Álvaro José Palomino Pinzón Álvaro Camilo Maldonado...

SUSTITUCIÓN EXPERIMENTAL DEL AGREGADO GRUESO DE ORIGEN PÉTREO,

POR AGREGADO GRUESO PRODUCTO DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y

DEMOLICIÓN EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ, PARA LA ELABORACIÓN DE

CONCRETO HIDRÁULICO

Álvaro José Palomino Pinzón

20132579070

Álvaro Camilo Maldonado Guinea

20132579001

Universidad Distrital Francisco José De Caldas

Facultad Tecnológica

Ingeniería Civil

Bogotá D.C. 2018

SUSTITUCIÓN EXPERIMENTAL DEL AGREGADO GRUESO DE ORIGEN PÉTREO,

POR AGREGADO GRUESO PRODUCTO DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y

DEMOLICIÓN EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ, PARA LA ELABORACIÓN DE

CONCRETO HIDRÁULICO

Álvaro José Palomino Pinzón

20132579070

Álvaro Camilo Maldonado Guinea

20132579001

Trabajo de Grado Para Optar el Título de Ingeniero Civil

Director De Proyecto

Ing. Víctor Hugo Díaz Ortiz

Universidad Distrital Francisco José De Caldas

Facultad Tecnológica

Ingeniería Civil

Bogotá D.C. 2018

NOTA DE ACEPTACIÓN

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Firma de director de Tesis

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Firma de Jurado

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Firma de Jurado

Ciudad y fecha (día, mes, año):

Dedicatoria

Álvaro Palomino

Dedico este trabajo Primero a Dios Padre, a mi padre Alvaro Palomino Villarreal QEPD,

a mi Abuela Rosalba Fontecha, a mi Madre Alexandra Pinzón Fontecha y a mis

hermanos Camilo A. Palomino Pinzón, Guillermo Palomino Pinzón y Gustavo

Palomino Ariza, que me formaron con valores, respeto, educación y honestidad, a mis

profesores y amigos que siempre me han acompañado en los momentos más difíciles y

emotivos a lo largo de mi vida.

Camilo Maldonado

Dedico este proyecto principalmente a Dios, también a mi familia que siempre esta

apoyándome durante cada adversidad y a todas las personas que aportaron a lo largo

de este camino; aun así esto solo es un inicio para grandes cosas alcanzar durante

todo el recorrido que espero poder dar en mi carrera.

Agradecimientos

Queremos agradecer a todas aquellas personas y entidades que contribuyeron directa

o indirectamente a la realización de esta investigación.

A nuestro tutor, el Ingeniero Víctor Hugo Díaz por su ayuda, paciencia, orientación y

por el apoyo que tuvo en este trabajo mancomunado.

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por el apoyo prestado a lo largo de

toda nuestra formación académica y profesional.

A nuestras familias, por haber contribuido y apoyado desde nuestros inicios de

formación académica y para la vida.

1. Tabla de contenido

2. Abstract ............................................................................................................................................ 8

3. Resumen .......................................................................................................................................... 8

4. Introducción ................................................................................................................................... 9 4.1. Aspectos generales ............................................................................................................................ 9 4.2. Justificación ....................................................................................................................................... 10 4.3. Descripción ........................................................................................................................................ 11

5. Objetivos ........................................................................................................................................ 12 5.1. Objetivo General .............................................................................................................................. 12 5.2. Objetivo Especifico .......................................................................................................................... 12

6. Marco Normativo ........................................................................................................................ 13 6.1. Normas que rigen a los materiales y a los ensayos a ejecutar. ....................................... 13 6.2. Normas que rigen el uso y disposición de los RCD en Colombia. ................................... 13 6.3. Resolución 1472 De 2017 ............................................................................................................. 13 6.4. Resolución 1115 De 2012 ............................................................................................................. 14 6.5. Resolución 2397 De 2011 ............................................................................................................. 15

7. Marco referencial o Estado del Arte .................................................................................... 15

8. Marco Conceptual ....................................................................................................................... 18 8.1. Concreto Hidráulico........................................................................................................................ 18

9. Marco Teórico .............................................................................................................................. 20 9.1. Propiedades Mecánicas ................................................................................................................. 20 9.2. Resistencia a la compresión ........................................................................................................ 20 9.3. Resistencia a la Flexión ................................................................................................................. 22 9.4. Módulo de Elasticidad .................................................................................................................... 23

10. Metodología ............................................................................................................................. 24 10.1. Actividades de la investigación .................................................................................................. 24

10.1.1. Visita, selección de material RCD a utilizar y clasificación ................................................... 24 10.1.2. Selección de diseño de mezclas a usar con este material ...................................................... 24 10.1.3. Realización de las probetas de concreto ...................................................................................... 25 10.1.4. Desarrollo curvas de resistencia vs tiempo ................................................................................ 25 10.1.5. Análisis de las curvas ............................................................................................................................ 25 10.1.6. Análisis de precios unitarios ............................................................................................................. 25 10.1.7. Análisis de los resultados obtenidos .............................................................................................. 26

11. Desarrollo de la metodología............................................................................................. 26 11.1. Caracterización de los Agregados .............................................................................................. 27

11.1.1. Caracterización del agregado grueso de RCD............................................................................. 27 11.1.2. Clasificación de los residuos de construcción y demolición ................................................ 29 11.1.3. Caracterización del agregado grueso natural............................................................................. 33 11.1.4. Caracterización del agregado fino................................................................................................... 36 11.1.5. Cemento Portland .................................................................................................................................. 39

11.2. Dosificación de mezclas de concreto hidráulico De Peso Normal ................................. 40 11.2.1. Información requerida para el diseño de mezclas ................................................................... 41

11.2.1.1. Métodos de diseño de mezclas ....................................................................................................................... 41 11.2.1.2. Método de la ACI ................................................................................................................................................... 42

11.2.1.3. Pasos para encontrar las cantidades reales a utilizar .......................................................................... 44 11.2.1.4. Selección de diseño de mezclas a usar con este material ................................................................... 44

11.3. Realización de las probetas de concreto ................................................................................. 45 11.3.1. Parámetros a tener presente previo a la ejecución ................................................................. 45

11.4. Desarrollo curvas de Resistencia vs Tiempo ......................................................................... 46 11.5. Análisis de las curvas ..................................................................................................................... 51 11.6. Análisis de los precios unitarios ................................................................................................ 57 11.7. Análisis de los resultados obtenidos ............................................................................................. 61

12. Conclusiones ............................................................................................................................ 63

13. Bibliografía ............................................................................................................................... 65 Imágenes

Imagen 1. Proyección de producción de RCD del sector público en Bogotá D.C. .................................................. 17 Imagen 2. Producción de Concreto Premezclado...................................................................................................................... 17 Imagen 3. Concreto hidráulico .............................................................................................................................................................. 19 Imagen 4. Resistencia a la compresión del concreto ............................................................................................................... 22 Imagen 5. Esfuerzo Vs Deformacion. ............................................................................................................................................... 23 Imagen 6. Esquema de una planta de procesamiento de RCD. ........................................................................................ 28 Imagen 7. Agregado grueso producto de RCD lavado ........................................................................................................... 31 Imagen 8. Curva granulométrica agregado grueso producto de RCD............................................................................ 33 Imagen 9. Agregado grueso natural .................................................................................................................................................. 34 Imagen 10. Curva granulométrico agregado grueso natural ................................................................................................ 36 Imagen 11. Agregado fino ....................................................................................................................................................................... 37 Imagen 12. Curva granulométrica agregado fino ....................................................................................................................... 38 Imagen 13. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza

sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD. ............. 48 Imagen 14. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza

sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD. .......... 49 Imagen 15. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 75% por material granular tipo RCD. .......... 50 Imagen 16. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza

sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 100% por material granular tipo RCD. ....... 51 Imagen 17. Resistencia a la compresión (MPa) vs Tiempo (Días .................................................................................... 51 Imagen 18. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas .............. 52 Imagen 19. Distribución normal para las resistencias de las probetas (MPa) ...................................................................... 53 Imagen 20. Identificación de la probabilidad para que una probeta fallada este sobre la garantía de

cumplir la resistencia de diseño al realizar mezclas con las mismas dosificaciones .............................................. 54 Imagen 21. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas .............. 55 Imagen 22. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra vs los teóricos ................... 57 Imagen 23. Comparativa de los costos de producción ........................................................................................................... 60

Tablas

Tabla 1. Clasificación de los residuos de construcción y demolición RCD .................................................................. 30 Tabla 2. Caracterización del agregado grueso de RCD ......................................................................................................... 31 Tabla 3. Resultados de gradación agregado RCD .................................................................................................................... 32 Tabla 4. Caracterización del agregado grueso natural ........................................................................................................... 34 Tabla 5. Resultados de gradación agregado grueso natural ............................................................................................... 35

Tabla 6. Caracterización del agregado fino “Arena de Rio” .................................................................................................. 36 Tabla 7. resultados de gradación agregado fino ........................................................................................................................ 38 Tabla 8. Clasificación de los agregados pétreos. ....................................................................................................................... 39 Tabla 9. Características físico-mecánicas del cemento Cemex tipo I. ........................................................................... 40 Tabla 10. volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto 𝑏𝑏𝑜 .................................................. 43 Tabla 11. Proporciones de los materiales de la mezcla en peso y en volumen para 1,00 m3 de concreto

............................................................................................................................................................................................................................... 43 Tabla 12. Dosificación de mezcla para cada porcentaje de sustitución de RCD ...................................................... 45 Tabla 13. Resumen resultados de laboratorio ............................................................................................................................. 47 Tabla 14. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado

grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD. ................................................................................... 47 Tabla 15. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado

grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD. ................................................................................ 48 Tabla 16. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado

grueso en una proporción de 75% por material granular tipo RCD. ................................................................................ 49 Tabla 17. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado

grueso en una proporción de 100% por material granular tipo RCD. ............................................................................. 50 Tabla 18. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos para establecer una

desviación estándar de la muestra. ................................................................................................................................................... 53 Tabla 19. Dosificación de las mezclas que cumplen con el valor mínimo aceptado para resistencias sin la

cantidad de datos suficientes para establecer una desviación estándar confiable ................................................. 54 Tabla 20. Proyección de resistencias a la compresión para los fallos en las edades de 7 y 14 días. .......... 55 Tabla 21. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra. ........................................ 57 Tabla 23. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso de origen natural “Muestra

patrón” ................................................................................................................................................................................................................ 58 Tabla 24. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción

de sustitución del 50%. ............................................................................................................................................................................. 59 Tabla 25. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción

de sustitución del 75%. ............................................................................................................................................................................. 59 Tabla 26. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción

de sustitución del 100%. .......................................................................................................................................................................... 60

8

2. Abstract

The project consists in the determination of the viability of an experimental mixture for

the partial or total replacement of coarse aggregate of stone origin, from the use of

construction and demolition waste (hereinafter RCD), generated in the Treatment

Center, use and Disposal of Construction and Demolition Waste (RCD) of the company

RECICLADOS INDUSTRIALES DE COLOMBIA SAS in the city of Bogotá D.C.

Where the selection of the coarse aggregate product of RCD is made, after this it is

taken to the INGEYMA LTDA laboratory, where the tests to the gross aggregate of RCD

are made; With the results obtained from granulometry and making use of the mixture

design used as a standard sample, which was developed by the ACI method with

coarse aggregate of natural origin, hydraulic concrete samples are made, substituting

coarse aggregate of natural origin for coarse aggregate product of the crushing of RCD

in determined percentages of 50%, 75% and 100%, where the resistance to the effort of

the compression will be reviewed at 7, 14 and 28 days, likewise the analysis of the

information obtained by means of a comparative analysis of the theoretical mechanical

properties of the mixture of aggregate concrete of stony origin in relation to the mixture

of concrete made with coarse aggregate from the use of RCD, where economic viability

is established through the analysis of unit prices APUS , Taking as a principle the

Sustainable Construction and the use of the RCD produced in Bogotá D.C.

3. Resumen

El proyecto consiste en la determinación de la viabilidad de una mezcla experimental

para la sustitución parcial o total de agregado grueso de origen pétreo, a partir del uso

de residuos de construcción y demolición (en adelante RCD), generados en el Centro

de tratamiento, aprovechamiento y disposición de Residuos de Construcción y

Demolición (RCD) de la empresa RECICLADOS INDUSTRIALES DE COLOMBIA SAS

en la ciudad de Bogotá D.C.

9

Donde se realiza la selección del agregado grueso producto de RCD, posterior a esto

se lleva al laboratorio INGEYMA LTDA, donde se realizan los ensayos al agregado

grueso de RCD; con los resultados obtenidos de granulometría y haciendo uso del

diseño de mezcla empleado como muestra patrón, el cual fue desarrollado por el

método ACI con agregado grueso de origen natural, se elaboran muestras de concreto

hidráulico, sustituyendo el agregado grueso de origen natural por agregado grueso

producto de la trituración de RCD en porcentajes determinados de 50%, 75% y 100%,

donde se revisara la resistencia al esfuerzo de la compresión a los 7, 14 y 28 días, así

mismo se realiza el análisis de la información obtenida mediante un análisis

comparativo de las propiedades mecánicas teóricas de la mezcla de concreto de

agregado de origen pétreo con relación a la mezcla de concreto elaborada con

agregado grueso a partir del aprovechamiento de RCD, donde se establece la

viabilidad económica por medio del análisis de los precios unitarios APUS, Tomando

como principio la Construcción Sostenible y el aprovechamiento de los RCD producidos

en Bogotá D.C.

4. Introducción

4.1. Aspectos generales

La construcción tradicional marca la importancia del uso de agregados de origen

natural y en los diseños de mezcla de concreto hidráulico aceptados por la normativa

técnica colombiana se hace uso de estos, teniendo en cuenta la cantidad

indiscriminada de residuos de democión y construcción RCD que se generan día a día,

con el reemplazo de las vías en mal estado, de edificios de mayor capacidad, de

puentes más largos y anchos, entre otras actividades que reflejan el desarrollo de las

sociedades, hace que se busque la manera de mitigar la explotación de recursos no

renovables en canteras de montaña y de rio, para la consecución de los agregados

pétreos, no obstante siguiendo estudios anteriores en diferentes partes del mundo y de

diferentes autores, proponemos usar agregado grueso producto de RCD para la

10

elaboración de mezclas de concreto hidráulico sustituyendo de manera total o parcial el

agregado grueso.

El presente estudio tiene como fin determinar la viabilidad técnica y económica del uso

de agregado grueso producto de RCD en estado de saturación de agua, reemplazando

parcial o totalmente el agregado grueso de origen natural en la elaboración de mezclas

de concreto hidráulico con resistencia de 3000 Psi.

4.2. Justificación La determinación experimental del comportamiento técnico y económico, de una

mezcla de concreto hidráulico elaborada a partir de la sustitución parcial o total de

agregado grueso de origen pétreo, por agregados producto de RCD principalmente de

la demolición de estructuras de concreto hidráulico, generados en la ciudad de Bogotá

D.C, llevados a un Centro de tratamiento, aprovechamiento y disposición de RCD de

Reciclados Industriales de Colombia, con esta mezcla se pretende establecer la

viabilidad técnica y económica, con el fin de aportar información al sector público y

privado, la cantidad necesaria de RCD que se podría aprovechar, según el

comportamiento estructural del agregado grueso producto de RCD y los costos

generados por el mismo, para la elaboración de concreto hidráulico.

El estudio genera un punto de comparación y discusión técnico y económico, con el fin

de disminuir el uso de agregados gruesos de origen pétreo, por el uso de agregados

gruesos a partir de la trituración de RCD, y la disminución de impactos ambientales

generados de la extracción de los mismos.

Debido a las investigaciones realizadas por los autores (Pérez & Caicedo, 2014)

usando RCD de la ciudad de Cali y (Agreda & Moncada, 2015) utilizaron RCD de la

ciudad de Bogotá D.C, donde estos determinan que los agregados productos de los

RCD tienen alto contenido de material cerámico y mortero adherido, dichos agregados

presentan mayor gravedad específica y absorción con respecto a los agregados de

origen pétreo, por esta razón de forma experimental, se saturara el agregado grueso a

11

reemplazar en proporciones de 70 y 100 por ciento, con una relación A/C de 0.68,

partiendo del diseño de la mezcla patrón y de los estudios de dichos autores, con el fin

de contrarrestar los altos índices de absorción al momento de elaborar la mezcla.

Desde el punto de vista socio-ambiental, se busca la reducción en los costos de

producción del concreto hidráulico y una alternativa eficaz para la sustitución parcial o

total de agregado grueso de origen pétreo, construyendo de una manera sostenible en

beneficio de los ecosistemas y la sociedad.

4.3. Descripción

Durante los últimos años se ha venido observando el proceso de construcción de la

ciudad de Bogotá D.C., donde se continúan realizando construcciones de tipo artesanal

con materiales provenientes de explotación como lo son los agregados y la arcilla de

los mampuestos; esto debido quizás a la falta de conciencia de las personas respecto

al daño que se le hace la naturaleza o la falta de ideas al momento de pensar en otro

tipo de sistema de construcción que pueda ser económicamente más accesible o

ambientalmente sostenible.

Con el análisis se busca generar un mayor interés en las nuevas edificaciones donde

se pueden reducir los impactos ambientales en gran proporción al utilizar este

agregado que puede suplir funciones primordiales como lo son en el diseño de

concretos usados en obra garantizando de igual forma los parámetros solicitados por

los diseños estructurales.

12

5. Objetivos

5.1. Objetivo General

Determinar experimentalmente la viabilidad técnica y económica de la sustitución

parcial o total de agregado grueso de origen pétreo, por agregado grueso producto de

la trituración de los residuos de construcción y demolición (RCD), generados en Bogotá

D.C, para la elaboración de concreto hidráulico.

5.2. Objetivo Especifico

Caracterizar los RCD del Centro de tratamiento, aprovechamiento y disposición

de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) de Reciclados Industriales de

Colombia SAS, provenientes de la ciudad de Bogotá D.C, principalmente los

residuos de demolición de estructuras de concreto hidráulico.

Elaborar muestras de concreto hidráulico, sustituyendo el agregado grueso de

origen natural por RCD en porcentajes de 50, 75 y 100, disponiéndolas en

probetas con las dimensiones establecidas por la normativa vigente.

Trazar una curva de resistencia a la compresión de las muestras de concreto

hidráulico por medio de los resultados obtenidos al fallarlos a los 7, 14 y 28 días.

Análisis comparativo de la curva de resistencia teórica para una mezcla de

concreto elaborada con agregado grueso de origen pétreo con las mezclas

elaboradas a partir de la sustitución parcial o total de agregado grueso a partir

de RCD.

Evaluar los precios unitarios de la elaboración de concreto hidráulico con

agregado grueso de origen pétreo, respecto al concreto hidráulico con agregado

grueso producto de los RCD.

Analizar la información obtenida para determinar la viabilidad técnica y

económica de la mezcla experimental, para la sustitución parcial o total de

agregado grueso de origen pétreo, a partir del uso de RCD.

13

6. Marco Normativo

6.1. Normas que rigen a los materiales y a los ensayos a ejecutar.

Las siguientes Normas técnicas Colombianas (NTC), a las cuales se hace referencia en

el presente documento, y que se encuentran en el titulo c de la NSR, forman parte

integrante del mismo:

NTC 121 Especificación de desempeño para cemento hidráulico (ASTM C1157)

NTC 174 Especificaciones de los agregados para concreto (ASTM C33)

NTC 504 Refrentado de especímenes cilíndricos de concreto (ASTM C617)

NTC 550 Elaboración y curado de especímenes de concreto en obra (ASTM

C31)

NTC 673 Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de concreto (ASTM

C39)

6.2. Normas que rigen el uso y disposición de los RCD en Colombia. Acorde al uso indiscriminado de agregados pétreos de origen natural a nivel mundial, la

organización mundial establece principios y normas en cada uno de los países y

estados, por esta razón en la constitución política de la Republica de Colombia, se

expiden a lo largo del territorio nacional por los diferentes departamentos y municipios

para el manejo de los RCD, por lo anterior se mencionan algunas de estas.

6.3. Resolución 1472 De 2017 Esta rige a nivel nacional, en la cual se reglamenta la gestión integral de los residuos

generados en las actividades de construcción y demolición RCD y se dictan otras

disposiciones. Esta aplica a todas las personas naturales y jurídicas que generen,

recolecten, transporten, almacenen, aprovechen y dispongan RCD de las obras civiles

o de otras actividades conexas.

Adicionalmente, esta norma brinda lineamientos para el aprovechamiento y disposición

final de los RCD, mediante la implementación de instrumentos y reglas para las

instalaciones de gestión de RCD como los puntos limpios y plantas de

14

aprovechamiento, en donde se llevarán a cabo la separación y el almacenamiento

temporal con las condiciones mínimas de operación. Así mismo, se establecen los

criterios ambientales para la localización y operación de los sitios de disposición final

de RCD.

6.4. Resolución 1115 De 2012 Por medio de la cual se establece el Plan de Gestión de RCD en obra para la ciudad de

Bogotá D.C, a través del control ejercido sobre los grandes generadores y/o

poseedores de RCD, por medio de registro y obtención de un PIN en la Secretaria

Distrital de Ambiente, por única vez, donde se deberá llevar un control de forma

mensual dispuestos y aprovechados y los respectivos certificados, para las obras que

contengan y/o generen volúmenes de RCD mayores a 1.000 m3 o que su área

construida supere los 5.000 m2, previo al inicio de actividades, se deberá elaborar,

registrar y anexar en dicha Secretaria.

“Artículo 4, De Las Entidades Públicas Y Constructoras. Dentro del marco de la

Gestión Integral de los Residuos de la Construcción y Demolición- RCD-, a partir de

agosto del año 2013, las Entidades Públicas y Constructoras que desarrollen obras de

infraestructura y construcción al interior del perímetro urbano del Distrito Capital

deberán incluir desde la etapa de estudios y diseños los requerimientos técnicos

necesarios con el fin de lograr la utilización de elementos reciclados provenientes de

los Centros de Tratamiento y/o Aprovechamiento de RCD legalmente constituidos y/o la

reutilización de los generados por las etapas constructivas y de desmantelamiento, en

un porcentaje no inferior al 5%, Cada año dicho porcentaje aumentará en cinco

(5) unidades porcentuales hasta alcanzar mínimo un 25%.

En caso de agotamiento comprobado de las reservas de material o que la obra o

proyecto no pueda cumplir por razones técnicas con dichos porcentajes deberá, previo

al inicio de obra, presentar informe técnico a la Secretaría Distrital de Ambiente, que

sustente amplia y suficientemente su no cumplimiento por parte del responsable del

15

proyecto., del total de volumen o peso de material usado en la obra a construir por la

entidad anualmente”.

6.5. Resolución 2397 De 2011 Por medio de la cual se regula el tratamiento y aprovechamiento de escombros en el

Distrito Capital. Toda entidad pública que realice obras de infraestructura al interior del

perímetro urbano deberá realizar estudios y diseños para lograr la utilización de

elementos reciclados que vienen de los centros de tratamiento y aprovechamiento de

escombros legalmente constituidos.

7. Marco referencial o Estado del Arte

Los residuos procedentes de la construcción de nuevas edificaciones, la demolición de

inmuebles antiguos y los derivados de pequeñas obras de reforma, forman la categoría

denominada Residuos de Construcción y Demolición (RCD). La generación y gestión

de estos residuos constituye un problema ambiental grave, que pueden provocar

la contaminación del agua, suelo o aire, afectar a los ecosistemas y a la salud humana.

La preocupación en torno a la cantidad de RCD que se generan y a su impacto sobre el

medio ambiente es creciente. Por ese motivo, las administraciones públicas de muchos

países están revisando las políticas relativas de cómo deben gestionarse estos

residuos. (BARRIENTOS F.).

A pesar de todos los problemas que los RCD pueden ocasionar y las dificultades que

plantea su tratamiento, cuando los residuos se gestionan de forma adecuada se

convierten en recursos o subproductos, que contribuyen al ahorro de materias

primas, a la conservación de los recursos naturales, del clima y, por ende, al desarrollo

sostenible, de acuerdo con los principios de la economía circular.

16

La forma de estimar los residuos generados por las actividades de construcción y

demolición varía significativamente de unos lugares a otros, como se explica a

continuación.

En Estados Unidos, la USEPA (US Environmental Protection Agency) estima la

cantidad de RCD generados en una región concreta sólo a partir de la superficie

construida, pero sin tener en cuenta si el edificio es residencial o no, ni si las obras son

de construcción de obra nueva, rehabilitación o demolición, lo que influye en el tipo y

cantidad de residuos producidos.

Otro caso interesante es Brasil, ya que es un país emergente, pero con una legislación

en cuanto a los RCD muy similar a la europea, en concreto a la portuguesa. En este

país, el sector de la construcción civil es un importante generador de residuos y las

leyes nacionales obligan a los constructores a responsabilizarse de los residuos

generados en sus obras, planificando la gestión de los mismos. Una parte muy

importante de esta gestión es la previsión de los residuos que se van a generar,

diferenciando por tipo de residuo (ladrillo, madera, cristal, etc.) ya que cada uno

necesitará un espacio adecuado para su depósito y será tratado de una manera

diferente.

Además, en la actualidad en Bogotá DC, Como se observa en la siguiente imagen los

mayores generadores de residuos en las entidades públicas de Bogotá, en su orden

son el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) y la Empresa de Acueducto y Alcantarillado

de Bogotá (EAAB). Para el año 2018 se estima que las entidades públicas del distrito

generarán cerca de 3.111 m3 de RCD y estas cantidades se mantienen en continuo

crecimiento año tras año.

17

Imagen 1. Proyección de producción de RCD del sector público en Bogotá D.C.

Fuente: Adaptada de UAESP 2015.

Por otra parte, según el DANE en los últimos 12 meses de junio de 2016-junio de 2017,

la producción de concreto premezclado alcanzó los 7286,6 m3, lo que significó una

disminución del 13,5% con relación al mismo periodo anterior, tal y como se puede

observar en la Figura 1. Para el sector vial se estima que el consumo de concreto

hidráulico para los proyectos de cuarta generación de concesiones que se está

llevando a cabo en Colombia entre el año 2015 al 2020 será de alrededor de los

12.153.858 m3 y para los agregados pétreos se espera una demanda de 75 millones

de toneladas desde el 2015 al 2020, adicionando aproximadamente 15 mil toneladas al

año. La creciente demanda de concreto en Colombia generará un aumento en la

explotación de agregados y con esto una mayor afectación al medio ambiente.

Imagen 2. Producción de Concreto Premezclado

Fuente: DANE 2017

18

Tomando como referencia a los autores Lasso Aguirre A.L., & Misle Rodrigo R (2012).

Autores de la “Evaluación Técnica, Económica e Institucional de la Gestión de

Residuos de Construcción y Demolición en Bogotá D.C.” Si se logra mejorar la gestión

de los residuos de construcción y demolición (RCD), se disminuye la afectación

ambiental generada por los diversos procesos de explotación de materiales pétreos en

ríos y canteras ubicadas en las periferias de la ciudad.

Se podrá reutilizar en sitio, recursos cuya obtención se vuelve cada vez más lejana y

costosa y se disminuirá la disposición final en sitios que pueden ser mejor

aprovechados y que afectan el paisaje citadino, de esta forma estamos aportando un

grano de arena, en la construcción de una manera sostenible en beneficio de los

ecosistemas y la sociedad.

Conjuntamente es importante resaltar la importancia del estudio realizado por Cortes,

E.A. y Perilla J.E. (2014), sobre el estudio comparativo de las propiedades físico-

mecánicas de las 4 marcas de cemento portland tipo I más usado en Bogotá, Argos,

Boyacá, Cemex y Tequendama, de donde se selecciona el cemento Cemex tipo 1,

debido a que tiene la finura más elevada de dicho estudio, esto hace que tenga un

mejor comportamiento mecánico, respecto a los demás cementos.

Otros estudios realizados por diferentes autores con la participación de entes de

reconocimiento nacional e internacional ver en el anexo 1. “Estado del Arte”

8. Marco Conceptual

8.1. Concreto Hidráulico

El concreto es una mezcla de materiales; principalmente cemento, agregado y agua

que tiene como característica el endurecimiento con el tiempo; de esta forma puede

recopilar los trozos pétreos del agregado en la pasta de la mezcla mediante la

utilización de agua, el cual tiene como objetivo dar fluidez a la mezcla además de

reaccionar con ella con el fin de lograr el endurecimiento. Sus propiedades físicas,

19

químicas y mecánicas proporcionan un material homogéneo que puede resistir

considerables esfuerzos a la compresión y así este pueda ser utilizado en elementos

estructurales.

Imagen 3. Concreto hidráulico Fuente: Proyecto Bambú ciudad verde 2017

“El concreto posee diferentes propiedades durante el proceso de cambio, este se va

manifestando cuando hay disminución gradual de la fluidez y manejabilidad, existen

tres etapas fundamentales y esenciales; en la primera en donde el concreto es un

material blando y maleable, la segunda etapa es el tiempo de fraguado o

endurecimiento del concreto, en este se evidencia el incremento progresivo de la

rigidez y la tercera etapa corresponde al endurecimiento que lo conduce a la

adquisición de propiedades mecánicas y de otra índole, cuyo desarrollo suele

representarse mediante la evolución de la resistencia a compresión”. (SANCHEZ,

1996)1

1 SANCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996. 349p.

20

9. Marco Teórico

9.1. Propiedades Mecánicas “El concreto posee diferentes propiedades durante el proceso de cambio, este se va

manifestando cuando hay disminución gradual de la fluidez y manejabilidad, existen

tres etapas fundamentales y esenciales; en la primera en donde el concreto es un

material blando y maleable, la segunda etapa es el tiempo de fraguado o

endurecimiento del concreto, en este se evidencia el incremento progresivo de la

rigidez y la tercera etapa corresponde al endurecimiento que lo conduce a la

adquisición de propiedades mecánicas y de otra índole, cuyo desarrollo suele

representarse mediante la evolución de la resistencia a compresión”.2

9.2. Resistencia a la compresión La resistencia a la compresión es una característica mecánica principal del concreto.

Se puede definir como la capacidad que tiene para soportar una carga en un área

2 Sánchez de Guzmán. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá d.c: bhandar editores ltda. 1996. 349p

PR

OP

IED

AD

ES

DE

L

CO

NC

RE

TO

HID

RA

ULIC

O

MECANICAS

Resistencia a la compresion.

Resistencia a la flexion.

Modulo de Elasticidad.

FISICAS

Consistencia o Fluidez.

Segregacion.

Exudacion.

Estabilidad.

21

determinada, y se expresa en términos de esfuerzo, la mayoría de las veces en

kg/cm2, MPa y libras por pulgada cuadrada (Psi).

Para determinar la resistencia teórica se emplea la teoría de Slater, esta se puede

emplear para saber la resistencia a la compresión del concreto a edad de 28 días),

conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 24 horas, 7 días y 14 días, en

unidades de Mega pascales (MPa).

Ecuación para determinar la resistencia a la compresión (fć) teorica, a la edad de 28

días, conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 24 horas (fć24 horas).

𝑓´𝑐28 = 6,56𝑓´𝑐24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠0,82


días, conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 7 días (fć7).

𝑓´𝑐28 = 2,25𝑓´𝑐70,93


días, conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 14 días (fć14).

𝑓´𝑐28 = 𝑓´𝑐14 + 1,45𝑓´𝑐140,5

El ensayo implementado comúnmente sirve para determinar la resistencia a la

compresión, este ensayo se realiza sobre probetas cilíndricas elaboradas en moldes

especiales que tienen 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. Las normas NTC 550 y 673

son las que rigen los procedimientos aceptados para la elaboración de los cilindros y

ensayo de resistencia a la compresión respectivamente.

Generalmente el diseñador estructural proporciona la especificación de la resistencia a

la compresión del concreto (F’c) en sus memorias de cálculo y en los planos de diseño;

22

la cual utilizo como base para estimar el dimensionamiento y el esfuerzo de cada uno

de los elementos estructurales del proyecto; cuando se obtengan resistencias menores,

el factor de seguridad disminuirá para este elemento; para evitar esta problemática que

puede ocurrir por los diferentes materiales o procedimientos ejecutados para realizar la

mezcla, esta deberá dosificarse de tal manera que se obtengan resistencias mayores

en el promedio (F’cr) que a F’c.

Imagen 4. Resistencia a la compresión del concreto

Fuente: Propia

9.3. Resistencia a la Flexión Resistencia a la flexión o módulo de rotura y debido a su naturaleza, el concreto

hidráulico es frágil ante los esfuerzos a flexión, por esta razón esta propiedad mecánica

generalmente no se tiene en cuenta en el diseño de las estructuras verticales

convencionales. “La tracción tiene que ver con el agrietamiento del concreto, a causa

de la contracción inducida por el fraguado o por los cambios de la temperatura”

(SANCHEZ, 1996), cumpliendo estos factores se generan esfuerzos internos de flexión.

Para calcular el módulo de rotura (MR) teórico se emplea la siguiente expresión,

cuando se conoce la resistencia a la compresión a la edad de 28 días (f´c28).

𝑀𝑅28 = 0,392 (𝑓´𝑐282)

13⁄

23

9.4. Módulo de Elasticidad El módulo de elasticidad o (módulo de Young) es la aplicación de la Ley de Hooke, de

un material es la relación entre el esfuerzo al que está sometido el material y su

deformación unitaria. Esta hace referencia a la rigidez del material ante una carga

impuesta sobre el mismo. Cuando la relación entre el esfuerzo y la deformación unitaria

a que está sometido el material es lineal, constante y los esfuerzos aplicados no

alcanzan el límite de proporcionalidad, el material tiene un comportamiento elástico que

cumple con dicha Ley.

Aplicación de la ley de Hooke o módulo de elasticidad:

Imagen 5. Esfuerzo Vs Deformacion. Fuente: https://www.fisicarecreativa.com/papers_sg/papers_sgil/Docencia/elasticidad1.pdf

Para determinar el “módulo de elasticidad secante (o módulo de Young) y la relación de

Poisson de cilindros de concreto normalizados y núcleos de concreto, cuando éstos se

hallan bajo esfuerzos de compresión longitudinal. Las definiciones de módulo de

elasticidad secante y de relación de Poisson, se encuentran en las definiciones de la

NTC 4525 (ASTM E6). (NTC 4025, 2006).

Para calcular el módulo de elasticidad (Ec) se emplea la siguiente expresión, cuando se

conoce la resistencia a la compresión a la edad de 28 días (f´c28) en MPa para

concretos de peso normal.

24

𝐸𝑐 = 4700 √𝑓´𝑐28

Ver ANEXO 2 “Propiedades físicas del concreto”

10. Metodología

Para el desarrollo del proyecto se lleva a cabo una metodología de tipo cuantitativa, en

la que se seguirán diferentes pasos utilizando las bases teóricas adquiridas e

investigadas donde posterior a esto se realizaran ensayos de laboratorio y un análisis a

los resultados obtenidos.

10.1. Actividades de la investigación

10.1.1. Visita, selección de material RCD a utilizar y clasificación Teniendo una base clara de los antecedentes de nuestra investigación, se procederá a

realizar una visita al Centro de tratamiento, aprovechamiento y disposición de Residuos

de Construcción y Demolición (RCD) denominado RECICLADOS, INDUSTRIALES DE

COLOMBIA SAS; en donde se usara los residuos productos de la demolición de

estructuras de concreto hidráulico con el fin de aprovecharlos en la investigación; todo

esto con la información que se pueda investigar con los asesores y personal de la

compañía, logrando así poder seleccionar el material más adecuado para el análisis;

además de esto se realizaran ensayos de laboratorio en donde se clasificara el material

según sus características físicas y su granulometría.

10.1.2. Selección de diseño de mezclas a usar con este material Conociendo el material analizar y las diferentes metodologías de diseño que se pueden

emplear, se procede a escoger un diseño en el cuál se pueda utilizar este material

(RCD) con el fin de aplicarlo a la investigación experimental propuesta, tomando RCD

en proporciones del 50, 75, y 100 por ciento con relación al agregado grueso propuesto

por este diseño, partiendo de las conclusiones a las que llegaron los investigadores

(Pérez & Caicedo, 2014) y (Agreda & Moncada, 2015) usando RCD de las ciudades de

25

Cali y Bogotá D.C respectivamente; teniendo como principio el uso de agregado grueso

saturado producto de RCD.

10.1.3. Realización de las probetas de concreto Teniendo las dosificaciones necesarias de los agregados se realizarán ensayos con

probetas de concreto, en donde se seguirán parámetros establecidos por la NTC-550 y

se realizara el fallo de los mismos a la edad de 7, 14 y 28 días; esto con el fin de

obtener resultados confiables y representativos de cada uno de los ensayos a realizar.

10.1.4. Desarrollo curvas de resistencia vs tiempo Conociendo la resistencia de cada uno de estos ensayos, se realizará el trazo de la

curva de comportamiento (Esfuerzo de fallo vs tiempo) para cada una de las

variaciones realizadas al diseño original utilizado, en donde se observará las

principales características de crecimiento de resistencia durante el tiempo.

10.1.5. Análisis de las curvas Al tener las diferentes curvas, se realizará un análisis comparativo de esta propiedad

mecánica del concreto con la curva representativa teórica que se produce al utilizar un

agregado grueso de origen pétreo además de identificar algunas otras características

como lo son el comparar estos resultados con otros que hayan sido producidos bajo la

misma dosificación además de también poder comparar los resultados con las

diferentes proyecciones que pueden estimarse al realizar fallos a los 7 y 14 días.

10.1.6. Análisis de precios unitarios De manera paralela se realizarán cotizaciones de los materiales utilizados y se

procederá a desarrollar un APU para cada uno de los dos posibles procedimientos

ejecutados; cuando se implementa agregado pétreo en su totalidad o cuando realiza

una sustitución parcial o total del agregado por medio del producto de los RCD.

26

10.1.7. Análisis de los resultados obtenidos Conociendo los resultados del análisis al comparar la propiedad mecánica del material

y al conocer la influencia en costos generados por el mismo en los diferentes casos

expuestos, se podrá hacer un análisis general para así poder determinar la viabilidad

técnica y económica de la mezcla experimental, para la sustitución parcial o total de

agregado grueso de origen pétreo, a partir del uso de RCD.

11. Desarrollo de la metodología

Con los marcos conceptuales, teóricos, estudio de estado del arte y normativa

plasmada descritos en el proyecto, se da inicio al desarrollo de la metodología

propuesta.

Inicialmente se encuentra un proyecto en ejecución perteneciente a lugares aledaños a

ciudad de Bogotá en donde se puede realizar las actividades propuestas además de

encontrar un laboratorio certificado que nos de la total garantía de que las pruebas y

ensayos realizados cumplen con todos los parámetros que la norma nos exige.

Las obras en mención se llaman Caobo y Bambú ubicadas en Ciudad Verde,

pertenecientes a la constructora Tenco S.A.; estos proyectos manejan un sistema

constructivo de mampostería estructural y cuentan con el equipo necesario para poder

ejecutar cada una de las actividades que se desean desarrollar en campo como lo son

la toma de muestras con un laboratorio que cuenta con el equipo adecuado para su

desarrollo y un patio de mezclas activo que sirva para la ejecución del diseño de

mezclas utilizado con los agregados existentes en obra y la sustitución parcial o total

por un material granular producto de RCD, del Centro de tratamiento, aprovechamiento

y disposición de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) denominado

RECICLADOS, INDUSTRIALES DE COLOMBIA SAS ver anexo 3 “Visita y selección

de material RCD a utilizar”

27

El laboratorio seleccionado se llama Ingeyma LTDA. Que para mayor facilidad y

confiabilidad con los resultados es un laboratorio certificado que cuenta con el equipo

necesario para el desarrollo de ensayos de agregado, cuentan con vehículos de

transporte en condiciones de movilizar probetas realizadas en obra y todo lo necesario

para el fallo de probetas de concreto siguiendo los parámetros de la normativa vigente.

“Anexo 4. Certificación del laboratorio”

11.1. Caracterización de los Agregados

11.1.1. Caracterización del agregado grueso de RCD

El agregado grueso producto de RCD usado en esta investigación procede de la planta

de aprovechamiento y disposición final ubicado en Bogotá DC, el cual fue debidamente

seleccionado y triturado por la empresa Reciclados Industriales de Colombia. Este

material sustituirá un 50%, 75% y 100% de agregado grueso natural, previamente a

esto el agregado se saturará con agua con el fin de contrarrestar los altos índices de

absorción que presenta el agregado reciclado, debido a los residuos de cemento

adherido que este contiene.

Previo a estudios realizados de absorción “Según normas europeas (UNE y EHE),

normas japonesas y normas Belgas el rango encontrado para el agregado grueso es de

0,8% a 13% con un valor medio de 5,6%”.3

También presenta un elevado coeficiente de los ángeles ya que en la realización del

ensayo se elimina el mortero adherido que queda adherido al agregado, además de la

pérdida de peso propia del agregado natural. “Debido a que no se conoce la

procedencia del agregado los valores recomendados para el coeficiente de los ángeles

son menores a 34%”4

3 Sánchez, Martha y Alaejos María del Pilar. Estudio sobre las propiedades del árido reciclado. Utilización en hormigón estructural.

Revista. 2001. 4 González, B. Hormigones con Áridos Reciclados Procedentes de Demoliciones: Dosificaciones, Propiedades mecánicas y

comportamiento estructural al cortante. Tesis Doctoral. 2002.

28

Para procesar los RCD se emplea el siguiente procedimiento: primero ingresan los

camiones tipo volqueta, de origen de las diferentes obras de demolición que se realizan

en la ciudad, se procede a una inspección visual de la mezcla, posteriormente a esto se

pesa y se determina el uso o tratamiento que se le dará al residuo. De esta forma se

establece la cantidad y el costo de la gestión que se requiere para dar cumplimiento a

la resolución 1115 de 2012.

Dicho esto, por (CASTAÑO & MISSLE, 2013), “Una vez el residuo es aceptado, pasa a

la zona de descarga para la separación por medios manuales o mecánicos de los

distintos componentes, para posteriormente introducirla a la línea de trituración y

separación, compuesta por machacadora de mandíbulas, triaje manual, sistemas de

cribado y zona de acopio final por fracciones granulométricas”. Estos agregados

pueden ser empleados en constitución de bases, subbases, agregados pétreos para

mezclas de concreto hidráulico se muestra el esquema de una planta de procesamiento

de RCD.

Imagen 6. Esquema de una planta de procesamiento de RCD.

Fuente: Gestión de residuos de construcción y demolición (RCD) en Bogotá. perspectivas y limitantes, (Castaño, Rodríguez, Lasso, Cabrera, Ocampo, 2013)

29

11.1.2. Clasificación de los residuos de construcción y demolición

“Los residuos no peligrosos según la definición de residuos sólidos del Decreto 2981 de

2013, se dividen en aprovechables y no aprovechables. Los RCD resultan de las

actividades de la construcción (demolición, excavación, construcción y/o reparaciones

de las obras civiles) o de otras actividades conexas complementarias o análogas y de

estos no existe una clasificación definida en la normatividad nacional. Por ello, a

continuación, se presenta una clasificación que da pautas para diferenciar los residuos

que tienen un potencial para su aprovechamiento y los que por un inadecuado manejo

pueden perder este potencial”.5 (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2015)

GRUPO CLASE COMPONENTES

I-Residuos mezclados. 1. Residuos Pétreos. Concretos, cerámicos, ladrillos, arenas, gravas, cantos,

bloques o fragmentos de roca, baldosín, mortero y

materiales inertes que no sobrepasen el tamiz # 200 de

granulometría.(1)

II-Residuos de material

fino.

1. Residuos finos no

expansivos

Arcillas (caolín), limos y residuos inertes, poco o no

plásticos y expansivos que sobrepasen el tamiz # 200 de

granulometría.(1)

2. Residuos finos

expansivos

Arcillas (montmorillonitas) y lodos inertes con gran

cantidad de finos altamente plásticos y expansivos que

sobrepasen el tamiz #200 de granulometría.

III-Otros Residuos. 1. Residuos no pétreos Plásticos, PVC, maderas, cartones, papel, siliconas,

vidrios, cauchos.(1)(2)

2. Residuos de carácter

metálico

Acero, hierro, cobre, aluminio, estaño y Zinc.

3. Residuos orgánicos de

pedones

Residuos de tierra negra.

4. Residuos orgánicos de

cespedones

Residuos vegetales y otras especies bióticas.

5 Alcaldia Mayor de Bogota DC, Guia para la elaboración del plan de gestión de residuos de construcción y demolición-RCD en la Obra.

Gestion Integral de RCD. Secretaria Distrital de Ambiente, Bogota D.C. 2015

30

IV. Residuos peligrosos 1. Residuos corrosivos,

reactivos, radioactivos,

explosivos, tóxicos,

patógenos (biológicos)

Desechos de productos químicos, emulsiones, alquitrán,

pinturas, disolventes orgánicos, aceites, resinas,

plastificantes, tintas, betunes, barnices, tejas de asbesto,

escorias, plomo, cenizas volantes, luminarias, desechos

explosivos, y los residuos o desechos incluidos en el

Anexo I y Anexo II o que presenten las características de

peligrosidad descritas en el Anexo III del Decreto 4741

de 2005.

V-Residuos especiales No definida Poliestireno-Icopor, cartón-yeso (drywall), llantas entre

otros.

VI-Residuos

contaminados con otros

residuos

1. Residuos

contaminados con

residuos peligrosos

Materiales pertenecientes a los grupos anteriores que se

encuentran contaminados con residuos peligrosos.

Estos deben ser dispuestos como residuos peligrosos.

No definida Residuos contaminados con otros residuos, que hayan

perdido las características propias para su

aprovechamiento.

VII- Otros residuos No definido Residuos que por requisitos técnicos no es permitido su

reúso en las obras.

Tabla 1. Clasificación de los residuos de construcción y demolición RCD Fuente: Decretos 838 de 2005, 4741 de 2005, 2981 de 2013.

De acuerdo al Sistema internacional unificado de clasificación de suelos (Unified Soil

Classification System -USCS-), la diferencia entre los residuos y materiales gruesos y

los finos se establece por el paso de la malla o tamiz # 200 de granulometría

(0,075mm), al igual que sus propiedades para usos de construcción.

Es de considerar que las lutitas o rocas arcillosas de tamaño semejante a un residuo

pétreo que se presentan en algunas partes de la ciudad, tienen propiedades

expansivas que no permiten emplearlas para el uso de las cimentaciones en la

construcción por su composición (mezcla de arcillas y limos expansivos).

Después del proceso de la obtención del agregado grueso producto de RCD de la

planta de tratamiento de Reciclados Industriales, el material es transportado al

laboratorio Ingeyma Ltda. para la realización de ensayos con el fin de obtener las

características físicas este material en donde se obtienen los resultados de la tabla 2.

31

Características físicas del agregado de RCD:

Tabla 2. Caracterización del agregado grueso de RCD

Fuente: Propia

Los resultados obtenidos que se reflejan en la Tabla 2 de TMN, Masa unitaria suelta,

masa unitaria compacta, Densidad aparente seca, absorción y contenido de lodos.

Muestran valores que no cumplen los parámetros permitidos para el uso en el diseño

de concreto según la normativa vigente para lo cual es necesario mejorar este material

si se desea utilizar en algún diseño.

En la imagen 8 se observa el agregado grueso producto de RCD, después de lavado

retirando las impurezas y el cemento adherido, para la realización de la presente

investigación donde se sustituirán en porcentajes de 50%, 75% y 100% del agregado

grueso de origen natural.

Imagen 7. Agregado grueso producto de RCD lavado

Fuente: Propia

PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO DE “RCD”

RESULTADO OBTENIDO

Parámetros de aceptación

Valoración del agregado

TMN (pulg) 1,00 (19.1-50.8)mm

Grava Cumple

Masa Unitaria Suelta (g/cm3) 1,20 - -

Masa Unitaria Apisonada (g/cm3) 1,32 - -

Gravedad especifica aparente seca (g/cm3)

2,22 2-3 Cumple

Absorción (%) 5,65 Menor a 1.5 No cumple

Contenido de lodos. 3,66 0-5 Cumple

32

En la Tabla 3 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría por

tamizado del agregado grueso tipo RCD Anexo 5. “Resultado de laboratorios de

Análisis físicos de los agregados”, según los criterios de la NTC 174 el material es

apto para la elaboración del concreto, ya que la grava entra en la denominación 56 y se

encuentra bajo los parámetros establecidos para este material en donde se puede

también observar que el porcentaje de gravas para la muestra corresponde al 95.81%

de la muestra; según la clasificación del sistema de unificación de clasificación del

suelo:

% 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑎𝑠 = 100 − 4.19 = 95.81%

𝐶𝑢 =𝐷60

𝐷10=

23.45

7.30= 3.21

𝐶𝑐 =𝐷302

𝐷60 ∗ 𝐷10=

11.87

23.45 ∗ 7.30= 0.82

Lo que indica que es una grava pobremente gradada GP generando mala manejabilidad

Tabla 3. Resultados de gradación agregado RCD

Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda.

De acuerdo a las especificaciones de NTC 174 el agregado grueso producto de RCD

cumple con los estándares para la utilización en el diseño del concreto hidráulico como

se muestra en la imagen.

33

Imagen 8. Curva granulométrica agregado grueso producto de RCD

Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda. Este agregado de RCD se clasifica:

GRUPO CLASE COMPONENTES

I-Residuos mezclados. 1. Residuos Pétreos. Concretos, cerámicos, ladrillos, arenas, gravas, cantos,

bloques o fragmentos de roca, baldosín, mortero y materiales

inertes que no sobrepasen el tamiz # 200 de granulometría.

Fuente: Propia

11.1.3. Caracterización del agregado grueso natural “Material granular, como la arena, grava, la piedra triturada o la escoria de alto horno

usado para elaborar concreto o mortero”6 Conocidos también como áridos o inertes,

son fragmentos o granos, usualmente pétreos, cuyo objetivo es reducir los costos de la

mezcla y adicionarle ciertas características favorables, entre las cuales se puede

observar la disminución de la retracción de fraguado o retracción plástica.

Después del proceso de la obtención del agregado grueso utilizado por la constructora

TENCO S.A y al laboratorio Ingeyma Ltda. Donde se realizan los ensayos pertinentes

con el fin de obtener las características físicas este material en donde se obtienen los

resultados de la tabla 4.

6 Norma técnica colombiana 385 pág. 2, Segunda actualización, 2010

34

Características físicas del agregado grueso natural:

Tabla 4. Caracterización del agregado grueso natural

Fuente: Propia

Los resultados obtenidos que se reflejan en la Tabla 4 de TMN, Masa unitaria suelta,

masa unitaria compacta, Densidad aparente seca, absorción y contenido de lodos;

donde se observan valores permitidos teniendo como referente la normativa vigente.

En la imagen 6 se observa el agregado grueso de origen natural, usado para la

presente investigación en donde será reemplazado en porcentajes de 50%, 75% y

100% por agregado tipo RCD.

Imagen 9. Agregado grueso natural

Fuente: Propia

En la Tabla 10 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría

por tamizado del agregado grueso natural Anexo 5. “Resultado de laboratorios de

Análisis físicos de los agregados”, según los criterios de la NTC 174 el material es

apto para la elaboración del concreto, ya que la grava entra en la denominación 7 y se

PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO NATURAL

RESULTADO OBTENIDO



TMN (pulg) 3/8 (4.76-19.1)mm

Gravilla Cumple

Masa Unitaria Suelta (g/cm3) 1,45 - -

Masa Unitaria Apisonada (g/cm3) 1,58 - -


2,63 2-3 Cumple

Absorción (%) 1,66 Menor a 1.5 Cumple


35

encuentra bajo los parámetros establecidos para este material; en donde se puede

también observar que el porcentaje de gravas para la muestra corresponde al 96.48%


suelo:

% 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑎𝑠 = 100 − 3.52 = 96.48%

𝐶𝑢 =𝐷60

𝐷10=

8.53

5.19= 1.64

𝐶𝑐 =𝐷302

𝐷60 ∗ 𝐷10=

6.532

8.53 ∗ 5.19= 0.96

Lo que indica que es una grava pobremente gradada GP generando mala manejabilidad

Tabla 5. Resultados de gradación agregado grueso natural


De acuerdo a las especificaciones de NTC 174 el agregado grueso natural cumple con

los estándares para la utilización en el diseño del concreto hidráulico como se muestra

en la imagen.

36

Imagen 10. Curva granulométrico agregado grueso natural


11.1.4. Caracterización del agregado fino Para la presente investigación se utilizó arena de rio como agregado fino usado por la

constructora TENCO S.A y al laboratorio Ingeyma Ltda. Donde se realizan los ensayos

pertinentes con el fin de obtener las características físicas este material en donde se

obtienen los resultados de la tabla 4.

Características físicas del agregado fino “arena de rio”:

Tabla 6. Caracterización del agregado fino “Arena de Rio”

Fuente: Propia

PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO FINO

RESULTADO OBTENIDO



Masa Unitaria Suelta (g/cm3) 1,48 -


2,65 2-3 Cumple

Absorción (%) 0,40 0-5 Cumple


Color de Materia Orgánica 1,00 1-5 Cumple

37

Los resultados obtenidos que se reflejan en la Tabla 6 de módulo de finura, Masa

unitaria suelta, masa unitaria compacta, gravedad especifica aparente seca, absorción

contenido de lodos y color de materia orgánica, muestran valores permitidos teniendo

como referente la normativa vigente.

Imagen 11. Agregado fino

Fuente: Propia

En la Tabla 7 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría por

tamizado del agregado fino Anexo 5. “Resultado de laboratorios de Análisis físicos

de los agregados”, según los criterios de la NTC 174 el material es apto para la

elaboración del concreto, ya que la grava entra en la denominación arena de rio y se

encuentra bajo los parámetros establecidos para este material; en donde se puede

también observar que el porcentaje de arenas para la muestra corresponde al 92.72%


suelo:

% 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎𝑠 = 94.39 − 1.67 = 92.72%

𝐶𝑢 =𝐷60

𝐷10=

1.018

0.313= 3.252

𝐶𝑐 =𝐷302

𝐷60 ∗ 𝐷10=

0.5712

1.018 ∗ 0.313= 1.023

Lo que indica que es una arena pobremente gradada SP generando mala manejabilidad

38

Tabla 7. resultados de gradación agregado fino


De acuerdo a las especificaciones de NTC 174 el agregado grueso natural cumple con

los estándares para la utilización en el diseño del concreto hidráulico como se muestra

en la imagen.

Imagen 12. Curva granulométrica agregado fino


Metodología para la elaboración de los ensayos en el Anexo 5. “Resultado de

laboratorios de Análisis físicos de los agregados”.

Ver anexo 6 “Ensayos para determinar las propiedades físicas de los agregados”

Clasificación de los agregados pétreos para concreto hidráulico.

39

Tabla 8. Clasificación de los agregados pétreos. Fuente: SANCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996

11.1.5. Cemento Portland

Es uno de los productos más utilizados en la construcción convencional “Se obtiene por

la pulverización del Clinker portland con la adición de una o más formas de sulfato de

calcio. Se pueden adicionar diferentes productos siempre que su colocación no afecte

las propiedades del cemento resultante”7 ; para la presente investigación se utilizó

cemento Cemex tipo “1”8 debido a los resultados del estudio realizado por Cortes, E.A.

y Perilla J.E. (2014)9, donde determinaron que el cemento Cemex tipo I, tiene una

finura más elevada con relación a otros cementos del mercado, permitiendo que el

proceso de hidratación sea más eficiente, ya que al ser una partícula de cemento tan

pequeña permite que se hidrate por completo, dando mejores características

mecánicas, específicamente en la resistencia a la compresión en edades tempranas.

7 Norma técnica colombiana 31 pág. 2, Segunda actualización, 2010 8 SANCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996

“destinado a obras de concreto en general, al que no se le exigen propiedades especiales…” 9 Cortes, E.A. y Perilla J.E. (2014). Estudio comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales

portland tipo I

40

No obstante, cumple con los parámetros establecidos por la NTC 121 ver Anexo 7.

“NTC 121 Cemento Portland especificaciones físicas y mecánicas” para la

elaboración del concreto hidráulico.

En la tabla 9, se encuentran las Características Fisico-mecanicas del cemento Cemex

tipo I.

Tabla 9. Características físico-mecánicas del cemento Cemex tipo I.

Fuente: Cortes, E.A. y Perilla J.E. (2014). Estudio comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales portland tipo I, Tabla 16, pag.55

11.2. Dosificación de mezclas de concreto hidráulico De Peso Normal

“El concreto debe dosificarse con el fin de obtener una resistencia promedio a la

compresión y al mismo tiempo satisfacer los criterios de durabilidad” manual

supervisión técnica;

La dosificación de mezclas de concreto hidráulico, llamado comúnmente diseño de

mezclas es un proceso que consiste de la relación de pasos dependientes entre sí.

Elección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados pétreos, agua

y/o aditivos).

Determinar las cantidades relativas “dosificación” para producir mezclas tan

económicas como sea posible, en condiciones óptimas de trabajabilidad,

resistencias a compresión y durabilidad apropiada.

Esta dosificación dependerá de cada ingrediente en particular, los cuales a su vez

dependerán de la aplicación o del uso particular del concreto; también podrían ser

41

considerados otros criterios, por ejemplo, minimizar la contracción y el asentamiento o

de ambientes químicos especiales; aun así siempre cada dosificación debe

proporcionar:

Manejabilidad y consistencia para que el concreto pueda correr fácilmente en la

formaleta y junto al refuerzo, en las condiciones de que disponga el proyecto

para su colocación, sin generar segregación o exudación excesivas.

Resistencia a las condiciones donde sea expuesto en cada uno de los

proyectos.

Cumplimiento a las especificaciones de diseño.

11.2.1. Información requerida para el diseño de mezclas

11.2.1.1. Métodos de diseño de mezclas

“Es un proceso que consiste en la selección de los ingredientes disponibles (cemento,

agregados, agua y aditivos) y la determinación de sus cantidades relativas para

producir, tan económicamente como sea posible, concreto con el grado requerido de

manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de

resistencia, durabilidad, peso unitario, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas.

Estas proporciones dependen de las propiedades y características de los ingredientes

usados, de las propiedades particulares del concreto especificado, y de las condiciones

particulares bajo las cuales el concreto será producido y colocado”10 la información

requerida más relevante para el diseño de una mezcla de concreto es:

Análisis granulométrico de los agregados.

Pesos unitarios de los agregados.

Pesos específicos de los agregados y del cemento.

Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados.

Tipo de cemento.

10 SANCHEZ, Diego. Diseño de mezcla de concreto. En: Tecnología del concreto y del mortero. 5 ed. Bogotá D.C.: 2001. Editorial:

Biblioteca de la construcción P. 221.

42

Relación agua/cemento.

Contenido de aire.

Entre los métodos analíticos más importantes para la elaboración de mezclas de

concreto, se encuentran el método ACI, el método de Fuller-Thompson, el método de

Bolomey, para ver estos últimos métodos a emplear para el diseño de mezclas de

concreto hidráulico ver Anexo 8. “Métodos de diseño de mezclas”

11.2.1.2. Método de la ACI

Este método se emplea cuando los agregados cumplen con las recomendaciones

granulométricas ASTM C33, y este consiste en hallar el volumen de agregado grueso

por metro cúbico de concreto; para esto se emplea la tabla 5, que representa el

volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.

Posteriormente se allá el volumen del agregado grueso (bo´) por metro cubico de

agregado grueso, la cual se obtiene dividiendo la masa unitaria compacta (MUC) y la

densidad aparente de la grava (dg):

bo´ =𝑀𝑈𝐶

𝑑𝑔

Al obtener el valor de volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto

(b/bo) y el volumen de partículas de agregado grueso por metro cúbico, se determina el

volumen total de agregado grueso (B) que posee la mezcla para un metro cúbico. Esto

se hace multiplicando los valores hallados en la tabla 10 y de la ecuación de volumen

de partículas del agregado grueso:

B = (𝑏

𝑏𝑜) ∗ bo´

43

AXIMO TAMAÑO NOMINAL DE AGREGADOS

VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO SECADO EN HORNO POR UNIDAD DE VOLUMEN DE

CONCRETO PARA DIFERENTES MODÚLOS DE FINURA DE AGREGADO FINO

MODULO DE FINURA

PULGADAS mm 2,40 2,60 2,80 3,00

3/8 9,51 0,50 0,48 0,46 0,44

1/2 12,5 0,59 0,57 0,55 0,53

3/4 19,1 0,66 0,64 0,62 0,60

1 25,4 0,71 0,69 0,67 0,65

1 1/2 38,1 0,75 0,73 0,71 0,69

2 50,8 0,78 0,76 0,74 0,72

3 76,1 0,82 0,80 0,78 0,76

6 152,4 0,87 0,85 0,83 0,81

Tabla 10. volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto (𝑏

𝑏𝑜)

Fuente: NIÑO HERNÁNDEZ, Jairo René. Tecnología del Concreto – Materiales, Propiedades y Diseño de Mezclas, Tomo 1, Tercera edición.

Después de calcular el volumen de grava, cemento, agua y aire, faltaría el volumen del

agregado fino (arena); éste se calcula restando el volumen total de los ingredientes

conocidos (grava, cemento, agua y aire) por el volumen requerido de arena; esto se

puede observar en la tabla 11:

MATERIAL PESO W (Kg/m3)

DENSIDAD APARENTE (Kg/m3)

VOLUMEN V V (a3/m3)

Agua K/W 1000 Vw

Aire 0 0 Va

Cemento W/c dc Vc

Agregado Grueso

Wg dg Vg

Agregado Fino

Wf df Vf

Total Wt 1,00 m3

Tabla 11. Proporciones de los materiales de la mezcla en peso y en volumen para 1,00 m3 de concreto Fuente: NIÑO HERNÁNDEZ, Jairo René. Tecnología del Concreto – Materiales, Propiedades y Diseño de Mezclas, Tomo 1, Tercera edición.

Debido a los resultados de laboratorio obtenidos del agregado grueso producto de RCD

se emplea este método ya que la granulometría del mismo cumple lo establecido en la

44

NTC 174, respecto a la granulometría de los agregados pétreos, por esta razón se

hace la sustitución parcial o total del agregado grueso natural por agregado grueso de

RCD del diseño de mezcla usado como muestra patrón.

11.2.1.3. Pasos para encontrar las cantidades reales a utilizar

Podemos resumir la secuencia del diseño de mezclas de la siguiente manera:

Elección de la resistencia promedio ( f¨cr).

Elección del Asentamiento (Slump)

Selección del tamaño máximo del agregado grueso.

Estimación del agua de mezclado y contenido de aire.

Selección de la relación agua/cemento (a/c).

Cálculo del contenido de cemento.

Estimación del contenido de agregado grueso y agregado fino.

Ajustes por humedad y absorción.

Cálculo de dosificación en peso.

Cálculo de dosificación en volumen.

Cálculo de cantidad real a utilizar

11.2.1.4. Selección de diseño de mezclas a usar con este material

Tomando como base el diseño de mezclas para concreto de 3000 Psi utilizado

actualmente por el proyecto Caobo y desarrollado por el laboratorio utilizado Ingeyma

“Anexo 9. Diseño de Caobo mezclas proyecto” en donde se utiliza el procedimiento de

la ACI para determinar la dosificación del material; se realiza la sustitución total o

parcial del agregado grueso donde la cantidad del material a usar varia con relación a

la masa unitaria suelta de los agregados.

45

Tabla 12. Dosificación de mezcla para cada porcentaje de sustitución de RCD Fuente: Propia.

11.3. Realización de las probetas de concreto

11.3.1. Parámetros a tener presente previo a la ejecución Con base a las dosificaciones del diseño de mezclas, se da inicio al desarrollo de las

diferentes probetas a ensayar en donde estos se van a identificar de la siguiente

manera:

- Se maneja un testigo desarrollado por la obra donde se utiliza agregado grueso

100% natural y será una muestra testigo al vaciado de un elemento real del

proyecto en mención siendo esta la muestra patrón.

- Se realizar dos probetas para las edades 7, 14 y 28 días para un total de 6

testigos para cada una de las muestras de ensayo.

- Se efectúan ensayos con la variación al agregado grueso en las siguientes

proporciones:

o Utilizando 50% agregado grueso natural y 50% agregado grueso RCD



Ver anexo 10 “Preparación de las mezclas según diseño” y anexo 11 “Verificación

de los parámetros establecidos por la NTC 150” para la elaboración de las probetas.

MezclaRelación

A/C

Agua

(Kg)Cemento (Kg)

Arena de rio

(m3)

Grava natural

(m3)

Grava

RCD

(m3)

Muestra Patron 0% RCD 0,68 240 353 0,67 0,48% ---

Muestra 50% RCD 0,68 240 353 0,67 0,24% 0,29

Muestra 75% RCD 0,68 240 353 0,67 0,12% 0,43

Muestra 100% RCD 0,68 240 353 0,67 --- 0,57

Diseño de mezcla para un m3 para cada porcentaje de sustitución de RCD

46

11.4. Desarrollo curvas de Resistencia vs Tiempo Se reciben los resultados de las muestras por parte del laboratorio Ingeyma “Anexo 13.

Resultados de ensayos a compresión” en donde se observa que el ensayo se realizó

bajo los parámetros de la NTC 673 del 2010 (Características a tener “Anexo 12”) y se

anexa una tabla donde se plasman las diferentes características de los cilindros

ensayados:

1. Se enumeran los cilindros fallados en el informe entregado.

2. Se da a conocer el tipo de mezcla a ensayar (A) perteneciente a concreto

3. Se relaciona el número de la muestra con el que se identifica al laboratorio con

el fin de diferenciar las características del cilindro fallado (1001-1002-1003).

4. Se relaciona la probeta fallada según la identificación individual de cada muestra

(A, B fallo a 7 días – C, D fallo a 14 días – E, F fallo a 28 días)

5. Se da a conocer la fecha de vaciado de cada una de las muestras ensayadas

(13-12-17) y fecha de ensayo (según la edad de fallo).

6. Se registra la resistencia con la que se solicitó comparar los cilindros enviados

para fallar (21MPa).

7. Se menciona la edad a la cual se realiza el fallo de los cilindros (7-14-28 días).

8. Se registra el diámetro del cilindro a fallar (varia por cada cilindro fallado)

9. Se registra la longitud del cilindro a fallar en donde según la formaleta utilizada

debe ser mayor o igual a 300 mm.

10. Se calcula el área de la cara donde se aplica la carga del ensayo.

11. Se registra el valor de la carga máxima soportada por el cilindro al momento de

realizar el ensayo.

12. Se da a conocer la resistencia a la compresión obtenida en donde según los

parámetros de la norma se calculan al dividir la carga soportada por el cilindro

sobre el área del cilindro fallado.

13. Se registra el tipo de falla que presento el cilindro al momento de sobrepasar la

carga máxima establecidos por la misma NTC 673

47

14. Se da a conocer el porcentaje de avance de cada uno de los cilindros fallados

según la resistencia con la que se solicitó comparar el elemento (Mayor a 100%

si la resistencia es mayor a 21 MPa).

15. Se registra la localización de las muestras falladas (Muestra 100% RCD –

Muestra 75% RCD Muestra 50% RCD).

En la siguiente tabla se registran los datos proporcionados por el laboratorio en sus

informes con el fin de realizar un resumen de los mismos:

Tabla 13. Resumen resultados de laboratorio

Fuente: Propia

Se traza la curva representativa de la resistencia a la compresión para cada uno de los

ensayos realizados.

Tabla 14. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado

grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD. Fuente: Propia

FechaResis.

(MPa)Descripción

Número

de Muestra

Edad (7-

14)

Probeta

A (MPa)

Probeta

B (MPa)

Resisten

(MPa)

Porcent

(%)

12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (1 de 3) 7 23,8 24,5 24,15 115%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (1 de 3) 7 14,3 13,9 14,1 67%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (1 de 3) 7 23,4 24,0 23,7 113%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (1 de 3) 7 25,0 25,2 25,1 120%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (2 de 3) 14 27,0 26,1 26,55 126%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (2 de 3) 14 17,5 15,5 16,5 79%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (2 de 3) 14 26,0 27,9 26,95 128%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (2 de 3) 14 26,7 27,7 27,2 130%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (3 de 3) 28 27,7 26,9 27,3 130%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (3 de 3) 28 19,2 19,8 19,5 93%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (3 de 3) 28 28,7 30,8 29,75 142%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (3 de 3) 28 30,3 31,0 30,65 146%

FechaResis.

(MPa)Descripción

Número

de Muestra

Edad (7-

14)

Probeta

A (MPa)

Probeta

B (MPa)

Resisten

(MPa)

Porcent

(%)

12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (1 de 3) 7 23,8 24,5 24,15 115%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (2 de 3) 14 27,0 26,1 26,55 126%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (3 de 3) 28 27,7 26,9 27,3 130%

48

Imagen 13. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD.

Fuente: Propia

El tipo de falla predominante en cada una de las probetas ensayadas según la

valoración dada en el anexo 13, es la 4 (Falla diagonal) donde según esta información

las características de la probeta y del método de falla van al límite según los

requerimientos de la NTC 673 constatando además el buen procedimiento al momento

de realizar la probeta testigo.

Se traza la curva representativa de la resistencia a la compresión para cada uno de los

ensayos realizados.


grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD.

Fuente: Propia

FechaResis.

(MPa)Descripción

Número

de Muestra

Edad (7-

14)

Probeta

A (MPa)

Probeta

B (MPa)

Resisten

(MPa)

Porcent

(%)

12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (1 de 3) 7 14,3 13,9 14,1 67%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (2 de 3) 14 17,5 15,5 16,5 79%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (3 de 3) 28 19,2 19,8 19,5 93%

49


Fuente: Propia








FechaResis.

(MPa)Descripción

Número

de Muestra

Edad (7-

14)

Probeta

A (MPa)

Probeta

B (MPa)

Resisten

(MPa)

Porcent

(%)

12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (1 de 3) 7 23,4 24,0 23,7 113%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (2 de 3) 14 26,0 27,9 26,95 128%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (3 de 3) 28 28,7 30,8 29,75 142%

50


Fuente: Propia








FechaResis.

(MPa)Descripción

Número

de Muestra

Edad (7-

14)

Probeta

A (MPa)

Probeta

B (MPa)

Resisten

(MPa)

Porcent

(%)

12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (1 de 3) 7 25,0 25,2 25,1 120%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (2 de 3) 14 26,7 27,7 27,2 130%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (3 de 3) 28 30,3 31,0 30,65 146%

51


Fuente: Propia

11.5. Análisis de las curvas

Se realiza una comparación de las tres curvas generadas con los ensayos realizados

en la investigación, con el fin de poder analizar los resultados obtenidos al realizar las

sustituciones parciales o totales del agregado grueso de origen natural con el agregado

grueso tipo RCD.

Imagen 17. Resistencia a la compresión (MPa) vs Tiempo (Días) Fuente: Propia

52

Según los resultados obtenidos se pueden evidenciar que manejar un agregado RCD

saturado genera un mejor comportamiento si se disminuye la cantidad de material de

origen natural.

Se observa el histograma de la siguiente imagen con los resultados obtenidos por la

investigación y por cada una de las probetas utilizadas en el proyecto caobo en ciudad

verde; en donde se utiliza el diseño con el agregado normal.

Imagen 18. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas

Fuente: Propia

En donde el valor medio de la resistencia de cada uno de los elementos es de 25,5

MPa consolidando así que se genera una mejor relación del agregado cuando se utiliza

mayor proporción de agregado ya sea RCD o Natural en un 75 % de las muestras

realizadas por la investigación.

53

Imagen 19. Distribución normal para las resistencias de las probetas (MPa) Fuente: Propia

Al realizar el trazo de la distribución normal Grafica 19 de los datos históricos como los

generados por nuestra investigación, se busca poder encontrar la probabilidad

existente para que un elemento que se quiera vaciar en el futuro con estas

características de agregado cumpla con los parámetros establecidos por la NSR-10

“Tabla C.5.3.2.2 Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay

datos disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra”

Tabla 18. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos para establecer una desviación estándar de la muestra.

Fuente: Propia.

Ya que nuestra resistencia de diseño es de 21 MPa y la resistencia mínima requerida

para cuando no existen datos suficientes para estimar una desviación estándar es de

29 Mpa los únicos resultados que pueden considerarse con una garantía adecuada son

Resistencia

especificada a la

compresión, Mpa

Resistencia promedio

requerida a la

compresión, Mpa

Fc < 21 Fc=Fc+7

21<Fc<35 Fc=fc+8,3

Fc>35 Fcr=1,10Fc+5

54

los presentados a 28 días cuando se realiza variación del agregado natural en

proporciones del 75% y 100%.

Tabla 19. Dosificación de las mezclas que cumplen con el valor mínimo aceptado para resistencias sin la cantidad de datos suficientes para establecer una desviación estándar confiable

Fuente: Propia.

En donde además al calcular la probabilidad según la distribución normal esta se

encuentra en un rango del 17,88% valores que solo se pudieron obtener al realizar la

mezcla con agregado de origen RCD

Imagen 20. Identificación de la probabilidad para que una probeta fallada este sobre la garantía de cumplir la resistencia de diseño al realizar mezclas con las mismas dosificaciones

Fuente: Propia

Utilizando las ecuaciones para proyectar la resistencia a compresión de los testigos

que se encuentran fallados a las edades de 7 y 14 días, se realiza comparativo con

resultados obtenidos a la edad de 28 días.

FechaResis.

(MPa)Descripción

Número

de Muestra

Edad (7-

14)

Probeta

A (MPa)

Probeta

B (MPa)

Resisten

(MPa)

Porcent

(%)

12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (3 de 3) 28 28,7 30,8 29,75 142%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (3 de 3) 28 30,3 31,0 30,65 146%

55

Tabla 20. Proyección de resistencias a la compresión para los fallos en las edades de 7 y 14 días. Fuente: Propia.

Imagen 21. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas

Fuente: Propia

Se evidencia que los resultados obtenidos por la investigación son

significativamente más bajos respecto a los proyectados por las ecuaciones

dadas aun cuando las condiciones de curado y en general del ensayo se

consideran fueron adecuadas para el desarrollo de las actividades, además que

56

a medida que el concreto va adquiriendo mayor edad estas predicciones

matemáticas se hacen más precisas y se van acercando a la verdadera

resistencia de la mezcla de concreto.

Se puede observar que para un diseño de concreto el comportamiento al

sustituir el agregado de origen natural con el agregado tipo RCD genera una

excelente conducta en la resistencia proporcionando resistencias altas en cada

una de las edades de fallo.

La pendiente de crecimiento en cada uno de los ensayos es similar a partir de

los 7 días de fallo lo que sugiere que la variación existente es presentada debido

a una inadecuada trabajabilidad del material en la adquisición de la resistencia

inicial de los cilindros con agregado natural y tipo RCD en proporciones del 50%.

Al relacionar las resistencias obtenidas al utilizar el material RCD y las

resistencias obtenidas por el diseño original con agregado natural, se puede

observar que existe una mejor relación cuando el agregado usado no se

distribuye de manera equitativa con el otro si no que se utiliza más proporciones

uno sobre el otro esto puede suceder probablemente por la variación en la

dosificación de los agregados para este tipo de diseño usado.

Dando uso a la teoría del módulo de elasticidad y módulo de rotura, se aplican las

ecuaciones para la estimación del modulo de elasticidad y Modulo de rotura o flexión,

donde se obtienen los siguientes resultados de las probetas falladas en la

investigación, tomando como referente los valores teóricos en condiciones ideales:

57

Tabla 21. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra. Fuente: Propia.

Imagen 22. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra vs los teóricos

Fuente: Propia

Se observa que las mezclas con mayor cantidad de agregado grueso de RCD

tienen un mejor comportamiento mecánico, al incrementar la resistencia a la

compresión F´c, esto produce que tenga un mayor módulo de elasticidad y a su

vez mayor módulo de rotura siendo estos directamente proporcionales, por ende

dichas mezclas tienen la capacidad de tener una mayor deformación con

relación a las mezclas de agregado grueso natural, como lo demuestra la

comparación con los módulos de Rotura y Elasticidad teóricos.

11.6. Análisis de los precios unitarios Para realizar el análisis de precios unitarios, primero se determinó si es factible

desarrollar la mezcla de concreto hidráulico sustituyendo el agregado grueso de origen

58

natural por agregado grueso producto de RCD saturado, lo cual se pudo corroborar con

los resultados de las características físicas para el agregado RCD.

De acuerdo al tipo de diseño que se utilizó para la realización de la mezcla patrón de

concreto hidráulico por el método de la ACI, en el cual los agregados se proporcionan

por peso y no por volumen.

Esta sustitución se realiza de acuerdo al peso requerido de grava y se modifica de

acuerdo a la masa unitaria suelta del agregado a emplear.

En las siguientes tablas se realiza el análisis de precios unitarios para cada uno de los

ensayos realizados y en las dosificaciones estimadas; en donde se realiza una

sustitución parcial o total del agregado grueso de origen natural por agregado grueso

producto de RCD con precios de agregados del año 2018.

Tabla 23. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso de origen natural “Muestra

patrón” Fuente: Propia

59

Tabla 24. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción

de sustitución del 50%. Fuente: Propia



60



Imagen 23. Comparativa de los costos de producción

Fuente: Propia

De acuerdo a los datos obtenidos en el desarrollo de la investigación, se determina que

el uso de agregado grueso producto de RCD en condiciones de saturación para la

elaboración de mezclas de concreto hidráulico es viable económicamente y además se

puede minimizar el uso de agregado grueso de origen natural; esto debido a que los

61

costos de producción de la mezcla son menores si se utiliza agregado grueso de origen

RCD.

Al hacer la sustitución del agregado natural por agregado de tipo RCD, se debe tener la

claridad que la masa unitaria suelta que posean los agregados a usar harán variar de

manera directa los costos de la mezcla; para este caso es necesario usar una mayor

cantidad de agregado RCD aun así por la diferencia en los costos por metro cubico

sigue siendo más rentable el uso de este tipo de agregado.

11.7. Análisis de los resultados obtenidos

De acuerdo a los resultados obtenidos, se establece que la mezcla más indicada para

usar es la que tiene la sustitución del 100% de agregado grueso de RCD en

condiciones de saturación siempre que solo se analice la resistencia obtenida a

compresión, debido a que esta mezcla presenta la resistencia a la compresión más alta

que la muestra patrón con uso de agregado de origen natural, a su vez es más

económica como lo determino los costos de producción a raíz del análisis de precios

unitarios realizados en la presente investigación, haciendo de esta una mezcla indicada

para la elaboración de estructuras de concreto hidráulico con resistencias de 21 MPa.

Se sugiere utilizar 75% de material RCD con el fin de mejorar las características del

agregado y así este contenga una mejor manejabilidad al reducir su porcentaje de

absorción, además de mejorar la densidad del material y disminuir gran variedad de

poros por su valor bajo.

Se debe tener cuidado al momento de trabajar con diferentes tipos de agregado, esto

debido a que al utilizar como sustitución material RCD en proporción del 50% genera

un beneficio económico comparado con la dosificación usada cuando se utiliza

solamente agregado de origen natural pero su comportamiento mecánico no es el

esperado; generando así que no sea una dosificación viable al momento de producir

concreto hidráulico.

62

Después de revisar diferentes investigaciones con uso de RCD en concretos

hidráulicos y con los resultados obtenidos se establece que saturar los agregados

gruesos productos de RCD, aparentemente disminuyen el contenido de material

adherido mejorando significativamente las propiedades mecánicas del concreto como

lo son la resistencia a flexión al mejorar la adherencia de las partículas, además de

poder observar una mejora en la resistencia a la compresión de las mezclas de

concreto hidráulico donde se sustituye en cantidades superiores el agregado natural

por agregado de RCD y se obtienen valores satisfactorios.

63

12. Conclusiones

El material seleccionado cumple con las características apropiadas para la

investigación según las características de los materiales RCD; según los

ensayos realizados no es adecuado utilizar como agregado grueso en el diseño

de mezclas, esto sin una previa mejoría de sus características físicas en donde

es importante garantizar el cumplimiento de estas mismas según la normativa

vigente con el fin de obtener concretos que cumplan con los mejores parámetros

al momento de ser utilizados en algún proyecto.

Al realizar las probetas con cada una de las diferentes sustituciones en las

proporciones dadas del agregado grueso de origen natural por agregado grueso

de RCD saturado, se determina que es indispensable seguir los parámetros

establecidos por la norma en la realización de toma de muestras y en la

dosificación del material; esto debido a que el generar algún cambio en el

procedimiento puede afectar los resultados y el análisis de las muestras; por

este motivo se buscó trabajar con un laboratorio certificado que pudiera

garantizar los ensayos realizados al agregado y a las probetas generadas en el

laboratorio de obra.

La resistencia obtenida por cada una de las dosificaciones empleadas genera un

comportamiento del que se puede resaltar el incremento a la resistencia de

compresión cuando contiene un mayor porcentaje del material RCD en la

mezcla.

La resistencia a la compresión de la mezcla con agregado RCD saturado posee

un ligero mejor comportamiento respecto al presentado por la muestra patrón

con agregado de origen natural siempre y cuando la dosificación de este no sea

equitativa; ya que su comportamiento se ve afectado probablemente por la

variación en la cantidad de agregado utilizado en la dosificación de la mezcla

con esta característica donde la trabazón de las partículas de agregado no

64

parece ser la misma que cuando se utiliza mayor proporción de alguno de los

dos agregados utilizados.

Existe una mejor relación de costos cuando se utiliza agregados RCD con las

propiedades físicas mostradas por nuestro material en la mezcla de concreto

hidráulico; debido a que el valor unitario del metro cubico es mucho más

económico y sin importar que este posea un menor rendimiento en la

dosificación respecto al agregado de origen natural del análisis, su valor al

momento de trabajarlo será menor que al utilizar material de origen natural.

Es viable trabajar con los agregados de origen RCD saturados de manera

técnica como económica siempre que se controlen bien las dosificaciones

estipuladas para que se generen adecuadas características físicas de los

agregados además de que no exista ese equilibrio entre el agregado natural y el

agregado tipo RCD donde según los resultados la resistencia no es la adecuada,

ya que podría presentarse un inadecuado comportamiento del concreto

hidráulico en cuanto a su resistencia a la compresión generando así posibles

afectaciones a la estructura.

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Utilización en hormigón estructural.

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