Blog Image

COICI OPINA

Acerca del blog

El blog es creado para discutir temas referente a la construcción, obra civil o carreras a fines de la ingeniería civil.
http://spiacoici.org

REUTILIZACIÓN DEL VIDRIO RECICLADO COMO MATERIAL ALTERNATIVO PARA LA MEZCLA DE CONCRETO

Investigación Posted on Wed, June 29, 2016 11:10AM

Dra. Karen E. Caballero M. (karen.caballero@utp.ac.pa)
Universidad tecnológica de Panamá
Docente-Facultad de Ingeniería Civil (Centro Regional de Chiriquí)
Miembro del Colegio de Ingenieros Civiles (COICI)


Resumen

El concreto es el material más utilizado en la construcción de obras civiles en Panamá, por ende, se necesita de mucho material extraído de canteras y playas; esto conlleva un costo de producción y por otro lado afecta en parte al ecosistema.

Es por ello que el objetivo de esta investigación es estudiar el beneficio del vidrio reciclado como material alternativo en el concreto, reemplazando parcial o totalmente el volumen de agregado fino.


Antecedentes

Las primeras investigaciones en relación con la reutilización del vidrio reciclado, pensado como un agregado para la preparación de concretos, datan de principios de la década de los años de 1970, pero el problema de la llamada reacción álcali-sílice era una barrera insuperable para esta época. Esta es una reacción que suele generarse en el concreto normal, producto de la reactividad existente entre sus componentes (cemento Portland, agua, agregados, adiciones minerales y aditivos), principalmente por la presencia de sílice amorfo (no-cristalino), al combinarse con la pasta de cemento de naturaleza alcalina y en presencia de la humedad, esta última ataca al sílice presente en los agregados formando un gel silicato-alcalino viscoso, provocando una expansión no uniforme en el concreto, lo que se traduce en grietas que pueden afectar significativamente una estructura.

Dado que esta reacción se produce en presencia de humedad, es importante controlarla especialmente en aquellas estructuras que prestarán servicio de forma permanente, o con cierta periodicidad en ambientes húmedos o bajo el agua. Este es un problema que se manifiesta a largo plazo, pudiendo pasar incluso años antes de que sea evidente el daño provocado por este fenómeno (Becker, 2002). La complejidad de esta reacción hace que sea muy difícil establecer a priori cuando un determinado agregado es potencialmente reactivo o no. Estudios en la materia han determinado que al utilizar partículas de vidrio a partir de un tamaño de 0.15mm (tamiz #100, según ASTM), se logra controlar reduciendo la reacción álcali-sílice.

Por otro lado, al reemplazar el agregado fino del concreto con el vidrio reciclado puede darse resultados no esperados en el diseño de la mezcla de concreto y en la forma de producirlo. Esto se debe a que el vidrio no es considerado como un agregado de origen natural, ya que si bien es un material manufacturado, y por tanto su composición química es bien conocida, su naturaleza amorfa hace que la química pueda variar considerablemente en distintos tipos y también según el fabricante (por ejemplo vidrio de botellas, tubos fluorescentes, cristal para ventanas, etc.). Lo anterior añade una dificultad al pensar en el vidrio reciclado como un agregado del concreto, por lo que es necesario controlar muchas variables si se quiere trabajar con este material (Meyer, 2008).

El vidrio posee propiedades interesantes para el efecto estudiado:

a) La capacidad de absorción de agua es prácticamente cero en los vidrios. Para el diseño de determinadas mezclas de concreto, esto es una ventaja importante, puesto que la absorción de agua no será una variable, como sucede con la mayoría de agregados naturales. Por ejemplo, al no tener capacidad de absorber agua, no existen problemas por esponjamiento, por lo que para una determinada trabajabilidad (o un determinado asentamiento del cono) de una mezcla, podemos utilizar una menor razón agua-cemento, mejorando la resistencia mecánica del concreto, adquiriendo mayor durabilidad, sin necesidad de usar aditivos para tal efecto (Meyer, 2008).

b) Proporciona una alta resistencia a la abrasión en los elementos de concreto, hecho que lo convierte en un material apropiado para su uso en pavimentos en general, como por ejemplo carreteras, losas de aeropuertos, entre otros. Según esto es posible fabricar concretos de alta resistencia con la incorporación de agregado de vidrio.

Por otra parte, en nuestro país existe una problemática y es la de reducir los residuos sólidos en los vertederos y rellenos sanitarios. En el año 2012 un diario de la localidad indicó que los panameños están produciendo un kilo de basura al día. Por otro lado, se estima que diariamente se generan más de 2,600 toneladas de residuos en el país, de las cuales un 76% se produce en tres provincias: Chiriquí, Colón y Panamá. De esta cifra, el 8% representa el vidrio descartado, el cual presenta grandes inconvenientes, pues como desecho no se descompone, por lo que el impacto ambiental provocado es muy largo en el tiempo. Además, es importante mencionar que en Panamá no se cuenta con reglamentaciones jurídicas en cuanto al uso final del vidrio desechado.

Objetivo general

 Reutilizar el vidrio reciclado como material sustituto parcial o total del agregado fino en la fabricación de mezclas de concreto.

Contenido

Según la American Society for Testing Materials (ASTM), define el vidrio como un “Producto inorgánico de fusión, el cual se ha enfriado hasta un estado rígido pero sin sufrir cristalización”.

El vidrio es un material que por sus características es fácilmente recuperable. Concretamente el vidrio es 100% reciclable, es decir, que a partir de un envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo o en su defecto productos que pueden tener las mismas características del primero.

En cuanto a la composición, el principal componente del vidrio es sílice, además del óxido de sodio, óxido de calcio, óxido de aluminio y componentes secundarios. Las características generales de estos componentes son:

• Sílice (SiO2): es el constituyente más importante conformando las tres cuartas partes de su composición.

• El óxido de sodio: tiene como finalidad favorecer la formación de vidrio.

• El óxido de calcio: su presencia aumenta la estabilidad química y mecánica del vidrio, por lo que desde el punto de vista funcional actúa como estabilizante.

• El óxido de aluminio: Es un estabilizante, añadiéndole además ciertas características como aumento de la resistencia mecánica, un mejoramiento de la estabilidad química, una elevación de la refractariedad, una disminución del coeficiente de dilatación térmica y una mejor resistencia al choque térmico.

Ensayo realizado para determinar la resistencia del concreto con vidrio reciclado

Para determinar la influencia de la adición de vidrio triturado en la mezcla de concreto se tomó en cuenta el 50% y 100% de reemplazo del agregado fino, además de fabricar el patrón, es decir, concreto normal sin la adición del vidrio reciclado.

Para la nominación de las pruebas, de distribuyó de la siguiente manera: la mezcla patrón que consiste en el concreto normal, se define como A1; el concreto con el 50% de reemplazo del agregado fino, se define como A2; y el concreto con el 100% de reemplazo del agregado fino, se define como A3. Cabe mencionar que se han fabricado 3 muestras para cada tipo de concreto señalado.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos de la prueba de resistencia a compresión del concreto para cada nominación.

Conclusiones

• Se observó en la mezcla que la incorporación del vidrio permite la reutilización de dicho material.

• Al incorporar vidrio reciclado en la mezcla de concreto se realiza un aporte a la disminución de volúmenes de desechos sólidos depositados en vertederos y rellenos sanitarios, además de reducir los costos asociados a la producción de concreto, con relación a la extracción de áridos.

• En cuanto a los resultados a compresión del concreto, la adición del vidrio reciclado no genera un cambio importante en la misma para 0% y 50% de reemplazo, sin embargo, para el concreto con el 100% de reemplazo del agregado fino, muestra un leve incremento, aproximadamente de 15% comparándolo con los demás.

• Durante la fabricación de los tipos de concreto no hubo cambios significativos en la densidad, por lo que no se genera un aumento del peso final de las probetas, ya que el vidrio posee una densidad parecida a los áridos utilizados, manteniéndose dentro del rango permitido por la norma.



ANÁLISIS DE PROPIEDADES DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS EN PANAMÁ

Investigación Posted on Tue, June 28, 2016 03:35PM

Bredka Kaa, Rogelio Mogoruza

Estudiantes de V año
Universidad Tecnológica de Panamá Campus Dr. Víctor Levi Sasso

Ivet Anguizola

Docente-Facultad de Ingeniería Civil

Esta investigación propone la determinación y comparación de los beneficios técnicos y económicos que aportan los polímeros al cemento asfáltico, analizando su desempeño en mezclas asfálticas frente a las deformaciones por altas temperaturas y cargas a través del módulo resiliente. Los asfaltos modificados son producto de la mezcla entre el asfalto convencional con denominación AC-30 y un polímero. El asfalto se modifica con la finalidad de mejorar sus propiedades físicas y reológicas para disminuir su susceptibilidad a la temperatura, humedad y oxidación e incrementar la adherencia con el material pétreo. El uso correcto de los asfaltos modificados permite el alargamiento de la vida útil del pavimento debido a que el ligante modificado tiene una excelente resistencia al envejecimiento, y por consiguiente demuestra la importancia que tienen los agregados pétreos de buena calidad en una mezcla asfáltica modificada porque el tiempo de servicio del pavimento se vería condicionado por la vida del agregado. Los asfaltos modificados con polímeros aumentan la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión cíclicos.

Metodología. Para determinar las propiedades de los cementos asfálticos modificados se analizó el comportamiento del polímero en el cemento asfáltico base y el comportamiento del asfalto mo-dificado frente a la variación de la dosificación de polímero. Los polímeros utilizados, en el labo-ratorio, fueron el SBR Butonal NX 1129, y los terpolímeros Muestra A1 y Elvaloy. Para caracterizar los asfaltos modificados se realizaron pruebas de penetración (25°C, 100 g), punto de ablanda-miento, viscosidad rotacional y recuperación elástica torsional. Además, se obtuvieron muestras de la ampliación de la CPA, Santiago – David, para realizar las probetas de mezclas asfáltica modi-ficada y compararlas mediante el módulo de resiliencia, comportamiento volumétrico y los pará-metros Marshall. Por último, se realizó un análisis económico que muestra la reducción de espe-sores en el diseño AASTHO-93 de la carpeta asfáltica al aumentar la magnitud del módulo de resiliencia por la adición de polímeros, comparación realizada a 25°C y 40°C, utilizando valores CBR mínimos y reales proporcionados por el MOP.

Modificación del cemento asfáltico en el Laboratorio de Suelos del MOP

Análisis de los resultados. Según las pruebas de laboratorio se determinó que al aumentar las dosis del polímero estas propiedades, en cada caso, mejoraban notoriamente. Además, las temperaturas de mezclado y compactación del asfalto aumentaron, siendo concluyente que los polímeros aumentan la susceptibilidad del asfalto base a la temperatura. Se determinó que las pro-piedades de punto de ablandamiento y viscosidad, influyen en el módulo resiliente de las mezclas asfálticas estudiadas al variar la temperatura del ensayo de tracción indirecta, de 25°C a 40°C. Además, tomando en cuenta que el componente que se encuentra en mayor proporción dentro de la mezcla asfáltica es el agregado, basados en la granulometría, se concluyó que el equilibrio aproximado entre el porcentaje de partículas gruesas y finas de la mezcla genera módulos resilientes elevados al brindar mayor fricción interna. Adicional a esto, las variaciones de las propiedades volumétricas y gravimétricas de la mezcla producen variaciones en el módulo resiliente, ya que al aumentar los parámetros de densidad y vacíos llenos de asfalto, aumenta directamente el módulo resiliente, mientras que si se aumentan los vacíos de aire y los vacíos de agregado mineral, se genera una disminución del mismo, debido a la rigidez y confinamiento de la mezcla. Finalmente, de la comparativa entre Elvaloy y SBS, destaca que al comparar las mezclas 1 (Elvaloy) y 2 (Elvaloy), los módulos promedios a 25°C varían en un 21%, y a 40°C varían en un 41.3%, debido a las fluctuaciones en las densidades y los vacíos. Mientras que al comparar la mezcla 3 (SBS) con respecto a las mezclas 1 y 2, se obtienen variaciones de 53% y 27% a 25°C, y de 57% y 27% a 40°C respectivamente, debido principalmente a las diferencias entre los asfaltos modificados utilizados.

Probetas utilizadas para determinar los módulos resilientes

Determinación del módulo de resiliencia mediante tracción indirecta

Evaluación económica

Se desarrolló la evaluación económica, de la carpeta asfáltica, del diseño de pavimento flexible utilizando asfaltos modificados con polímeros. Al comparar los resultados de los espesores se deduce que, utilizando CBR mínimos, los espesores de las carpetas asfálticas modificadas se reducen en un 27% en el diseño a 25°C. Pero como la mayoría de los pavimentos en Panamá superan dicha temperatura es necesario realizar este diseño a 40°C lo que resulta que el espesor aumenta en un 35% en comparación al diseño de mezcla convencional a 25°C. En cambio al realizar el diseño de pavimento utilizando los CBR reales del proyecto se obtiene que a 25°C de la mezcla modificada se reduce en casi 25% con respecto a la mezcla convencional.

Con los resultados obtenidos utilizando CBR mínimos se observa que la variación en costos entre el asfalto modificado y el asfalto convencional es de 21.1%.

Conclusiones

• El asfalto AC-30, único asfalto comercializado en Panamá y proveniente de la Refinería Texaco/Chevron, cumple con las especificaciones técnicas del MOP de acuerdo a las pruebas realizadas en el laboratorio.

• La comparación de los resultados de los tres polímeros utilizados indica que todos cambian y mejoran significativamente las propiedades físicas y mecánicas del cemento asfáltico base AC-30, destacando que las temperaturas de mezclado y compactación se elevan considerablemente.

• La granulometría, el agente modificador, la temperatura de ensayo y las propiedades volumétricas y gravimétricas de las mezclas producen variaciones en los módulos resilientes de las mis-mas.

• Al aumentar el módulo resiliente de la mezcla asfáltica, aumenta el tiempo que puede permanecer la carga sobre el pavimento y disminuye la velocidad de tráfico necesaria para generar de-formación en la carpeta asfáltica.

• El asfalto modificado disminuye el espesor de la carpeta asfáltica en un 27% con respecto al asfalto convencional. Esto se debe a la elevación de los módulos de resiliencia en el diseño AASHTO-93.

Recomendaciones

• Utilizar polímeros para modificar el asfalto convencional AC-30 con el fin de aumentar la vida útil y, reducir los espesores de la carpeta asfáltica. Además, se deben realizar los ensayos con el reómetro para caracterizar de manera más profunda las propiedades del mismo, incluyendo la clasificación de Performance Grade relacionada al diseño de pavimentos con metodología SuperPave.

• Modificar y verificar los estándares de calidad de todo asfalto que sea utilizado en el territorio panameño con el fin de mejorar su rendimiento frente a las altas temperaturas a las que puede llegar la carpeta asfáltica. Así mismo se deben realizar estudios profundos al polímero A1, ya que se comprobó que posee propiedades potenciales en la modificación del asfalto.

• Diseñar en Panamá utilizando un módulo resiliente acorde a la temperatura máxima a la que puede estar sometido el pavimento para disminuir la frecuencia de los mantenimientos realizados.

• Realizar análisis económicos a los pavimentos asfálticos modificados con polímeros en Panamá que abarquen los costos de todas las secciones del pavimento (carpeta asfáltica modificada, base, sub-base y sub-rasante).