Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2010
Reutilización de lodos inorgánicos procedentes de la industria de Reutilización de lodos inorgánicos procedentes de la industria de
galvanotecnia para elaboración de adoquines de concreto y galvanotecnia para elaboración de adoquines de concreto y
seguimiento de los contaminantes Cr y Zn seguimiento de los contaminantes Cr y Zn
Olga Marcela Palacios Navarrete Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Palacios Navarrete, O. M. (2010). Reutilización de lodos inorgánicos procedentes de la industria de galvanotecnia para elaboración de adoquines de concreto y seguimiento de los contaminantes Cr y Zn. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1795
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1
REUTILIZACIÓN DE LODOS INORGÁNICOS PROCEDENTES DE LA INDUSTRIA DE
GALVANOTECNIA PARA ELABORACIÓN DE ADOQUINES DE CONCRETO Y SEGUIMIENTO
DE LOS CONTAMINANTES Cr Y Zn.
OLGA MARCELA PALACIOS NAVARRETE
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ, D.C
2.010
2
REUTILIZACIÓN DE LODOS INORGÁNICOS PROCEDENTES DE LA INDUSTRIA DE
GALVANOTECNIA PARA ELABORACIÓN DE ADOQUINES DE CONCRETO Y SEGUIMIENTO
DE LOS CONTAMINANTES Cr Y Zn.
OLGA MARCELA PALACIOS NAVARRETE
Tesis de grado para optar al título de
Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Director:
ROBERTO BALDA AYALA
Ingeniero de Alimentos
MSc. Ingeniería Sanitaria
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ, D.C
2.010
3
Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
Firma del Director
______________________________________
Firma del jurado
______________________________________
Firma del jurado
Bogotá, D.C, 30 de Septiembre de 2.010
4
Dedico este trabajo a Dios
por la sabiduría que me brindo,
a mis Padres
por el apoyo proporcionado,
a mis Hermanos y Familia
por su compañía,
a Laura y Edwin
por su paciencia.
5
AGRADECIMIENTOS
La autora expresa su reconocimiento a:
Ingeniero ROBERTO BALDA, Director de Investigación, por su comprensión, iniciativa y
aportes para la consolidación teórica y práctica de la investigación.
La Universidad de La Salle, por la oportunidad de permitirme acceso al conocimiento
cualificado, científico y acorde con mis capacidades, expectativas y necesidades.
Señor Aníbal Daza, propietario de la Industria ZINTEPEC LTDA, por su colaboración para la
obtención de las muestras del lodo requeridas para la investigación.
Las personas que directa e indirectamente colaboraron en el desarrollo de esta
investigación.
6
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 21
3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO GALVÁNICO .............................................................. 21
3.1.1 GALVANOPLASTIA. ......................................................................................................... 21
3.1.2 GALVANOSTEGIA ........................................................................................................... 26
3.1.2.1 Taller de pulido y brillo ......................................................................................... 26
3.1.2.2 Taller de servicio de acabado ................................................................................ 29
3.2 FUENTE Y CARACTERIZACIÓN DE RESIDUOS GALVÁNICOS ..................................... 32
3.2.1 RESIDUOS LÍQUIDOS. ...................................................................................................... 32
3.2.2 RESIDUOS SÓLIDOS......................................................................................................... 33
3.3 IMPACTO AMBIENTAL .......................................................................................... 34
3.3.1 CINC. ........................................................................................................................... 34
3.3.2 CROMO ........................................................................................................................ 36
3.4 MANEJO DEL LODO .............................................................................................. 38
3.5 EL CONCRETO. ..................................................................................................... 39
4. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 43
4.1 ETAPA EXPLORATORIA ......................................................................................... 44
4.2 ETAPA EXPERIMENTAL ......................................................................................... 52
5. RESULTADOS Y ANÁLISIS ........................................................................................ 59
5.1 DETERMINACIÓN DE PROCENTAJE DE HUMEDAD .................................................. 59
5.2 DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS VOLÁTILES ............................................................. 61
5.3 DETERMINACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA ............................................................ 63
5.4 DETERMINACIÓN DE PH ........................................................................................ 65
7
5.5 DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL .................................................. 68
5.5.1 OBJETO NTC-110 ......................................................................................................... 68
5.5.2 RESULTADOS PRUEBA DE CONSISTENCIA NORMAL ................................................................ 69
5.6 DETERMINACIÓN DE TIEMPOS DE FRAGUADO ...................................................... 72
5.6.1 OBJETO NTC-118 ......................................................................................................... 72
5.6.2 RESULTADOS TIEMPOS DE FRAGUADO ................................................................................ 73
5.7 PREPARACIÓN Y ENSAYOS DE LAS DIFERENTES MEZCLAS ....................................... 77
5.8 DETERMINACIÓN DE TRAZAS CONTAMINANTES DE INTERÉS SANITARIO ............... 78
5.9 PRUEBA DE LIXIVIACIÓN ....................................................................................... 79
5.10 ANÁLISIS DE COSTOS ............................................................................................ 80
5.10.1 ANÁLISIS FINANCIERO DE LA ALTERNATIVA A....................................................................... 81
5.10.1.1 Inversión inicial. ..................................................................................................... 81
5.10.1.2 Costos adicionales ................................................................................................. 82
5.10.1.3 Costos de operación y mantenimiento ................................................................ 83
5.10.1.4 Ingresos por año .................................................................................................... 83
5.10.1.5 Determinación Punto de Equilibrio ...................................................................... 84
5.10.2 ANÁLISIS FINANCIERO DE LA ALTERNATIVA B ....................................................................... 85
5.10.2.1 Inversión inicial ...................................................................................................... 85
5.10.2.2 Costos adicionales ................................................................................................. 87
5.10.2.3 Costos de operación y mantenimiento ................................................................ 87
5.10.2.4 Ingresos por año .................................................................................................... 88
5.10.2.5 Determinación de la utilidad por año ................................................................... 89
5.10.2.6 Determinación Punto de Equilibrio ...................................................................... 89
5.10.3 ANÁLISIS FINANCIERO DE LA ALTERNATIVA C ....................................................................... 90
5.10.3.1 Inversión inicial ...................................................................................................... 90
5.10.3.2 Costos adicionales ................................................................................................. 92
5.10.3.3 Costos de operación y mantenimiento ................................................................ 92
5.10.3.4 Ingresos por año .................................................................................................... 93
5.10.3.5 Determinación de la utilidad por año ................................................................... 94
5.10.3.6 Determinación Punto de Equilibrio ...................................................................... 94
5.10.4 ANÁLISIS FINANCIERO DE LA ALTERNATIVA D ...................................................................... 95
5.10.4.1 Inversión inicial ...................................................................................................... 95
5.10.4.2 Costos adicionales ................................................................................................. 96
5.10.4.3 Costos de operación y mantenimiento ................................................................ 97
5.10.4.4 Ingresos por año .................................................................................................... 97
8
5.10.4.5 Determinación de la utilidad por año ................................................................... 98
5.10.4.6 Determinación Punto de Equilibrio ...................................................................... 98
5.10.5 FLUJO EFECTIVO ............................................................................................................. 99
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
9
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Solventes empleados en tratamiento de plásticos ........................................................... 222
Tabla 2. Soluciones empleadas en premetalizado ............................................................................ 24
Tabla 3. Espesores de recubrimiento sugeridos ............................................................................... 24
Tabla 4. Soluciones desengrasantes ................................................................................................. 29
Tabla 5. Composición de las soluciones de decapado químico (mg/l) ............................................. 30
Tabla 6. Propiedades del Cinc ........................................................................................................... 35
Tabla 7. Propiedades del Cromo ....................................................................................................... 37
Tabla 8. Descripción simplificada de la hidratación del concreto..................................................... 42
Tabla.9 Concentraciones registros de análisis de vertimientos........................................................ 47
Tabla 10. Caracterización del lodo .................................................................................................... 48
Tabla 11. Especificaciones de mezcla ............................................................................................... 55
Tabla.12 Datos determinación de porcentaje de humedad ............................................................. 59
Tabla.13 Datos determinación de Sólidos Volátiles .......................................................................... 61
Tabla.14 Datos determinación de presencia de Carbonatos ............................................................ 63
Tabla.15 Datos determinación de materia orgánica ........................................................................ 64
Tabla.16 Determinación potenciométrica ........................................................................................ 65
Tabla.17 Descripción NTC-110 .......................................................................................................... 69
Tabla.18 Prueba de consistencia normal en la pasta ........................................................................ 69
Tabla.19 Descripción NTC-118 .......................................................................................................... 73
Tabla.20 Tiempos de fraguado mezcla 1 .......................................................................................... 73
Tabla.21 Tiempos de fraguado mezcla 2 .......................................................................................... 74
Tabla.22 Tiempos de fraguado mezcla 3 .......................................................................................... 75
Tabla.23 Porcentajes de mezcla........................................................................................................ 77
Tabla.24 Resultados de laboratorio ANALQUIM LTDA ..................................................................... 78
Tabla.25 Resultados prueba de lixiviación ........................................................................................ 79
Tabla.26 Límites máximos para constituyentes tóxicos en el lixiviado ............................................ 80
Tabla.27 Costos de inversión inicial .................................................................................................. 81
Tabla.28 Parámetros a tener en cuenta ........................................................................................... 82
Tabla.29 Costos adicionales de operación y mantenimiento ........................................................... 83
Tabla.30 Ingresos .............................................................................................................................. 84
Tabla.31 Costos de inversión inicial .................................................................................................. 86
Tabla.32 Parámetros a tener en cuenta ........................................................................................... 87
Tabla.33 Costos adicionales de operación y mantenimiento ........................................................... 88
Tabla.34 Ingresos .............................................................................................................................. 91
Tabla.35 Costos de inversión inicial .................................................................................................. 91
10
Tabla.36 Parámetros a tener en cuenta ........................................................................................... 92
Tabla.37 Costos adicionales de operación y mantenimiento ........................................................... 93
Tabla.38 Ingresos .............................................................................................................................. 93
Tabla.39 Costos de inversión inicial .................................................................................................. 95
Tabla.40 Parámetros a tener en cuenta ........................................................................................... 96
Tabla.41 Costos adicionales de operación y mantenimiento ........................................................... 97
Tabla.42 Ingresos .............................................................................................................................. 98
Tabla.43 Flujo Efectivo…………………………………………………….………………………………………………………..100
11
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de galvanoplastia .............................................................. 25
Figura 2. Diagrama de flujo del proceso de pulido y brillo ............................................................... 28
Figura 3. Diagrama de flujo del proceso de acabado ........................................................................ 31
Figura 4. Concentración Cinc (Zn) ..................................................................................................... 47
Figura5.ConcentraciónCromo(Cr) ..................................................................................................... 48
Figura 6. Datos determinación de humedad de los lodos ................................................................ 60
Figura 7. Datos determinación de sólidos volátiles de los lodos ...................................................... 62
Figura 8. Datos determinación de materia orgánica ........................................................................ 64
Figura 9. Datos determinación potenciométrica .............................................................................. 66
Figura 10. Consistencia normal mezcla lodo 50% - cemento 50% .................................................... 70
Figura 11. Consistencia normal mezcla lodo 60% - cemento 40% .................................................... 70
Figura 12. Consistencia normal mezcla lodo 70% - cemento 30% .................................................... 71
Figura 13. Fraguado mezcla 1 ........................................................................................................... 74
Figura 14. Fraguado Mezcla 2 ........................................................................................................... 75
Figura 15. Fraguado Mezcla 3 ........................................................................................................... 76
Figura 16. Diagrama de flujo efectivo Alternativa A ......................................................................... 82
Figura 17. Gráfica punto de equilibrio Alternativa A ........................................................................ 85
Figura 18. Diagrama de flujo efectivo Alternativa B ......................................................................... 86
Figura 19. Gráfica punto de equilibrio Alternativa B ........................................................................ 90
Figura 20. Diagrama de flujo efectivo Alternativa C ......................................................................... 91
Figura 21. Gráfica punto de equilibrio Alternativa C ........................................................................ 94
Figura 22. Diagrama de flujo efectivo Alternativa D ......................................................................... 96
Figura 23. Gráfica punto de equilibrio Alternativa D ........................................................................ 94
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LISTA DE FOTOS
Foto 1. Acondicionamiento del invernadero ....................................................................... 44
Foto 2. Lechos de secado ..................................................................................................... 45
Foto 3. Detalles lechos de secado ........................................................................................ 45
Foto 4. Ubicación de los lechos de secado .......................................................................... 46
Foto 5. Determinación de pruebas de humedad ................................................................. 49
Foto 6. Muestra de lodo para determinación de Cinc y Cromo .......................................... 50
Foto 7. Lechos de secado ..................................................................................................... 51
Foto 8. Trituración de lodos ................................................................................................. 51
Foto 9. Ensayo mediante la aguja de Vicat .......................................................................... 53
Foto 10. Ensayo mediante las Agujas de Gillmore ............................................................... 54
Foto 11. Moldes de madera ................................................................................................. 54
Foto 12. Elaboración de los cubos ....................................................................................... 56
Foto 13. Cubos de concreto ................................................................................................. 56
Foto 14. Prueba de lixiviación .............................................................................................. 57
Foto 15. Muestras prueba de lixiviación .............................................................................. 58
13
LISTA DE ANEXOS
ANEXO I. FICHA TÉCNICA GEOTEXTIL
ANEXO II. PERMISO PARA RETIRAR LOS LODOS
ANEXO III. PROTOCOLOS DE ANÁLISIS DE LODOS
ANEXO IV. NTC. 110
ANEXO V. NTC. 118
ANEXO VI.INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO LODOS
ANEXO VII.INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO LIXIVIADO
ANEXO VIII.PROYECCIÓN FLUJO EFECTIVO
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GLOSARIO
ADOQUÍN: pieza de piedra elaborada de forma prismática que, dispuesta junto a otras, se utiliza para empedrar una superficie.
AGREGADO: material inerte, de forma granular, natural o artificial, que aglomerado por el
cemento en presencia de agua conforma un todo compacto (piedra artificial).
AGREGADO ARTIFICIAL: se obtiene a partir de productos y procesos industriales. Por lo
general estos agregados son más ligeros o pesados que los ordinarios.
AGREGADO NATURAL: aquél que proviene de la explotación de fuentes naturales tales
como depósitos de arrastres fluviales o de glaciales y de canteras de diversas rocas y
piedras naturales.
ALEACIÓN: sustancia compuesta por dos o más metales. Las aleaciones, al igual que los
metales puros, poseen brillo metálico y conducen bien el calor y la electricidad, aunque
por lo general no tan bien como los metales por los que están formadas.
ÁNODO: es el electrodo a través del cual entra la corriente; en la electrólisis es el terminal
positivo.
APARATO DE GILLMORE: instrumento que se utiliza para determinar los tiempos de
fraguado del cemento hidráulico.
APARATO DE VICAT: instrumento que consta de una varilla cilíndrica de hierro utilizada
para controlar el tiempo de fraguado del cemento.
BAÑO ELECTROLÍTICO: término galvanostégico para hacer referencia al electrolítico.
CÁTODO: es el electrodo por el cual sale la corriente; en electrólisis corresponde al terminal negativo.
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CEMENTO: material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permite unir fragmentos minerales entre sí, para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuadas.
CEMENTO PORTLAND: material que tiene la propiedad de fraguar y endurecer en
presencia de agua.
CINC: micronutriente necesario para los seres vivos, el cual tiene efectos sinergísticos con el arsénico, el plomo, el cadmio y el antimonio. Este se pierde a lo largo de las cadenas alimenticias. La inhalación produce la fiebre de Cinc, la cual se manifiesta mediante escalofríos, fiebre y náuseas. También produce disminución de pH sanguíneo y retraso del crecimiento.
CLINKER: principal componente del cemento, material sintetizado (aglomerado)
producido mediante el calentamiento a altas temperatura (mayores que 1200 grados
Celsius) una mezcla de substancias tales como piedra caliza y laja de la corteza terrestre.
Las substancias manufacturadas son esencialmente, silicatos de calcio hidráulico
contenidos en una masa cristalina, que no es separable en componentes individuales.
COMPRESIÓN: Esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas
opuestas que tienden a disminuir su volumen.
CONCENTRACIÓN: de una sustancia, elemento o compuesto en el líquido es la relación existente entre su peso y el volumen de líquido o sólido que lo contiene. CONCRETO: Material artificial utilizado en ingeniería que se obtiene mezclando cemento
Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y otros refinados y una pequeña
cantidad de aire.
CONSISTENCIA: estado de fluidez de la pasta, es decir qué tan dura o blanda es una
mezcla de concreto cuando se encuentra en estado plástico.
CROMO: es un metal de transición que en el agua puede estar presente en dos estados, el trivalente y hexavalente, aunque usualmente se encuentra en la naturaleza en estado trivalente. Se ha encontrado que la forma hexavalente es la más tóxica para la vida acuática y que su toxicidad varía con el pH. CUBA: recipiente abierto utilizado para realizar el proceso electrolítico.
16
ELECTRODO: es el conductor a través del cual entra o sale corriente en una celda electrolítica. ELECTRÓLISIS: proceso que involucra una descomposición por medio de electricidad. ELECTROLÍTICO: proceso efectuado por electrólisis.
FLEXIÓN: Acción y efecto de doblar un sólido por la acción de una fuerza que lo deforma.
GALVANIZADO ELECTROLÍTICO: una pieza metálica se recubre de un metal en solución
menos noble por un proceso redox provocado por una corriente continua.
GALVANOTÉCNIA: técnica que consiste en la electrodeposición de un recubrimiento
metálico sobre una superficie.
GALVANOPLÁSTIA: deposición electrolítica de capas metálicas sobre objetos no
metálicos.
GALVANOSTÉGIA: recubrimiento hecho electrolíticamente sobre superficies metálicas.
GENERADOR: toda persona natural o jurídica, pública o privada, cuya actividad genera
lodos y es responsable de los efectos que causen éstos durante el manejo, transporte,
tratamiento y disposición final.
LIXIVIADO: líquido generado por el exceso de humedad en los residuos o por la
percolación de agua a través de una unidad de disposición.
LODO: sólidos acumulados y separados de los líquidos, del agua o agua residual durante
un proceso de tratamiento, o clarificado en cuerpo de agua.
MANEJO: comprende las fases de envasado, etiquetado, almacenamiento, traslado en el
lugar de generación, tratamiento, reúso y/o reciclaje de los lodos.
MATERIA ORGÁNICA: Residuos de alimentos, restos de podas y jardinería, papeles y
celulosa mojados. Es fácilmente fermentable y se utiliza para la fabricación de compost.
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METAL PESADO: Cada uno de los metales que tienen un peso atómico relativamente alto
y una densidad mayor de 5g/cm3, como por ejemplo mercurio, cromo, cadmio, arsénico y
plomo. En pequeñas concentraciones pueden dañar los seres vivos. Tienden a acumularse
en el organismo.
RESISTENCIA: Causa que se opone a la acción de una fuerza, la falla de un concreto está
regida por las resistencias relativas del agregado, la pasta y de la interface de adherencia.
REUSO: acción de volver a usar un desecho, con fines de minimizar consumos adicionales
de agua; puede ser con o sin previo tratamiento.
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RESUMEN
Las vías de manejo y eliminación de los lodos provenientes de procesos de tratamiento de vertimientos industriales se consideran, hasta el momento, como una problemática, teniéndose en cuenta que la generación de éstos es continua y que cada día las restricciones sobre las vías de eliminación son más severas debido a la utilización de técnicas no apropiadas y ambientalmente no seguras. Por lo tanto, el objetivo principal de este trabajo fue la reutilización de lodos inorgánicos procedentes de la industria de galvanotecnia en la elaboración de adoquines de concreto. La propuesta es el resultado del análisis de las características principales de los lodos; por lo tanto la investigación presenta un seguimiento de la concentración de Cinc y Cromo, principales metales pesados presentes en la muestra tomada y el establecimiento de las propiedades mecánicas de los adoquines elaborados. Para la elaboración de los adoquines se mezclaron cemento - lodo, variando las proporciones de la mezcla según las siguientes especificaciones: 50% cemento – 50% lodo, 40% cemento – 60% lodo, 30% cemento – 70% lodo. Se fabricaron veinte cubos de 5 cm. de ancho, 5 cm. de alto y 5 cm. de profundidad para cada uno de los porcentajes trabajados. Buscando encapsular las trazas contaminantes y llegar a una resistencia ideal. Posteriormente se evaluaron las variables mecánicas de los cubos donde presentaron baja resistencia al ejercer una fuerza simple con la mano; luego, las demás muestras fueron sometidas a cocción a una temperatura de 750°C, pero los adoquines no soportaron alta temperatura y se desintegraron; por lo tanto, la alternativa fue descartada, aunque la propuesta financieramente era factible. Porque los adoquines no presentaron la resistencia adecuada para ser utilizados como material de construcción. Por último se realizó el estudio químico a los residuos de los cubos sometidos a alta temperatura para determinar el grado de lixiviación, donde el residuo fue combinado con agua y durante tres días se tomaron muestras, para determinar la concentración de Cinc y Cromo, presentándose criterios no admisibles según lo estipulado en la Resolución 3957 de 2009. Por la cual se establece la norma técnica, para el control y manejo de los vertimientos realizados a la red de alcantarillado público en Distrito Capital. Expedida por la Secretaria Distrital del Ambiente.
19
INTRODUCCIÓN
La presente investigación se centró en la búsqueda de una nueva alternativa de reutilización de lodos inorgánicos provenientes de procesos industriales de galvanotecnia para la elaboración de adoquines de concreto, teniendo en cuenta que la reutilización constituye una herramienta de coprocesamiento amigable con el ambiente. El constante crecimiento industrial en Colombia y la falta de lugares destinados para la disposición ambientalmente segura de estos desechos ha generado una problemática ambiental, debido a que los lodos inorgánicos residuales industriales representan un gran impacto, teniendo en cuenta que sus condiciones físico-químicas les otorgan características especiales por su alto contenido de humedad, por la concentración de trazas de metales pesados, nutrientes, agentes patógenos y compuestos inorgánicos, poco biodegradables que dificultan su manejo. En los últimos años existe un interés masivo en la búsqueda de soluciones eficientes a los problemas ambientales. Por lo tanto la investigación responde a la necesidad de encontrar vías de eliminación y/o ecoprocesamiento que permitan reutilizar los lodos inorgánicos de forma segura, práctica y sostenible. La elaboración de mezclas con los lodos industriales es un acercamiento para conocer las potencialidades de su uso como sólidos útiles en la industria de la construcción, alternativa en auge que utiliza los lodos como materiales incorporados en las diferentes mezclas utilizadas para la elaboración de piezas de construcción. Recientes investigaciones presentan esta alternativa como una de las posibles soluciones como método de eliminación, cuando los lodos son incorporados en cerámicas estructurales diferentes al cemento, estableciéndose el manejo de biosólidos y lodos primarios de industrias productoras de papel como materia prima en la elaboración de ladrillos y pequeñas piezas de mampostería. Por lo tanto; aquí se presenta un trabajo investigativo basado en el manejo de lodos industriales de origen galvánico, con el ánimo de generar un aporte a los esfuerzos realizados en la búsqueda de técnicas de manejo, uso y reutilización ambientalmente segura de residuos industriales.
20
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL.
Determinar la viabilidad ambiental, física y económica de la alternativa de
reutilización de lodos inorgánicos procedentes de la industria de galvanotecnia en
la elaboración de adoquines de concreto utilizados para tráfico liviano. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
1. Determinar la calidad de la mezcla concreto-lodo según especificaciones de
las normas técnicas colombianas para el sector de la construcción.
2. Establecer el nivel de lixiviación de la mezcla concreto-lodo para los
contaminantes Cr y Zn.
3. Determinar la viabilidad económica de la alternativa propuesta.
21
3. MARCO TEÓRICO
En este capítulo se presenta los aspectos teóricos del proceso de galvanotecnia, industria
escogida para la captación de la muestra de lodo, tomando como consideración que es
una línea de producción que no incorpora insumos orgánicos, por lo tanto sus lodos son
de origen inorgánico; además, presenta altas concentraciones de metales pesados,
elementos que se caracterizan por ser materiales cerámicos resistentes a la corrosión
frente a diferentes agentes químicos, ya que se encuentran en la naturaleza formando
minerales. También, se darán a conocer las principales propiedades del concreto.
3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO GALVÁNICO1
La galvanotecnia es una técnica que consiste en la electrodeposición de un
recubrimiento metálico continuo y adherente sobre una superficie que puede ser o no
metálico, sobre una superficie de un conductor inmerso en un electrólito, con el uso
de la corriente eléctrica. Al proceso de deposición en particular se le denomina
recubrimiento electrolítico. Los recubrimientos electrolíticos pueden ser de metales
puros o de aleaciones.
En galvanotecnia se consideran dos tipos de procesos: la galvanoplastia y la
galvanostegia. El primero se refiere al proceso en que los recubrimientos metálicos se
hacen sobre las superficies de materiales no conductores; mientras que en el segundo,
la galvanotecnia, los recubrimientos se realizan sobre elementos metálicos.
3.1.1 Galvanoplastia. Consiste en la deposición electrolítica de capas metálicas
sobre objetos no metálicos (principalmente plásticos) revestidos de capas
conductoras o sobre matrices negativas de las que se separan posteriormente las
capas metálicas. El primer proceso se emplea principalmente con fines decorativos,
mientras que con el segundo se obtienen piezas moldeadas como discos
1 ACERCAR, Ventanilla de asistencia técnica ambiental para la Mipyme. Descripción del proceso Galvánico.
En: Manual de buenas prácticas. Colombia; p. 3-7.
22
fonográficos, monedas y objetos de plástico, así como cera o parafina se hacen
conductores utilizando grafito o Cinc en polvo y recubriéndolos
electrolíticamente con un metal.
En general, el proceso de metalizado de plásticos comprende las siguientes etapas:
Desengrase: Debido a la naturaleza hidrofóbica de la mayoría de los plásticos,
el proceso más conveniente involucra la utilización de solventes. En este
proceso se produce un ligero ablandamiento superficial debido a la solvatación
parcial de las moléculas polimétricas y a una reacción parcial con el polímero.
Los solventes más usados se presentan en la tabla 1:
Tabla 1. Solventes empleados en tratamiento de plásticos
OBSERVACIONES
Hidrocarburos insaturados
Se usan en combinación con emulsificantes no iónicos.
Solventes clorados
Dimetil formamida
Metil etil cetona
Metanol / ácido nítrico Usado con ABS y polipropileno
Peróxidos orgánicos Polipropileno
Fuente: ACERCAR, 2008
Acondicionamiento: Su función es proporcionar cierta rugosidad superficial,
eliminando así la necesidad de tratamientos mecánicos y suministrar puntos de
enlace químico para los metales aplicados posteriormente.
Para la mayoría de los plásticos, como ABS y polipropileno se realiza
principalmente con ácido sulfúrico, ácido crómico y algunos aditivos como
ácido fluorhídrico, en proporciones variables que oscilan entre 50 g/l para el
crómico y entre 100 y 600 para el sulfúrico. Esta es una etapa que debe
controlarse cuidadosamente para garantizar una buena adhesión del metal.
23
Esta fase del proceso tiene una duración entre 1 y 5 minutos, a una
temperatura que oscila entre 20 y 35°C.
Sensibilización y activación de la superficie: Consiste en la adsorción en la
superficie del plástico de un material fácilmente oxidable. La oxidación del
sensibilizador en la etapa de nucleación sirve para depositar una superficie
catalítica en la superficie plástica, entre los activadores más empleados se
utilizan sales de estaño (II) y sales de titanio (III); en el proceso más empleado
se introduce el cloruro estannoso (10 g/l), en combinación con ácido
clorhídrico (40 ml/l).
Las soluciones se aplican a una temperatura entre 20 y 25°C, durante 1 a 3
minutos, para piezas complicadas se requiere agitar para mejorar los
resultados. Una formulación típica la nucleación contiene 0.25 g/l de cloruro de
paladio y 2.5 ml/l de HCl, a una temperatura que va de 20 a 40°C, durante un
tiempo de 30 a 60 segundos.
Pos-nucleación: Cuando esta etapa se lleva a cabo inmediatamente después
del acondicionamiento, es necesario usar un agente reductor para formar el
catalizador de paladio. Los agentes más comunes son el formaldehido, el
hipofosfito y la hidracina.
Premetalizado: Se hace un metalizado previo sin uso de corriente con
soluciones que contienen los iones cobre o níquel, donde se hace la superficie
conductora mediante un proceso auto catalítico. El objetivo de este proceso es
lograr una superficie suficientemente conductora para el posterior proceso
electrolítico. Los depósitos metálicos formados tienen espesores entre 0.1 y
1.5 µm, siendo los más comunes entre 0.5 y 0.7. las formulaciones más
empleadas se presentan en la tabla 2:
24
Tabla 2. Soluciones empleadas en premetalizado
COBRE NÍQUEL
CuSO4•5H2O: 15 g/l NaHCO3: 10 g/l
NaKC4H4O6: 30 g/l HCHO: 100 ml/l
NiSO4•6H2O: 30 g/l Citrato sódico: 100 g/l
NH4Cl: 50 g/l NaH2PO2•H2O: 10 g/l NH4OH: hasta Ph 10.5
Fuente: ACERCAR, 2008
Metalizado: Una vez la superficie plástica se hace conductora, el metalizado se
realiza como con cualquier otro metal. Se inicia con el depósito de 15 µm de
cobre, empleando un baño ácido de cobre, luego se realiza el recubrimiento
necesario para fines decorativos o para presentar resistencia a la corrosión del
objeto, en la tabla 3 se encuentran los espesores de recubrimientos utilizados:
Tabla 3. Espesores de recubrimiento sugeridos
RECUBRIMIENTO ESPESOR (µm)
1. Ligeras 2. Moderadas 3. Severas 4. Muy severas
Cobre ácido brillante
13 13 15-20 20
Níquel semibrillante
- 0-8 13 15
Níquel brillante
5 5-10 5-10 5-8
Níquel compuesto - - 2.5 5
Cromo 0.25 0.25 0.25 0.25
Fuente: ACERCAR, 2008
25
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de galvanoplastia
v
DESENGRASE
MATERIAS PRIMAS
SENSIBILIZACIÓN
ACTIVACIÓN
NUCLEACIÓN
POS-NUCLEACIÓN
PREMETALIZADO
METALIZADO
ETAPA IMPACTO
Solventes orgánicos
Ácido sulfúricoÁcido crómico en solución
Ácido clorhídricoCloruro estannoso
Cloruro de paladio
Reductor, hiposulfitoSódico, formaldehído
Sales de Cobre, níquel o plata, ácido sulfúrico, ácido
crómico
Sales de cobre, níquel o plata, ácido sulfúrico, ácido
crómico
Enjuagues contaminadosVapores
GoteoEnjuagues agotados
Goteo
Enjuagues agotados
Goteo al piso
Goteo al pisoBaños agotados
FUENTE: ACERCAR, 2008
26
3.1.2 Galvanostegia. Se refiere a los recubrimientos hechos electrónicamente
sobre superficies metálicas; puede realizarse de dos maneras diferentes, en forma
catódica o anódica, dependiendo de si la pieza se coloca para su tratamiento terminal
anódico o catódico del circuito.
El tratamiento de galvanostegia catódica busca tres objetivos fundamentales:
Ejercer protección contra lo corrosión
Mejorar el aspecto de las piezas tratadas
Incrementar propiedades superficiales, como dar mayor dureza, mejorar la
conductividad, ejercer lubricación, etc.
La galvanostegia anódica conocida comúnmente como anodizado, implica la
formación de películas de óxido del mismo metal para que aísle y proteja las piezas2.
En galvanostegia se presentan dos tipos de talleres clasificados de la siguiente forma:
3.1.2.1 Taller de pulido y brillo: Se encarga de convertir las superficies de las piezas
metálicas rugosas en brillantes, mediante tratamiento mecánico. La operación de este
taller consta de varias etapas descritas a continuación:
Preparación de discos abrasivos: En la cual se utilizan óxidos metálicos de
diferente tamaño de partícula y adhesivos.
Desbastado de la pieza: En la cual se eliminan las partes rugosas para
obtener una superficie más lisa.
Pulido y Brillo: Los talleres de pulido y brillo se encargan de convertir las
superficies de las piezas metálicas en brillantes, mediante un tratamiento
mecánico, electrolítico y químico. Los diferentes tipos de pulido son:
Pulido y brillo mecánico: Se realiza en varias etapas, en donde la rugosidad
es eliminada paulatinamente por la acción abrasiva de discos elaborados
con diferentes materiales. Se utilizan pastas pulidoras para lograr una
2 Ibid., p.7.
27
superficie lisa y uniforme por todo el contorno de la pieza, finalmente se
efectúa una limpieza de la pasta utilizando estopa.
Pulido electrolítico: La superficie pulida y brillada mecánicamente, puede
ser sometida a un pulido electrolítico utilizando como ánodo la pieza y
como electrolito una mezcla de ácido sulfúrico (40%), ácido fosfórico
(40%), glicerina y agua; a 93°C, 0.5 A/dm2, durante cinco minutos, Estas
proporciones dependen del metal base de la pieza.
Pulido Químico: Se han desarrollado cierto número de soluciones para
producir una superficie brillante sobre cobre, latón y aluminio por
inmersión simple, sin usar corriente. Muchas consisten de mezclas de
ácido fosfórico, nítrico y acético, junto con ácido crómico y agentes
humectantes3.
3 OLIVEROS MORENO, Liliana Paola. y RODRIGUEZ CASTAÑEDA, Adriana ANGELICA. Diagnóstico de dos
industrias en el sector de galvanostegia en el proceso de anodizado y Cincado a través de eco indicadores para plantear alternativas de reducción en el consumo de materia prima y en la producción de residuos: Taller de pulido y brillo. Bogotá, 2003. p. 28-29
28
Figura 2. Diagrama de flujo del proceso de pulido y brillo
v
PREPARACIÓN DE DISCOS DE ABARCIÓN
MATERIAS PRIMAS
ELABORACIÓN DE DISCOS
DESBASTADO
PULIDO
PULIDO
ETAPA IMPACTO
Óxidos metálicos de diversos tamaños de partícula, adhesivos,
abrasivos
Adhesivos
Piezas, cuero, badana, felpa, tela
Pastas pulidoras, papel
Energía eléctrica
Emisión de material partículado
Emisión de compuestos orgánicos volátiles, material partículado
Emisión de partículas (abrasivos y partículas
metálicas), generación de ruido
Emisión de partículas (abrasivos y partículas
metálicas), generación de ruido
Emisión de partículas (abrasivos y partículas
metálicas), generación de ruido
FUENTE: ACERCAR, 2008
29
3.1.2.2 Taller de servicio de acabado: Las operaciones realizadas en servicios de
acabado son las siguientes:
Preparación de la superficie: La superficie pulida y brillada mecánicamente,
puede ser sometida a un pulido electrolítico empleando como ánodo la
pieza y como electrolito una mezcla de ácidos sulfúrico y fosfórico,
glicerina y agua.
Desengrase: Esta operación se realiza para quitar restos de grasa, aceites o
suciedades. Estas operaciones se llevan a cabo a temperaturas superiores
a 60°C. Otro método consiste en la aspersión de soluciones alcalinas
calientes en las piezas, especificadas en la tabla 4.
Enjuague: Entre cada una de las etapas se hace necesario realizar un
enjuague con agua limpia, bien sea por aspersión o por inmersión, para
remover las trazas contaminantes adheridas a la pieza.
Tabla 4. Soluciones desengrasantes
Metal Base Composición
Aleaciones ferrosas y de
cobre
Cinc y sus aleaciones
Aluminio y sus
aleaciones
Cianuro de sodio 40 40
Hidróxido de sodio 40 20
Fosfato trisódico 40
Carbonato de sodio 40 50
Fosfato de sodio 20
Agente humectante 0,75 0,75 0,75
Fuente: ACERCAR, 2008
Decapado: Se realiza para eliminar los óxidos que puedan existir en la
superficie y que impiden la buena adherencia de la partícula metálica. El
decapado se hace por inmersión de ácidos inorgánicos, en la tabla 5 se
nombran los ácidos empleados, generalmente inhibidos para evitar que
ataquen la concentración base. La remoción de los óxidos origina lodos
que se acumulan en los tanques de decapado.
30
Tabla 5. Composición de las soluciones de decapado químico (mg/l)
METAL BASE ÁCIDOS
ADITIVOS Clorhídrico Sulfúrico Nítrico Crómico Fluorhídrico
Hierro y aceros no aleados
150-600 50-100 Glicerina
Aceros inoxidables
40-70 10-50
Cobre y sus aleaciones
3 250 360
Aluminio y sus aleaciones
75-100 50 Ácido
fosfórico
Cinc y sus aleaciones
250 Sulfuro Sódico
Fuente: ACERCAR, 2008
Neutralización: Después del decapado pueden quedar restos de ácidos que
dan lugar a la formación de hidrógeno y a cambios en el pH de las
soluciones de metalizado, para evitar tales inconvenientes se hace
necesario eliminarlos mediante la inmersión de las piezas en soluciones
alcalinas.
Electrólisis: La pieza es colocada como ánodo o como cátodo, dependiendo
del tipo de proceso, conectada a un rectificador o generador de corriente
y sumergida en el electrolito que contiene una solución de iones metálicos
que se han depositado en la superficie. Como electrodo complementario
se puede conectar un electrodo inerte o uno del metal que se desea
depositar. La temperatura del electrolito, la densidad de corriente, la
agitación, etc. Dependen del metal base y del metal a depositar4.
4 ACERCAR, Op. cit., p.11-13
31
Figura 3. Diagrama de flujo del proceso de acabado
v
DESENGRASE
MATERIAS PRIMAS
ENJUAGUE
DECAPADO
NEUTRALIZACIÓN
ENJUAGUE
METALIZADO
ENJUAGUE
ETAPA IMPACTO
Solventes, Soda, carbonato de sodio, fosfato
de sodio, humectantes
Agua
Ácido sulfúrico, nítrico, clorhídrico,
inhibidores
Soluciones alcalinas
Agua
Sales metálicas (sulfatos, cloruros, cianuros) de zinc,
cobre y níquel. Ácidos inorgánicos
Agua
Goteo al piso Aceites emulsificados
Partículas en suspensión
Aguas alcalinas
Generación de lodos Goteo al piso
Aguas residuales
Nieblas ácidas o básicas Goteo al piso
Aguas residuales Sales metálicas disueltas
SECADO Vapores
Generación de hidrógeno, lodos metálicos,
niebla ácida
FUENTE: ACERCAR, 2008
32
3.2 FUENTE Y CARACTERIZACIÓN DE RESIDUOS GALVÁNICOS
En todos los procesos que se desarrollan dentro de la actividad galvánica se generan
residuos industriales que generan gran impacto. A continuación se encuentran los
residuos que son objeto de estudio.
3.2.1 Residuos Líquidos5. La industria galvánica involucra consumo de agua en
los baños de los diferentes procesos, en las etapas de lavado y enjuague. Las
descargas de estas aguas residuales están compuestas por efluentes que se
caracterizan por su carga contaminante tóxica en términos de su contenido de
cianuro, metales pesados como el cromo hexavalente, ácidos, álcalis.
El proceso de recubrimiento metálico en general, es muy poco efectivo ya que sólo
una pequeña cantidad de las sustancias utilizadas en éste se deposita en la pieza.
Hasta un 90% de las sustancias pueden evacuarse a través de las aguas residuales.
Los vertimientos líquidos pueden presentar características ácidas o básicas según de
donde provengan. En particular, los residuos líquidos provenientes de procesos de
cromado, se caracterizan por su contenido de ácido crómico libre y bicromatos en
solución neutra o débilmente ácida.
También pueden contener altas cantidades de sólidos en suspensión, sustancias
tóxicas disueltas y grasa proveniente de los baños de desengrase; si se utilizan baños
ácidos de cobre, níquel, plata, entre otros.
Las aguas ácidas generadas contienen los metales correspondientes en
concentraciones de trazas, más los diversos compuestos asociados a productos
anexos agregados al baño.
Los principales compuestos disueltos que deben ser controlados son: cromo
hexavalente, estaño bivalente, iones de paladio, cobre, níquel, plata, sodio y potasio y
algunos orgánicos reductores como formaldehidos y azúcares.
5 FUNDES, Fundación Suiza para el desarrollo sostenible en América Latina. Guía de buenas prácticas para el
sector de la galvanotecnia: Generación de residuos y aspectos ambientales. Bogotá, 2001. P. 14-16.
33
En general, los residuos líquidos descargados por este tipo de industria provienen de:
Aguas de lavado, enjuague y enfriamiento
Goteos y derrames
Líquidos del lavado de gases
Baños de proceso agotados
Mantenimiento de baños de proceso
Baños de remoción y acondicionamiento: contaminados, agotados
Soluciones de sistemas de lavado/extracción de gases
Pérdidas accidentales
3.2.2 Residuos sólidos6. Los residuos sólidos generados están constituidos por
los lodos resultantes de los baños de proceso, desengrase, decapado y enjuague, así
como también los lodos que se obtienen de los procesos de tratamiento de estas
aguas residuales, las cuales deben ser confinadas dada su naturaleza tóxica. La
composición de estos lodos o barros es variada, pudiendo contener metales como
níquel, cobre, cromo, cinc y otros metales pesados.
En el caso del desengrase y decapado del aluminio en la industria del anodizado, los
lodos contienen aluminato sódico, sales ferrosas en el decapado de piezas de hierro,
los lodos son óxidos y sales ferrosas. Otros residuos sólidos son el polvo y partículas
metálicas producidas durante la preparación preliminar de la superficie por abrasión.
De menor impacto ambiental, por ser fácilmente reciclables, son los recortes de
metal, los alambres de amarre, el cartón y los zunchos de empaque.
En este tipo de industria, al obtener residuos líquidos que contienen variadas especies
químicas (metales pesados, cianuro entre otros), se obtienen lodos de iguales
características a los residuos líquidos que los generaron, lo que dificulta su
reutilización o reciclaje. Sin embargo, la segregación o separación de corrientes de
efluentes, permite la producción de un monólogo con la posibilidad de reúso en la
industria metalúrgica.
6 Ibid. , p.16-17
34
3.3 IMPACTO AMBIENTAL
En la industria galvánica los impactos generados están directamente relacionados con
el tipo de materias primas utilizadas, principalmente metales, ácidos inorgánicos,
soluciones de lavado y solventes orgánicos del tipo halogenados.
Los metales pesados, son una de las formas más peligrosas de contaminación del
medio ambiente, debido a que no presentan ningún tipo de posible degradación
biológica o química. Además, pueden ser bioacumulados de diversas formas
(inorgánica o como compuestos orgánicos) y permanecer en los organismos por largos
períodos (Förstner y Moller, 1974)7.
Por tal razón en la presente investigación involucró dos contaminantes significativos,
donde se establecen algunas afectaciones y problemáticas ambientales de los metales
Cinc y Cromo, los cuales se encuentran presentes en el lodo, objeto de estudio.
3.3.1 Cinc8. Elemento químico de símbolo Zn, número atómico 30 y peso
atómico 65.37. Es un metal maleable, dúctil y de color gris, en la tabla 6 se presenta
sus principales propiedades.
El Cinc introducido en el medio ambiente atmosférico está siempre asociado a la
forma particulada, por lo que su comportamiento depende fundamentalmente del
tamaño y densidad de partícula y de la eficiencia de los procesos de deposición.
En suelos y aguas, el Cinc tiende a adsorberse a la fracción sólida, especialmente a la
materia orgánica, arcillas, óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso.
7 MEJÍA VERGEL, Katheryn M. y SÁNCHEZ CASTAÑEDA, Josefina H. Diagnóstico ambiental para el sector
industrial de la galvanotecnia en la ciudad de Bogotá D.C.: Efectos ambientales y toxicológicos. Bogotá, 2001. p. 25 8 Disponible en: http://www.lenntech.es/periodica/elementos/zn.htm. consultado el 10 de Febrero del
2.010.
35
Tabla 6. Propiedades del Cinc
Nombre Cinc
Número atómico 30
Valencia 2
Estado de oxidación +2
Electronegatividad 1,6
Radio covalente (Å) 1,31
Radio iónico (Å) 0,74
Radio atómico (Å) 1,38
Configuración electrónica [Ar]3d104s2
Primer potencial de ionización (eV)
9,42
Masa atómica (g/mol) 65,37
Densidad (g/ml) 7,14
Punto de ebullición (ºC) 906
Punto de fusión (ºC) 419,5 Fuente: Lenntech, 2010
La movilidad del Cinc aumenta considerablemente al descender el pH, ya que
aumenta su solubilidad y el grado de disociación de los complejos orgánicos, y
disminuye su adsorción a las superficies de matriz sólida. Por tanto, el Cinc puede
incorporarse al lixiviado y desplazarse hacia las aguas subterráneas
fundamentalmente en medios ácidos.
La movilidad del Cinc también aumenta en aguas salobres, debido a la competencia
con otros cationes, como alcalino-térreos, por los centros adsorbentes, interacciones
que tienen como resultado de desorción del Cinc. En medios reductores el Cinc
precipita en forma de sulfuro, muy insoluble, lo que limita drásticamente su
movilidad9.
Las concentraciones de Cinc pueden causar problemas de salud eminentes, como son
úlcera de estómago, irritación de la piel, vómitos, náuseas y anemia. Niveles altos de
Cinc pueden dañar el páncreas y disturbar el metabolismo de las proteínas, y causar
9 MORENO GRAU, María Dolores. Metales: Cinc. En: Toxicología Ambiental. Evaluación del riesgo para la
salud humana. p. 206-208.
36
arterioesclerosis. Exposiciones al clorato de Cinc intensivas pueden causar desordenes
respiratorios.
Además, el Cinc puede causar la gripe conocida como la fiebre del metal. El Cinc
puede afectar fetos y a los recién nacidos. Cuando sus madres han absorbido grandes
concentraciones de Cinc los niños pueden ser expuestos a éste a través de la sangre o
la leche de sus madres.
En los ecosistemas acuáticos las consecuencias más eminentes son el incremento de
la acidez del agua. Los peces pueden acumular Cinc en sus cuerpos, cuando viven en
estos cursos de aguas contaminadas con Cinc, cuando el Cinc entra en los cuerpos de
estos peces este es capaz de biomagnificarse en la cadena alimentaria.
Finalmente, el Cinc puede interrumpir la actividad en los suelos, con influencias
negativas en la actividad de microorganismos y lombrices. La descomposición de la
materia orgánica posiblemente sea más lenta debido a esto10.
3.3.2 Cromo11. Elemento químico, símbolo Cr, número atómico 24, peso atómico
51.996; metal que es de color plateado, duro y quebradizo, en la tabla 7 encontramos
sus principales propiedades. Sin embargo, es relativamente suave y dúctil cuando no
está tensionado o cuando está muy puro. Sus principales usos son la producción de
aleaciones anticorrosivas de gran dureza y resistentes al calor y como recubrimiento
para galvanizado.
El cromo se encuentra en forma particulada y su comportamiento depende del
tamaño de la partícula y su densidad. Las partículas de diámetro aerodinámico
inferior a 20 µm pueden permanecer en el aire durante largos periodos de tiempo y
ser transportadas a grandes distancias de los focos de emisión.
Una vez depositado en suelos o aguas superficiales, la mayor parte del cromo se
encuentra en forma insoluble, formando precipitados o adsorbido a la fracción sólida
de los suelos y sedimentos.
10
Lenntech, Op. cit. 11 Disponible en: http://www.lenntech.es/periodica/elementos/cr.htm#ixzz0Xp6GAIN7. consultado
el 10 de Febrero del 2.010.
37
Tabla 7. Propiedades del Cromo
Nombre Cromo
Número atómico 24
Valencia 2,3,4,5,6
Estado de oxidación +3
Electronegatividad 1,6
Radio covalente (Å) 1,27
Radio iónico (Å) 0,69
Radio atómico (Å) 1,27
Configuración electrónica [Ar]3d54s1
Primer potencial de ionización (Ev) 6,80
Masa atómica (g/mol) 51,996
Densidad (g/ml) 7,19
Punto de ebullición (ºC) 2665
Punto de fusión (ºC) 1875 Fuente: Lenntech, 2010
La movilidad del cromo es muy limitada y depende del contenido de arcillas del
terreno y, en menor medida, de la presencia de óxido de hierro, Fe2O3, y materia
orgánica. El cromo puede adsorberse irreversiblemente a la matriz de suelos, de
forma totalmente no disponible para animales o plantas.
En medios reductores, como los provocados por la inundación de los terrenos y la
descomposición de materia vegetal, el cromo (III) puede formar complejos, lo que
aumenta su solubilidad y movilidad. La complejación se ve facilitada en medios
ácidos.
Los efectos agudos más importantes de la ingestión de dosis altas de cromo son
cuando su configuración es hexavalente ya que cruza con facilidad las membranas
celulares, por su carácter corrosivo provoca irritación de los tejidos expuestos y puede
incluso producir necrosis en concentraciones elevadas. La absorción de cromo es más
rápida en el intestino que en el estómago. Tras su absorción el cromo se distribuye
preferentemente a los pulmones.
También la ingestión de cromo hexavalente puede llevar a lesiones renales, en
glomérulos y túbulos. La exposición dérmica y por inhalación de forma crónica
38
conduce a la ulceración y perforación del tabique nasal, así como de otras regiones
cutáneas expuestas.
El cromo no presenta tendencia a la bioconcentración en organismos acuáticos, pero
es clasificado como agente cancerígeno, cuando se produce por vía inhalación para la
configuración hexavalente, debido a que este atraviesa rápidamente la membrana
celular. Por otro lado no se ha demostrado que el cromo trivalente posea efectos
cancerígenos por alguna de las rutas de administración12.
3.4 MANEJO DEL LODO
Los lodos inorgánicos se caracterizan por la presencia de metales pesados y sus
propiedades básicas son la inercia y la tendencia de asentarse rápidamente y
constituir aglomeraciones densas. La densidad varía entre 1.5 g/cm3 y 2.5 g/cm3. En
vista de su naturaleza poco reactiva, las situaciones que propician el desprendimiento
de olores nauseabundos solamente se presentan si tienen contaminación orgánica, o
si actúan en ellos las bacterias que reducen los sulfatos o sulfuros.
Es por esto que el manejo ambientalmente seguro de estos lodos debe ser de manera
controlada debido a que éstos se caracterizan por su alto contenido de humedad, lo
que les dota de peso y volumen considerables, que se une a sus desfavorables
características mecánicas, físicas y químicas por presentar alta carga contaminante.
Actualmente se utilizan las siguientes vías de eliminación y uso13:
Aplicación en tierras de cultivo
Incineración
Vertido al mar
Aplicación a la tierra
Recuperación de energía
Recuperación de productos minerales
12
MORENO, Op. cit., p. 212-214. 13
VEGA, Miguel, BONTOUX Laurent y PAPAMELETIOU Demóstenes. Vías de eliminación. En: Tratamiento de
las aguas residuales urbanas en Europa: el problema de los lodos. Bilbao, España. 2005.
39
Compostaje
Vermicompostaje
Elaboración de materiales de construcción
Esta última alternativa propuesta es la que interesa en el presente proyecto, donde se
presenta el manejo de un lodo inorgánico como materia prima para la elaboración de
adoquines de concreto.
3.5 EL CONCRETO
Puede definirse como la mezcla de un material aglutinante (Cemento Portland
Hidráulico), un material de relleno (agregados o áridos), agua y eventualmente
aditivos, que al endurecerse forma un todo compacto (piedra artificial) y después de
cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión14.
Proceso químico15. Los ingredientes esenciales del concreto son el cemento y
el agua, los cuales reaccionan químicamente en el proceso llamado hidratación
para formar otro material más fuerte.
El concreto es una mezcla de un agregado fino (arena), uno grueso (grava),
cemento Portland y agua. El cemento Portland se compone principalmente de
silicatos, calcio y aluminio. Cuando estos silicatos se mezclan con el agua, se
producen reacciones, incluyendo la hidrólisis, la formación de gel y la
hidratación. El endurecimiento del cemento acompaña a estas reacciones y,
puesto que sólo se necesita agua para producirlo, el cemento Portland recibe
el nombre de cemento hidráulico. La función del cemento en el concreto, es
unir las partículas de arena y grava. Si estas partículas son de buena calidad,
serán más fuertes que el cemento que las une. En efecto, la resistencia y la
calidad del concreto están limitadas, casi siempre, por la resistencia y la
calidad de la pasta de cemento y, por esta razón, los factores que gobiernan la
calidad de la pasta de cemento son de gran importancia. Entre éstos están la
14
SÁNCHEZ, De Guzmán Diego. Propiedades y diseño del concreto. En: Tecnología del concreto y del mortero. Quinta edición. Bogotá: Bhandar Editores Ltda, 2001. p. 72. 15 KEYSER, Carl A. Concreto. En: Técnicas de laboratorio para pruebas de materiales. México. 1972.
40
fisura y la calidad del cemento Portland, la calidad del agua que se usa para la
mezcla, los materiales dañinos que se incluyen con el agregado, la edad de la
pasta, la temperatura y la humedad del curado y la relación entre el agua y el
cemento. Mientras más finas son las partículas de cemento, más rápidamente
reaccionan con el agua, para lograr el endurecimiento. Cualquier agua potable
es apropiada para lograr un concreto de la mejor calidad.
La pasta de cemento y, por consiguiente, el concreto, se endurece con
bastante rapidez al principio y con mayor lentitud a medida que pasa el
tiempo. Diez días después de la mezcla, la pasta de cemento alcanzará
aproximadamente la tercera parte de su resistencia final, a los 28 días llegará a
las dos terceras partes de ella y se acercará mucho a la resistencia definitiva al
cabo de un año. Esas cifras presuponen que el cemento, o el concreto en que
se usa, se debe mantener humedecido y a unos 70ºF. Si el concreto se seca
antes del endurecimiento (o la cura), o si disminuye la temperatura de la cura,
las reacciones se harán más lentas. En esas condiciones, al final de un
determinado período el concreto será relativamente más débil que si se
mantienen temperaturas más altas y una humedad adecuada.
Como determinante de la calidad del concreto, es la relación entre el agua y el
cemento. Mientras menor sea la relación entre el agua y el cemento, mayor
será la calidad del concreto. Si el agua sobrepasa la cantidad necesaria para la
hidratación, se introducen micro porosidades en los enlaces del cemento, lo
cual reduce su fuerza, su impermeabilidad al agua y su duración (resistencia a
la congelación). La única contribución que hace el exceso de agua al concreto,
es que facilita su aplicación. La consistencia del cemento, que se define
vagamente como fluidez, es una función de la relación entre agua y el total de
sólidos secos que contiene el concreto.
Reacciones de hidratación: Las reacciones de hidratación del cemento son
principalmente las reacciones de hidratación del clinker sumándose a ellas las
debidas a la presencia del sulfato de calcio (yeso), de las adiciones activas (si
las hay) y de los aditivos y compuestos menores. Pueden considerarse como
principales reacciones de hidratación del clinker las correspondientes a la
hidratación de los silicatos y aluminatos de calcio. Durante la reacción con el
agua los silicatos y aluminatos liberan hidróxido de calcio Ca(OH)2.
41
Los cristales que se forman se presentan alargados, prismáticos o en agujas, de
monosilicato de calcio hidratado y de aluminatos hidratados. Estos cristales se
van entrelazando a medida que avanza el proceso de hidratación, dando lugar
a una estructura que va a garantizar la resistencia de las pastas, morteros y
concretos. Los espacios vacios son ocupados principalmente por gel, hidróxido
de calcio y agua. En la tabla 8 se ofrece una descripción simplificada de la
hidratación16
16
SÁNCHEZ, Op. Cit., p. 111.
42
Tabla 8. Descripción simplificada de la hidratación del concreto
Etapa de la reacción Procesos químicos Procesos físicos Influencia en las
propiedades mecánicas
Primeros minutos Rápida disolución inicial de sulfatos y aluminatos de álcali
Alta velocidad de evolución de calor
Los cambios de composición de la fase líquida pueden influir en el fraguado.
De 1 a 4 horas (período de inducción)
Disminución de silicato, pero aumento en la concentración de iones de Ca; la concentración de Ca alcanza un nivel de supersaturación.
Formación de los primeros productos de hidratación; baja velocidad de evolución de calor.
La formación de cristales con forma de barra o placa por balance inadecuado de los iones de los iones de aluminato y sulfato pueden influir en el fraguado y la trabajabilidad. La hidratación de de los silicatos de calcio determina el fraguado inicial.
Aprox. De la 3ª a la 12ª hora (etapa de
aceleración)
Rápida reacción química de los silicatos de Ca para; disminución de la supersaturación de Ca.
La rápida formación de hidratos provoca una disminución en la porosidad; alta velocidad de evolución de calor.
Fraguado inicial; cambio de consistencia plástica a rígida; desarrollo de la resistencia temprana; fraguado final.
Etapa de post-aceleración
Re cristalización de etringita a monosulfato y polimerización de posibles silicatos.
Disminución en la evolución de calor. Constante disminución en la porosidad. Formación de la adherencia entre partículas y entre la pasta y el agregado.
Constante desarrollo de la resistencia a velocidad decreciente. La porosidad y la morfología del sistema hidratado determinan la resistencia final, la estabilidad del volumen y la durabilidad.
FUENTE: Tecnología del concreto y del mortero, 2001
43
4. METODOLOGÍA
El desarrollo metodológico se establece según el método científico ya que la investigación
se ocupa de una problemática ambiental, donde se intenta resolver las hipótesis
planteadas por medio de la investigación científica de tipo experimental que permite
comprobar la viabilidad de la alternativa propuesta.
De esta manera el objeto de la investigación se centró en las siguientes hipótesis:
¿Es posible emplear el lodo inorgánico proveniente de procesos industriales de
galvanotecnia para la elaboración de adoquines?
¿Se podrá definir la proporción de lodos inorgánicos para obtener la resistencia
ideal?
¿Las cargas contaminantes del lodo inorgánico proveniente de proceso industrial
de galvanotecnia podrán afectar el ambiente?
¿Es posible lograr un encapsulamiento de las pequeñas trazas de contaminantes
que quedan en el lodo inorgánico?
El estudio consistió en evaluar la factibilidad de emplear la técnica de fabricación del
adoquín de concreto - lodo, reutilizando lodos generados en la industria de galvanotecnia.
Con una muestra obtenida de La industria galvánica Zintepec LTDA., cuyas instalaciones se
encuentran en la zona industrial de Bogotá, ofrece servicios de cincado y cromado dentro
de sus procesos de recubrimientos electrolíticos en el cual se generan lodos con altas
concentraciones de los metales ya mencionados. Esta empresa facilitó la muestra de lodo
para la ejecución de la investigación.
Para el desarrollo del presente trabajo se tuvo en cuenta las siguientes etapas:
44
4.1 ETAPA EXPLORATORIA
Se inicia el proyecto acondicionando el invernadero ubicado en la Universidad de la
Salle, sede centro, Parque de los Pinos, al cual se le restauró la cubierta con plástico de
invernadero y se realizó el mantenimiento a la estructura física, como se puede ver
registrado en foto 1.
Foto 1. Acondicionamiento del invernadero
Así se encontró la cubierta del
invernadero Así se encontraron las paredes del
invernadero
Invernadero despues de un proceso de
limpieza Cubiertas y paredes del invernadero
restauradas FUENTE: AUTORA, 2009
45
Luego se elaboraron cuatro marcos para lechos de secado en madera de Eucalipto con
las siguientes especificaciones: 1,50 m de largo, 0,60 m de ancho y 2 cm. de grueso,
asegurados con puntilla de 3 pulgadas; después se le colocó a los marcos una base en
geotextil negra NT 1600 asegurada con ganchos de cosedora. En la foto 2 se evidencia
los lechos elaborados. (VER ANEXO I)
Foto 2. Lechos de secado
1. Geotextil para dejar pasar el
lixiviado 2. Marco de los lechos
Los cuatro lechos de secado construidos
FUENTE: AUTORA, 2009
En la parte inferior de los lechos se ubicaron cuatro cuñas (“tacos”) que daban una
inclinación 9,59° para facilitar la recolección del lixiviado, siendo las bases anteriores
de 15 cm y las posteriores de 5 cm de alto y 5 cm de ancho y grueso; éstas también
fueron elaboradas en eucalipto y aseguradas con puntilla; en la parte inferior de las
bases de los lechos se colocó un plástico negro (ver foto 3) que cumplió la función de
recibir el lixiviado y fue asegurado en los bordes con cabuya y ganchos de cosedora.
46
Foto 3. Detalles lechos de secado
Inclinación de los lechos de secado Plástico en el lecho de secado
FUENTE: AUTORA, 2009
Los lechos terminados fueron instalados (ver foto 4) sobre los planchones de madera
con los que cuenta el invernadero.
Foto 4. Ubicación de los lechos de secado
Planchones del invernadero Lechos ubicados sobre el planchón
FUENTE: AUTORA, 2009
47
Además se realizó una breve revisión de análisis de vertimientos de cinco industrias
de galvanotecnia tomadas al azar, concentraciones registradas en la tabla 9, registros
disponibles en los expedientes otorgados por la Secretaría Distrital de Ambiente. Estos
permitieron establecer el comportamiento de las concentraciones de trazas
contaminantes de Cinc (ver figura 4) y cromo (ver figura 5) en el proceso.
Tabla.9 Concentraciones registros de análisis de vertimientos
Muestra 1 2 3 4 5
Cinc mg/L 1920 89,8 30,8 220 1600
Cromo mg/L 28 72,8 2,42 0 110
FUENTE: Expedientes Secretaría Distrital de Ambiente, 2009
Figura 4. Concentración Cinc (Zn)
FUENTE: Expedientes Secretaría Distrital de Ambiente, 2009
48
Figura5.nConcentraciónnCromon(Cr)
FUENTE: Expedientes Secretaría Distrital de Ambiente, 2009
Se pudo establecer que la concentración de Cinc y Cromo es muy variable debido a
que en Colombia la producción en la industria galvánica es por cochadas, además se
debe tener en cuenta que la concentración de contaminantes depende del tipo de
recubrimiento que se esté realizando y del tamaño de la producción.
Posteriormente se elaboró una carta dirigida al gerente de la empresa ZINTEPEC LTDA.
Ubicada en la Carrera 31#7-22 en la ciudad de Bogotá D.C. solicitándole permiso para
retirar los lodos (VER ANEXO II). Al obtener una respuesta positiva, en canecas
herméticas de color rojo con capacidad de 55 galones, facilitadas por la misma
entidad, se retiraron los lodos que presentaban la siguiente caracterización
especificada en la tabla 10:
Tabla 10. Caracterización del lodo
Parámetro Unidades Resultado Humedad % 88
pH Unid. 6,7 Cadmio mg/L 0,94
Cromo total mg/L 28 Níquel mg/L 92
Cinc mg/L 1920 FUENTE: ZINTEPEC LTDA., 2009
49
Se tomó una muestra del lodo para realizar pruebas que determinarían el porcentaje de humedad, sólidos volátiles, presencia de materia orgánica y pH en el laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad de La Salle (ver foto 5), siguiendo los protocolos establecidos por Comisión de Normalización y Acreditación (CNA) de la Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo, métodos de análisis de lodos adoptados para esta investigación. (VER ANEXO III)
Foto 5. Determinación de pruebas de humedad
PORCENTAJE DE HUMEDAD
SÓLIDOS VOLÁTILES
MATERIA ORGÁNICA
FUENTE: AUTORA, 2009
50
Parte de la muestra se envasó en un recipiente de vidrio esterilizado y forrado en
papel aluminio para proteger la muestra como se observa en la foto 6, esta fue
utilizada para la determinación de las concentraciones de Cinc y Cromo presentes en
el lodo, estas pruebas se realizaron en el laboratorio ANALQUIM LTDA, análisis
realizado por el método A.A de Llama (Espectroscopia de absorción atómica de llama).
Foto 6. Muestra de lodo para determinación de Cinc y Cromo
Recipiente esterilizado Muestra de lodo
FUENTE: AUTORA, 2009
Los lodos restantes fueron esparcidos en los lechos de secado como se observa en
la foto 7 sin superar los 10 cm de altura demarcados con una línea de color rojo
alrededor del marco de cada lecho. A los lodos se le realizaron volteos diarios
durante un mes para agilizar su secado encontrándose éstos a una temperatura
entre 18°C – 21,5°C aproximadamente; el proceso de secado era importante ya
que los lodos debían quedar en condiciones similares al cemento seco para lograr
así una mezcla homogénea.
51
Foto 7. Lechos de secado
Lodos esparcidos en los lechos de secado
FUENTE: AUTORA, 2009
Los lodos secos se trituraron con mortero en una capsula, proceso que se
evidencia en las fotos 8; el material resultante se tamizó y se almacenó en baldes
con tapa para evitar la humedad y perdidas del mismo.
Foto 8. Trituración de lodos
Lodos sin triturar Instrumentos de Trituración
Lodo despues de la primera trituración Lodo despues de la segunda trituración
FUENTE: AUTORA, 2009
52
4.2 ETAPA EXPERIMENTAL
Se realizaron pruebas de consistencia normal, procedimiento de ensayo descrito en la
norma NTC – 110 (VER ANEXO IV) y fraguado de la muestra por el método de la Aguja
de Vicat, como se observa en foto 9, procedimiento de ensayo descrito en la norma
NTC – 118 (VER ANEXO V), además se corroboró la información mediante del ensayo
de las agujas de Gillmore, foto 10, procedimiento de ensayo descrito en la norma
NTC – 109, para cada una de las mezclas propuestas, ensayos ejecutados en el
laboratorio de resistencia de materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la
Universidad de la Salle, para la elaboración de la técnica se utilizó en cada ensayo 500
gr de cada muestra.
Para la determinación de la consistencia normal se homogenizaron cada una de las
mezclas con las cantidades establecidas de cemento y lodo en seco, luego se
hidrataron hasta que la mezcla permitiera que el vástago penetrara solo 10 mm ±
1mm, después de 30 segundos de haber sido soltado. Para cada uno de los ensayos se
pesaba y combinaba nuevo material seco.
53
Foto 9. Ensayo mediante la aguja de Vicat
Aguja de Vicat Prueba de consistencia
Prueba de Fraguado
FUENTE: AUTORA, 2009
54
Foto 10. Ensayo mediante las Agujas de Gillmore
Agujas de Gillmore Prueba de consistencia
Muestra de una mezcla para prueba de consistencia
FUENTE: AUTORA, 2009
Luego se elaboraron 6 moldes cada uno con 10 cubículos de 5x5x5 cm en madera de
eucalipto (ver foto 11), formaleta utilizada para depositar la mezcla de cada uno de los
porcentajes propuestos.
55
Foto 11. Moldes de madera
FUENTE: AUTORA, 2009
Posteriormente se realizaron las mezclas propuestas teniendo en cuenta las
especificaciones descritas en la tabla 11. Tabla 11. Especificaciones de mezcla
Mezcla Componente Contenido (%)
1 Cemento Lodo
50 50
2 Cemento Lodo
40 60
3 Cemento Lodo
30 70
FUENTE: Autora, 2009
Cuando los materiales se mezclaron en seco se procedió a hidratar obteniendo la
pasta de concreto (ver foto 12), luego se colocó en los moldes en una sola operación
para después ser apisonado. Así se obtuvo un total de 20 cubos por mezcla propuesta;
éstas se secaron a temperatura ambiente y se mantuvieron hidratadas durante ocho
días.
56
Foto 12. Elaboración de los cubos
Mezcla en seco Hidratación de la mezcla
Mezcla colocada en la formaleta Cubos apisonados
FUENTE: AUTORA, 2009
Pasados ocho días, 5 cubos de cada mezcla (ver foto 13) fueron trasladados al
laboratorio de resistencia de la Universidad de La Salle, para desarrollar las respectivas
pruebas físicas, pero esto no fue posible debido a que el concreto moldeado se
desintegro con el hecho de ejercer presión sobre ellos con la mano.
57
Foto 13. Cubos de concreto
FUENTE: AUTORA, 2009
A partir de esto se decidió someter los cubos restantes a cocido a una temperatura de
750°C aproximadamente durante 24 horas, obteniendo como resultado la
desintegración de los mismos, en un horno tipo chircal de fabricación de ladrillos que
se encuentra ubicado en el municipio de Ubaté, vereda Guatancuy. Los cubos fueron
ubicados en la parte superior del horno, debido a que en este lugar se presenta menor
temperatura, estos fueron cubiertos con ceniza para una mejor cocción.
A las piezas fracturadas resultantes de la cocción se les adicionó agua destilada;
muestra utilizada en la determinación de la concentración para los metales pesados
Cinc y Cromo (ver foto 14).
Foto 14. Prueba de lixiviación
Muestra en seco Muestra hidratada
FUENTE: AUTORA, 2009
58
Se tomó una muestra durante tres días diferentes (ver foto 15) para analizarles las
concentraciones de Cinc y cromo. Pruebas realizadas en el laboratorio ANALQUIM
LTDA, análisis realizado por el método de A.A de llama, según protocolos de la
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21 st Edition. 2005.
Foto 15. Muestras prueba de lixiviación
FUENTE: AUTORA, 2009
59
5. RESULTADOS Y ANÁLISIS En esta última fase de la investigación se presentan los resultados obtenidos de la
experimentación de cada una de las pruebas con su respectivo análisis.
5.1 DETERMINACIÓN DE PORCENTAJE DE HUMEDAD
Se tomaron diez muestras iguales del lodo procedente de la industria galvánica para
determinar el porcentaje de humedad, muestras que fueron utilizadas en pruebas
posteriores de caracterización, obteniendo los resultados expuestos en la tabla 12:
Tabla.12 Datos determinación de porcentaje de humedad
Muestra Peso lodo húmedo
+cápsula (g) Peso lodo seco
+cápsula (g) Peso de la cápsula (g)
Resultado (%)
1 98,879 81,532 78,681 85,887
2 84,516 68,000 64,074 80,794
3 69,520 53,119 50,216 84,964
4 92,721 76,412 72,944 82,464
5 99,821 80,916 78,372 88,139
6 94,603 77,344 74,494 85,827
7 94,014 77,704 74,494 83,550
8 55,537 36,032 33,644 89,090
9 55,722 36,412 34,085 89,244
10 51,566 31,588 29,113 88,977 FUENTE: Autora, 2009
Se asumió que la pérdida de peso del lodo a 105°C±5°C corresponde al contenido de
agua o fracción evaporada. Para el lodo utilizado en el estudio el porcentaje de
humedad promedio es de 85,8936%, lo cual indica que éste presentaba un alto
contenido de humedad y que el proceso de secado era demorado. En la figura 6 se
observa la variación de la humedad en las diferentes muestras tomadas.
60
Figura 6. Datos determinación de humedad de los lodos
FUENTE: Autora, 2009
La variación del porcentaje de humedad en la muestra de lodo en su estado inicial, se
debe a que éste tenía una textura aparentemente de pasta plástica similar a la de una
arcilla; caracterizándose por concentrar el agua en su estructura, presentando
apariencia de masa compactada y maleable.
Memoria de cálculo. A continuación se presentan los diferentes cálculos
realizados para la prueba de humedad.
Determinación de humedad: La siguiente es la ecuación utilizada para el
cálculo del contenido de agua del lodo, expresado en porcentaje.
a= Peso del lodo húmedo + cápsula (g)
b= Peso del lodo seco a 105°C±5°C + cápsula (g)
c= Peso de la cápsula (g)
61
El promedio permite establecer que el contenido de humedad de la muestra de
lodo fue de 85%, con una tendencia a variar por encima o por debajo de dicho
promedio en 3% (VER ANEXO III). Esta información permitió determinar que la
muestra presentó una mínima variación en el tiempo de secado.
5.2 DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS VOLÁTILES
Se tomaron al azar cinco muestras de las diez con las que inicialmente se habían
sometido a secado. El residuo de lodo utilizado en la determinación del contenido de
humedad se calcinó a 550°C hasta masa constante, obteniendo como resultado lo
expuesto en la tabla 13.
Tabla.13 Datos determinación de Sólidos Volátiles
Muestra Peso lodo +cápsula
antes de la calcinación (g)
Peso lodo +cápsula después de calcinación (g)
Peso del lodo (g)
Resultado (%)
1 81,532 80,304 98,879 1,241
2 80,916 80,494 99,821 0,422
3 77,344 76,560 94,603 0,828
4 77,704 76,818 94,014 0,942
5 76,412 76,386 92,721 0,028 FUENTE: Autora, 2009
La pérdida de masa correspondió a los sólidos volátiles, en el análisis de lodos, los
compuestos de amonio, principalmente como el carbonato de amonio, se volatilizan
completamente. En la figura 7 se observa su variación.
62
Figura 7. Datos determinación de sólidos volátiles de los lodos
FUENTE: Autora, 2009
Memoria de cálculo. A continuación se presentan los diferentes cálculos
realizados para la prueba se sólidos volátiles.
Determinación de Sólidos volátiles: La siguiente fórmula es el cálculo de los
sólidos volátiles, expresados en porcentaje con base a la muestra tal como se
recibió, según:
a= Peso del lodo + cápsula antes de la calcinación (g)
b= Peso del lodo seco a 105°C±5°C + cápsula después de la calcinación (g)
m= Peso del lodo + cápsula tal como se recibió (g)
63
El promedio permitió establecer que la presencia de sólidos volátiles de la
muestra de lodo fue de 0,692%, con una tendencia a variar por encima o por
debajo de dicho promedio en 0,5% (VER ANEXO III), variación no significativa.
Por lo tanto se puede decir que la presencia de compuestos de amonio en la
muestra de lodo fue mínima, los sólidos volátiles toman importancia debido a
que disueltos en el agua de mezclado pueden acelerar o retardar los tiempos
de fraguado del cemento y a su vez reducir la resistencia de la mezcla,
haciendo que el cemento pierda su equilibrio químico.
5.3 DETERMINACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA
Se realizaron cinco pruebas para corroborar la presencia de carbonatos. A
continuación en la tabla 14 se muestran los resultados:
Tabla.14 Datos determinación de presencia de Carbonatos
Muestra Reacción
1 Negativa
2 Negativa
3 Negativa
4 Negativa
5 Negativa FUENTE: Autora, 2009
Al agregar ácido clorhídrico a las muestras secas de lodo no hubo aparición de
burbujas, lo cual indicó la ausencia o mínima concentración de carbonatos, por lo
tanto se calculó el contenido de materia orgánica a partir de los sólidos volátiles
obteniendo los resultados expuestos en la tabla 15.
64
Tabla.15 Datos determinación de materia orgánica
Muestra Sólidos volátiles (%) Humedad (%) Resultado
(%)
1 1,241 85,887 8,793
2 0,422 88,139 3,557
3 0,828 85,827 5,842
4 0,942 83,555 5,728
5 0,028 82,464 0,159 FUENTE: Autora, 2009
A continuación se presenta en la figura 8 el contenido de materia orgánica en la
muestra de lodo.
Figura 8. Datos determinación de materia orgánica
FUENTE: Autora, 2009
Por medio de la gráfica se puede observar que el contenido de materia orgánica en el
lodo era muy bajo, factor que favorecía la resistencia del material elaborado, además
no presentó olores fuertes, ni desagradables.
Memoria de cálculo. A continuación se presentan los diferentes cálculos
realizados para la prueba de materia orgánica.
65
Determinación de Materia orgánica: Cálculo del contenido de materia
orgánica en la muestra de lodo que no posee carbonatos, en base a la muestra
seca a 105°C±5°C, según:
El promedio permite establecer que la presencia de materia orgánica en el lodo
fue de 4,815%, con una tendencia a variar por encima o por debajo de dicho
promedio en 3% (VER ANEXO III). La presencia de impurezas orgánicas afecta
las reacciones químicas de hidratación del cemento durante el fraguado,
debido a que forman una especie de membranas que rodean los cristales del
cemento impidiendo la unión entre las partículas, contribuyendo al
agrietamiento de la mezcla al secarse y resistencias deficientes en el concreto.
Sin embargo en la muestra de lodo reportó mínima presencia de materia
orgánica, factor que favoreció las mezclas propuestas.
5.4 DETERMINACIÓN DE pH
Se prepararon cinco suspensiones de lodo (VER ANEXO III) donde se obtuvieron los
resultados descritos en la tabla 16:
Tabla.16 Determinación potenciométrica
Muestra 1 2 3 4 5
pH 6,08 6,10 6,05 6,19 6,09
FUENTE: Autora, 2009
66
A continuación se presenta en la figura 9 los valores de pH en la muestra de lodo.
Figura 9. Datos determinación potenciométrica
FUENTE: Autora, 2009
Este dato sólo tomará importancia cuando las piezas de concreto sean expuestas a un
uso cotidiano y a un ambiente real. Se conoce que el concreto, por medio de
reacciones químicas, forma micro cristales entrelazados que le van dando a la mezcla
una textura pétrea, estructura que consta de una porosidad propia de una roca.
Por lo tanto, la acumulación de agua y otras sustancias en los poros del material
fabricado puede ocasionar corrosión y acelerar procesos de carbonatación de
concreto. La carbonatación en el concreto es la pérdida de pH que ocurre cuando el
dióxido de carbono atmosférico reacciona con la humedad dentro de los poros del
concreto y convierte el hidróxido de calcio con alto pH a carbonato de calcio, que tiene
un pH más neutral17.
Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Las reacciones básicas de la carbonatación en el concreto se manifiestan de la
siguiente forma:
17
MONTANI, Rick. ¿Qué es la carbonatación?. En: La Carbonatación, enemigo olvidado del concreto. México. 2000.
67
Los poros de un concreto ordinario, bajo condiciones de humedad, contienen:
– Agua (H2O) e
– hidróxido de calcio o cal [Ca(OH)2]
Cuando el CO2 del aire entra en contacto con el agua contenida en los poros del concreto, se forma ácido carbónico de acuerdo a:
CO2+H2O→H2CO3
El ácido carbónico neutraliza el hidróxido de calcio y forma carbonato de calcio sólido, de pH neutro.
Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3+2H2O pH Alto pH bajo pH neutro
Generalmente, el agua contiene calcio y magnesio en forma de bicarbonatos como Ca(HCO3)2 y Mg(HCO3)2, encontrándose el primero en mayor cantidad.
Este compuesto aparece en el agua, constituyendo el siguiente equilibrio:
CaCO3+CO2+H2O↔Ca(HCO3)2
En la ecuación, se constata que es necesaria la presencia de una cantidad libre de CO2 para mantener el equilibrio, que definiremos como CO2 de equilibrio, y que no es perjudicial para el concreto. No obstante, si la cantidad de CO2 libre existente, es mayor que la correspondiente de equilibrio, se rompería el equilibrio y se podría disolver más cal, provocando que el agua se transforme en agresiva.
El mecanismo del ataque de las aguas con CO2 agresivo es el siguiente:
Sobre la superficie del concreto existe CaCO3, como consecuencia de la reacción del CO2 de la atmósfera con el Ca(OH)2, el cual disminuye la permeabilidad del concreto, ya que actúa como sellador debido a su baja solubilidad.
Sin embargo, en presencia de una elevada humedad y CO2 agresivo, se efectuará la reacción:
68
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3+2H2O
El carbonato de calcio obstruye los poros, pero después es atacado nuevamente por el agua agresiva, constituyéndose un proceso dinámico18.
La carbonatación actúa en el concreto de la siguiente forma:
En las primeras edades originando, la contracción por carbonatación que se suma a la,
contracción por secado. Causando eventualmente la fisuración del concreto joven.
El promedio del pH del lodo fue de 6,1, con una tendencia a variar por encima o por
debajo de dicho promedio en 0,05% (VER ANEXO III). La determinación
potenciométrica (pH) del lodo fue un factor importante, ya que con niveles de pH por
debajo de 9.5 favorece la corrosión de la mezcla, ocasionando agrietamiento y
estillamiento del concreto, factor que afectó la durabilidad del concreto joven, debido
a que la mezcla fue hidratada con porcentajes altos para llegar a tener una
consistencia normal manteniendo su pH bajo, proceso que se debe dar en un rango de
pH de 12 a 13, por ser un material altamente alcalino.
5.5 DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL
Se realizó la determinación de la consistencia normal a cada una de las mezclas
propuestas según la NTC-110 (ver tabla 17).
5.5.1 Objeto NTC-110
18
VALDEZ, Pedro Leobardo Valdez et al. Influencia de la carbonatación. En: Influencia de la carbonatación en morteros de cemento Pórtland y ceniza volante. México. 2010.
69
Tabla.17 Descripción NTC-110
NTC DESCRIPCIÓN
Determinación de la consistencia normal en la pasta de concreto, mediante la aguja
de Vicat NTC-110.
El ensayo consiste en agregar un volumen conocido de agua a 500 g de cemento, que
se amasan y colocan en un molde troncocónico. Enseguida, se pone la aguja de 10 mm de diámetro en contacto con la superficie superior de la pasta y se suelta. Por acción de su propio peso, el vástago penetra en la pasta y la profundidad de
penetración depende de la consistencia de la pasta. Si la penetración es de 10 mm ± 1mm, después de 30 segundos de haber
soltado la aguja, se considera que la pasta tiene consistencia normal.
FUENTE: NTC-110, 1989
5.5.2 Resultados prueba de consistencia normal
Tabla.18 Prueba de consistencia normal en la pasta
Muestra Cemento (%) Lodo (%) H2O (%)
1 50 50 40
2 40 60 64
3 30 70 77 FUENTE: Autora, 2009
La obtención de la consistencia normal de las diferentes mezclas, durante el
proceso de ensayo, manifestó diferentes dificultades, debido a que el método
depende de las condiciones del medio ambiente, de la naturaleza de la mezcla y
del cuidado que se tenga al preparar la pasta. Se observó que el tiempo juega un
papel importante ya que el cemento y el lodo reaccionaron al ponerse en contacto
con el agua, dándole a la mezcla una determinada fluidez, donde se concluyó que
la fluidez aumentaba al incrementarse el contenido del agua (ver figura 10, 11 y
12).
70
Figura 10. Consistencia normal mezcla lodo 50% - cemento 50%
Mezcla propuesta 1
E X P E R I
M E N T O
H U M E D A D
(%)
1 10
2 20
3 30
4 40
FUENTE: Autora, 2009
Al realizar el ensayo se determinó que para la mezcla uno la consistencia normal
era igual al 40%.
Figura 11. Consistencia normal mezcla lodo 60% - cemento 40%
Mezcla propuesta 2
E X P E R I
M E N T O
H U M E D A D
(%)
1 40
2 50
3 60
4 64
5 70
FUENTE: Autora, 2009
71
Al realizar el ensayo se halló que para la mezcla dos la consistencia normal era
igual al 64%.
Figura 12. Consistencia normal mezcla lodo 70% - cemento 30%
Mezcla propuesta 3
E X P E R I
M E N T O
H U M E D A D
(%)
1 50
2 60
3 70
4 77
5 80
FUENTE: Autora, 2009
Al realizar el ensayo se encontró que para la mezcla tres la consistencia normal era
igual al 77%.
Atendiendo a los datos recolectados en el ensayo de la consistencia normal de las
muestras 1,2 y 3, y a la norma NTC-110, podemos concluir que la consistencia normal
de las muestras cemento-lodo utilizado para llevar a cabo la experiencia se encuentra
entre una relación agua cemento para la mezcla 1 de 40%, para la mezcla 2 de 64% y
para la mezcla 3 de 77%, es decir, que la muestra 1 de 250gr de cemento y 250 gr de
lodo alcanzó una plasticidad ideal y una fluidez óptima cuando se mezcló con 200 ml
de agua; para la mezcla 2 de 200 gr de cemento y 300 gr de lodo alcanzó plasticidad y
fluidez cuando se mezcló con 320 ml de agua; y para la mezcla 3 de 150 gr de cemento
y 350 gr de lodo cuando se mezcló con 385 ml de agua.
72
Por lo tanto, en la determinación de la consistencia normal de cada una de las
mezclas, se observó un aumento en los requerimientos de humedad cuando
incrementa la cantidad de lodo presente en la mezcla, es así que se establece la
siguiente relación: a mayor porcentaje de lodo, mayor porcentaje de humedad.
Además, se observó que el lodo absorbe más rápido el agua que el cemento,
dificultando así la hidratación proporcional y uniforme de la mezcla.
Según el método de ensayo la definición de Consistencia Normal se considera la
cantidad de agua necesaria para que la pasta de cemento alcance una fluidez óptima y
una plasticidad ideal. Los valores típicos de la consistencia normal están entre 23% y
33%. Porcentaje expresado según el peso del cemento seco.19
Sin embargo, pese a lo expuesto en el anterior párrafo las muestras que llegaron a una
consistencia normal fueron utilizadas en la determinación de los tiempos de fraguado,
haciendo caso omiso a la observación, considerando que la muestra era fuente de
investigación y por lo tanto los requerimientos de agua para las mezclas cemento –
lodo eran diferentes a los requerimientos de agua del cemento.
5.6 DETERMINACIÓN DE TIEMPOS DE FRAGUADO
La determinación de tiempos de fraguado mediante el aparato de Vicat a cada una de
las mezclas propuestas se realizó según la NTC-118 (ver tabla 19).
5.6.1 Objeto NTC-118
19
SÁNCHEZ, Op. Cit., p. 113.
73
Tabla.19 Descripción NTC-118
NTC DESCRIPCIÓN
Determinación de tiempos de fraguado en concreto hidráulico, mediante la aguja de
Vicat NTC-118.
Ensayo el cual consiste en medir la
penetración producida por una aguja de 1 mm de diámetro y 300 g de peso, sobre
una pasta de consistencia normal a diferentes tiempos. Cuando la penetración de la aguja es de 25 mm, se considera que
se ha presentado el fraguado inicial y cuando la aguja deja una ligera huella
sobre la superficie de la pasta, sin penetrarla, se considera que se ha
presentado el fraguado final.
FUENTE: NTC-118, 1989
5.6.2 Resultados tiempos de fraguado
En la tabla 20 se encuentra el registro de los tiempos de fraguado obtenidos en el
ensayo para la mezcla propuesta lodo 50% - cemento 50%.
Tabla.20 Tiempos de fraguado mezcla 1
Lectura Hora Duración
(min) Penetración de la aguja
(mm)
1 11:01 0
2 11:18 17 38
3 11:30 29 37
4 11:45 44 37
5 12:00 59 37
6 12:15 74 37
7 12:35 94 37
8 13:15 134 37
9 14:00 179 36
10 14:30 209 36
11 15:00 239 33
12 15:15 254 33
13 16:00 299 30
14 16:30 329 20
15 17:00 359 18 FUENTE: Autora, 2009
74
Figura 13. Fraguado mezcla 1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
17 29 179 239 299 314 329 359
Pe
ne
trac
ión
(m
m)
Tiempo (min)
TIEMPO DE FRAGUADOLODO 50% - CEMENTO 50%
Medición
Fraguado
FUENTE: Autora, 2009
En la tabla 21 se encuentra el registro de los tiempos de fraguado obtenidos en el
ensayo para la mezcla propuesta lodo 60% - cemento 40%.
Tabla.21 Tiempos de fraguado mezcla 2
Lectura Hora Duración
(min) Penetración de la aguja
(mm)
1 11:30 0
2 11:45 15 39
3 12:00 30 39
4 12:15 45 38
5 12:35 65 38
6 13:15 105 37
7 14:00 150 37
8 14:30 180 35
9 15:00 210 35
10 15:15 225 36
11 16:00 270 36
12 16:30 300 36
13 17:00 330 33
14 17:30 360 29
15 18:00 390 21 FUENTE: Autora, 2009
75
Figura 14. Fraguado Mezcla 2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
15 45 105 180 270 330 360 375 390
Pe
ne
trac
ión
(m
m)
Tiempo (min)
TIEMPO DE FRAGUADOLODO 60% - CEMENTO 40%
Medición
Fraguado
FUENTE: Autora, 2009
En la tabla 22 se encuentra el registro de los tiempos de fraguado obtenidos en el
ensayo para la mezcla propuesta lodo 70% - cemento 30%.
Tabla.22 Tiempos de fraguado mezcla 3
Lectura Hora Duración
(min) Penetración de la aguja
(mm)
1 12:15 0
2 12:35 20 45
3 13:15 60 45
4 14:00 105 41
5 14:30 135 39
6 15:00 165 39
7 15:15 180 35
8 16:00 225 30
9 16:30 255 30
10 17:00 285 30
11 17:30 315 29
12 18:00 345 29
13 18:20 365 28
14 18:40 385 27
15 19:05 410 22 FUENTE: Autora, 2009
76
Figura 15. Fraguado Mezcla 3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
20 105 135 180 255 315 365 385 395 410
Pe
ne
trac
ión
(m
m)
Tiempo (min)
TIEMPO DE FRAGUADOLODO 70% - CEMENTO 30%
Medición
Fraguado
FUENTE: Autora, 2009
Se determinaron tiempos de fraguado para cada una de las mezclas propuestas y en
las figuras 13, 14 y 15 se observa la determinación gráfica del tiempo de fraguado
inicial de cada una de las mezclas, proceso que tomó más tiempo de lo estipulado,
estableciendo como referencia el tiempo de fraguado de la pasta para cementos
comunes que alcanzan valores entre 45 a 60 minutos.
Sin embargo, fue necesario extender las mediciones por más de 24 horas donde se
determinó que las tres muestras superaron las 10 horas de referencia establecidas
para el fraguado final de una pasta de cemento normal.
Por lo tanto se considera que las muestras presentaron falso fraguado, proceso que se
conoce como el endurecimiento prematuro y anormal del cemento; se estableció que
el principal factor que incidió fue el proceso de hidratación del lodo, debido a que la
hidratación del cemento es selectiva, en el proceso los dos primeros compuestos en
reaccionar son los silicatos y aluminatos de calcio, además de la presencia de yeso
quien retrasa la formación de hidrato de aluminio de calcio, quien fragua primero;
componentes que necesitan estar bien hidratados para la organización de las
moléculas y así proporcionar resistencia a la pasta.
Lo anterior permite deducir que la hidratación de las muestras se aceleró al inicio
presentando la pasta una rigidez prematura y anormal en comparación con una
77
mezcla normal de cemento, situación que no permitió una hidratación completa ni
uniforme de la pasta durante todo el proceso de secado y no logró la dureza esperada.
5.7 PREPARACIÓN Y ENSAYOS DE LAS DIFERENTES MEZCLAS
Se fabricaron 3 probetas de mezclas, con las que se variaron las cantidades de lodo y
cemento; para éste estudio se especificaron en términos de proporción mezcla-agua
método que consiste en la fabricación de la pasta con las proporciones necesarias
para obtener una operatividad parecida a los de un concreto normal, a continuación
en la tabla 23 se presenta los porcentajes trabajados en la fabricación de los cubos.
BASE DE CÁLCULO = 6 Libras.
Tabla.23 Porcentajes de mezcla
Muestra Cemento (%) Lodo (%) H2O (%) Cantidad de Cubos
1 50 50 93,31 20
2 40 60 113,33 20
3 30 70 123,33 20 FUENTE: Autora, 2009
Teniendo en cuenta la importancia del agua en el resultado final debido a la influencia
sobre la resistencia mecánica, se trató de llevar la mezcla a un estado plástico similar
al del concreto.
Sin embargo, al comparar los porcentajes de agua de la prueba de consistencia
normal de las mezclas (ver tabla 18) resultados de la prueba de consistencia, con los
porcentajes requeridos en la elaboración de los cubos (ver tabla 23), se encuentra una
notable variación en los porcentajes de aportes de agua que se hicieron a las
diferentes mezclas, debido a que se experimentó mayor dificultad en la fabricación de
los cubos repitiéndose el fenómeno de que el lodo absorbía más rápido el agua que el
cemento, por lo tanto para llegar a la fluidez y plasticidad necesaria se adicionó más
agua.
78
En cuanto al secado de los cubos, este se realizó durante los 28 días siguientes a la
elaboración, donde se observó un secado normal, para luego ser sometidos a pruebas
de resistencia.
Las muestras presentaron resistencia al esfuerzo negativo debido a que con solo la
fuerza mecánica proporcionada por la mano los cubos se desmoronaron y
fraccionaron considerablemente, por lo tanto se tomó la decisión de someterlos a
cocción durante 24 horas.
En este ensayo los adoquines sometidos a calor se estallaron, por lo cual no se logró la
medición de resistencia y por lo tanto se estableció como no factible la propuesta.
5.8 DETERMINACIÓN DE TRAZAS DE CONTAMINANTES DE INTERÉS SANITARIO
Para la determinación de las concentraciones de los metales Cinc y Cromo se tomó
una muestra del lodo que se utilizó para la elaboración de los adoquines. La muestra
fue analizada por Laboratorios ANALQUIM LTDA (VER ANEXO VI), quien reportó los
siguientes resultados (Ver tabla 24):
Tabla.24 Resultados de laboratorio ANALQUIM LTDA
ENSAYO RESULTADO
Cinc mg/Kg 220000
Cromo mg/Kg 55000
FUENTE: Informe de resultados ANALQUIM LTDA, 2009
Se consideró que la composición del lodo no favoreció la calidad de los adoquines
fabricados debido a que:
El lodo al ser hidratado forma sales de Cinc, reacción que provocó reducción de la
resistencia y variación del tiempo de fraguado de la mezcla propuesta; las sales de esta
naturaleza son activas y retardantes de los procesos químicos del concreto.
79
Se observó que las concentraciones de Cromo y Cinc no presentan afinidad en la
formación de un concreto duro, causando una resistencia nula y desmoronamiento de
las piezas cuando fueron vaciadas del molde al momento de fraguar.
5.9 PRUEBA DE LIXIVIACIÓN
Las piezas fracturadas resultantes de la cocción se utilizaron para la determinación de
la prueba de lixiviación para los metales pesados Cinc y Cromo, en la tabla 25 se
muestra los valores de concentración de los metales Cinc y Cromo en el lixiviado,
análisis realizados por el Laboratorio ANALQUIM LTDA (VER ANEXO VII).
Tabla.25 Resultados prueba de lixiviación
Muestra Cinc mg/L Zn Cromo mg/L Cr
1 357 0,1
2 361 0,06
3 2,04 0,1 FUENTE: Informe de resultados. ANALQUIM LTDA, 2010
Determinación de no-peligrosidad: La determinación de no peligrosidad de las
muestras de lixiviación se establecieron por medio de la medición de las
concentraciones de los metales Cinc y Cromo. De acuerdo con la normatividad se
compararon los resultados de lixiviación (ver tabla 25) con los límites permisibles que
establece la norma (ver tabla 26), por lo tanto el metal que representa mayor riesgo
es el Cinc, por presentar concentraciones elevadas, mientras que el Cromo presentó
bajas concentraciones.
Tabla.26 Límites máximos permisibles para constituyentes tóxicos en el lixiviado
Metal pesado Límite mg/L Norma de Referencia
CINC 2 Resolución 3957 de 2009
CROMO 1 Resolución 3957 de 2009 FUENTE: Resolución 3957 de 2009
80
Hay que tener en cuenta que la movilidad del Cinc se vio beneficiada por el pH bajo,
facilitando su solubilidad.
Con respecto al Cromo las concentraciones descendieron, lo que indica su poca
solubilidad en el agua, esto se debe a que formó precipitados y fue adsorbida por la
fracción sólida de la muestra. Teniendo en cuenta que la movilidad del cromo es muy
limitada y depende del contenido de arcillas o texturas parecidas en la matriz sólida
que se encuentre.
Las pruebas de lixiviación realizadas demostraron que los límites de concentración del
Cromo presentaron características de no peligrosidad por retención de éste en la fase
sólida. Sin embargo, el residuo necesita un manejo especial al ser utilizado en otra
opción de reutilización, ya que pueden ser transportadas cantidades significativas de
otros metales pesados cuando se trabajan con superficies permeables.
5.10 ANÁLISIS DE COSTOS
El siguiente análisis de costos se realizó como ejercicio académico, puesto que no se
obtuvieron adoquines en las condiciones esperadas.
Para la implementación de la alternativa propuesta, fue necesario tener en cuenta los
siguientes aspectos:
Se tomó como base de cálculo la fabricación de 3000 unidades/día de adoquines para el inicio de la actividad.
El alcance del proyecto es la elaboración de adoquines concreto-lodo para vender.
La propuesta está proyectada para un periodo de prueba de 1 año, sin tener en cuenta la posible vida útil del producto.
Tasa de interés efectivo anual establecida por el Banco de la Republica 25.37%, corresponde al porcentaje más alto para el año 2010.
81
Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado la inversión a la que se vería
avocada la empresa sería la que se indica a continuación.
5.10.1 Análisis financiero de la alternativa A.
La alternativa A comprende los costos para adoquines elaborados con cemento.
5.10.1.1 Inversión inicial. En la tabla 27 se presenta los costos de inversión inicial.
Tabla.27 Costos de inversión inicial
Concepto Costo ($)
Compra del terreno 30.000.000
Adecuación del área 2.000.000
Invernadero (plástico, guaduas) 600.000
Sistema de hidratación 800.000
Mezcladora 2.800.000
Formaletas 1.000.000
Cortadora 2.800.000
Vibrador 2.800.000
Motores 1.600.000
Total inversión 44.400.000 FUENTE: Autora, 2010
En la figura 16 se muestra la anualidad para la alternativa A.
82
Figura 16. Diagrama de flujo efectivo Alternativa A
i = 25.37% anual
P = $44.400.000
Meses
A = ? $/mes
FUENTE: Autora, 2010
Determinación de la mensualidad: i = 25.37% anual / 12 meses = 2.112%
A = P (P/A, i , n)
A = $44.400.000 (A/P, 2.112% mensual, 6meses)
A= $44.400.000 (0.1792)
A= $7.956.480/mes
5.10.1.2 Costos adicionales. Los criterios que se tuvieron en cuenta para la
ejecución de la alternativa fueron (ver tabla 28):
Tabla.28 Parámetros a tener en cuenta
Cantidad de adoquines generados 60.000 unid./mes
Precio de venta adoquines $450
Nº de adoquines por año 720.000 unid.
Mano de obra 2 personas día
Salario $ persona / mes $515.000/mes.
Costo fijo m3 de acueducto $17.431,08/m3
Consumo m3 de acueducto $3.142,68/m3
Costo fijo m3 de alcantarillado $8.950,48/m3
Consumo m3 de alcantarillado $2.094,63/m3
Cemento $20.000 bulto contiene 50 kg.
Cemento para el mes 1.200 bultos FUENTE: Autora, 2010
4 3 2 1 6 5
83
5.10.1.3 Costos de operación y mantenimiento. A continuación en la tabla 29 se
mencionan los gastos a los que debe someterse la empresa durante la etapa de
operación y mantenimiento anualmente.
Tabla.29 Costos adicionales de operación y mantenimiento
Concepto Costo ($/mes)
1 2 3 4 …….. 12
Consumo de Agua y
alcantarillado*
235.873,96 235.873,96 235.873,96 235.873,96 P(m3/mes) =
Q*$/m3
P(m3/mes) =
Q*415$/m3
Cemento 24.000.000 24.000.000 24.000.000 24.000.000 24.000.000 24.000.000
Salarios 1.030.000 1.030.000 1.030.000 1.030.000 1.030.000 1.030.000
Asistencia Técnica
100.000 100.000 100.000 100.000 100.000 100.000
Tarifa de aseo 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630
Total **25.616.503,96
**25.616.503,96
**25.616.503,96
**25.616.503,96
**25.616.503,96
**25.616.503,96
FUENTE: Autora, 2010
* Calculado según tarifas de acueducto y alcantarillado cuando el consumo es mayor a
40m3. (Costo variable)
** Se calculó con el valor máximo que puede alcanzar el servicio de acueducto y
alcantarillado.
5.10.1.4 Ingresos por año. En la tabla 30 se indican los beneficios económicos a los
que la empresa se ve implicada por la comercialización y reducción de sanciones y
tarifas de aseo respectivamente.
84
Tabla.30 Ingresos
Concepto Meses
1 2 3 4 …….. 12
Venta de adoquines
27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000
Disminución tarifa de
aseo
180.850 180.850 180.850 180.850 180.850 180.850
Total 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 FUENTE: Autora, 2010
Los ingresos totales por año serían de: 326.170.200 $/año.
5.10.1.5 Determinación Punto de Equilibrio. Para este caso sólo se tomaron los
ingresos producto de la venta de adoquines.
Ingresos = Egresos
Costos totales del proyecto = C. de mantenimiento y operación + C. de inversión
Costos totales del proyecto = 307.398.047,5$/año+44.400.000$/año = 351.798.047,5
$/año.
Q= producción de adoquines en unidades. /año
Q x 450$/unid = 351.798.047,5 $/año
Q = (351.798.047,5)$/año /450 = 781.774 unidades de adoquines/año
Como se puede observar en la figura 17 se encuentra la gráfica de punto de equilibrio
con respecto a la producción de adoquines anual. Es evidente que el sistema implica
ingresos en aumento anualmente.
85
Figura 17. Gráfica punto de equilibrio Alternativa A
FUENTE: Autora, 2010
5.10.2 Análisis financiero de la alternativa B
La alternativa B comprende los costos para adoquines elaborados con cemento 50%-
lodo 50%.
5.10.2.1 Inversión inicial. En la tabla 31 se presenta los costos de inversión inicial.
86
Tabla.31 Costos de inversión inicial
Concepto Costo ($)
Compra del terreno 30.000.000
Adecuación del área 2.000.000
Invernadero (plástico, guaduas) 600.000
Sistema de hidratación 800.000
Mezcladora 2.800.000
Formaletas 1.000.000
Cortadora 2.800.000
Vibrador 2.800.000
Motores 1.600.000
Molino 2.800.000
Lechos de secado 1.000.000
Recolectores 500.000
Contenedores 1.600.000
Total inversión 50.300.000 FUENTE: Autora, 2010
En la figura 18 se muestra la anualidad para la alternativa B.
Figura 18. Diagrama de flujo efectivo Alternativa B
i = 25.37% anual
P = $50.300.000
meses
A = ? $/mes
FUENTE: Autora, 2010
1 2 3 4 5 6
87
Determinación de la mensualidad: i = 25.37% anual / 12 meses = 2.112%
A = P (P/A, i , n)
A = $50.300.000 (A/P, 2.112% mensual, 6meses)
A= $50.300.000 (0.1792)
A= $9.013.760/mes
5.10.2.2 Costos adicionales. Los criterios a tener en cuenta para la ejecución de la
alternativa se mencionan a continuación en la tabla 32.
Tabla.32 Parámetros a tener en cuenta
Cantidad de adoquines generados 60.000 unid./mes
Precio de venta adoquines $450
Nº de adoquines por año 720.000 unid.
Mano de obra 2 personas día
Salario $ persona / mes $515.000/mes.
Costo fijo m3 de acueducto $17.431,08/m3
Consumo m3 de acueducto $3.142,68/m3
Costo fijo m3 de alcantarillado $8.950,48/m3
Consumo m3 de alcantarillado $2.094,63/m3
Cemento $20.000 bulto contiene 50 kg.
Cemento para el mes 600 bultos FUENTE: Autora, 2010
5.10.2.3 Costos de operación y mantenimiento. A continuación en la tabla 32 se
mencionan los gastos a los que debe someterse la empresa durante la etapa de
operación y mantenimiento anualmente.
88
Tabla.33 Costos adicionales de operación y mantenimiento
Concepto Costo ($/mes)
1 2 3 4 …….. 12
Consumo de Agua y
alcantarillado*
235.873,96
235.873,96
235.873,96
235.873,96
P(m3/mes) =
Q*$/m3
P(m3/mes) =
Q*415$/m3
Cemento 12.000.000
12.000.000
12.000.000
12.000.000
12.000.000 12.000.000
Salarios 1.030.000
1.030.000
1.030.000
1.030.000
1.030.000 1.030.000
Asistencia Técnica
100.000 100.000 100.000 100.000 100.000 100.000
Tarifa de aseo 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630
Transporte 500.000 500.000 500.000 500.000 500.000 500.000
Total **14.116.503,96
**14.116.503, 96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
FUENTE: Autora, 2010
* Calculado según tarifas de acueducto y alcantarillado cuando el consumo es mayor a
40m3. (Costo variable)
** Se calculó con el valor máximo que puede alcanzar el servicio de acueducto y
alcantarillado.
5.10.2.4 Ingresos por año. En la tabla 35 se indican los beneficios económicos a los
que la empresa se ve implicada por la comercialización y reducción de sanciones y
tarifas de aseo respectivamente.
Tabla.34 Ingresos
Concepto Meses
1 2 3 4 …….. 12
Venta de adoquines
27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000
Disminución tarifa de
aseo
180.850 180.850 180.850 180.850 180.850 180.850
Total 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850
FUENTE: Autora, 2010
89
Los ingresos totales por año serían de: 326.170.200 $/año.
5.10.2.5 Determinación de la utilidad por año. A partir de los anteriores datos se
obtiene la utilidad por año.
Utilidad = 326.170.200$/ año – (169.398.047,5+ 9.013.760)$/año
Utilidad = 147.758.392 $/año
5.10.2.6 Determinación Punto de Equilibrio. Para este caso sólo se tomaron los
ingresos producto de la venta de adoquines, de la siguiente forma:
Ingresos = Egresos
Costos totales del proyecto: C. de mantenimiento y operación + C. de inversión
Costos totales del proyecto: 169.398.047,5+50.300.000$/año= 219.698.047,5 $/año.
Q= producción de adoquines en unidades. /año
Q x 450$/unid = 219.698047,5 $/año
Q = (219.698047,5)$/año /450 = 488.217 unidades de adoquines/año
Como se puede observar en la figura 19 se encuentra la gráfica de punto de equilibrio
con respecto a la producción de adoquines anual. Es evidente que el sistema presenta
ingresos en aumento anualmente.
90
Figura 19. Gráfica punto de equilibrio Alternativa B
FUENTE: Autora, 2010
5.10.3 Análisis financiero de la alternativa C
La alternativa C comprende los costos para adoquines elaborados con cemento 40%-
lodo 60%.
5.10.3.1 Inversión inicial. En la tabla 35 se presenta los costos de inversión inicial.
91
Tabla.35 Costos de inversión inicial
Concepto Costo ($)
Compra del terreno 30.000.000
Adecuación del área 2.000.000
Invernadero (plástico, guaduas) 600.000
Sistema de hidratación 800.000
Mezcladora 2.800.000
Formaletas 1.000.000
Cortadora 2.800.000
Vibrador 2.800.000
Motores 1.600.000
Molino 2.800.000
Lechos de secado 1.000.000
Recolectores 500.000
Contenedores 1.600.000
Total inversión 50.300.000 FUENTE: Autora, 2010
En la figura 20 se muestra la anualidad para la alternativa C.
Figura 20. Diagrama de flujo efectivo Alternativa C
i = 25.37% anual
P = $50.300.000
Meses
A = ? $/mes
FUENTE: Autora, 2010
1 2 3 4 5 6
92
Determinación de la mensualidad: i = 25.37% anual / 12 meses = 2.112%
A = P (P/A, i , n)
A = $50.300.000 (A/P, 2.112% mensual, 6meses)
A= $50.300.000 (0.1792)
A= $9.013.760/mes
5.10.3.2 Costos adicionales. Los criterios tenidos en cuenta para la ejecución de la
alternativa fueron (ver tabla 36).
Tabla.36 Parámetros a tener en cuenta
Cantidad de adoquines generados 60.000 unid./mes
Precio de venta adoquines $450
Nº de adoquines por año 720.000 unid.
Mano de obra 2 personas día
Salario $ persona / mes $515.000/mes.
Costo fijo m3 de acueducto $17.431,08/m3
Consumo m3 de acueducto $3.142,68/m3
Costo fijo m3 de alcantarillado $8.950,48/m3
Consumo m3 de alcantarillado $2.094,63/m3
Cemento $20.000 bulto contiene 50 kg.
Cemento para el mes 480 bultos FUENTE: Autora, 2010
5.10.3.3 Costos de operación y mantenimiento. A continuación en la tabla 37 se
mencionan los gastos a los que debe someterse la empresa durante la etapa de
operación y mantenimiento anualmente.
93
Tabla.37 Costos adicionales de operación y mantenimiento
Concepto Costo ($/mes)
1 2 3 4 …….. 12
Consumo de Agua y
alcantarillado*
235.873,96
235.873,96
235.873,96
235.873,96
P(m3/mes) =
Q*$/m3
P(m3/mes) =
Q*415$/m3
Cemento 9.600.000
9.600.000
9.600.000
9.600.000
9.600.000 9.600.000
Salarios 1.030.000
1.030.000
1.030.000
1.030.000
1.030.000 1.030.000
Asistencia Técnica
100.000 100.000 100.000 100.000 100.000 100.000
Tarifa de aseo 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630
Transporte 500.000 500.000 500.000 500.000 500.000 500.000
Total **14.116.503,96
**14.116.503, 96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
FUENTE: Autora, 2010
* Calculado según tarifas de acueducto y alcantarillado cuando el consumo es mayor a
40m3. (Costo variable)
** Se calculó con el valor máximo que puede alcanzar el servicio de acueducto y
alcantarillado.
5.10.3.4 Ingresos por año. En la tabla 38 se indican los beneficios económicos a los
que la empresa se ve implicada por la comercialización y reducción de sanciones y
tarifas de aseo respectivamente.
Tabla.38 Ingresos
Concepto Meses 1 2 3 4 …….. 12
Venta de adoquines
27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000
Disminución tarifa de aseo
180.850 180.850 180.850 180.850 180.850 180.850
Total 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850
FUENTE: Autora, 2010
Los ingresos totales por año serían de: 326.170.200 $/año.
94
5.10.3.5 Determinación de la utilidad por año. A partir de los anteriores datos se
calculo la utilidad por año.
Utilidad = 326.170.200$/ año – (140.598.047,5+ 9.013.760)$/año
Utilidad = 176.558.392,5 $/año
5.10.3.6 Determinación Punto de Equilibrio. Para este caso sólo se tomaron los
ingresos producto de la venta de adoquines, entonces para el cálculo se procede a:
Ingresos = Egresos
Costos totales del proyecto: C. de mantenimiento y operación + C. de inversión
Costos totales del proyecto: 140.598.047,5+50.300.000$/año= 190.898.047,5 $/año.
Q= producción de adoquines en unidades. /año
Q x 450$/unid = 190.898047,5 $/año
Q = (190.698.047,5)$/año /450 = 423.774 unidades de adoquines/año
En la figura 21 se encuentra la gráfica de punto de equilibrio con respecto a la
producción de adoquines anual. Es evidente que el sistema presenta ingresos en
aumento anualmente.
Figura 21. Gráfica punto de equilibrio Alternativa C
FUENTE: Autora, 2010
95
5.10.4 Análisis financiero de la alternativa D
La alternativa D comprende los costos para adoquines elaborados con cemento 30%-
lodo 70%.
5.10.4.1 Inversión inicial. En la tabla 39 se presenta los costos de inversión inicial.
Tabla.39 Costos de inversión inicial
Concepto Costo ($)
Compra del terreno 30.000.000
Adecuación del área 2.000.000
Invernadero (plástico, guaduas) 600.000
Sistema de hidratación 800.000
Mezcladora 2.800.000
Formaletas 1.000.000
Cortadora 2.800.000
Vibrador 2.800.000
Motores 1.600.000
Molino 2.800.000
Lechos de secado 1.000.000
Recolectores 500.000
Contenedores 1.600.000
Total inversión 50.300.000 FUENTE: Autora, 2010
En la figura 22 se muestra la anualidad para la alternativa D.
96
Figura 22. Diagrama de flujo efectivo Alternativa D
i = 25.37% anual
P = $50.300.000
Meses
A = ? $/mes
FUENTE: Autora, 2010
Determinación de la mensualidad: i = 25.37% anual / 12 meses = 2.112%
A = P (P/A, i , n)
A = $50.300.000 (A/P, 2.112% mensual, 6meses)
A= $50.300.000 (0.1792)
A= $9.013.760/mes
5.10.4.2 Costos adicionales. Los criterios a tener en cuenta para la ejecución de la
alternativa serán los que se mencionan en la tabla 40.
Tabla.40 Parámetros a tener en cuenta
Cantidad de adoquines generados 60.000 unid./mes
Precio de venta adoquines $450
Nº de adoquines por año 720.000 unid.
Mano de obra 2 personas día
Salario $ persona / mes $515.000/mes.
Costo fijo m3 de acueducto $17.431,08/m3
Consumo m3 de acueducto $3.142,68/m3
Costo fijo m3 de alcantarillado $8.950,48/m3
Consumo m3 de alcantarillado $2.094,63/m3
Cemento $20.000 bulto contiene 50 kg.
Cemento para el mes 360 bultos FUENTE: Autora, 2010
1 2 3 4 5 6
97
5.10.4.3 Costos de operación y mantenimiento. A continuación en la tabla 41 se
mencionan los gastos a los que debe someterse la empresa durante la etapa de
operación y mantenimiento anualmente.
Tabla.41 Costos adicionales de operación y mantenimiento
Concepto Costo ($/mes)
1 2 3 4 …….. 12
Consumo de Agua y
alcantarillado*
235.873,96
235.873,96
235.873,96
235.873,96
P(m3/mes) =
Q*$/m3
P(m3/mes) =
Q*415$/m3
Cemento 7.200.000
7.200.000
7.200.000
7.200.000
7.200.000 7.200.000
Salarios 1.030.000
1.030.000
1.030.000
1.030.000
1.030.000 1.030.000
Asistencia Técnica
100.000 100.000 100.000 100.000 100.000 100.000
Tarifa de aseo 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630 250.630
Transporte 500.000 500.000 500.000 500.000 500.000 500.000
Total **14.116.503,96
**14.116.503, 96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
**14.116.503,96
FUENTE: Autora, 2010
* Calculado según tarifas de acueducto y alcantarillado cuando el consumo es mayor a
40m3. (Costo variable)
** Se calculó con el valor máximo que puede alcanzar el servicio de acueducto y
alcantarillado.
5.10.4.4 Ingresos por año. En la tabla 42 se indican los beneficios económicos a los
que la empresa se ve implicada por la comercialización y reducción de sanciones y
tarifas de aseo respectivamente.
98
Tabla.42 Ingresos
Concepto Meses 1 2 3 4 …….. 12
Venta de adoquines
27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000 27.000.000
Disminución tarifa de aseo
180.850 180.850 180.850 180.850 180.850 180.850
Total 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850 27.180.850
FUENTE: Autora, 2010
Los ingresos totales por año serían de: 326.170.200 $/año.
5.10.4.5 Determinación de la utilidad por año. A partir de los anteriores datos se
obtiene la utilidad por año.
Utilidad = 326.170.200$/ año – (111.798.043,2+ 9.013.760)$/año
Utilidad = 205.358.396,8 $/año
5.10.4.6 Determinación Punto de Equilibrio. Para este caso sólo se tomaron los
ingresos producto de la venta de adoquines, entonces para el cálculo se procede a:
Ingresos = Egresos
Costos totales del proyecto: C. de mantenimiento y operación + C. de inversión
Costos totales del proyecto: 111.798.043,2+50.300.000$/año= 162.098.043,2 $/año.
Q= producción de adoquines en unidades/año
Q x 450$/unid = 162.098.043,2 $/año
Q = 162.098.043,2 año /450 = 360.217 unidades de adoquines/año
Como se puede ver en la figura 23 se encuentra la gráfica de punto de equilibrio con
respecto a la producción de adoquines anual. Es evidente que el sistema presenta
ingresos en aumento anualmente.
99
Figura 23. Gráfica punto de equilibrio Alternativa D
FUENTE: Autora, 2010
5.10.5 Flujo efectivo
En la tabla 43 se encuentra el flujo efectivo de cada una de las alternativas propuestas.
Además, en el ANEXO VIII se encuentra la proyección de diez años de flujo de caja para las
mezclas cemento-lodo.
100
Tabla.43 Flujo Efectivo
VARIABLES A B C D
O 2,010 O 2,010 O 2,010 O 2,010
INGRESOS
326,170,200.00
326,170,200.00
326,170,200.00
326,170,200.00
COSTOS VARIABLES
293,838,047.52
155,838,047.52
140,598,036
111,798,036
COSTO FAB. FIJOS
12,360,000.00
12,360,000.00
12,360,000.00
12,360,000.00
GASTOS ADMON Y VENTA
1,200,000.00
1,200,000.00
1,200,000.00
1,200,000.00
DEPRECIACIÓN
1,830,000.00
1,830,000.00
1,830,000.00
1,830,000.00
AMORTIZACIÓN INTANGIBLE
7,956,480.00
9,013,760.00
9,013,760.00
9,013,760.00
UTILIDAD ANTES DE IMPUESTO
8,985,672.48
145,928,392.48
161,168,404.00
189,968,404.00
IMPUESTO 33%
2,965,271.92
48,156,369.52
53,185,573.32
62,689,573.32
UTILIDAD NETA
6,020,400.56
97,772,022.96
107,982,830.68
127,278,830.68
DEPRECIACIÓN
1,830,000.00
1,830,000.00
1,830,000.00
1,830,000.00
AMORTIZACIÓN INTANGIBLE
7,956,480.00
9,013,760.00
9,013,760.00
9,013,760.00
INVERSIÓN INICIAL 44,400,000.00
50,300,000.00
50,300,000.00
50,300,000.00
FLUJO DE CAJA
15,806,880.56
108,615,782.96
118,826,590.68
138,122,590.68
FUENTE: Autora, 2010
101
Análisis Financiero: Después de analizar las cuatro alternativas, se puede decir de manera
clara que la alternativa D es la más viable, puesto que tiene menos costos debido a la
utilización en menor proporción del concreto (30%) y de una mayor utilización de lodo
(70%) que es más económico. Es importante mencionar que con la alternativa ‘D’ se
proyecta una utilidad neta de $127.278.830,68 es decir un 15,16% más que la alternativa
C, 23,18% más que la B y un 95,17% más que la alternativa que solo utiliza cemento.
102
CONCLUSIONES
Dadas las características físico-químicas del lodo permite establecer la complejidad
de su composición, ya que estos contienen altas concentraciones de metales
pesados que dificultan su aglutinamiento, debido a la formación de sales que a su
vez variaron el tiempo del fraguado y retardaron el proceso químico que no
permitió organizar la estructura molecular para dar estabilidad al material sólido.
De acuerdo con la NORMA ICONTEC 110 la consistencia normal de la mezcla
cemento-lodo se ve afectada por la naturaleza del lodo, debido a que éste absorbe
más rápido el agua y su cantidad debe ser aumentada a medida que aumenta la
presencia de lodo en la mezcla, de esta forma se observó que el cemento no
alcanza a hidratarse lo suficiente, dificultando así la estructura ordenada entre sus
moléculas y afectando su calidad.
De acuerdo con la NORMA ICONTEC 118 los adoquines obtenidos en las diferentes
mezclas con lodo no son aptos como material de construcción, ya que presenta un
falso fraguado y resistencia nula.
Las propiedades mecánicas del cemento mezclado con el lodo presentan una baja
calidad de las piezas obtenidas; como se pudo ver, a medida que aumentaba el
porcentaje de presencia de lodo la resistencia disminuía.
La humedad, el tiempo de cocción, la presencia de materia orgánica y metales
pesados son determinantes en las propiedades mecánicas de las piezas elaboradas
con cemento, debido a que este se ve directamente influenciado con la resistencia
del material obtenido.
Las proporciones altas de lodo hacen perder resistencia a la mezcla.
103
Aunque el lodo es considerado una buena alternativa para la fabricación de piezas
de construcción se debe tener buen control sobre éste, porque pierde fácilmente
sus propiedades con respecto a la humedad y el tiempo, debido a su naturaleza.
El producto y el proceso de producción no son compatibles desde la perspectiva
ambiental, debido a que las trazas contaminantes no quedan encapsuladas, sino
que además el material permite su movilidad, presentando un inevitable grado de
lixiviación.
No se consideró necesario realizar pruebas de resistencia como lo estipulan las
Normas Técnicas para el sector de la construcción, ya que los cubos se
desmoronaban con solo su manipulación manual.
Con respecto a la evaluación de costos la producción de adoquines de cemento-
lodo se puede establecer una supuesta viabilidad ya que la disminución en los
costos permitiría una economía en el costo del producto final, pero no en la
determinación de la calidad del producto.
La demanda de agua aumenta en proporción a la presencia de lodo en la mezcla.
La implementación de la metrología propuesta permitió hacer seguimiento al
proyecto planteado.
Como aporte a la Ingeniería Ambiental se pudo establecer que las trazas
contaminantes de los metales Cinc y Cromo no se encapsularon en la mezcla, ya
que se buscaba comprobar que los contaminantes no se siguieran movilizando y
contaminando.
104
RECOMENDACIONES
Experimentar la producción de adoquines con lodos de galvanotecnia, con la
mezcla de arena u otro material que puede contribuir a la cohesión entre las
partículas, además de las diferentes porciones de lodo presentes en la mezcla.
Teniendo en cuenta que el lodo presenta una alta concentración de metales
pesados, vale la pena desarrollar un proceso de recuperación de metales o un
proceso de fitorremediación para disminuir la presencia de las trazas
contaminantes.
Para próximas investigaciones se deben tener en cuenta la presencia de otros
metales pesados, además del Cinc y el Cromo, teniendo en cuenta que esto
depende del proceso de recubrimiento efectuado.
En el proceso de molienda del lodo se debe tener en cuenta el control del material
particulado ya que éste se moviliza fácilmente.
Se debe establecer control de lixiviados para evitar la movilidad de trazas
contaminantes.
Establecer la concentración adecuada y la presencia de metales que no afecten la
resistencia del producto.
105
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proceso Galvánico. Manual de buenas prácticas [online]. Colombia 2008. Available from
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106
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Diagnóstico de dos industrias en el sector de galvanostegia en el proceso de anodizado y
Cincado a través de eco-indicadores para plantear alternativas de reducción en el
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107
ANEXOS
108
109
ANEXO I.
FICHA TÉCNICA GEOTEXTIL
110
111
112
ANEXO II.
PERMISO PARA RETIRAR LOS LODOS
113
ANEXO III.
PROTOCOLOS DE ANÁLISIS DE LODOS
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
CONTENIDO DE HUMEDAD Secado a 105ºC±5ºC (lodos)
1. PRINCIPIO Y ALCANCE
1.1 La muestra de lodo tal como se recibió, la muestra de lodo secado a 40ºC±2ºC se secan a una temperatura de 105ºC±5°C hasta masa constante. La fracción remanente corresponde al contenido de sólidos totales y la fracción evaporada, al contenido de agua.
Nota 1 Se asume que la pérdida de masa del lodo a 105ºC ±5°C es agua; sin embargo, en algunos materiales, una parte del contenido orgánico se descompone a esa temperatura y en otros, algunos minerales, como el yeso, pierden agua de cristalización.
1.2 Los valores del contenido de agua de las muestras secadas a 40ºC±2ºC se usan para corregir los resultados de los análisis que dependen de la masa, a una base común de lodo a 105ºC±5ºC. 1.3 Este método es aplicable a lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas.
2. EQUIPOS Y MATERIALES
2.1 Estufa para secado, de preferencia con ventilación forzada de aire, capaz de
mantener una temperatura de 105ºC ±5°C.
2.2 Recipientes de metal o vidrio con tapa hermética, capacidad de 25 a 100 ml.
2.3 Desecador con un agente secante activo.
114
2.4 Balanza de precisión con una exactitud de 0,01 g.
3. PROCEDIMIENTO
3.1 Pesar en un recipiente con tapa (2.2), seco y pre-pesado:
3.1.1 25 g a 50 g (exactitud 0,01 g) de lodo tal como se recibió homogenizado, o 3.1.2 10 g a 20 g (exactitud 0,01 g) de lodo seco a 40ºC±2ºC y <2 mm
3.2 Colocar en la estufa (2.1) y secar destapado a 105ºC±5°C hasta masa constante.
Nota 2 Se entiende por masa constante a la masa alcanzada cuando, durante el proceso de secado, la diferencia entre dos pesadas sucesivas de la muestra fría, con un intervalo de 4 horas entre ellas, no excede del 0,1 % de la última masa determinada.
3.3 Retirar de la estufa, tapar y enfriar en desecador (2.3).
3.4 Sacar del desecador y pesar inmediatamente con una exactitud de 0,01 g.
Nota 3 Terminado el análisis, la muestra residual de lodo tal como se recibió puede usarse para determinar el contenido de sólidos volátiles y/o de materia orgánica.
4. CÁLCULOS 4.1 Calcular el contenido de agua del lodo, expresado en porcentaje en base a la
muestra tal como se recibió, según:
a= Peso del lodo húmedo + cápsula (g)
b= Peso del lodo seco a 105°C±5°C + cápsula (g)
c= Peso de la cápsula (g)
115
5. BIBLIOGRAFÍA
COMISIÓN DE NORMALIZACIÓN Y ACREDITACIÓN (CNA) DE LA SOCIEDAD CHILENA DE LA CIENCIA DEL SUELO. Método de análisis de lodos y suelos. Servicio Agrícola y Ganadero [online]. Chile 2007. Available from Internet: < www.sag.gob.cl/pls/portal/docs/PAGE/PG_SAG_BIBLIOTECA/BIBL_MEDAMB/.../METODOS_LODOS_SUELOS.PDF ->.
116
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
DETERMINACIÓN DE HUMEDAD
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
CONDICIÓN DE LA MUESTRA: ALTERADA □ INALTERADA □
MÉTODO SECADO AL HORNO
MUESTRA N° a b c CONT. HUMEDAD (%)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HUMEDAD PROMEDIO (%)=
OBSERVACIONES:
117
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ANÁLISIS ESTADÍSTICO
DETERMINACIÓN DE HUMEDAD
media aritmética:
La varianza:
118
desviación estándar:
119
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
SÓLIDOS VOLÁTILES Calcinación a 550±C (lodos)
1. PRINCIPIO Y ALCANCE
1.1 El residuo de la determinación del contenido de agua en la muestra de lodo tal
como se recibió se calcina a 550±C hasta masa constante. Los sólidos remanentes corresponden a los sólidos fijos, mientras que la pérdida de masa a los sólidos volátiles.
1.2 Este método es aplicable a los lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas.
2. INTERFERENCIAS
2.1 La determinación de bajas concentraciones de sólidos volátiles en presencia de altas concentraciones de sólidos fijos puede estar sujeta a un error considerable.
2.2 Los residuos altamente alcalinos pueden reaccionar con la sílice de la muestra o de las cápsulas que contienen sílice.
3. EQUIPOS Y MATERIALES
3.1 Mufla que permita operar a 550±C.
3.2 Desecador con un agente secante activo.
4. PROCEDIMIENTO
4.1 Introducir en la mufla el recipiente con el residuo seco a 105ºC±5ºC del lodo tal como se recibió.
4.2 Lentamente subir la temperatura a 550ºC. Mantener la temperatura durante 2 h y
120
luego lentamente disminuirla hasta menos de 200ºC.
4.3 Sacar, colocar en el desecador y dejar enfriar hasta temperatura ambiente.
4.4 Pesar y registrar la masa con una exactitud de 0,01 g.
Nota 1 Las determinaciones de los duplicados deben estar dentro del 5% de su valor promedio.
5. CÁLCULOS
5.1 Calcular los sólidos volátiles, expresados en porcentaje en base a la muestra tal
como se recibió, según:
a= Peso del lodo + cápsula antes de la calcinación (g)
b= Peso del lodo seco a 105°C±5°C + cápsula después de la calcinación (g)
m= Peso del lodo + cápsula tal como se recibió (g)
6. BIBLIOGRAFÍA
COMISIÓN DE NORMALIZACIÓN Y ACREDITACIÓN (CNA) DE LA SOCIEDAD CHILENA DE LA CIENCIA DEL SUELO. Método de análisis de lodos y suelos. Servicio Agrícola y Ganadero [online]. Chile 2007. Available from Internet: < www.sag.gob.cl/pls/portal/docs/PAGE/PG_SAG_BIBLIOTECA/BIBL_MEDAMB/.../METODOS_LODOS_SUELOS.PDF ->.
121
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
SÓLIDOS VOLÁTILES Calcinación a 550±C (lodos)
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
CONDICIÓN DE LA MUESTRA: ALTERADA □ INALTERADA □
MÉTODO SECADO AL HORNO
MUESTRA N° a b m SÓLIDOS VOLÁTILES (%)
1
2
3
4
5
SÓLIDOS VOLÁTILES PROMEDIO (%)= OBSERVACIONES:
122
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ANÁLISIS ESTADÍSTICO
SÓLIDOS VOLÁTILES
media aritmética es:
La varianza es:
123
desviación estándar es:
124
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
pH
1. PRINCIPIO Y ALCANCE
1.1 Se prepara una suspensión de lodo tal como se recibió, con agua en una
proporción muestra: agua de 1:2,5, y en el sobrenadante se determina el valor del pH-H2O, con un medidor de pH.
Nota 1 La determinación de pH en lodos debe realizarse tan pronto como sea posible.
1.2 Este método es aplicable a lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas.
2. EQUIPOS Y MATERIALES
2.1 Agitador o varillas de vidrio o de plástico. 2.3 Medidor de pH con ajuste de pendiente y control de temperatura.
2.4 Electrodos de vidrio y de referencia o electrodo combinado.
2.5 Termómetro.
2.6 Recipientes de vidrio o plástico de al menos 100 ml de capacidad.
3. REACTIVOS
3.1. Durante el análisis, usar solamente reactivos de grado analítico reconocido y agua de clase 2 según la NCh426/2 (CE <0,5 mS/m a 25ºC) y con un pH > 5,6.
3.2. Soluciones tampones de pH 4,00, 7,00 y 9,22 (o similares). Disponibles en el
comercio.
125
4. PROCEDIMIENTO 5.11 Pesar en un recipiente 20 g (exactitud 1 g) de lodo tal como se recibió.
5.12 Agregar 50 mL de agua a una temperatura entre 20ºC y 25ºC.
5.13 Agitar vigorosamente la suspensión durante 5 min usando el agitador y
dejar reposar al menos 2 h pero no más de 24 h.
Alternativa: Agitar en forma manual y periódicamente durante 2 h, con la ayuda de una varilla de vidrio o de plástico.
5.14 Calibrar el medidor de pH siguiendo las instrucciones del fabricante y usando dos soluciones tampones, la de pH 7,00 y una de las siguientes: pH 4,00 o pH 9,22, dependiendo del rango de pH de las muestras.
5.15 Si los electrodos no cuentan con termocompensador, medir la temperatura de la suspensión y cuidar que no difiera en más de 1°C de la temperatura de las soluciones tampones que deben estar a una temperatura de 20ºC a 25ºC.
5.16 Agitar la suspensión e introducir los electrodos.
5.17 Leer el pH una vez estabilizada la lectura y anotar el valor con dos decimales.
Nota 2 La lectura puede considerarse estable cuando el pH medido en un período de 5 segundos varía en no más de 0,02 unidades. El tiempo requerido para la estabilización generalmente es de 1 min o menos, pero puede depender de numerosos factores, incluyendo:
el valor del pH (en muestras alcalinos es más difícil alcanzar la estabilización de la lectura del pH);
la calidad y antigüedad del electrodo de vidrio;
las diferencias de pH entre las muestras de una serie;
la mezcla mecánica de la suspensión antes de la medición de pH puede ayudar a lograr lecturas estables en un menor tiempo. Nota 3 En las muestras con alto contenido de materia orgánica y/o arcilla puede ocurrir el efecto de suspensión. En los suelos calcáreos la suspensión puede adsorber dióxido de carbono. En estas circunstancias y en los suelos con bajos contenidos de sales solubles es difícil alcanzar un pH estable.
126
6. BIBLIOGRAFÍA
COMISIÓN DE NORMALIZACIÓN Y ACREDITACIÓN (CNA) DE LA SOCIEDAD CHILENA DE LA CIENCIA DEL SUELO. Método de análisis de lodos y suelos. Servicio Agrícola y Ganadero [online]. Chile 2007. Available from Internet: < www.sag.gob.cl/pls/portal/docs/PAGE/PG_SAG_BIBLIOTECA/BIBL_MEDAMB/.../METODOS_LODOS_SUELOS.PDF ->.
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FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
pH
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
CONDICIÓN DE LA MUESTRA: ALTERADA □ INALTERADA □
MUESTRA N° Valor
1
2
3
4
5
pH PROMEDIO (%)= OBSERVACIONES:
128
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ANÁLISIS ESTADÍSTICO
pH
media aritmética es:
La varianza es:
129
desviación estándar es:
130
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
MATERIA ORGÁNICA Calcinación a 550ºC (lodos)
1. PRINCIPIO Y ALCANCE 1.1 Las muestras de lodos y de suelos, secadas a 40ºC±2ºC, <2 mm y libre de materiales
inertes y de carbonatos, se calcinan a 550ºC. Se asume que el material volatilizado es la fracción orgánica.
Nota 1 Si la muestra de lodo no contiene carbonatos, se calcula el contenido de materia orgánica a partir de los sólidos volátiles.
1.2 Este método es aplicable a los lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas.
2. EQUIPOS Y MATERIALES
2.1 Crisoles o cápsulas de porcelana, cuarzo o metal de 25-50 ml de capacidad. 2.2 Estufa con circulación de aire capaz de mantener una temperatura de 100ºC±5°C. 2.3 Desecador con vacío con un agente secante activo. 2.4 Mufla.
3. REACTIVOS
3.1 Ácido clorhídrico, HCl, 0,05 mol/L.
131
4. PROCEDIMIENTO 4.1 Detectar la presencia de carbonatos agregando gotas de ácido clorhídrico a una porción de la muestra seca a 40ºC±2ºC de lodo. Nota 2 La aparición de burbujas indica presencia de carbonatos.
4.2 Alternativas: 4.2.1 La muestra de lodo y carbonatos: 4.2.1.1 Colocar entre 10 g y 20 g (exactitud 0,01 g) de muestra seca 40ºC±2ºC y <2mm de lodo en un crisol o cápsula pre-pesado. 4.2.1.2 Agregar ácido clorhídrico hasta que cese el burbujeo. 4.2.1.3 Secar en estufa a 105°C±5ºC durante 2 horas. 4.2.2 La muestra de lodo no contiene carbonatos: 4.2.2.1 No continuar el análisis y calcular el contenido de materia orgánica según 5.2.1. 4.2.2.2 Usar la muestra seca a 105ºC±5ºC después de la determinación del contenido de agua. 4.2.2.3 Colocar en la mufla y lentamente subir la temperatura a 550ºC. Mantener la temperatura durante 2 h y luego lentamente disminuirla a menos de 200ºC. 4.2.2.4 Sacar, colocar en el desecador y dejar enfriar hasta temperatura ambiente. 4.2.2.5 Pesar y registrar la masa con una exactitud de 0,001 g. 5. CÁLCULOS
6.1 Lodos con carbonatos 6.1.1 Calcular el contenido de materia orgánica en la muestra de lodo que posee
carbonatos, en base a muestra seca a 105ºC±5ºC, según:
132
a= masa en g de lodos seco a 40°C±2°C + cápsula b= masa en g del residuo de calcinación + cápsula c= masa en g de la cápsula fh=factor de corrección por humedad
6.2 Lodos sin carbonatos
6.2.1 Calcular el contenido de materia orgánica en la muestra de lodo que no posee carbonatos, en base a muestra seca a 105ºC±5ºC, según:
Sólidos volátiles (%)= Sólidos Volátiles Humedad tcsr= Porcentaje de agua en la muestras tal como se recibió.
7. BIBLIOGRAFÍA
COMISIÓN DE NORMALIZACIÓN Y ACREDITACIÓN (CNA) DE LA SOCIEDAD CHILENA DE LA CIENCIA DEL SUELO. Método de análisis de lodos y suelos. Servicio Agrícola y Ganadero [online]. Chile 2007. Available from Internet: < www.sag.gob.cl/pls/portal/docs/PAGE/PG_SAG_BIBLIOTECA/BIBL_MEDAMB/.../METODOS_LODOS_SUELOS.PDF ->.
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FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
MATERIA ORGÁNICA Calcinación a 550ºC (lodos)
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
CONDICIÓN DE LA MUESTRA: ALTERADA □ INALTERADA □
MÉTODO LODOS CON CARBONATOS
MUESTRA N° a b c MATERIA ORGÁNICA (%)
1
2
3
4
5
MATERIA ORGÁNICA PROMEDIO (%)= OBSERVACIONES:
134
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
MATERIA ORGÁNICA Calcinación a 550ºC (lodos)
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
CONDICIÓN DE LA MUESTRA: ALTERADA □ INALTERADA □
MÉTODO LODOS SIN CARBONATOS
MUESTRA N° SÓLIDOS VOLÁTILES (%) HUMEDAD tcsr MATERIA ORGÁNICA (%)
1
2
3
4
5
MATERIA ORGÁNICA PROMEDIO (%)= OBSERVACIONES:
135
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ANÁLISIS ESTADÍSTICO
MATERIA ORGÁNICA
media aritmética es:
La varianza es:
136
la desviación estándar es:
137
ANEXO IV.
NTC. 110
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
MÉTODO PARA DETERMINAR LA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO
NORMA ICONTEC 110
1. OBJETO
Esta norma tiene por objeto establecer el método de ensayo para determinar la consistencia normal del cemento hidráulico mediante el Aparato de Vicat.
2. APARATOS
2.1. Balanzas.
2.2. Pesas.
2.3. Probetas.
2.4. Aparato de Vicat:
2.4.1. El aparato de Vicat consiste en un soporte que sostiene un vástago móvil,
que pesa 300 g. uno de sus extremos es el sondeo, tiene 10 mm de diámetro y una longitud mínima de 50 mm; el otro extremo tiene una aguja de 1 mm de diámetro y 50 mm de longitud. El vástago es reversible; puede sostenerse en la posición deseada por medio de un tornillo y tiene un índice ajustable que se mueve sobre una escala graduada en milímetros, rígidamente unida al soporte.
2.4.2. El aparato de Vicat también puede estar construido con vástago no reversible, pero en este caso debe tener un dispositivo de compensación de su peso que permita cambiar la sonda por la aguja. Las secciones terminales de la aguja y de la sonda deben ser planas y perpendiculares al eje del vástago.
138
2.4.3. El molde en el cual se coloca la pasta debe ser de forma tronco-cónica y su base mayor debe reposar sobre una placa de vidrio. El molde debe ser de material no absorbente que resista física y químicamente el ataque de las pastas de cemento.
2.4.4. El aparato de Vicat y el molde deben cumplir con los siguientes requisitos:
Peso de Vicat 300±0,5 g
Diámetro de la sonda 10±0,05 mm
Diámetro de la aguja 1±0,05 mm
Diámetro interior de la base mayor 70±3 mm
Diámetro interior de la base menor del molde 60±3 mm
Altura del molde 40±1 mm
2.4.5. La escala graduada, comparada con una escala patrón de exactitud de ±0,1 mm en todos sus puntos, no debe indicar en ninguna parte una desviación mayor de 0,25 mm.
139
3. PREAPARACIÓN DE LA PASTA DE CEMENTO
Sobre una superficie pulida y no absorbente se coloca una muestra de 500 g en forma de cono y se le hace un hoyo en el centro. Se vierte en el hoyo una cantidad medida de agua destilada y luego, con ayuda de un palustre, se pasa al hoyo el cemento seco que la rodea exteriormente, empleando en esta operación 30 s. durante los siguientes 30 s, mientras se permite la absorción del agua, el centro que aún permanece seco en el exterior del cono debe mezclarse suavemente mediante el palustre con la pasta húmeda para reducir las pérdidas por evaporación y facilitar la completa absorción. Luego se termina la operación mezclando y amasando con las manos, continua y vigorosamente durante 90 segundos en este último paso y en el siguiente, el operador debe usar guantes de caucho bien ajustados.
4. LLENADO DE MOLDES La pasta de cemento preparada como se describe en el numeral 3, se moldea con las
140
manos dándole forma esférica y se lanza 6 veces de una mano a otra a través de una distancia de unos 15 cm. con la muestra que permanece en una mano se llena completamente por la base mayor el molde, sostenido en la otra, quitando el exceso en esta base con un solo movimiento de la palma de la mano. Se coloca la placa de vidrio sobre la mayor, se voltea el conjunto y con ayuda de un palustre se quita el exceso en la base menor. Finalmente el conjunto se sacude suavemente. Durante estas operaciones se debe tener el cuidado de no comprimir la muestra.
5. DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL
El conjunto constituido por la placa, la pasta y el molde se lleva al aparato y se centra debajo del vástago, se hace descender el mismo hasta que el extremo de la sonda haga contacto con la superficie de la pasta y se fija en esta posición por medio del tornillo. Se lee la posición inicial el índice en la escala o se desplaza el índice hasta que coincida con el cero superior; 30 s después de terminada la mezcla se suelta el vástago cuidando que el aparato no esté sometido a ninguna vibración durante el ensayo. Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando la sonda penetra 10±1 mm 30 s después de haber sido soldada. Si no se obtiene la consistencia normal en el primer ensayo, debe repetirse toda operación, variando la cantidad de agua, hasta obtenerla; cada vez hay que emplear cemento nuevo.
6. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
La cantidad de agua requerida para obtener una pasta de consistencia normal debe expresarse con un porcentaje en peso del cemento seco.
7. BIBLIOGRAFÍA
ICONTEC, Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. Normas técnicas colombianas para el sector de la construcción / / ICONTEC. NORMA ICONTEC 110. p. 227-228 Bogotá.: ICONTEC, 1989. ISBN 958-9042-44-9.
141
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
CONSISTENCIA NORMAL
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
PORCENTAJE DE LA MEZCLA:
MÉTODO APARATO DE VICAT
LECTURA N° HORA DURACIÓN (min) PENETRACIÓN DE LA AGUJA (mm)
OBSERVACIONES:
142
ANEXO V.
NTC. 118
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
MÉTODO PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRÁULICO
MEDIANTE EL APARATO DE VICAT
NORMA ICONTEC 118
1. OBJETO
Esta norma tiene por objeto establecer el método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante el aparato de Vicat.
2. APARATOS
2.1. BALANZAS: Deben cumplir con los siguientes requisitos: el error admisible para las balanzas en uso bajo carga de 1000 g puede ser hasta de ± 1 g y para balanzas nuevas puede llegar hasta la mitad de dicho valor. La sensibilidad recíproca no debe ser mayor del doble del error admisible.
2.2. PESAS: El error admisible de las pesas en uso, empleadas para pesar el cemento, debe estar de acuerdo con los valores indicados en la Tabla 1; para pesas nuevas debe ser como máximo la mitad de dichos valores.
2.3. PROBETAS: Para medir el agua de amasado deben tener una capacidad de 20°C, de 150 a 200 ml. El error admisible debe ser hasta de ±1 ml. Las líneas de graduación principales, deben ser círculos y estar enumeradas; las intermedias deben ocupar por lo menos un quinto de la longitud de las principales y las menores un séptimo. Se pueden omitir las graduaciones para los primeros 5 ml en probetas de 150 ml y para los primeros 10 ml en las de 200 ml.
2.4. APARATO DE VICAT: Debe cumplir con los requisitos establecidos en la NORMA 110.
143
TABLA 1
Error admisible en las pesas
PESO
g
ERROR ADMISIBLE
*g
500
300
250
200
100
50
20
10
5
2
1
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
2.4.1 La pasta se debe colocar en un anillo tronco-cónico, el cual se colocará con su base mayor sobre una placa de vidrio, aproximadamente de 10 cm de lado. El molde debe fabricarse de material no corrosible ni absorbente, con un diámetro interior de 70 mm en la base, 60 mm en la parte superior y de altura de 40 mm. 2.4.2 El aparato de Vicat y el molde deben cumplir con los requisitos establecidos en la norma ICONTEC 110. 2.4.3 La escala graduada, comparada con una escala patrón con exactitud de 0,1 mm en todos sus puntos, no debe indicar en ninguna parte una desviación mayor de 0,25 mm.
2.5 RELOJ: Que permita lectura en segundos. 2.6 PREPARACIÓN DE LA PASTA DE CEMENTO: Deben mezclarse 500 g de cemento con el porcentaje de agua de amasado requerido para la consistencia normal.
3. PROCEDIMIENTO
3.1 MOLDEO DE LA MUESTRA DE ENSAYO: A la pasta preparada como se describe en el numeral 2.6 rápidamente debe dársele forma esférica con las manos enguantadas, y
144
lanzarse de una mano a la otra por seis veces estando éstas a una distancia de 15 cm aproximadamente. Se toma el molde en una mano y con la otra se presiona la bola hasta llenar el molde completamente por la base mayor. Quitar el exceso en esta base con un solo movimiento de la palma de la mano. El molde debe colocarse con su base mayor sobre la placa de vidrio y el exceso de pasta que aparezca en la base menor debe retirarse pasando el palustre oblicuamente de modo que forme un ángulo pequeño con el borde superior del molde. La parte superior de la muestra, debe alisarse si es necesario, con una o dos pasadas del borde del palustre. Durante las operaciones para retirar el exceso de pasta y para alisarla, debe tenerse cuidado de no ejercer presión alguna sobre ésta. La muestra debe permanecer en el molde, soportada por la placa de vidrio, durante todo el periodo de ensayo.
3.2 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO: La muestra usada para determinar el tiempo de fraguado debe mantenerse dentro de la cámara húmeda durante 30 min después del moldeo sin que sufra ninguna alteración. Debe determinarse la penetración de la aguja de 1 mm en ese instante y luego debe repetirse cada 15 minutos hasta que se obtenga una penetración de 25 mm o menos. Para el ensayo de penetración, debe hacerse descender la aguja del vástago hasta que su extremo haga contacto con la superficie de la pasta de cemento. Debe apretarse el tornillo de sujeción y ajustarle el índice, en el extremo superior de la escala o anotarse la lectura para determinar la penetración. (Si durante las primeras lecturas la pasta se mantiene blanda, el descenso del vástago se puede hacer lentamente para evitar la deformación, pero la determinación de penetración para el tiempo de fraguado se deben hacer aflojando el tornillo.)
3.3 Las penetraciones deben estar separadas por lo menos 6 mm entre sí y 10 mm del borde interior del molde. Se anotan los resultados de todas las penetraciones y por interpolación debe determinarse el tiempo obtenido para una penetración de 25 mm, el cual indica el tiempo de fraguado.
4. INDICACIONES COMPLEMENTARIAS
El aparato no debe estar sometido a vibraciones durante la penetración. La aguja, de 1 mm de diámetro, debe ser recta y estar limpia, pues la acumulación de pasta en su periferia puede retardar la penetración así como la pasta en la punta puede aumentar la misma. Esta determinación es solo aproximada puesto que no sólo la temperatura y la cantidad de agua de amasado influyen en el resultado, sino también la temperatura y la humedad del aire.
145
5. BIBLIOGRAFÍA
ICONTEC, Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. Normas técnicas colombianas para el sector de la construcción / / ICONTEC. NORMA ICONTEC 118. p. 237-238. Bogotá.: ICONTEC, 1989. ISBN 958-9042-44-9.
146
FACULTAD DE
INGENIERÍA
AMBIENTAL Y
SANITARIA
LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
TIEMPO DE FRAGUADO
PROYECTO:
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA:
PORCENTAJE DE LA MEZCLA:
MÉTODO APARATO DE VICAT
LECTURA N° HORA DURACIÓN (min) PENETRACIÓN DE LA AGUJA (mm)
OBSERVACIONES:
147
ANEXO VI.
INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO
LODOS
148
149
150
ANEXO VII.
INFORME DE RESULTADOS DE LABORATORIO
LIXIVIADO
151
152
153
154
155
156
157
ANEXO VIII.
PROYECCIÓN FLUJO EFECTIVO
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