Gráfica 5: Comportamiento del mortero a tracción a los siete días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento a tracción se obtuvo para la
mezcla de mortero con remplazo del 6% correspondiente a 2.96
MPa a los siete (7) días (Ver tabla 26: Valores máximos, mínimos
y promedios a tracción de las briquetas de mortero a los siete
días).
Tabla 27: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción de las briquetas de mortero a los siete días.
Tracción morteros 7 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 1,50 0,56 2,03
1 2,07 1,88 2,64
2 1,69 1,39 2,05
0,00
2,00
4,00
6,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CUBOS DE MORTERO 7 DÍAS
RES
ISTE
NC
IAA
LA
TR
AC
CIO
N (
MP
a)
Porcentaje de Remplazo (%)
76
Tracción morteros 7 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
3 1,92 1,69 2,33
4 1,58 1,45 1,71
5 2,05 1,83 2,42
6 2,96 1,79 4,18
7 2,70 1,98 3,63
8 1,43 1,08 1,79
9 1,64 1,45 1,92
10 1,43 1,13 1,60
11 1,21 1,05 1,54
12 1,43 1,20 1,59
13 2,65 2,36 3,03
14 1,96 1,78 2,26
15 2,97 2,18 3,33 Fuente: Autor.
9.1.2 Mortero veintiocho (28) días
9.1.2.1 Cubos de mortero
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de compresión en morteros, se
grafican los valores máximos, promedios y mínimos. Ver gráfica
6: Comportamiento del mortero a compresión a los veintiocho
días.
77
Gráfica 6: Comportamiento a compresión del mortero a los veintiocho días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento promedio, en los cubos de mortero
con remplazo del 6% y 13% correspondientemente a 30.73 y 30.74
MPa respectivamente a los veintiocho (28) días (Ver tabla 28:
Valores máximos, mínimos y promedios a compresión de los cubos
de mortero a los veintiocho días).
14,00
16,00
18,00
20,00
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
32,00
34,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CUBOS DE MORTERO 28 DÍAS
RES
ISTE
NC
IAA
LA
CO
MP
RES
ION
(M
Pa)
Porcentaje de Remplazo (%)
78
Tabla 28: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión de los cubos de mortero a los veintiocho días.
Compresión morteros 28 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 23,48 22,36 24,4
1 24,78 22,84 27,8
2 28,56 27,16 31,08
3 26,52 25,4 28,56
4 22,44 19,52 25,28
5 25,69 23,8 27,56
6 30,73 28,64 32,04
7 21,91 20,48 23,16
8 24,55 20,96 26,48
9 18,31 16,8 19,92
10 21,56 19,56 22,44
11 21,95 19,28 24,12
12 22,32 21,92 22,68
13 30,74 29,48 31,4
14 24,45 24,24 24,72
15 24,02 22,56 24,6 Fuente: Autor.
9.1.2.2 Briquetas de mortero
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de tensión en morteros, se
grafican los valores máximos, promedios y mínimos. Ver gráfica
7: Comportamiento del mortero a tracción a los veintiocho días.
79
Gráfica 7: Comportamiento del mortero a tracción a los veintiocho días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento promedio, se obtuvo en las
briquetas de mortero con remplazo del 2% correspondiente a 3.60
MPa a los veintiocho (28) días (Ver tabla 29: Valores máximos,
mínimos y promedios a tracción de las briquetas de mortero a
los veintiocho días).
Tabla 29: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción de las briquetas de mortero a los veintiocho días.
Tracción morteros 28 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 2,34 1,66 3,14
1 2,57 2,31 2,75
2 3,60 3,28 3,85
3 2,34 1,80 2,91
4 2,78 1,86 3,34
0,00
2,00
4,00
6,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CUBOS DE MORTERO 28 DÍAS R
ESIS
TEN
CIA
A L
A T
RA
CC
ION
(M
Pa)
Porcentaje de Remplazo (%)
80
Tracción morteros 28 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
5 3,06 2,77 3,47
6 2,87 2,66 2,99
7 2,91 1,89 3,63
8 2,07 1,93 2,25
9 2,41 1,73 2,83
10 3,09 2,90 3,28
11 2,82 2,23 3,11
12 2,81 2,56 3,00
13 2,65 1,55 3,52
14 2,59 1,72 3,29
15 2,73 1,26 3,39 Fuente: Autor.
9.2 Concreto
Las pruebas mecánicas de resistencia para el concreto se
realizaron siguiendo los parámetros estandarizados de las
Normas Técnicas Colombianas (NTC), ya mencionadas a lo largo
del desarrollo del presente documento, los cilindros de
concreto se fallaron en la maquina universal a compresión y a
tensión indirecta (Ver figura 41: Montaje en maquina universal
para cilindros de concreto a compresión y figura 42: Montaje
en maquina universal para cilindros de concreto tracción o
tensión indirecta)
Figura 41: Montaje en maquina universal para cilindros de concreto a compresión. Fuente: Autor.
81
Figura 42: Montaje en máquina universal para cilindros de concreto a tracción o tensión indirecta. Fuente: Autor.
Para cada uno de los especímenes dispuestos para ser
fallados, se muestra a continuación en forma general como
fueron sus comportamientos ante las cargas solicitadas, Ver
figura 43: Máxima carga a compresión soportada por el cilindro
de concreto y figura 44: Máxima carga a tensión soportada por
el cilindro de concreto.
Figura 43: Máxima carga a compresión soportada por el cilindro de concreto. Fuente: Autor.
82
Figura 44: Máxima carga soportada por el cilindro de concreto a tensión indirecta. Fuente: Autor.
9.2.1 Concreto siete (7) días
9.2.1.1 Cilindros compresión
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de compresión en concretos a los
siete (7) días, se grafican los valores máximos, promedios y
mínimos. Ver gráfica 8: Comportamiento del concreto a
compresión a los siete días.
83
Gráfica 8: Comportamiento del concreto a compresión a los siete días.
Fuente: Autor.
A los siete (7) días el mejor comportamiento promedio se
obtuvo, en los cilindros de concreto con remplazo del 2%, 8% y
13% correspondiente a 32.87 Mpa, 30.20 MPa y 30.31 Mpa
respectivamente, (Ver tabla 30: Valores máximos, mínimos y
promedios a compresión de cilindros de concreto a los siete
días).
Tabla 30: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión en cilindros de concreto a los siete días.
Compresión concreto 7 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 25,64 21,16 28,27
1 29,54 26,34 32,70
2 32,87 31,42 34,84
18,00
20,00
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
32,00
34,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CILINDROS DE CONCRETO 7 DÍAS R
ESIS
TEN
CIA
A L
A C
OM
PR
ESIO
N (
MP
a)
Porcentaje de Remplazo (%)
84
3 31,76 31,46 32,59
4 22,13 20,67 23,70
5 27,76 25,08 31,05
6 27,06 25,36 28,86
7 29,55 26,54 31,58
8 30,20 28,65 31,25
9 29,85 28,17 33,21
10 29,82 28,65 30,78
11 21,00 20,51 21,32
12 19,68 18,98 20,25
13 30,31 28,11 33,40
14 25,83 25,19 26,42
15 27,78 26,38 29,08 Fuente: Autor.
9.2.1.2 Cilindros tracción indirecta
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de tracción indirecta en
concretos, se grafican los valores máximos, promedios y
mínimos. Ver gráfica 9: Comportamiento del concreto a tracción
a los siete días.
85
Gráfica 9: Comportamiento del concreto a tracción a los siete días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento promedio, en los cilindros de
concreto con remplazo del 4%, 5%, 6%, 7% y 8% correspondiente
a 10.11 Mpa, 9.72 Mpa, 9.71 Mpa, 10.09 Mpa, y 9.71 Mpa
respectivamente, a los siete (7) días (Ver tabla 31: Valores
máximos, mínimos y promedios a tracción en cilindros de
concreto a los siete días).
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CILINDROS DE CONCRETO 7 DÍAS
RES
ISTE
NC
IAA
LA
TR
AC
CIO
N (
MP
a)
Porcentaje de Remplazo (%)
86
Tabla 31: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción en cilindros de concreto a los siete días.
Tracción Concreto 7 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 7,11 6,84 7,45
1 7,88 6,79 8,74
2 7,94 7,19 8,35
3 8,07 6,36 9,88
4 10,11 9,59 10,59
5 9,72 8,26 10,74
6 9,71 9,16 10,58
7 10,09 9,71 10,58
8 9,71 9,13 10,52
9 8,53 7,62 9,63
10 7,39 6,56 8,45
11 4,81 4,27 5,69
12 5,89 4,72 7,11
13 9,09 8,88 9,56
14 6,71 5,89 8,61
15 8,285 7,82 8,62 Fuente: Autor.
9.2.2 Concreto veintiocho (28) días
9.2.2.1 Cilindros compresión
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de compresión en concretos, se
grafican los valores máximos, promedios y mínimos. Ver gráfica
10: Comportamiento del concreto a compresión a los veintiocho
días.
87
Gráfica 10: Comportamiento del concreto a compresión a los veintiocho días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento promedio, en los cilindros de
concreto con remplazo del 8% y 6% correspondiente a 42.3 MPa y
42.9 Mpa respectivamente, a los veintiocho (28) días (Ver tabla
32: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión de los
cilindros de concreto a los veintiocho días).
Tabla 32: Valores máximos, mínimos y promedios a compresión en cilindros de concreto a los veintiocho días.
Compresión Concreto 28 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 32,7 30,0 35,9
1 37,6 35,5 39,8
2 38,6 35,5 40,2
28,00
30,00
32,00
34,00
36,00
38,00
40,00
42,00
44,00
46,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CILINDROS DE CONCRETO 28 DÍAS R
ESIS
TEN
CIA
A L
A C
OM
PR
ESIO
N (
MP
a)
Porcentaje de Remplazo (%)
88
Compresión Concreto 28 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
3 41,0 38,4 43,1
4 36,7 34,6 38,9
5 39,4 35,5 42,5
6 42,9 41,3 44,1
7 42,0 40,4 43,8
8 42,3 39,8 44,9
9 39,7 38,9 40,4
10 35,5 34,4 36,1
11 30,6 29,5 31,9
12 31,8 30,2 33,1
13 37,1 36,0 38,7
14 31,0 29,2 32,2
15 35,4 32,1 38,0 Fuente: Autor.
9.2.2.2 Cilindros tracción indirecta
A continuación, se presenta una relación de los datos
obtenidos durante los ensayos de tracción indirecta en
concretos, se grafican los valores máximos, promedios y
mínimos. Ver gráfica 11: Comportamiento del concreto a tracción
a los veintiocho días.
89
Gráfica 11: Comportamiento del concreto a tracción a los veintiocho días.
Fuente: Autor.
El mejor comportamiento promedio, en los cilindros de
concreto con remplazo del 3% y 12% correspondiente a 13.79 MPa
y 12.16 Mpa respectivamente, a los veintiocho (28) días (Ver
tabla 33: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción de
los cilindros de concreto a los veintiocho días).
Tabla 33: Valores máximos, mínimos y promedios a tracción en cilindros de concreto a los veintiocho días.
Tracción Concreto 28 días (Mpa)
Porcentaje Prom Min Max
0 9,88 9,46 10,23
1 11,19 10,49 11,64
2 11,01 10,15 11,57
3 13,79 12,35 15,42
4 12,17 10,77 12,94
5 11,90 10,85 13,12
6 12,33 11,25 13,90
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR PROMEDIO
CILINDROS DE CONCRETO 28 DÍAS R
ESIS
TEN
CIA
A L
A T
RA
CC
ION
(M
Pa)
Porcentaje de Remplazo (%)
90
7 13,53 12,73 14,18
8 12,68 12,19 13,17
9 11,88 10,79 12,56
10 12,29 11,16 13,31
11 9,12 8,07 10,87
12 12,17 10,04 15,1
13 11,55 10,96 12,28
14 10,32 9,54 10,79
15 9,96 9,48 10,38 Fuente: Autor.
9.3 Análisis a la muestra optima
De acuerdo a los resultados obtenidos a los veintiocho
(28) días para las diferentes mezclas realizadas de mortero y
concreto, se obtuvo por medio de un promedio estadístico el
mejor comportamiento de resistencia a compresión. De esta
manera se determinó el porcentaje óptimo de remplazo de PET en
las muestras de mortero y concreto, es decir se escogió el
porcentaje de remplazo que mejor comportamiento mecánico
mostrara en las pruebas pero que de igual forma fuera el de
mejor sustitución de remplazo, es decir que fuera el de más
alto aprovechamiento para hacer un material ambientalmente
sostenible sin comprometer el diseño final del material
(Resistencia a la compresión a los 28 días).
9.3.1 Porcentaje óptimo de PET en el mortero
Debido a que el porcentaje más alto de remplazo (15%)
mostro un comportamiento mecánico por encima de la muestra
patrón es decir al cero, a esta muestra fue la que se le decidió
hacer las pruebas físicas.
91
9.3.1.1 Absorción
Esta prueba consiste en tomar un espécimen de mortero y
sumergirlo en agua por 24 horas y seguidamente se toma su peso
(Peso húmedo), luego se lleva al horno a 110°C por 24 horas y
seguidamente se toma su peso (Peso Seco).
% 𝐴𝐵𝑆 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜∗ 100
% 𝐴𝐵𝑆 = 290.88𝑔 − 260.41𝑔
290.88𝑔∗ 100
% 𝐴𝐵𝑆 = 10.47%
9.3.1.2 Permeabilidad
Esta prueba consiste en tomar un espécimen de mortero
colocarle en una de sus caras una probeta plástica aforada con
una columna de agua conocida y dejarla ahí por un periodo de
24 horas y observar el desplazamiento de la columna de agua
(transmitida al material).
% 𝑃𝐸𝑅 = 𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
% 𝑃𝐸𝑅 = 100 𝑚𝑙 − 91 𝑚𝑙
100 𝑚𝑙 ∗ 100
% 𝑃𝐸𝑅 = 9%
9.3.2 Porcentaje óptimo de PET en el concreto
Debido a que el porcentaje más alto de remplazo (15%)
mostro un comportamiento mecánico por encima de la muestra
patrón es decir al cero, a esta muestra fue la que se le decidió
hacer las pruebas físicas.
92
9.3.2.1 Absorción
Esta prueba consiste en tomar un espécimen de mortero y
sumergirlo en agua por 24 horas y seguidamente se toma su peso
(Peso húmedo), luego se lleva al horno a 110°C por 24 horas y
seguidamente se toma su peso (Peso Seco).
% 𝐴𝐵𝑆 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜∗ 100
% 𝐴𝐵𝑆 = 3798𝑔 − 3680𝑔
3798𝑔∗ 100
% 𝐴𝐵𝑆 = 3.10%
9.3.2.2 Permeabilidad
Esta prueba consiste en tomar un espécimen de mortero
colocarle en una de sus caras una probeta plástica aforada con
una columna de agua conocida y dejarla ahí por un periodo de
24 horas y observar el desplazamiento de la columna de agua
(transmitida al material).
% 𝑃𝐸𝑅 = 𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100
% 𝑃𝐸𝑅 = 100 𝑚𝑙 − 98 𝑚𝑙
100 𝑚𝑙 ∗ 100
% 𝑃𝐸𝑅 = 2%
9.4 Análisis de costos
Como se expuso en el ítem anterior, los porcentajes
óptimos encontrados para el mortero y el concreto fueron el
quince por ciento (15%), relacionado las variables de
93
resistencia del material vs sostenibilidad (Mayor remplazo
genera disminución de impactos ambientales debidas al PET).
9.4.1 Análisis de costos mortero
Tabla 34: Dosificación mortero por m3
Mezcla de mortero para 1m3
Material Peso Porcentaje en la mezcla
Cemento 660Kg 31%
Arena 1183Kg 56%
Agua 294Kg o L 14%
Total en peso 2140Kg 100% Fuente: Autor.
Tabla 35: Dosificación mortero por remplazo de PET.
Mezcla de mortero briquetas y cubos
Cemento 1.32Kg
Arena 2.37Kg
Agua 6.10Kg o L Fuente: Autor.
En los remplazos realizados en el desarrollo del presente
proyecto se encontró que en promedio del tamiz #16 habían 98g
o 0.098Kg de este por cada 2.37Kg de arena de mortero para
tamizar; correspondientes al 5% en peso del total de la arena
necesaria para hacer el remplazo por cada uno de los
porcentajes a trabajar.
En promedio una vivienda de interés social (VIS), tiene
75m2 y demanda alrededor de 7m3 de mortero por cada unidad de
vivienda VIS, distribuidos en morteros de pega, pañete y
nivelación (Construdata, 2016). De igual forma según la Cámara
Colombiana de la Construcción CAMACOL en las principales
ciudades de Colombia se vendieron aproximadamente 70 mil
viviendas tipo VIS (CAMACOL, 2016); es decir que en general se
produjeron aproximadamente 500 mil m3 de mortero para el 2015
en las principales ciudades de Colombia.
94
Debido a estas estadísticas podemos obtener las cifras de
reúso de material PET reciclado y el ahorro que se genera en
pesos el agregado pétreo (Arena media) por la inclusión de este
PET reciclado, así:
Se producen en total 500.000m3 de mortero, el cual
tiene un peso específico de 2140Kg/m3, lo cual
representa en peso 1.070.000.000Kg de mortero en
peso.
Del total de la mezcla solo el 56% corresponde al
agregado fino, es decir que 599.200.000Kg son de
arena.
De igual manera solo el 5% de esta arena corresponden
al tamaño del tamiz #16 en promedio, es decir
29.960.000Kg son del tamaño correspondiente al tamiz
#16.
Como se explicó en el inicio de este numeral, que el
remplazo optimo es decir el que guarda un buen
comportamiento en la resistencia final del material
y un buen aprovechamiento del residuo PET es el
remplazo del 15%, lo que quiere decir que si se
aprovecha este porcentaje de PET para remplazarlo
por arena se estarían incluyendo anualmente en la
mezcla de mortero 4.494.000kg es decir
aproximadamente 4500 toneladas anuales de PET
reutilizadas y aprovechados como material
sostenible.
En cuanto a los costos de ahorro de agregados se
puede decir que 1m3 de mortero con una resistencia
de 25MPa cuesta alrededor de $500.000 pesos el m3
(Construdata, 2016), donde se asumió que en promedio
el 60% de ese costo corresponde al costo de la arena
95
es decir $300.000 pesos por m3 en arena, donde el 5%
de esa arena contiene tamaño #16, por ende se asumió
que el 5% del costo de la arena para 1m3 corresponde
al tamiz #16, es decir $15.000 pesos de #16 por cada
m3 de mortero.
Finalmente, el costo asumido de cada proporción de
tamiz #16 por m3 de mortero cuesta $15.000 pesos,
pero como solo se aprovechan máximo el 15% del total
de la franja granulométrica del tamiz #16, el ahorro
sería de $2.250 pesos de material #16 remplazado por
cada m3 de mortero preparado.
Presentando un ahorro total para la producción anual
de mortero en Colombia para las principales ciudades
del país de: $1.125.000.000 pesos.
9.4.2 Análisis de costos concreto
Tabla 36: Dosificación de concreto por m3
Mezcla de mortero para 1m3
Material Peso Porcentaje en la mezcla
Cemento 430Kg 20%
Arena 621Kg 28%
Grava 971Kg 44%
Agua 198Kg o L 9%
Total en peso 2220Kg 100% Fuente: Autor.
Tabla 37: Dosificación de concreto por remplazo de PET
Mezcla de mortero briquetas y cubos
Cemento 9.460Kg
Arena 13.662Kg
Grava 21.362Kg
Agua 4.6Kg o L Fuente: Autor.
En los remplazos realizados en el desarrollo del presente
proyecto se encontró que en promedio del tamiz #16 habían 2373g
96
o 2.373Kg de este por cada 13.662Kg de arena para concreto a
tamizar; correspondientes al 18% en peso del total de la arena
necesaria para hacer el remplazo por cada uno de los
porcentajes a trabajar.
Para el periodo de 2015-2016 en Colombia se produjeron en
promedio cerca de 8.5 millones de m3 de concreto (DANE, 2016).
Debido a estas estadísticas podemos obtener las cifras de
reúso de material PET reciclado y el ahorro que se genera en
pesos el agregado pétreo (Arena media) por la inclusión de este
PET reciclado, así:
Se producen en total 8.000.000m3 de concreto, el cual
tiene un peso específico de 2220Kg/m3, lo cual
representa en peso 17.776.000.000Kg de concreto en
peso.
Del total de la mezcla solo el 28% corresponde al
agregado fino, es decir que 4.972.800.000Kg son de
arena.
De igual manera solo el 18% de esta arena
corresponden al tamaño del tamiz #16 en promedio, es
decir 895.104.000Kg son del tamaño correspondiente
al tamiz #16.
Como se explicó en el inicio de este numeral, que el
remplazo optimo es decir el que guarda un buen
comportamiento en la resistencia final del material
y un buen aprovechamiento del residuo PET es el
remplazo del 15%, lo que quiere decir que si se
aprovecha este porcentaje de PET para remplazarlo
por arena se estarían incluyendo anualmente en la
mezcla de concreto 134.265.600Kg es decir
aproximadamente 134000 toneladas anuales de PET
97
reutilizadas y aprovechados como material
sostenible.
En cuanto a los costos de ahorro de agregados se
puede decir que 1m3 de concreto con una resistencia
de 21MPa cuesta alrededor de $400.000 pesos el m3
(Construdata, 2016), donde se asumió que en promedio
el 30% de ese costo corresponde al costo de la arena
es decir $120.000 pesos por m3 en arena, donde el 18%
de esa arena contiene tamaño #16, por ende se asumió
que el 18% del costo de la arena para 1m3 corresponde
al tamiz #16, es decir $21.600 pesos de #16 por cada
m3 de mortero.
Finalmente, el costo asumido de cada proporción de
tamiz #16 por m3 de concreto cuesta $21.600 pesos,
pero como solo se aprovechan máximo el 15% del total
de la franja granulométrica del tamiz #16, el ahorro
sería de $3.240 pesos de material #16 por cada m3 de
concreto preparado.
Presentando un ahorro total para la producción anual
de mortero en Colombia para las principales ciudades
del país de: $27.540.000.000 pesos.
98
10.0 Análisis de resultados
10.1 Análisis Mortero
Teniendo en cuenta las recomendaciones para realizar diseños
de mezclas del reglamento sismo resistente NSR-10, el diseño
de la mezcla original de mortero fue de 25MPa y se llevó a
34MPa para poder obtener una resistencia de 25MPa
aproximadamente a los 28 días, obteniendo que los
especímenes de mayor porcentaje de remplazo 13%, 14% y 15%
con relación a la mezcla patrón o cero (0), mejoraron su
resistencia a la compresión y a la tracción, en un 31%,
4.13% y 2.3%, respectivamente al porcentaje anteriormente
mencionado para la prueba de resistencia a la compresión y
en un 13.24%, 10.7% y 16.7%, respectivamente al porcentaje
anteriormente mencionado para la prueba de resistencia a la
tracción.
Se aprecia que entre los siete (7) a catorce (14) días de
curado, el material alcanza el cincuenta (50%) por ciento
de su resistencia mecánica final para la cual fue diseñada,
lo que permite que en un menor tiempo se pongan en servicio
las estructuras y/o elementos diseñados y construidos con
este material, debido a que es autoportante y es capaz de
soportar cargas.
Se puede observar en las gráficas de resistencia a la
compresión del mortero a los veintiocho (28) días, que hay
un comportamiento variable en la resistencia del mortero
según su porcentaje de remplazo, es decir que ascendente la
resistencia a la compresión desde el 1% y 2% de remplazo,
de ahí decrece en 3% y 4% de remplazo y finalmente vuelve y
99
asciende la resistencia en 5% y 6% de remplazo, siendo el
6% la resistencia más alta encontrada a la compresión; de
este punto vuelve y decrece presentando valores de
resistencia menores en los porcentajes del 7% al 12% de
remplazo, recuperándose y mostrando un segundo pico de
resistencia alta en el 13% de remplazo; lo que indica que
el porcentaje óptimo de remplazo con el mejor comportamiento
mecánico se encuentra en el 6% y decrece la resistencia
debido a que la adición de PET es mayor; sin que con ello
genere que el material sea descartado para usos en la
construcción.
El comportamiento mecánico a la tracción a los veintiocho
(28) días, muestra una tendencia uniforme, evidenciando que
el mortero mejora su resistencia a tracción con respecto a
la muestra patrón en un 16% aproximadamente en promedio.
La absorción y permeabilidad del material se encuentran en
el rango del diez (10%) y nueve (9%) por ciento
respectivamente, lo cual al ser comparado con un ladrillo
tradicional de arcilla cocida producido por Ladrillera
Santafé, mejora estas condiciones debido a que en promedio
están en un catorce (14) y doce (12) por ciento
respectivamente para cada parámetro.
Según la resistencia mecánica promedio del material, 24.5MPa
e incluyendo la resistencia más baja encontrada a los
veintiocho (28) días de 18.31MPa, se recomienda el uso de
este mortero como material de pega, pañete y/o nivelación.
Para el caso que concierne a la fabricación de ladrillos
según los resultados obtenidos, todos los porcentajes de
100
remplazo se pueden usar en la fabricación de ladrillos de
tipo divisorio, de fachada y/o placa aligerante, es decir
como elemento no estructural debido a que la resistencia
promedio requerida para este tipo de elementos es de 2MPa a
25MPa.
Para el análisis económico se obtuvo un ahorro en costos del
agregado fino-medio (#16) remplazado en una franja máxima
del 15% de $2.250 pesos, lo que representa un ahorro anual
en costos de producción de mortero de $1.125.000.000 pesos.
De los impactos ambientales mitigados, se puede hablar de
que a esta mezcla de mortero con un remplazo máximo del 15%
en PET en el tamiz #16, se podrían estar adicionando
anualmente alrededor de cuatro mil quinientas (4500)
toneladas de PET reciclado a este tipo de mezclas.
10.2 Análisis Concreto
Teniendo en cuenta las recomendaciones para realizar diseños
de mezclas del reglamento sismo resistente NSR-10, el diseño
de la mezcla original de concreto fue de 21MPa se llevó a
30MPa para poder obtener una resistencia de 21 MPa
aproximadamente a los 28 días, según esto se puede decir que
los especímenes de mayor porcentaje de remplazo 13% y 15%,
con relación a la mezcla patrón o cero (0), mejoraron su
resistencia a la compresión y a la tracción, en un 13.5% y
8.26% respectivamente al porcentaje anteriormente mencionado
para la prueba de resistencia a la compresión y en un 11.55%
101
y 1%, respectivamente al porcentaje anteriormente mencionado
para la prueba de resistencia a la tracción.
Se aprecia que entre los siete (7) a catorce (14) días de
curado, el material alcanza más del cincuenta (50%) por
ciento de su resistencia mecánica final para la cual fue
diseñado, lo cual se encuentra acorde con la ficha técnica
de Argos para concreto, lo cual permitirá que en un corto
periodo de tiempo y según sea el avance de las obras el
material pueda soportar cargas.
Gráficamente se evidencia que el comportamiento mecánico a
la compresión a los veintiocho (28) días, muestra una
tendencia ascendente desde el 1% al 8% de remplazo en PET,
llegando a las resistencias más altas en los ensayos,
alrededor de 42MPa, de ese punto la resistencia decrece en
los porcentajes de remplazo de 9% al 15%, pero aun así
manteniéndose por encima del rango de diseño de la mezcla,
esta disminución en la resistencia se debe a que se aumenta
el porcentaje de remplazo por PET en el agregado fino medio.
El comportamiento mecánico a la tracción a los veintiocho
(28) días, muestra una tendencia uniforme, evidenciando que
el concreto mejora su resistencia a tracción con respecto a
la muestra patrón en un 11% aproximadamente en promedio.
La absorción y permeabilidad del material se encuentran en
el rango de tres punto uno (3.1%) y dos (2%) por ciento
respectivamente, lo que corresponde a valores normales para
el concreto según la ficha técnica de Argos.
En general el PET adicionado en el tamiz número 16 en
remplazo del agregado fino medio, mejora la resistencia a
102
la compresión y a tracción indirecta del material con
respecto a la muestra cero o patrón, lo que llevara a que
los elementos diseñados con estos materiales puedan soportar
cargas más altas para las cuales fueron diseñadas y en caso
de un evento sísmico su punto de falla se retrasara más
debido a la resistencia del material.
Con la resistencia mecánica promedio del material de 35 MPa,
se recomienda el uso de este concreto con un remplazo hasta
del 15% sin ningún problema en cualquier tipo de sistema
estructural, sin que la adición del PET afecte la resistencia
mecánica final del material, teniendo en cuenta que los
agregados óptimos para llegar a resistencias altas en
mezclas de concreto deben de ser de tamaños pequeños es decir
con un TMN de ¾”, con el fin de que la pasta que se genera
con la mezcla de cemento, arena y agua recubra de forma
uniforme en agregado grueso (grava), sin dejar espacio
poroso y aire en la mezcla, haciendo que esta sea compacta
y con alta resistencia.
Para el análisis económico se obtuvo un ahorro en costos del
agregado fino-medio (#16) remplazado en una franja máxima
del 15% de $3.240 pesos, lo que representa un ahorro anual
en costos de producción de concreto de $27.540.000.000
pesos.
De los impactos ambientales mitigados, se puede hablar de
que a esta mezcla de concreto con un remplazo máximo del 15%
en PET en el tamiz #16, se podrían estar adicionando
anualmente alrededor de ciento treinta y cuatro mil
(134.000) toneladas de PET reciclado a este tipo de mezclas.
103
11.0 Conclusiones
Según el análisis estadístico para cada una de las mezclas, se
encontró que ambas (mortero y concreto a los veintiocho días a
compresión) cuentan con una desviación típica promedio,
presentando un grado de dispersión de los datos muestreados
con respecto a su media aritmética de aproximadamente un ±3.8
(desviación estándar), mostrando un comportamiento uniforme
con respecto a su media aritmética que en general todos los
datos se alejan con respecto a esta ± 3.8MPa, lo que indica
que el proceso de control de variables tales como calidad de
materiales, dosificación de materiales para las mezclas
(Mortero y Concreto) y ensayos de laboratorio se realizó de
forma rigurosa para que todos los especímenes llegaran a las
resistencias requeridas.
De acuerdo a los resultados obtenidos de las pruebas mecánicas
de los materiales utilizado en el desarrollo de este proyecto,
se concluye que el porcentaje de remplazo óptimo, es decir que
asegura un comportamiento mecánico óptimo para los usos
recomendados anteriormente de los materiales, pero que de igual
forma genera el mayor reúso de PET sin verse afectada las
resistencia de diseño (mortero y concreto) y aportando de igual
forma mejorías en el comportamiento a compresión y tracción es
el del 15%.
De igual forma si solo se evalúa el desempeño mecánico de los
materiales se concluye que los porcentajes óptimos de remplazo,
es decir que mostraron las mayores resistencias a compresión a
104
los veintiocho (28) días, se puede hablar para el mortero de
6% de remplazo máximo y en el concreto del 8% de remplazo
máximo; de igual forma la tracción indirecta mejora para ambos
materiales.
Teniendo en cuenta las características halladas de los
materiales se concluye que, sí es posible la inclusión de este
PET reciclado en las estructuras de concreto y en la
fabricación de ladrillos como elementos no estructurales,
otorgándole un nuevo uso al PET minimizando la acumulación de
este, generando materiales sustentables y amigables con el
medio ambiente, debido a que se obtuvieron buenas resistencias
con agregados pétreos pequeños (gravas) con el fin de que la
mezcla fuera mucho más compacta.
Según los análisis económicos y ambientales expuestos
anteriormente para cada material, con la inclusión de PET
reciclado en las mezclas de mortero y concreto, y sus
respectivos ahorros dentro de la industria de producción de
mortero y concreto se estaría contribuyendo a disminución de
impactos ambientales negativos asociados al producto, con un
método ambientalmente sostenible, donde según un informe
publicado por el periódico El Tiempo, la producción de este
tipo de plástico PET está llegando a 1.5 millones de toneladas
anules, solo para la industria de agua embotellada, a 2016,
generando una inclusión en estructuras que deben cumplir una
vida útil de servicio de aproximadamente cincuenta (50) años.
105
12.0 Recomendaciones
Como continuación del estudio planteado en el presente
documento se recomienda, para investigaciones futuras evaluar el
comportamiento mecánico del mortero y el concreto con porcentajes de
remplazo más altos, lo cuales podrían mostrar hasta que porcentaje
máximo los materiales pierden sus resistencias de diseño, con esto
incentivando a un mayor reúso del PET reciclado en las construcciones
para mitigar impactos ambientales.
De igual forma se podría llevar el estudio de morteros a una
escala real, contrayendo los bloques de ladrillo y estudiando su
comportamiento en la simulación de un murete, fallado en un marco
para muros, con este estudio se podría saber con más certeza el
comportamiento de una mezcla de mortero, todo esto regido bajo el
reglamento NSR-10 Titulo D en el numeral D.3.7.2-Elaboracion y ensayo
de los muretes.
106
13.0 Bibliografía
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