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COLEGIO MAYOR DE ANTIOQUIAESPECIALIZACIÓN EN CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE
SEMINARIO DE RECICLAJE Y REUTILIZACIÓN DE MATERIALES
Ing. Alejandro Salazar J. Profesor Titular Universidad del Valle - ICESI
Presidente de Eco-Ingeniería S.A.S.Gerente de Eco-Cementantes S.A.S.
Medellín, Octubre 6 de 2010
La Construcción Sustentable. Visión entre la Ciencia y los Residuos Sólidos
CONTENIDO
Introducción La construcción
sustentable Los residuos en nuestros
días. Tendencias futuras
La Ciencia y los Residuos sólidos (RS) Definición básica Gestión de los RS Caracterización de los RS Valoración de los RS
“REDUCIR, RECICLAR Y REAPROVECHAR SON MÁS QUE
ACTOS DE CONCIENCIA, SON ACTOS DE CIUDADANÍA”
José Clodoaldo Silva Cassa (1946 – 1999)RECICLAGEM DE ENTULHO PARA A PRODUÇÃO DE
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO.PROJETO ENTULHO BOM
• El movimiento de la SOSTENIBILIDAD es una realidad en el mundo.
• Hace 23 años nació el concepto que transformaría la forma de hacer negocios.
• Hoy los negocios se plantean y ejecutan de manera responsable con el ambiente, la sociedad y la economía.
Movimiento de la SostenibilidadSustain Ability (Cía. cofundada por Jhon Elkington
1987)
Desarrollo Sustentable
El desarrollo sustentable se definió en elInforme Brundtland en 1987 como undesarrollo que cubre las necesidades delpresente sin comprometer la posibilidadde las generaciones futuras en satisfacerlas propias.
• Esto es lo que se denomina desarrollo sostenible, es decir, duradero en el tiempo, eficiente y racional en el uso de los recursos y equitativo en los beneficios.
• La construcción sustentable es una manera para que la industria de la construcción y de la edificación responda hacia el logro de un desarrollo sustentable a partir de diversos aspectos ambientales, socio - económicos y culturales.
La Construcción Sustentable
¿Qué es la Agenda 21?
Expresión acuñada en la Cumbre de la Tierra (Río, 1992) para referirse al Plan de Acción que los estados deberían llevar a cabo para transformar el modelo de desarrollo actual, basado en una explotación de los recursos naturales como si fuesen ilimitados y en un acceso desigual a sus beneficios, en un nuevo modelo de desarrollo que satisfaga las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras.
El consumo de los recursos es un desafíoimportante para el sector de laconstrucción. La energía, los materiales, elagua y la tierra son las cuatro áreas queestán relacionadas con este desafío.
La Agenda 21 sobre Construcción Sustentable y el Consumo de Recursos
La reducción en el uso de recursos minerales y la conservación del medio ambiente requieren el empleo de materiales renovables o reciclados/reusables, según la selección de los mismos y la predicción de la vida en servicio.
Materiales
Materiales(Agenda 21 sobre Construcción sustentable. Consumo de recursos)
Objetivos
• Desarrollo de metodologías para el ahorro y reciclado de materiales de construcción, re uso y sustitución por materiales renovables (incluyendo aspectos de durabilidad, fácil desarmado, dimensiones normalizadas, nuevas técnicas de demolición y desguace, materiales no tóxicos, etc.).
• Desarrollo de formas para la selección y el uso eficiente de materiales (vida en servicio, sistema de reparación/retroalimentación, calidad mejorada de los materiales, componentes y servicios, control de consecuencias para la salud, etc.).
• Desarrollo de materiales nuevos e innovadores.
• Desarrollo del uso y la expectativa de materiales y tecnologías de construcción naturales.
• Desarrollo de nuevas técnicas de reparación ambientalmente amistosas para mejorar la infraestructura envejecida.
• Actividades pre o co normativas para la identificación de componentes con el fin de facilitar, por ejemplo, la eliminación selectiva y el reciclado, y el desarrollo de normas para materiales reciclados.
Materiales(Agenda 21 sobre Construcción sustentable. Consumo de recursos)
Objetivos
DESARROLLO SUSTENTABLE DE LA CONSTRUCCION
Por ejemplo, en la recuperación y reciclado de los residuos industriales y los escombros de construcción, hay que tener en cuenta que en elloconcurren intereses económicos y medioambientales.
El desafío esta en compatibilizar el desarrollo económico de la sociedad con la preservación del medio ambiente que la sustenta; esto es el desarrollo sostenible. En este sentido son prioritarias todas las actividades recuperadoras y recicladoras.
Mejoras de los Materiales de Construcción para trabajar Estructuras Sustentables
Tópicos Papel potencial de los materiales
Emisión de CO2Reconocimiento del frente de CO2 en la producción del cemento, ladrillo, acero, etc.
Transmisión térmica Capas exteriores o interiores para crear productosaislantes
Masa térmica y almacenamiento de calor
Paredes, pisos y elementos masivos que reduzcan los picos de temperatura y los efectos a largo plazo
Durabilidad y vida de servicio
Proveer durabilidad y larga vida a elementos estructurales y no estructurales. Diseño de materiales
Reducir, reusar, reciclarAgregados reciclados, aguas de lavado, concreto, llantas como energético y materiales de residuos en los aditivos y adiciones
Impacto económico Materiales locales, bajo costo
CONCRETE 600-800 MJ/ton
WOODCut woodMultilayer board
500 MJ/ton4000 MJ/ton
GLASS 15700 MJ/ton
STEEL(from scrap)
21000 MJ/ton11000 MJ/ton
ALUMINUM(recycled)
164000 MJ/ton18000 MJ/ton
PLASTICSHDPE 81000 MJ/ton
Data taken from a lecture by Prof. K. Scrivener, EPFL, Switzerland, 2005
Hay que estimular el uso masivo de materiales de bajo consumo energético.
ASPECTOS ENERGÉTICOS DE LA PRODUCCIÓN DE MATERIALES
La construcción y la edificación, son las principales consumidoras de los recursos naturales - energía y materiales -
En la Unión Europea se estima que las edificaciones consumen el 40% de la energía total. Además, son responsables del 30% de las emisiones de CO2 y generan el 40% de los residuos producidos por el hombre.
SINTESIS
Como aspecto importante, vale la pena recalcar que la sustentabilidad en la construcción, no puede limitarse a proteger el ambiente, se trata también de promover beneficios sociales, calidad de vida y responsabilidad social y ambiental de toda la cadena productiva.
Los Materiales de Construcción se amigan con el ambiente
¿QUÉ SON LOS ECOMATERIALES?
Materiales que por su origen y composición no afectan de manera total al medio ambiente. Pueden ser de origen natural o producidos por el hombre.
Su uso se inició formalmente hace más de diez años, haciéndose cada vez más frecuentes las experiencias de buenas prácticas en su empleo de forma masiva en programas comerciales de construcción y conquistado un lugar en el mercado en muchos países, donde compiten con ventaja con materiales industriales. La viabilidad técnico-económica de los proyectos demuestra su sustentabilidad.
LA CIENCIA¿PUEDEN TRANSFORMARSE EN
PRODUCTOS ÚTILES LOS RESIDUOS SÓLIDOS INDUSTRIALES (RSI) Y LOS
ESCOMBROS DE CONSTRUCCIÓN (EC)?
“Lo que sabemos es una gota, lo que no conocemos es un océano.”Sir Isaac Newton.
Aunque existen indicaciones (recetas) claras para cada material, la alta variabilidad de las materias primas
(ingredientes), hace que la selección y diseño de un material se convierta en un verdadero proceso de alquimia…
LA CIENCIA DE LOS MATERIALES
LA CORTEZA TERRESTRE Y LOS MATERIALES
Elemento % WOxigeno 47,00%Sílicio 27,00%Aluminio 8,00%Hierro 5,00%Cálcio 4,00%Sódio 3,00%Potasio 3,00%Magnesio 2,00%
SUBTOTAL 99,00%
Elemento % WTitanio 0,40%Hidrógeno 0,10%Fósforo 0,10%Manganeso 0,10%Fluor 0,06%Bario 0,04%Estroncio 0,04%Azufre 0,03%Carbón 0,02%
32
SUBDIVISIÓN DE LOS MATERIALES
AMORFOS
CRISTALINOS
ELEM
ENTO
S
COMPUESTOS
IONICOS
MET
ALI
CO
S
CO
VA
LENTES
CERAMICOS
MET
ALE
S
POLIM
ERO
S
La investigación científica está profundamente comprometida con
resultados prácticos de alto impacto social…
EXPERIENCIAS EN LA IMPLEMENTACIÓN
El concreto, (ASTM C-125), es un material compuesto que consta esencialmente de un medio pegante dentro del cual se embeben partículas o fragmentos de agregados. En los concretos de cemento hidráulico, el pegante esta formado por una mezcla de cemento hidráulico y agua.
¿QUÉ ES EL CONCRETO?
El cemento hidráulico esta definido por la norma ASTM C-219, como un cemento que fragua y endurece por interacción química con el agua y que es capaz de hacerlo bajo agua. El cemento Portland es el cemento hidráulico más importante.
¿QUÉ ES EL CEMENTO?
Los agregados están definidos por la norma ASTM C-125, como materiales granulados tales como: arena, grava, piedra triturada o escoria de altos hornos siderúrgicos, que usados con un medio cementante para formar concretos o morteros de cemento hidráulico.
¿QUÉ SON LOS AGREGADOS?
A.C.: Hormigón Romano
1849 (Monier) Hormigón armado
Primeros aditivos químicos
1960 1970 1980 1990 2000
Hormigón pre-mezclado
Fly ash
Hormigón plásticoPlastificantesPlastificantes
Mortero pre-mezclado
Hormigón poroso
Hormigón sumergido Estabilizadores
Silica Fume
Hormigón altas prestaciones
Mortero inyección Cemento superfino
Hormigón instantáneoCemento rápido
Hormigón proyectadoCemento proyectado
Hormigón autocompactante Superplastificantes
Gráfico tomado del artículo “50 años de desarrollo del cemento, aditivos y hormigón, publicado por M. Schmidt. Universidad de Kassel, 2004
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN
CPO+áridos+agua
CPO+áridos+agua
+ plastificante + fluidificante
CPO+áridos+agua
+ super plastificante (fluidificante)
+ silica fume
HAP
Y
HUAP
CPO-áridos+agua+ super plastificante+ silica fume + polvo de sílice + fibras de acero
Hormigón de polvos reactivos
com
pres
sive
stre
ngth
βD2
8[N
/mm
²]
w/c
EL CONCRETO FABRICADO CON CEMENTO PÓRTLAND
El concreto es el material más usado por la civilización humana, con un consumo anual aproximado de 1 ton x
habitante de la Tierra
® B. Middendorf, 2007
Cambios producidos en la industria del cemento
Cambios en la proporción de las fases en búsqueda de cementos de propósito específico (cementos resistentes a sulfatos, cemento blanco, cementos ecológicos, etc.)
Incremento de la finura de molida (en búsqueda de mayor reactividad, y mayor resistencia inicial)
Aumento y variedad de extensores de clínker(puzolanas, materiales hidráulicos latentes, fillers, mezclas de todos, etc.)
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Cemento)
Dispersante
(plastificante)
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
--
-
-
+
+
+
Floculación del cemento
El agua ocluida no puede lubricar la pasta
El agua que se libera contribuye a reducir la viscosidad
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Aditivos)
Evolución de los aditivos superplastificantes
Aditivos de primera generación • LM Lignosulfonatos modificados (1930)
(15% reducción H2O)
Aditivos de segunda generación • NFS Naftaleno formaldehido sulfonato
(1970) (25% reducción H2O)• MFS Melamina formaldehido sulfonato
(1980) (25% reducción H2O)• Copolímeros vinílicos y Poliacrilatos (1990)
(30% reducción H2O)
Aditivos de tercera generación • Policarboxilatos (2000) (40% reducción H2O)
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Aditivos)
Estructua básica (en forma de tetraedro)
Composición óptima de esferas de relleno
Relleno de huecos
Gráfico tomado de una presentación del Prof. M. Schmidt, Universitaet Kassel
Se ha logrado una mejor comprensión del papel de los rellenos (fillers) en el hormigón…
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Compacidad)
Efecto de la « microfilerización »
Cem
ento
solo
Con
hum
o de
sílic
e
Agre
gado
Agre
gado
Mejora de la interfase entre
agregados y pasta de
cemento (zona de transición)
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Compacidad)
Al2O3
SiO2
CaO
Humo de silice
Cemento Pórtland
laterita
Cenizasvolantes
C
F
Meta-kaolin
+ puzolanas naturales
Cenizas de cáscara de arroz
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
Nuevos materiales sustitutos del cemento Pórtland han aparecido…
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Adiciones Minerales)
Micro-sílice(silica-fume): un excelente material de muy alta finura
Cenizas volantes(flyash): el resultado de la quema de carbón mineral a altas temperaturas
Cenizas agrícolas: resultado de la quema de ciertos desechos de la producción agrícola (cascarilla de arroz, bagazo de caña, etc.)
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Adiciones Minerales)
MECANISMOS DE ACCIÓN DE LAS ADICIONES MINERALES
(Swamy) pp. 149)
(Malhotra/Mehta) pp. 39)
Reducción demanda de agua (a través de mecanismo de adsorción-dispersión)
Retención de agua (ocupan espacios vacíos entre los granos de cemento e impiden la salida de agua)
Aumento de la compacidad (los granos rellenan espacios vacíos en la matriz)
(Schmidt, presentación en Kassel, 2003)
Position [°2Theta]
10 20 30 40 50
Counts
0
2000
4000
6000
0
2000
4000
6000
0
2000
4000
6000
0
2000
4000
6000
p34n.rd
p34n_003.rd
p34n_005.rd
p34n_010.rd
5 min
30 min
60 min
120min
Gypsum
Gypsum
Gypsum
Gypsum
Ettringite
Ettringite
Ettringite
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Nuevas Herramientas)
( (Neville) pp. 270)
A escala macro hay consenso en que la relación agua/cemento tiene relación directa con la resistencia mecánica
COMPRENSIÓN DE LA NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DEL HORMIGÓN
0
50
100
150
200
250
300
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
porosity
Com
pres
sive
stre
ngth
(MP
a)
Modèle BalshinModèle RyshkevitchRoblerMatusinovic (CAC)Experimental points T4Experimental points T5
A escala micro se ha podido verificar la existencia de una dependencia fuerte entre la porosidad total y la resistencia mecánica
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL,
con su consentimiento
COMPRENSIÓN DE LA NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DEL HORMIGÓN
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
nm µm mm
Poros de gel
Poros capilaresBurbujas de aire ocluido
Los poros se reconocen como la fuente de discontinuidades...Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
COMPRENSIÓN DE LA NATURALEZA DE LA RESISTENCIA DEL HORMIGÓN
MECANISMO DE FISURACIÓN DEL HORMIGÓN
Las discontinuidades más pequeñas se localizan en la dimensión de los poros de gel
(d < 30 nm
Las micro-grietas crecen hasta llegar a las cavidades producidas por los poros capilares
(30 nm < d < 10,000 nm)
Con el incremento de carga, las grietas crecen y se superponen, produciendo la fisuración visible del elemento
d > 10,000 nm)
Gráfico tomado del artículo “Neue Ansätze zur Zementhydratation“ presentado por Stark et.al en ZKG international No.01/2001
La resistencia depende del número de discontinuidades en la matriz
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
videseauCHCSHciment
w/c = 0,50
0,2
0,4
0,6
0,8
1
w/c = 0,3
Agua perdidaGrado de hidratación
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
¿QUÉ SON LAS ADICIONES?Los problemas económicos y ecológicos, unidos al avance de la Ciencia de los Materiales en los últimos 50 años, han inducido el empleo de extensores de clínker de cemento Pórtland, hecho que ha posibilitado el surgimiento de un grupo genérico de cementos conocido como “cementos compuestos” o “cementos mezclados”, que son una mezcla del cemento Pórtland ordinario con uno o más materiales inorgánicos que participan en la hidratación, y por tanto contribuyen a los productos de hidratación. Esta clasificación excluye aditivos que influyen en el proceso de hidratación, pero en sí no contribuyen a la mejora del producto.
¿QUÉ SON LAS ADICIONES?• Los materiales
inorgánicos añadidos son denominados “adiciones minerales”. Estas adiciones pueden ser mezcladas y molidas íntimamente con el clínker en fábrica o mezcladas en obras a la hora de producir el concreto o mortero.
• De acuerdo con ASTM, las puzolanas son “materiales silíceos o aluminosos que por si mismos poseen poca o ninguna actividad hidráulica, pero que finamente divididos y en presencia de agua pueden reaccionar con Hidróxido de Calcio (Ca(OH)2 ) a temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes” (ASTM 618-78).
¿QUÉ SON LAS ADICIONES?Son materiales naturales ó artificiales de origen mineral, activos o inertes, incorporados al cemento en su fabricación o al concretos en su preparación. En este último se considera como un quinto elemento.
Las más conocidos son:• Las Cenizas Volantes• La Micro Sílice• Las Escorias Siderúrgicas
granuladas• Las Puzolanas Naturales
y artificiales:• Ceniza de bagazo• Ceniza de cáscara de
arroz• Ceniza volcánica• Caliza
ASTM C - 618La norma ASTM C-618 es la especificación más ampliamente utilizada. Abarca el uso de la ceniza volante, la puzolana natural o la adición mineral al concreto. Define tres clases de puzolanas: N, F y C. • La N son las puzolanas naturales o calcinadas: tierras
diatomeas, sílice opalina y esquistos arcillosos; tobas, cenizas volcánicas y pumicitas; arcillas calcinadas.
• La F identifica a la ceniza volante de la combustión del carbón antracítico o bituminoso.
• La C es la ceniza volante puzolánica y cementante a la vez, producto de la combustión de carbón lignítico y sub-bituminoso.
Papel de las adiciones en el concretoEn general las adiciones cumplen tres papeles en un concreto:
– Un papel reológico (plastificación) que permite mantener o reducir el consumo de agua, ello hace a la mezcla más resistente,
– Un papel de densificación de la mezcla por la alta finura. Ello genera una alta impermeabilidad y a su vez, contribuye también a incrementar la resistencia.
– Un papel como puzolána que aumenta la fracción de tobermorita (gel de cemento), contribuyendo con ello a la impermeabilidad, a la reducción del calor de hidratación y a incrementar la resistencia mecánica.
¿QUÉ SON LOS AGREGADOS?
Los agregados están definidos por la norma ASTM C-125, como materiales granulados tales como: arena, grava, piedra triturada o escoria de altos hornos siderúrgicos, que usados con un medio cementante para formar concretos o morteros de cemento hidráulico.
AGREGADOMaterial natural o artificial empleado en la construcción de la parte estructural o acabado de las obras civiles. Sus principales usos son: – en mezclas de concreto, – mezclas asfálticas, – material para base, subbase y talud en
vías – como recubrimiento en obras de
protección de erosión.
DURABILIDADDebe ser capaz de mantener sus
propiedades físicas, químicas y térmicas a través del tiempo, para así poder brindar
estabilidad a la estructura.
ECONOMIA• El agregado es mas
económico que el conglomerante pues su proceso de elaboración agrega menos valor.
• En mezclas de concreto se debe esperar que ocupe del 60 al 80% del volumen de la mezcla
GENERALIDADES• Los agregados deben satisfacer ciertos
requisitos tales como:♦ Ser partículas limpias, duras, resistentes y
durables.♦ Estar libres de sustancias químicas,
recubrimientos de polvo u otros materiales que afecten la hidratación del cemento y la adherencia de la pasta.
♦ No deberán emplearse aquellos que contengan pizarras laminares naturales o esquistos, partículas porosas y deleznables.
GENERALIDADES
En la mayoría de los países de América Latina y aun en Europa, las condiciones tecnológicas de trabajo en la fabricación del Hormigón o Concreto, generan una demanda excesiva de cemento, lo cual trae consecuencias negativas tanto en la economía de la producción como en las propiedades mecánicas y de durabilidad de los hormigones.
GENERALIDADES El exceso de consumo de cemento en
las mezclas, se debe en gran parte a la forma, la textura, las películas superficiales y la distribución de tamaño de los agregados empleados.
Teniendo en este aspecto mucha responsabilidad la granulometría inadecuada obtenida en la mezcla de los agregados y las formas irregulares de estos, donde predominan las partículas planas y alargadas.
GENERALIDADES - CLASIFICACIÓN
• Por TAMAÑO, se clasifican en:– Agregado Fino– Agregado Grueso
• Por ORIGEN, se clasifican en:– Naturales: Siliceos, calcáreos, micáceos,
zeolíticos, etc., según sea su roca deorigen.
– Artificiales: Arcillas expandidas, Escoriasde carbón y Altos Hornos.
Los Agregados a.- Agregados Ligeros: Peso Volumétrico a granel (kg./m3)
- Naturales 500 - 900
- Artificiales
- Arcillas expandidas 300 - 900- Perlita 30 - 240- Vermiculita 60 - 130- Escoria de alto horno 300 - 1.100- Cenizas volantes 1.000 - 1.760
b.- Agregados Naturales 1.400 - 1.760
c.- Agregados Pesados aquellos cuyo peso especifico es mayor a 4.0
- Naturales barita - peso especifico 4.1
- Artificiales AceroFerrofósfosoplomo
Absorción y Humedad Superficial.ESTADOS DE HUMEDAD DEL AGREGADO
secosuperficiesecasaturada
absorción total
humedad total
humedad libreabsorción libre
Hinchamiento de la Arena
Todo material fino tiene un incremento de su volumen cuando se encuentra húmedo, pues la humedad superficial mantiene separadas las partículas.
% Humedad v.s. Peso Unitario Suelto
y = -0.1417x 3 + 7.1918x 2 - 88.885x + 1441.1R 2 = 0.9399
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
0 4 8 12 16 20 24
% Humedad
Peso
Uni
tario
Sue
lto (k
g/m
3 )
% Humedad v.s. % Hinchamiento
y = 0.0083x3 - 0.4702x2 + 7.3272x - 5.7354R 2 = 0.7896
0
10
20
30
40
0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00
% Humedad
% H
inch
amie
nto
MEDIDA DEL HINCHAMIENTO
2.0cm4.0cm
6.0cm
h0 = 6.0 cm. h1 = 4.0 cm.∆h = 2.0 cm.
% Hinchamiento = (∆h/h1)x100 = 50%
Factor de hinchamiento = (h0/ h1) = 1.5
Medida de la velocidad inicial de absorción
Nivel Original = 1.000 ccNivel final = 998 ccDiferencia = 2 cc
% = 0.2• Valor no significativo.
750
500
250
1000998
LA TEXTURA SUPERFICIALTres mezclas con igual contenido de cemento, con un
agregado de tamaño máximo de 1½”, e igual asentamiento.
EFECTO DE LA TEXTURA SUPERFICIAL EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO
Partículas (%) Resistencia a 28 días (kg/cm2)
Lisas Rugosasa/c
Flexión Compresión
100 0 0.53 41.7 34050 50 0.57 45.2 3150 100 0.60 47.0 289
Diseño de la mezcla
de agregados
PROPORCIÓN ÓPTIMA DE AGREGADOS EN FUNCIÓN DEL ESPACIO LIBRE
y = 0,0061x2 - 0,067x + 0,4244R2 = 0,9582
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
40,0%
45,0%
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0
% GRAVA
% E
SPAC
IO L
IBRE
%G %A Puc (g/cm3) EL (cm3) %EL0,0 100,0 1.54 995,0 34,9%10,0 90,0 1.77 900,0 32,0%20,0 80,0 1.68 810,0 28,4%30,0 70,0 1.70 800,0 28,1%40,0 60,0 1.76 710,0 24,2%50,0 50,0 1.86 660,0 23,2%60,0 40,0 1.86 690,0 24,2%70,0 30,0 1.77 810,0 28,4%80,0 20,0 1.72 875,0 30,7%90,0 10,0 1.57 1.090,0 38,2%
100,0 0,0 1.46 1.230,0 43,2%
CRITERIOS FUNDAMENTALES
• Normalmente se trabaja diseñando y desarrollando materiales compuestos.
• Todo material compuesto posee como mínimo una matriz agregado y una matriz cementante.
• Estas dos matrices deben proveer la mayoría de las propiedades exigidas al nuevo material.
• Dicha solución debe ser reproducible, sí se trata de conseguir un material de uso general y masivo. Es necesario que el producto satisfaga los requerimientos de calidad y durabilidad mínimos establecidos.
CRITERIOS FUNDAMENTALES
CRITERIOS FUNDAMENTALES
• Las propiedades fundamentales buscadas son:• Alta compacidad• Buenas propiedades reológicas• Propiedades mecánicas• Propiedades físicas: peso, baja
transferencia del calor y del sonido, estabilidad volumétrica, textura, etc.
• Durabilidad según condiciones de servicio
• Competitividad en costos
CONSIDERACIONES AL DISEÑO DEMATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN
• En el campo de los materiales conglomerados de origen inorgánico que tienen como base a los materiales cerámicos, el principio de diseño es similar y aplica, independiente del tipo de mineral que se vaya a utilizar.
• Se incluyen aquí, a los conglomerantes, los agregados, los elementos para mampostería, los productos para acabados y aquellos que resultan de la interacción entre ellos.
Determinación del Peso Unitario de la Pasta de
Cemento para diferentes
relaciones a/c
Peso Unitario Compactado de la Pasta V.S. Relación a/c
1650
1700
1750
1800
1850
1900
1950
0,40 0,50 0,60 0,70
Relación a/c
Peso
uni
tari
o C
ompa
ctad
o de
la
Past
a (k
g/m
3 )
CANTIDAD DE PASTA V.S.
ASENTAMIENTO
ASENTAMIENTO EN FUNCIÓN DE LA CANTIDAD DE PASTA
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
350 400 450 500 550 600 650
Cantidad de pasta
Ase
natm
inet
o (c
m.)
a/c v.s. Resistencia
Resistencia a Compresión V.S. Relación a/c
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
0,5 0,6 0,7 0,8
Relación a/c
Resi
sten
cia
a C
ompr
esió
n (M
Pa) 3 días
7 días
28 días
Diseño de Mezclas con y sin adiciones
días 1:2:3 (Vol) Esp. Libres 30% Eco-cemento
0 0,0 0,0 0,03 11,3 13,1 11,07 17,4 22,3 15,0
28 27,2 33,4 23,5Cemento (kg) 350,0 350,0 245,0
a/c 0,75 0,60 0,60Asentamiento (cm) 8,0 8,0 8,0
f'c (MPa)
Resistencia de
referencia: 21 Mpa
Resistencia V.S. Edad
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0 5 10 15 20 25 30
Días
Resi
sten
cia
en M
Pa
1:2:3 (Vol)
Esp. Libres
30% Eco-cemento
PRINCIPALES DESVENTAJAS
• Aumento del contenido de cemento + adiciones minerales (cenizas volantes)
• Aumenta la separación entre áridos (contacto)
• Alta proporción de superplastificantes
• Utilización de aditivos para evitar la segregación.
HORMIGÓN AUTO-COMPACTADO
Resistencia:> 42 MPa (6000psi) definición ACI> 70 MPa (10,000psi) es posible 140+ MPa
A/C < 0.35
HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES
1966-67, Lake Point Tower, Chicago52 MPa (7500 psi), 70 pisos, uno cada 3
días.
1976, Water Tower, Chicago62 MPa (9000 psi), 76 pisos,
en su momento el edificio de HA más alto
Two Union Square, Seattle131 MPa (19000 psi) la resistencia más
alta para aplicaciones comerciales
HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
ACERO
peso 530117
HORM. ARMADO
467 140
HORMPRETENSADO
Comparación del peso unitario para una misma capacidad portante
RESULTADOS CONCRETOS DE ESTOS DESARROLLOS
FILM 1,2 Este hormigón se comporta en la práctica como un líquido viscoso
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su consentimiento
HORMIGÓN AUTO-COMPACTADO
Vigas pretensadas para puentes, Holanda
Fotos tomadas de una presentación del Prof. Walraven, Holanda
HORMIGONES DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA
La Universidad de Kassel ha sido pionera del desarrollo del UHPC, con variadas e
interesantes aplicaciones...
HORMIGONES DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Inga
ls Bu
ildin
g,Ci
ncin
atti
Pelh
am P
arkw
ay B
ridge
, NY
Sir A
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Bec
k G
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onto
Colu
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Scot
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, Tor
onto
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aide
Pro
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, Tor
onto
Early
N. S
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rm
Año
Resis
tenc
ia d
e Di
seño
del
Hor
mig
ón (M
Pa)
Adapted from Concrete Canada
Gráfico tomado de una presentación de la Prof. Karen Scrivener, EPFL, con su
consentimiento
HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES
HORMIGONES DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA
Gráfico tomado del artículo “50 años de desarrollo del cemento, aditivos y hormigón, publicado por M. Schmidt. Universidad de Kassel, 2004
Mikrorisse
Kurze Fasern überbrücken Mikrorisse
La baja porosidad del material aumenta la fragilidad hasta el punto en que es necesario añadir fibras metálicas
FILM 3,4 Gráfics tomados de presentaciones de los prof.
Walraven, Holanda y Schmidt, Alemania
HORMIGONES DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA
Impacto de la Adición en la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado a la Intemperie
50,0
100,0
150,0
200,0
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% de Adición
Res
iste
ncia
a C
ompr
esió
n (k
g/cm
2 )
3d
7d
28d
45d
90d
Impacto de la Adición en la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido 7 días
75,0
125,0
175,0
225,0
275,0
325,0
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% de Adición
Res
iste
ncia
a C
ompr
esió
n (k
g/cm
2 )
3d
7d
28d
45d
90d
Impacto de la Adición en la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido 28 días
75,0
125,0
175,0
225,0
275,0
325,0
375,0
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% de Adición
Res
iste
ncia
a C
ompr
esió
n (k
g/cm
2 )
3d
7d
28d
45d
90d
Concretos Adicionados con Escoria Siderúrgica
de Paz del Río y su durabilidad en función
del curado
FIGURA 14: VOLUMEN DE POROS DE HORMIGONES ADICIONADOS CON ESCORIA SIDERÚRGICA
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0
Tipo de Concreto
% P
oros
idad C 28 + 0 i
C 28 + 17 iC 7 + 21 iC 0 + 28 i
FIGURA 15: % DE ABSORCIÓN PARA HORMIGONES ADICIONADOS CON ESCORIA SIDERÚRGICA EN FUNCIÓN DEL CURADO
0,0%1,0%2,0%3,0%4,0%5,0%6,0%7,0%8,0%9,0%
Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0
Tipo de Concreto
% A
bsor
ción C 28 + 0 i
C 28 + 17 iC 7 + 21iC 0 + 28 i
Concretos Adicionados con Escoria Siderúrgica de Paz del Río y su durabilidad en función del curado
PENETRABILIDAD DE IONES CLORUROS
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0
Tipo de Concreto
Carg
a (C
)C28 + 0i
C7 + 21i
C0 + 28i
Concretos Adicionados con Escoria Siderúrgica de Paz del Río y su durabilidad en función del curado
Figura 11: Profundidad de Carbonatación V.S. Tiempo de Exposición. Curado 28 días bajo agua
0,03,06,09,0
12,015,018,021,024,027,0
0 2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (Semanas)
Prof
undi
dad
(mm
)
60%
40%
20%
0%
Figura 12: Profundidad de Carbonatación V.S. Tiempo de Exposición. Curado 7 días bajo agua
0,03,06,09,0
12,015,018,021,024,027,0
0 2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (Semanas)
Prof
undi
dad
(mm
)
60%
40%
20%
0%
Figura 13: Profundidad de Carbonatación V.S. Tiempo de Exposición. Curado intemperie
0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0
100,0
0 2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (Semanas)
Prof
undi
dad
(mm
)
60%
40%
20%
0%
Concretos Adicionados con Escoria Siderúrgica de Paz del Río y su durabilidad en función del curado
Morteros de ceniza de bagazo y cal sin cemento portland
Cumple norma ASTM C270 y el Código Colombiano Sismo -resistente titulo D, para tipo N (52 kg/cm2) y O (24 kg/cm2)
CENIZA PASA 100 - FINURA: 18% RETENIDO MALLA 325
Mezcla tipo % Agua Ceniza Cal Arena Fluidez Puc Ret . Agua F'c (kg/cm2)
Ceniza Cal
Ar/cte A/cte
lts kg kg kg % kg/cm3 % 7 días 28 días
80 20 5.41 0.55 380 552.7 138.2 911.2 114.5 1521.7 78.0 9.7 61.2
70 30 5.49 0.55 380 483.6 207.3 895.5 105.2 1508.8 82.9 11.4 70.5
60 40 5.36 0.55 400 436.4 290.9 863.0 113.5 1528.6 82.4 10.9 67.2
80 20 5.69 0.60 350 466.7 116.7 1037.0 105.0 1510.9 77.7 7.8 47.2
70 30 5.78 0.60 350 408.3 175.0 1021.9 104.0 1498.4 77.7 9.3 55.9
60 40 5.61 0.60 380 380.0 253.3 966.2 111.2 1519.2 84.0 7.9 58.1
CONCLUSIONES
La Ingeniería y la Arquitectura para sus desarrollos, necesitan del soporte de la Ciencia y de la Tecnología de Materiales.
Es posible así, ofrecer una construcción sostenible y sustentable cuyas bondades se pueden resumir en: Valoración de Residuos Prefabricación de bajo costo Sistema mano portante y de rápida ejecución Participación comunitaria Sistema con desarrollo progresivo y Deconstruible Sistema que satisface las normas técnicas
Las dificultades que presentan estasinnovaciones, podrán superarse cuandonos hagamos partícipes de las realidades ycircunstancias que vive el país o el lugardonde vayamos a trabajar. Ello obliga aque el equipo de trabajo, esté integradopor talentos de diversas disciplinas, yademás, hay que integrar a todos lossectores involucrados en la solución.
CONCLUSIONES
EVOLUCIÓN DEL TRIÁNGULO DE SÁBATO
¿QUÍEN SABE?UNIVERSIDADESSENACENTROS DE I&D
¿QUIEN RESUELVE?INDUSTRIA - SOCIEDAD
¿QUIEN GOBIERNA?ALCALDÍAS - COLCIENCIAS - CVC
¿QUIEN REQUIERE?
CONCEJO MUNICIPAL, PROTECCIÓN AL
CONSUMIDOR, ONG, ETC.