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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)

CONCEPTO DEL TRIPLE RESULTADOTriple Bottom Line

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

Ejemplo: Gas de Invernadero (CO2), emisión por Categorías en la producción del Cemento

Emisión de gases de invernadero por sector industrial

CONCRETE 600-800 MJ/ton

WOODCut woodMultilayer board

500 MJ/ton4000 MJ/ton

GLASS 15700 MJ/ton

STEEL(from scrap)


ALUMINUM(recycled)


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.

I : El Proceso (El Problema)

II : El Proceso (La Solución)

III : El Proceso(El Resultado)

Hay una gran interacción entre: MATERIALES ENERGÍA MEDIO AMBIENTE

SINERGIA DE LOS MATERIALES

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

El Empaque Atómico en los Vidrios

Cristal (a) Vidrio (b).Diferencias estructurales

La investigación científica está profundamente comprometida con

resultados prácticos de alto impacto social…

EXPERIENCIAS EN LA IMPLEMENTACIÓN

En 3

0 añ

os h

a cr

ecid

o 2.

5 ve

ces

LA PRODUCCIÓN MUNDIAL DE CEMENTO PÓRTLAND

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)


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


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)

Tipos de Cemento y composiciones. % peso (1)

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


AVANCES DE LA CIENCIA DEL HORMIGÓN(Nuevas Herramientas)

Gráfico tomado de la Escuela Doctoral, EPFL, 2005, presentación de E. Gallucci

( (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


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


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


¿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

PUMITAS HUECAS

Las cenizas Volantes vistas en un MEB

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.

Especificación de la Norma ASTM C-618

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.

EL AGREGADO EN LAS MEZCLAS DE CONCRETO APORTA: RESISTENCIA DURABILIDAD ECONOMIA (FILLER)

RESISTENCIA

FISICA Y MECANICA QUIMICA TERMICA

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.

FORMACION GEOLOGICA

• IGNEAS• SEDIMENTARIAS• METAMORFICAS

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

FACTORES A TENER EN CUENTA PARA DISEÑAR

MEZCLAS DE AGREGADOS

Absorción y Humedad Superficial.ESTADOS DE HUMEDAD DEL AGREGADO

secosuperficiesecasaturada

absorción total

humedad total

humedad libreabsorción libre

CONCEPTO DE LOS ESPACIOS VACÍOS

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%

DISEÑO DE MATERIALES

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.



• 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.

FACTORES A TENER EN CUENTA PARA DISEÑAR

MEZCLAS

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



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


HORMIGÓN AUTO-COMPACTADO

Vigas pretensadas para puentes, Holanda

Fotos tomadas de una presentación del Prof. Walraven, Holanda

HORMIGONES DE ULTRA-ALTA RESISTENCIA

Puente en UHPC construido en Seúl, Corea


La Universidad de Kassel ha sido pionera del desarrollo del UHPC, con variadas e

interesantes aplicaciones...


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

dam

Bec

k G

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cago

CN To

wer

, Tor

onto

Colu

mbi

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nter

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tform

Scot

ia P

laza

, Tor

onto

Bay

Adel

aide

Pro

ject

, Tor

onto

Early

N. S

ea P

latfo

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



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


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%


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


Tipo de Concreto

Carg

a (C

)C28 + 0i

C7 + 21i

C0 + 28i


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%


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.

¡MUCHAS GRACIAS!

COLEGIO MAYOR DE ANTIOQUIA - … MAYOR DE ANTIOQUIA ESPECIALIZACIÓN EN CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE...

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