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UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Jaén

Trabajo Fin de Grado

ESTUDIO DE ADITIVOS

COHESIONANTES EN LA

FABRICACIÓN Y

CARACTERIZACIÓN DE MORTEROS

CON RESIDUO

Alumno: Sofía Jurado Contreras Tutor: Mª Dolores La Rubia García Dolores Eliche Quesada Dpto: Ingeniería Química, Ambiental y de los

materiales

Febrero, 2019

Universidad de Jaén

Escuela Politécnica Superior de Jaén

Departamento de Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales

Dña MARÍA DOLORES LA RUBIA GARCÍA y Dña DOLORES ELICHE QUESADA,

tutoras del Trabajo Fin de Grado titulado: Estudio de aditivos cohesionantes en la

fabricación y caracterización de morteros con residuo de caucho, que presenta

SOFÍA JURADO CONTRERAS, autoriza su presentación para defensa y evaluación

en la Escuela Politécnica Superior de Jaén.

Jaén, Febrero de 2019

La alumna: Las tutoras:

SOFÍA JURADO CONTRERAS

MARIA DOLORES LA RUBIA GARCÍA

DOLORES ELICHE QUESADA


Estudio de aditivos cohesionantes en la fabricación y caracterización de morteros con residuo de caucho

2 Escuela Politécnica Superior de Jaén

ÍNDICE

ÍNDICE TABLAS ................................................................................................................... 6

ÍNDICE FIGURAS ................................................................................................................. 8

RESUMEN ...........................................................................................................................11

ABSTRACT ..........................................................................................................................13

1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................15

1.1. Justificación ...........................................................................................................15

1.2. Antecedentes .........................................................................................................16

1.3. Morteros .................................................................................................................23

1.3.1. Definición ........................................................................................................23

1.3.2. Historia ............................................................................................................24

1.4. Cemento Portland ..................................................................................................24

1.4.1. Proceso de fabricación ....................................................................................25

1.4.2. Tipos de cemento ............................................................................................26

1.4.3. Componentes principales ................................................................................27

1.4.3.1. Silicato tricálcico o Alita (C3S): .................................................................28

1.4.3.2. Silicato bicálcico o belita (C2S): ................................................................29

1.4.3.3. Aluminato tricálcico (C3A): ........................................................................29

1.4.3.4. Ferrito aluminato tetracálcico. Ferrito (C4AF): ...........................................30

1.4.3.5. Cal libre (CaO) y la periclasa (MgO): ........................................................30

1.4.4. Hidratación del cemento Portland....................................................................30

1.4.4.1. Aluminato tricálcico (C3A) .........................................................................32

1.4.4.2. Ferrito aluminato tetracálcico. Ferrito (C4AF) ............................................32

1.4.4.3. Silicato tricálcico o Alita (C3S) ..................................................................32

1.4.4.4. Silicato bicálcico o belita (C2S) .................................................................33

1.5. Arena .....................................................................................................................33

1.6. Agua ......................................................................................................................35

1.7. Neumáticos fuera de uso (NFU) .............................................................................36

1.7.1. Historia de los neumáticos ..............................................................................36

1.7.2. Componentes de los neumáticos ....................................................................37

1.7.2.1. Caucho ....................................................................................................38

1.7.2.2. Negro de humo o negro de carbón ...........................................................39

1.7.2.3. Óxido de zinc (ZnO) .................................................................................39

1.7.2.4. Fibras textiles y de acero .........................................................................40




1.7.2.5. Azufre ......................................................................................................40

1.7.3. Partes de un neumático ..................................................................................40

1.7.4. Proceso de fabricación de los neumáticos ......................................................43

1.7.5. Métodos de reciclaje de neumáticos fuera de uso ...........................................45

1.7.5.1. Trituración mecánica ................................................................................45

1.7.5.2. Trituración criogénica ...............................................................................46

1.7.5.3. Incineración ..............................................................................................47

1.7.5.4. Producción de electricidad y vapor ...........................................................47

1.7.5.5. Termólisis, pirólisis y gasificación .............................................................47

1.7.5.6. Recauchado .............................................................................................48

1.7.5.7. Regeneración del caucho .........................................................................48

1.7.6. Desarrollo de mercado y aplicaciones .............................................................49

1.8. Aditivos ..................................................................................................................52

1.8.1. Aditivo plastificante .........................................................................................55

1.8.2. Aditivo plastificante-aireante ............................................................................56

2. OBJETIVOS ..................................................................................................................57

3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Y MATERIALES .....................................................59

3.1. Materias primas ......................................................................................................59

3.1.1. Cemento Portland CEM II ...............................................................................59

3.1.2. Arena ..............................................................................................................59

3.1.3. Caucho procedente de NFU ............................................................................59

3.1.4. Aditivo .............................................................................................................60

3.2. Caracterización de las materias primas ..................................................................60

3.2.1. Caracterización del cemento Portland .............................................................60

3.2.1.1. Humedad, materia orgánica, pH, contenido de carbonatos, superficie

específica y densidad relativa ....................................................................................60

3.2.1.2. Difracción de rayos X (DRX) ....................................................................62

3.2.1.3. Caracterización microestructural ..............................................................63

3.2.1.4. Fluorescencia de rayos X (FRX) ..............................................................64

3.2.1.5. Distribución granulométrica ......................................................................65

3.2.1.6. Análisis elemental (CHNS-O) ...................................................................66

3.2.2. Caracterización de la arena y del caucho proveniente de NFU .......................66

3.3. Elaboración de las probetas de mortero .................................................................67

3.3.1. Composición de las probetas de mortero ........................................................67

3.3.2. Elaboración de las probetas de mortero ..........................................................68




3.4. Caracterización física de los morteros ....................................................................73

3.4.1. Determinación de la densidad aparente en seco del mortero endurecido .......73

3.4.2. Determinación del coeficiente de absorción de agua por capilaridad del mortero

endurecido. ...................................................................................................................75

3.5. Caracterización mecánica de los morteros .............................................................78

3.5.1. Determinación de la resistencia a flexión del mortero endurecido ...................78

3.5.2. Determinación de la resistencia a compresión del mortero endurecido ...........80

3.1. Correlación digital de imágenes (DIC) ....................................................................82

3.1.1. Introducción. ...................................................................................................82

3.1.2. Aplicaciones de la técnica DIC en morteros ....................................................83

3.1.3. Procedimiento .................................................................................................83

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ......................................................................................87

4.1. Caracterización de las materias primas ..................................................................87

4.1.1. Caracterización del cemento Portland .............................................................87

4.1.1.1. Humedad, materia orgánica, pH, superficie específica y densidad relativa

87

4.1.1.2. Difracción de rayos X (DRX) ....................................................................88

4.1.1.3. Caracterización microestructural ..............................................................88

4.1.1.4. Fluorescencia de rayos X (FRX) ..............................................................89

4.1.1.5. Distribución granulométrica ......................................................................90

4.1.1.6. Análisis elemental (CHNS-O) ...................................................................91

4.1.2. Caracterización del caucho proveniente de NFU .............................................92

4.2. Caracterización física de los morteros ....................................................................92

4.2.1. Determinación de la densidad aparente en seco del mortero endurecido .......92

4.2.2. Determinación del coeficiente de absorción de agua por capilaridad del mortero

endurecido ....................................................................................................................97

4.3. Caracterización mecánica de los morteros ........................................................... 101

4.3.1. Determinación de la resistencia a flexión del mortero endurecido ................. 101

4.3.1.1. Estudio sobre la relación Densidad aparente/Resistencia a flexión ........ 105

4.3.2. Determinación de la resistencia a compresión del mortero endurecido ......... 107

4.3.2.1. Estudio sobre la relación Densidad aparente/Resistencia a compresión 111

4.4. Caracterización microestructural de los morteros ................................................. 113

5. ESTUDIO ECONÓMICO ............................................................................................. 125

5.1. Precio unitario de las materias primas .................................................................. 125

5.2. Precio unitario de los morteros ya conformados ................................................... 126




6. CONCLUSIONES........................................................................................................ 131

Bibliografía ......................................................................................................................... 133




ÍNDICE TABLAS

Tabla 1.1. Trabajos previos de adición de caucho en morteros ............................................18

Tabla 1.2. Trabajos previos de caucho y aditivos en morteros .............................................20

Tabla 1.3. Trabajos previos de caucho, aditivos y otros residuos en morteros .....................22

Tabla 1.3. Continuación ........................................................................................................23

Tabla 1.4.Tipos de cementos CEM y composiciones. Proporción en masa ..........................27

Tabla 1.5. Materias primas y componentes principales del cemento Portland ......................28

Tabla 1.6. Composición química del clínker (% en masa) ....................................................28

Tabla 1.7. Distribución granulométrica de la arena DIN EN 196-1 ........................................34

Tabla 1.8. Concentraciones de elementos presentes en los neumáticos ..............................38

Tabla 1.9. Tipos de elastómeros ..........................................................................................38

Tabla 1.10. Aplicaciones del polvo de caucho reutilizado (< 0,8 mm) ...................................51

Tabla 1.11. Aplicaciones del caucho granulado reutilizado (0,8 - 20 mm) ............................52

Tabla 3.1. Composición de las probetas ...............................................................................68

Tabla 4.1. Valores de humedad, pH, carbonatos, superficie específica y densidad relativa del

cemento Portland .................................................................................................................87

Tabla 4.2. Composición química del CP ...............................................................................90

Tabla 4.3. Porcentaje de partículas CP ................................................................................91

Tabla 4.4. Análisis elemental (CNHS-O) del CP ...................................................................92

Tabla 4.5. Resultados ensayo de densidad aparente ...........................................................94

Tabla 4.6. Resultados ensayo densidad aparente sin aditivo ...............................................95

Tabla 4.7. Resultados ensayo de absorción de agua por capilaridad ...................................98

Tabla 4.8. Categoría según coeficiente de absorción de agua por capilaridad .....................99

Tabla 4.9. Resultados ensayo absorción de agua por capilaridad sin aditivo .......................99

Tabla 4.10. Resultados ensayo de resistencia a flexión. .................................................... 102

Tabla 4.11. Resultados ensayo de flexión sin aditivo ......................................................... 104

Tabla 4.12. Resultados ensayo de resistencia a compresión ............................................. 108

Tabla 4.13. Resultados ensayo compresión sin aditivo ...................................................... 109

Tabla 4.14. Clasificación de los morteros respecto a su resistencia a compresión ............. 111

Tabla 5.1. Coste de las materias primas ............................................................................ 125

Tabla 5.2. Precio por metro cúbico de mortero control con aditivo ..................................... 126

Tabla 5.3. Precio por metro cúbico de mortero con 5 % de caucho y aditivo ...................... 126

Tabla 5.4. Precio por metro cúbico de mortero con 10 % de caucho y aditivo .................... 126









Tabla 5.10. Precio por metro cúbico de mortero con 100 % de caucho y aditivo ................ 128




ÍNDICE FIGURAS

Figura 1.1. Proceso de fabricación del cemento ...................................................................26

Figura 1.2. Calor de hidratación del cemento Portland .........................................................31

Figura 1.3. Arena normalizada DIN EN 196-1 ......................................................................34

Figura 1.4. Evolución de la resistencia con la variación de la relación A/C ...........................36

Figura 1.5. Segmento de una cadena de polímeros de caucho natural ................................39

Figura 1.6. Estructura de un neumático radial ......................................................................43

Figura 1.7. Proceso de vulcanización de un polímero natural ...............................................45

Figura 1.8. Proceso de tratamiento de NFU .........................................................................46

Figura 1.9. Diferentes granulometrías del caucho obtenido de los NFU ...............................46

Figura 1.10. Destinos del caucho reutilizado de NFU en toneladas por año .........................50

Figura 3.1. Cemento Portland...............................................................................................59

Figura 3.2. Carbón de NFU granulado ..................................................................................59

Figura 3.3. Aditivo Sikamor-A ...............................................................................................60

Figura 3.4. pH-metro de sólidos PCE-PH20S .......................................................................61

Figura 3.5. Difracción de rayos X .........................................................................................63

Figura 3.6. Generador de rayos X Philips Magix Pro (PW-2440) ..........................................64

Figura 3.7. Equipo Malvern Mastersizer 2000 ......................................................................65

Figura 3.8. Analizador elemental Thermo Finnigan Flash EA 1112 ......................................66

Figura 3.9. Molde para la elaboración de probetas de mortero .............................................69

Figura 3.10. Balanza de precisión ........................................................................................70

Figura 3.11. Materiales pesados ..........................................................................................70

Figura 3.12. Mezcla de caucho y arena ................................................................................70

Figura 3.13. Amasadora planetaria Proeti ............................................................................70

Figura 3.14. Molde relleno hasta la mitad .............................................................................71

Figura 3.15. Molde después de 24 horas .............................................................................71

Figura 3.16. Desmoldado de las probetas ............................................................................72

Figura 3.17. Curado en cámara climática .............................................................................72

Figura 3.18. Curado en acetona ...........................................................................................72

Figura 3.19. Probetas marcadas 28 días ..............................................................................72

Figura 3.20. Probetas marcadas 7 días ................................................................................72

Figura 3.21. Balanza hidrostática .........................................................................................73

Figura 3.22. Cera incolora ....................................................................................................76

Figura 3.23. Probetas con cera en la estufa .........................................................................76




Figura 3.24. Probetas en los soportes ..................................................................................77

Figura 3.25. Prensa MTS Insight 5 .......................................................................................78

Figura 3.26. Esquema de la colocación de la pieza en el ensayo de flexión .........................78

Figura 3.27. Probeta sometida al ensayo de flexión .............................................................79

Figura 3.28. Probetas después del ensayo de flexión ..........................................................80

Figura 3.29. Equipo MTS 810 ...............................................................................................81

Figura 3.30. Utensilio adaptador ...........................................................................................81

Figura 3.31. Rotura de la probeta a compresión ...................................................................82

Figura 3.32. Superficies pintadas para DIC en ensayo de flexión .........................................84

Figura 3.33. Equipo para la toma de imágenes ....................................................................84

Figura 3.34. Imagen estado inicial ensayo de flexión ...........................................................85

Figura 3.35. Imagen estado deformado ensayo de flexión ...................................................85

Figura 3.36. Imagen estado inicial ensayo de compresión ...................................................85

Figura 3.37. Imagen estado deformado ensayo de compresión ...........................................85

Figura 4.1. Patrón de difracción del CP ................................................................................88

Figura 4.2. Caracterización microestructural. Espectros de estudio CP ...............................89

Figura 4.3. Distribución granulométrica del CP .....................................................................91

Figura 4.4. Relación densidad aparente frente al porcentaje de caucho ...............................94

Figura 4.5. Comparación de la densidad aparente con y sin aditivo (7 días) ........................96

Figura 4.6. Comparación de la densidad aparente con y sin aditivo (28 días) ......................96

Figura 4.7. Relación coeficiente de absorción de agua frente a porcentaje de caucho .........98

Figura 4.8.Comparación del coeficiente de absorción de agua con y sin aditivo (7 días) .... 100

Figura 4.9. Comparación del coeficiente de absorción de agua con y sin aditivo (28 días) . 101

Figura 4.10. Relación resistencia a flexión frente a porcentaje de caucho .......................... 103

Figura 4.11. Comparación de la resistencia a flexión con y sin aditivo (7 días) .................. 104

Figura 4.12. Comparación resistencia a flexión con y sin aditivo (28 días) ......................... 105

Figura 4.13. Comparativa resultados flexión y densidad aparente (7 días) ......................... 106

Figura 4.14. Comparativa resultados flexión y densidad aparente (28 días) ....................... 106

Figura 4.15. Relación resistencia a compresión frente a porcentaje de caucho .................. 108

Figura 4.16. Comparación resistencia a compresión con y sin aditivo (7 días) ................... 110

Figura 4.17. Comparación resistencia a compresión con y sin aditivo (28 días) ................. 110

Figura 4.18. Comparativa resultados compresión y densidad aparente (7 días) ................. 112

Figura 4.19. Comparativa resultados compresión y densidad aparente (28 días) ............... 112

Figura 4.20. Imagen SE de 5 % de caucho a 250 x ............................................................ 113




Figura 4.21. Imagen BSE de 5 % ce caucho a 250 x .......................................................... 113

Figura 4.22. Microscopía electrónica de barrido y análisis EDX muestra de 5 % de caucho a

250 x .................................................................................................................................. 114

Figura 4.23. Imagen SE de 5 % de caucho a 1000 x (1 kx) ................................................ 115

Figura 4.24. Microscopía electrónica de barrido y análisis EDX muestra de 5 % de caucho a

1 kx …………………………………………………………………………………………………..116

Figura 4.25. Detalle partícula de caucho en muestra de 5 % de caucho (SE 1,5 kx) .......... 117

Figura 4.26. Detalle partícula de caucho en muestra de 5 % de caucho (BSE 1,5 kx) ........ 117

Figura 4.27. Detalle etringita muestra de 5 % de caucho 8 kx ............................................ 117

Figura 4.28. Imagen BSE de 30 % de caucho a 100 x........................................................ 118

Figura 4.29. Imagen BSE de 30 % de caucho a 250 x........................................................ 118

Figura 4.30. Detalle y análisis EDX en la zona 1 muestra 30 % de caucho a 1 kx .............. 119

Figura 4.31. Detalle etringita muestra 30 % caucho 8000 x ................................................ 120

Figura 4.32. Imagen BSE muestra 100 % de caucho y detalle EDX fibra a 100 x............... 121

Figura 4.33. Imagen BSE muestra 100 % de caucho y análisis EDX a 100 x ..................... 121

Figura 4.34. Imagen BSE muestra 100 % de caucho a 8000 x ........................................... 122

Figura 4.35. Imagen a 1,5 kx muestra 5 % de caucho sin aditivo ....................................... 123

Figura 4.36. Imagen a 1,5 kx muestra 5 % de caucho con aditivo ...................................... 123

Figura 4.37. Imagen a 8 kx muestra 30 % caucho sin aditivo ............................................. 123

Figura 4.38. Imagen a 8 kx muestra 30 % caucho con aditivo ............................................ 123

Figura 4.39. Imagen a 100 x muestra 100 % caucho sin aditivo ......................................... 124

Figura 4.40. Imagen a 100 x muestra 100 % caucho sin aditivo ......................................... 124




RESUMEN

En este Trabajo Fin de Grado se busca dar un uso práctico y beneficioso para el

medio ambiente mediante la revalorización del producto residual procedente de

neumáticos fuera de uso (NFU). Este residuo es contaminante, y con este estudio se

pretende otorgar un nuevo uso potencial al caucho como materia prima en morteros

de cemento, y contribuir así a la disminución de esta contaminación. Por este motivo

se propone la fabricación de morteros aligerados con este residuo realizando una

sustitución en volumen de la arena normalizada por caucho triturado. Los porcentajes

de caucho estudiados son 0 (mortero control), 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75 y 100%

(sustitución total de la arena por caucho). A su vez se va a realizar la inclusión de un

aditivo aireante-plastificante.

La utilización del aditivo cohesionante utilizado, Sikamor A, se realiza

añadiéndolo al agua de amasado con una proporción de 0,05 % en función del peso

de cemento, durante el proceso de fabricación del mortero. Con este aditivo se

pretenden mejorar las propiedades de los morteros que disminuyen con la sustitución

del árido por caucho.

Los morteros fabricados, en distintas composiciones, se ensayan para observar

su comportamiento químico, así como sus propiedades físicas y mecánicas a tiempos

de curado de 7 y 28 días.

Los resultados muestran que a medida que se incorporan cantidades crecientes

de caucho en el mortero se produce una disminución de la densidad aparente, la

absorción de agua por capilaridad, la resistencia a flexión y a la compresión. Con

respecto a la influencia del tiempo de curado del mortero, se observa como la densidad

aparente aumenta con el tiempo de curado cuando se adicionan pequeñas cantidades

de caucho, 0 y 5 % de sustitución, y disminuye con la adición de mayores cantidades

de residuo (10-100 %). No obstante, la absorción de agua disminuye a mayor tiempo

de curado. La resistencia a flexión y a compresión aumenta al incrementar el tiempo

de curado de 7 a 28 días, excepto para los morteros que incorporan el 0 y el 10 % en

volumen en caucho. Por último, respecto al efecto de la adición del aditivo aireante-

plastificante, al realizar la comparación con un estudio realizado previamente, sin uso




de aditivo, se ha podido observar que los valores de densidad aparente y coeficiente

de absorción de agua por capilaridad son menores con la adición de aditivo a 7 y 28

días, excepto a 28 días de curado en el mortero control y en el mortero con 10 % de

caucho, en los cuales los valores de absorción de agua por capilaridad son mayores

en las probetas que contienen aditivo.

Al realizar una caracterización microestructural de los morteros, con microscopio

electrónico de barrido, se ha podido observar que la inclusión del aditivo ha fomentado

la cohesión del caucho en la matriz de cemento. También se advierte una mayor

presencia de etringita en dicha matriz.

Por último, en el estudio económico realizado, se observa que el uso de caucho

encarece el precio del mortero debido a su alto precio frente al de la arena que

sustituye. Sin embargo, el uso del aditivo conlleva un porcentaje del presupuesto muy

bajo, respecto al resto de materias, ya que su proporción es muy pequeña,

presentando los morteros mejores propiedades físicas y mecánicas.




ABSTRACT

Millions of tires are discarded every year. Disposal or recycling-reusing of waste

tire rubber has become a big environmental problem in the world. The aim of this Final

Degree Project is to assess the environmental benefits of the use of waste rubber from

tires out of use. For this purpose, a replacement in volume of standardized sand by

crushed rubber was made in mortars. The percentages of rubber studied were 0

(control mortar), 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75 and 100 % (total replacement of the sand by

rubber), at 7 and 28 curing times. At the same time, the inclusion of an air-

entrainment/plasticising additive to mortars to improving cohesion was studied. The

additive, Sikamor A, was added into the mortars mixture by 0.05% on the weight of

cement.

The effect of the rubber content on the compressive and flexural strength, water

absorption by capillarity and water bulk density was analysed. These mortar samples

and their microstructures were observed using Scanning Electron Microscopy (SEM).

The results indicated as the crumb rubber content increased, bulk density, water

absorption and the compressive and flexural strength decreased. As regards of the

curing time bulk density decreased to 28 days (except substitution of 0 and 5 %). The

water absorption decreased to further curing time. Compressive and flexural strength

increased (except substitution of 0, 10 and 30 %) to longer curing. Finally, the influence

of the additive on the properties was compared with a previous study. The resulting

values showed that, in general, properties were improved with this addition (except

compressive strength). At 7 and 28 curing days, bulk density and water absorption

values were lower with the additive (except to 28 days in the control mortar and 10 %

of rubber). The flexural resistance, at 7 and 28 days, increased (except control mortar

in 28 days). However, compressive resistance decreased.

The SEM images, showed that the cohesion of the rubber in the cement matrix

was improved with the additive. This analysys displayed more etringita in the union

area.




In the economic study showed an increase of the price with the rubber addition

because rubber is more expensive than standarized sand. However, the additive

represent low rate of the budget.




1. INTRODUCCIÓN

1.1. Justificación

El incremento incontrolado de la población mundial, con un pronóstico de 9,300

millones de habitantes en 2100, conlleva a un aumento notable de la construcción.

Cada vez existe una mayor conciencia social en materia de medio ambiente y se

hace necesario la creación de una construcción sostenible, que minimice los impactos

ambientales generados de la misma. Desde 1920 se está realizando la búsqueda de

materiales y procesos constructivos que mejoren la sostenibilidad. En esta búsqueda

se incluye la sustitución de los materiales y materias primas, convencionalmente

utilizados para la fabricación de morteros de hormigón, por materiales reciclados.

La industria de la construcción consume la mayoría de las materias primas

extraídas de la litosfera, áridos naturales, “no sostenibles”, cuya explotación conlleva

un alto impacto ambiental. El objetivo que se persigue es la sustitución de éstos áridos

naturales por áridos “sostenibles”, residuos y subproductos industriales cuyo uso

como áridos supone una ventaja ambiental. Como principales ventajas de los áridos

“sostenibles” se pueden destacar:

- Reducción del volumen de residuos y disminución de los problemas

asociados al uso de vertederos (menor ocupación de terreno, ahorro de tasas

de vertido...).

- Ahorro de áridos naturales y disminución de los problemas asociados a la

explotación de canteras (menor uso de explosivos, menor impacto visual…).

Se pueden diferenciar dentro de estos áridos “sostenibles” tres divisiones: áridos

reciclados, procedentes de la valorización de residuos de construcción o demolición,

áridos siderúrgicos o cenizas, y áridos procedentes de la valorización de otros

residuos, como es el caucho procedente de neumáticos fuera de uso (NFU) (Castro,

2018).

Los neumáticos fuera de uso se han convertido en uno de los residuos que más

caracterizan a las sociedades desarrolladas modernas, tan dependientes del




automóvil. Sólo en España se desechan unas 300.000 toneladas al año, superándose

los tres millones en el conjunto de la Unión Europea. Aunque se calcula que esta

cantidad podría proveer hasta el 45 % del consumo de caucho virgen en Europa, sólo

un 32 % se reutiliza principalmente como relleno de césped artificial.

Desde enero de 2003, el Decreto 143/2003 (Decreto 143/2003) prohíbe su

eliminación (como vertido o mediante la incineración sin recuperación energética). En

diciembre de 2005 se desarrolló y publicó el Real Decreto 1619/2005 (Real Decreto

1619/2005) sobre gestión de NFU. Los productores están obligados a

responsabilizarse de la recogida y correcta gestión de los neumáticos fuera de uso así

como de los nuevos (Aller, 2008).

Una posible vía de utilización de este caucho es su integración en el ámbito de

la construcción. Este Trabajo Final de Grado (TFG) está dirigido al estudio de los

posibles efectos beneficiosos tanto de la adición del subproducto caucho, para la

sustitución de la arena en la fabricación de morteros, como de la utilización de aditivos

para mejorar sus propiedades. La sustitución del árido por caucho se realiza en

función de distintas proporciones (5, 10, 20, 20, 30, 40, 50, 75 y 100 % en volumen) y

del tiempo de curado (7 y 28 días).

1.2. Antecedentes

La notable cantidad del caucho, como residuo, que se genera actualmente,

supone un reto para las sociedades modernas y promueve la realización de diversas

investigaciones para su reutilización en distintos ámbitos de la industria.

En lo referente a la utilización del caucho procedente de neumáticos fuera de

uso en morteros para construcción, se han realizado una gran cantidad de

investigaciones, sustituyendo a alguno de los materiales que los componen.

A continuación se recogen los principales trabajos de investigación en esta

temática y se va a diferenciar tres líneas de investigación diferentes. La primera hace

referencia al uso del caucho como sustituto de la arena o del cemento, en distintos

porcentajes. La segunda va a tener en cuenta el uso del caucho y distintos aditivos




para mejorar sus propiedades. La última versará sobre la utilización del caucho

conjuntamente con otros residuos que pueden sustituir, a parte de la arena, el cemento

utilizado en la fabricación de estos morteros. En todas estas líneas de investigación

se han realizado diversos ensayos para determinar las propiedades de los morteros

fabricados en laboratorio.

De la primera línea de investigación hay que destacar el trabajo de Di Mundo et

al. (2018), que realizó la sustitución en volumen de la arena por caucho de dos

tamaños diferentes, fino (0 – 0,5 mm) y grueso (0,5 – 2 mm). La sustitución se realizó

en varios porcentajes (50 y 100 %). Se estudiaron propiedades como la absorción de

agua y la resistencia a flexión y compresión. Los resultados indican una disminución

en la penetración del agua a medida que se incrementa el contenido de caucho, de

un 100 % en los especímenes convencionales al 3-5 % en las adiciones máximas de

caucho. La resistencia a flexión y compresión disminuyen sensiblemente al aumentar

el porcentaje de reemplazo.

Fernández et al. (2018), realizó diversos estudios entre ellos reemplazó el

cemento, en peso, por polvo de caucho (2,5, 5 y 10 %). Estudió la resistencia a la

penetración del ión cloruro así como la resistencia a flexión y compresión.En este

estudio se puede observar que al realizar el reemplazo total de la arena por caucho

se reduce a la mitad la densidad aparente.

De la misma manera, Di Mundo et al. (2018), coincluyó que los valores de

resistencia a flexión y a compresión son más bajos que la muestra de referencia (0 %

de sustitución de caucho).

En la tabla 1.1 se detallan otros estudios realizados con caucho correspondientes

a esta línea de investigación:




ARTÍCULO MATERIALES UTILIZADOS

PORCENTAJES SUSTITUIDOS

ENSAYOS REALIZADOS

Al-Akhras et al., 2004

Ceniza de caucho (0,15 mm)

Sustitución en peso de la arena por caucho (0, 2,5, 5; 7,5 y 10 %)

Contenido de aire Resistencia a compresión Resistencia a flexión Congelación y descongelación Penetración de cloruro-ion

Albano et al., 2005

Caucho: ▪ 0,29 mm ▪ 0,59 mm

Sustitución en peso de la arena por caucho (0, 5 y 10 %)

Densidad Resistencia a la compresión Resistencia a flexión

Batayneh et al., 2008

Caucho (4,75 – 0,15 mm)

Sustitución de la arena por caucho (0, 20, 40, 60, 80 y 100 %)

Densidad aparente Resistencia a compresión

Corinaldesi et al., 2011

Caucho: ▪ 0 – 12 mm ▪ 0 – 8 mm

Sustitución en volumen de la arena por caucho (0, 10 y 30 %)

Resistencia a compresión Resistencia a flexión Conductividad térmica

Bravo et al., 2012

Caucho: ▪ 4 mm ▪ 11,2 mm

Sustitución en volumen de la arena por caucho (5, 10 y 15 %)

Contracción volumétrica Absorción de agua por capilaridad y por inmersión Resistencia a la penetración de cloruros

Gesoglu et al., 2014

Caucho: ▪ Astillas ▪ Grueso (4 mm) ▪ Fino (1 mm)

Sustitución en volumen de la arena por caucho (0, 5, 10 y 20 %)

Resistencia a la compresión Resistencia a la tracción Permeabilidad al agua Energía de fractura

Gonen, 2018

Caucho: ▪ 0 - 0,8 mm ▪ 1 mm ▪ 2 mm

Sustitución en peso de la arena por caucho (0, 0,5, 1, 2 y 4 %)

Absorción de agua por capilaridad Resistencia al impacto Congelación-descongelación Resistencia a la compresión

Tabla 1.1. Trabajos previos de adición de caucho en morteros

En lo referente a la segunda línea de investigación, que tiene en cuenta la adición

de caucho y aditivos a los morteros, se puede destacar Aliabdo et al. (2015). Realizó

la sustitución en volumen de la arena por caucho y adicionó un aditivo

superplastificante. Se utilizaron tres tamaños diferentes de caucho para el reemplazo

de los agregados naturales finos y gruesos (0,42, 1 y 2 mm) en una proporción de

1:1:1. La sustitución se realizó en varios porcentajes (20, 40, 60, 80 y 100 %). Se

estudiaron propiedades tales como la densidad y absorción de agua, resistencia a la

compresión, resistencia al impacto, resistencia a la flexión, conductividad térmica y

atenuación del sonido. Los resultados obtenidos muestran una disminución de la

conductividad térmica de los morteros al aumentar el contenido de caucho, de un 1,45

W/mºC (en el mortero control) a 0,6 W/mºC (en la sustitución del 100%). En este

estudio se puede observar un mayor coeficiente de reducción del sonido en




comparación con el mortero control. La densidad disminuye a medida que se aumenta

el contenido de caucho, al contrario que la absorción de agua. En el ensayo de

resistencia a compresión podemos apreciar una disminución drástica desde el mortero

control (40 MPa) al mortero sin arena (4 MPa). La resistencia a flexión disminuye de

4,84 MPa (mortero control) a 0,76 MPa (100 % caucho).

Sgobba et al. (2015) sustituyó el agregado natural en volumen por caucho. Utilizó

tres tamaños diferentes para simular la granulometría de la arena: chip de goma (25

– 30 mm), polvo de neumático (3 – 10 mm) y ceniza de caucho (menor de 1 mm). La

sustitución se realizó en varios porcentajes (4, 10 y 20 %). Adicionó dos tipos

diferentes de aditivos, un aditivo superplastificante y un aditivo de latex, para la mejora

de las propiedades y la trabajabilidad. Se centró en el estudio de la resistencia a la

compresión. Se puede observar como disminuye la resistencia de 50,95 a 7,07 MPa

al aumentar el contenido de caucho. Las pruebas de laboratorio también revelaron un

fenómeno de agrietamiento y deslaminación en muestras de mortero curado en

condiciones de humedad.

Song et al. (2018) realizó la sustitución en peso de la arena por el caucho. Utilizó

caucho de tamaño comprendido entre 6 y 8 mm. Para su investigación adicionó dos

aditivos un aditivo superplastificante (DCWR1) y un aditivo aglutinante (DC-W1). Los

porcentajes de sustitución variaron del 5 – 20 % (5, 10, 15 y 20 %), estudiando la

influencia de estas adiciones en relación al cambio de la resistencia a compresión. En

la curva tensión-deformación de los morteros obtenidos al adicionar caucho, se puede

observar que la resistencia máxima disminuye a medida que aumenta el contenido de

partículas de caucho.

En la tabla 1.2 se detallan otros estudios realizados con caucho y aditivos:




ARTÍCULO MATERIALES UTILIZADOS PORCENTAJES SUSTITUIDOS

ENSAYOS REALIZADOS

Bignozzi et al., 2006

Caucho: ▪ 0,5 – 2 mm ▪ 0,05 – 0,7 mm

Aditivo superplastificante

Sustitución en volumen de la arena por caucho (0, 22,2 y 33,3 %)

Resistencia a compresión

Atahan et al., 2012

Caucho: ▪ Grande (> 13 mm) ▪ Pequeño (< 13 mm)

Aditivo reductor de agua

Sustitución en peso de la arena por caucho (0, 20, 40, 60, 80 y 100 %)

Resistencia a compresión Caída dinámica

Eiras et al., 2014

Caucho de miga Aditivo superplastificante

Sustitución en volumen de la arena por caucho (40, 50 y 60 %) Aditivo superplastificante (1 % con respecto al peso de cemento)

Absorción de agua Densidad en seco Resistencia a flexión Resistencia a compresión Coeficiente de atenuación ultrasónico Capacidad de amortiguación de vibraciones

Thomas et al., 2016

Caucho: ▪ < 0,8 mm (40%) ▪ 0,8 - 2 mm (35 %) ▪ 2 - 4 mm (25 %)


Sustitución en peso de 0 a 20% en múltiplos de 2,5

Resistencia a flexión Resistencia a tracción Resistencia a la abrasión Absorción de agua y penetración de agua Microscopía electrónica de barrido (SEM)

Angelin et al., 2017

Caucho: ▪ Fibras: rangos de

0,06–0,1 mm a 2,5 –2,9 mm. (72 %)

▪ Esferoidales: rangos de 0,02–0,06 mm a 1,7 – 2,1 mm. (28 %)


Sustitución en peso del caucho por arena (0 y 30 %)

Resistencia a tracción Resistencia a compresión Porosidad Absorción de agua Flujo de asentamiento

Youssf et al., 2017

Caucho: ▪ 1,18 mm ▪ 2,36 mm


Reemplazo en volumen de arena por caucho (0, 10, 20, 30, 40 y 50 %)

Resistencia a tracción Resistencia a compresión Resistencia al impacto Peso unitario Absorción de agua Comportamiento tensión-deformación

Tabla 1.2. Trabajos previos de caucho y aditivos en morteros

La última línea de investigación que se va a tratar, comprende la adición de

caucho y otros residuos con o sin aditivos. Kardos et al. (2015) realizó la sustitución

en volumen de arena por caucho (10, 20, 30, 40 y 50 %), así como la sustitución en

peso del cemento por cenizas volantes (en una proporción fija del 15 %). Las

propiedades que se analizaron fueron la resistencia a tracción, a compresión,




permeabilidad, y propiedades de congelación y descongelación. Los resultados

indican que es aceptable un reemplazo de arena por caucho, hasta el 30 % inclusive.

La resistencia a compresión disminuye a medida que se aumenta el porcentaje de

reemplazo. La prueba de flexión mostró una fractura más dúctil con adiciones de

caucho, cuando se comparó con el mortero control, pero no mejoró la capacidad

general de resistencia a la flexión. Las muestras con caucho presentaban unos valores

de permeabilidad elevados pero aceptables, en comparación con los valores del

mortero control. Las pruebas de durabilidad de congelación y descongelación

mostraron buenos resultados para el 10, 20 y 30 % de reemplazo.

Lanzón et al. (2015) utilizó caucho y mármol triturado, en partes iguales, para la

sustitución de los agregados naturales. El caucho sustituyó en volumen a los

agregados naturales finos (0 y 2,54 %). Por otra parte, el mármol sustituyó en peso a

los agregados naturales gruesos (en una proporción fija del 81,8 %). Se adicionó un

aditivo superplastificante para la mejora de la trabajabilidad y las propiedades. Las

propiedades estudiadas fueron la resistencia a tracción, a compresión, absorción de

agua por capilaridad, porosidad y tamaño de poros. En las imágenes obtenidas con la

técnica TCI se puede observar que las partículas de caucho no están totalmente

unidas al cemento y se observan cavidades de aire alrededor de los granos de caucho.

Los parámetros de resistencia a flexión, compresión y absorción de agua por

capilaridad disminuyen al aumentar el contenido de caucho. Se realizó la

caracterización química ATR-FTIR.

En la tabla 1.3 se detallan otros estudios similares:






ENSAYOS REALIZADOS

Güneyisi et al., 2004

Caucho: ▪ Virutas ▪ Miga

Humo de sílice

Sustitución en peso del cemento por humo de sílice (5, 10, 15 y 20 %) Sustitución en volumen de la arena por caucho (2,5, 5, 10, 15, 25 y 50 %)

Resistencia a compresión Resistencia a tracción

Chunlin et al., 2011

Caucho Escorias de acero, graduaciones: ▪ 0 – 5 ▪ 5 – 25

Sustitución en peso de la arena por las escorias de acero en un 100 % y sustitución de dichas escorias en volumen por caucho (10 %)

Deformación por volumen Resistencia a compresión Resistencia a flexión

Gesoglu et al., 2011

Caucho de miga Cenizas volantes Aditivo superplastificante

Sustitución en volumen de la arena por caucho (0, 5, 15 y 25 %) Sustitución en peso del cemento por cenizas volantes (20, 40 y 60 %)

Permeabilidad al ion cloruro Capacidad de absorción de agua Resistencia a compresión

Azevedo et al., 2012

Caucho (1 – 2,4 mm) Ceniza volante Aditivo superplastificante

Sustitución en peso de la arena por caucho (5, 10 y 15 %) Sustitución en peso del cemento por cenizas volantes (15, 30, 45 y 60 %)

Resistencia a compresión Absorción de agua por capilaridad Resistencia al ataque con ácido sulfúrico

Jian-he et al., 2015

Cemento reciclado Fibras de acero reciclado Partículas de caucho Aditivo superplastificante

Sustitución en volumen de la arena por caucho (0, 4, 8, 12 y 16 %) Sustitución cemento natural por reciclado (100 %) Fibras de acero reciclado (1 %)

Resistencia a compresión Resistencia a flexión

Youssf et al., 2016

Humo de sílice Caucho con pretratamiento Aditivo superplastificante

Sustitución en volumen de la arena por caucho (0 y 20 %) Sustitución en peso del cemento por humo de sílice (0, 5, 10, 15 %) Aditivo (1,8 % en peso cemento)

Resistencia a compresión Resistencia a tracción

Flores et al., 2017

Caucho de miga [1] Fibras de acero [2] Fibras de plástico [3] Fibras de acero con caucho[4] Fibras textiles con caucho [5]

Se realizaron dos proporciones distintas de sustitución en peso por arena [1]:[2]:[3]:[4]:[5] ▪ 50,35:2,07:5,04:9,43:5,

81:27 ▪ 96,9:0,01:0,0:1,67:0,01

:1,41

Resistencia a compresión Resistencia a flexión Resistencia al impacto Resistencia al desgaste Conductividad térmica

Tabla 1.3. Trabajos previos de caucho, aditivos y otros residuos en morteros






ENSAYOS REALIZADOS

Aslani et al., 2018

Hormigón reciclado: ▪ Polvo fino

(< 4 mm) ▪ Grueso (14 mm)

Caucho (10 mm)

Caucho sustitución en volumen (20 %) por agregado natural grueso Hormigón reciclado fino (0, 10, 20, 30 y 40 %) por el agregado natural fino

Resistencia a compresión Resistencia a flexión Curva tensión-deformación a compresión

Xie et al., 2018

Humo de sílice Caucho (0,85 - 1,4 mm) Aditivo superplastificante

Humo de sílice (0, 5 y 10 %) de sustitución en peso por cemento Caucho (0, 5, 10, 15 y 20 %) de sustitución en volumen por arena Superplastificante 3 % en peso respecto al cemento

Resistencia a compresión Capacidad de disipación de la energía Mecanismo de falla de RSRAC

Ramdani et al., 2019

Caucho (0,2 - 4 mm) Polvo de vidrio Polvo de arena natural Aditivo superplastificante

Caucho (0, 10, 20, 40 y 60 %) de sustitución en volumen por arena El polvo de vidrio y el de arena natural sustituyen en peso al cemento (15 %) Superplastificante 0,5 % en peso respecto al cemento

Resistencia a compresión Resistencia a tracción Densidad Propagación de ondas ultrasónicas Pruebas de deformabilidad

Tabla 1.3. Continuación

1.3. Morteros

1.3.1. Definición

Los morteros se pueden definir como un material aglomerante formado por la

mezcla de un conglomerante (normalmente cemento), arena y agua. Ocasionalmente

se incorporan aditivos con el objetivo de modificar las propiedades de la mezcla en

estado fresco y/o endurecido, como aceleradores del fraguado, reductores de agua o

inclusores de aire.

La arena proporciona a la mezcla volumen, y el cemento mantiene unidas las

partículas. Se consiguen morteros de distintas durezas dependiendo de las

proporciones de arena y cemento.

Las normas UNE-EN 998-1 y 998-2 (UNE-EN 998-1:2018; UNE-EN 998-2:2018)

establecen dos tipos de morteros según su uso:

https://www.construmatica.com/construpedia/Aglomerante

https://www.construmatica.com/construpedia/Arena

https://www.construmatica.com/construpedia/Agua

http://arte-y-arquitectura.glosario.net/construccion-y-arquitectura/arena-6464.html

http://arte-y-arquitectura.glosario.net/construccion-y-arquitectura/cemento-6703.html

http://arte-y-arquitectura.glosario.net/construccion-y-arquitectura/cemento-6703.html




▪ Morteros para revoco y enlucido: se emplean para realizar revocos exteriores

o enlucidos interiores. (UNE-EN 998-1:2018)

▪ Morteros para albañilería: se utilizan para colocar, unir o rejuntar piezas de

albañilería. (UNE-EN 998-2:2018)

1.3.2. Historia

La primera utilización de este material se remonta hacia el año 500 a.c. y es

realizada por los antiguos griegos. Los romanos también hicieron uso de él,

añadiéndole materiales menos densos como cenizas volcánicas o trozos de cerámica,

dando lugar al primer hormigón aligerado.

Tras el Imperio Romano, el hormigón cae en el olvido y no es hasta el siglo XIX

cuando se patenta el cemento Portland, apareciendo el primer prototipo del cemento

moderno (Jiménez, 2013).

1.4. Cemento Portland

Un conglomerante es un material capaz de unir otros y dar cohesión al conjunto

por un efecto de tipo químico, originando nuevos compuestos con características

físicas distintas. La norma UNE-EN 998-2 (UNE-EN 998-2) lo define como: “material

utilizado para unir partículas sólidas de tal manera que formen una masa coherente”

Se distinguen dos tipos de conglomerantes dependiendo del proceso de

fraguado (Rivera, 2013):

▪ Conglomerantes aéreos: Fraguan y se endurecen al aire, dando lugar a

mezclas no resistentes al agua que no adquieren cohesión ni dureza cuando el

medio es húmedo. En contacto con la humedad o el agua se deshacen, por lo

que sólo se utilizan en interiores. Son, por ejemplo, el yeso, la cal grasa y la

magnesia.

▪ Conglomerantes hidráulicos: Fraguan y se endurecen tanto al aire como en

ambiente húmedo, o con agua y también bajo ella. El cemento y la cal hidráulica

pertenecen a este grupo.




Los cementos según la norma europea UNE-EN 197-1:2011, “son

conglomerantes hidráulicos, esto es, materiales artificiales de naturaleza inorgánica y

mineral, que finamente molidos y convenientemente amasados con agua forman

pastas que fraguan y endurecen a causa de las reacciones de hidrólisis e hidratación

de sus constituyentes, dando lugar a productos hidratados mecánicamente resistentes

y estables, tanto al aire como al agua” (UNE-EN 197-1:2011).

El propósito de un cemento es ligar entre sí superficies o formar una masa

monolítica con partículas pequeñas como las de arena o grava. Al mezclarse el

cemento y el agua aumenta la viscosidad. A continuación, comienza la etapa de

fraguado, que es el paso de semilíquido a sólido. Cuando la mezcla alcanza el estado

sólido comienza la etapa de endurecimiento, en la que el material comienza a adquirir

resistencia.

El tiempo de endurecimiento es variable, pues depende de la adición de agua.

El cemento Portland es sólo uno de las muchas clases de cemento que se conocen,

es considerado el más importante para la construcción debido a su resistencia y

durabilidad. Se emplea fundamentalmente en hormigones y morteros (Herrera, 2018).

1.4.1. Proceso de fabricación

El cemento Portland se fabrica con piedra caliza y arcilla. En ocasiones es

necesario agregar otros productos para mejorar la composición química de las

materias primas principales, además se suele añadir óxido de hierro. La mezcla es

calcinada y el clínker que resulta es molido y convertido en un polvo. El proceso de

fabricación, esquematizado en la figura 1.1, puede ser dividido en tres etapas

principales: la preparación de las materias primas, su calcinación en hornos

especiales y el molido del clínker para obtener el cemento en polvo (Martínez, 2014).

En primer lugar se realiza la obtención, almacenamiento y preparación de

materias primas (piedra caliza y arcilla), que son finamente molidas para obtener el

crudo. Este material sufre un calentamiento (en torno a 1400 ºC) en hornos industriales

giratorios, inclinados y de gran tamaño, obteniéndose el clínker de cemento.

Posteriormente, se produce un proceso de molienda conjunta del clínker con otros




componentes (cenizas volantes, escoria, puzolana natural, yeso, etc.) para obtener el

cemento.

Figura 1.1. Proceso de fabricación del cemento

1.4.2. Tipos de cemento

La Instrucción para la Recepción de Cementos (RC-97) de España establece los

siguientes tipos de cemento así como su denominación (Real Decreto 776/1997,

1997):

- Cementos comunes, CEM, constituidos principalmente por clínker de cemento

Portland y una pequeña cantidad de yeso.

- Cementos blancos, BL. Son cementos comunes con determinada composición

e índice de blancura.

- Cementos para usos especiales, ESP. En estos cementos, el clínker de

cemento Portland ocupa un lugar secundario frente a las adiciones de escorias,

puzolanas o cenizas volantes.

- Cemento de aluminato de calcio, CAC/R. se trata de cementos con alto

contenido de aluminatos de calcio.

- Cementos con características adicionales. Estos cementos son de los tipos

anteriores que además, presentan características adicionales como la




resistencia a los sulfatos y/o al agua de mar (SR y/o MR9) o desarrollan un bajo

calor de hidratación (BC).

La utilización de estos tipos de cemento está relacionada con el uso al que se

destinen. En general para el uso en morteros, se recurre al empleo de cementos

comunes CEM. Estos a su vez se rigen de la misma forma, por la Instrucción para la

Recepción de Cementos (RC-97) para su clasificación. Dicha clasificación se muestra

en la tabla 1.4.

Tabla 1.4.Tipos de cementos CEM y composiciones. Proporción en masa

1.4.3. Componentes principales

En la tabla 1.5 se recogen las materias primas y componentes principales del

cemento, así como su fórmula química y la abreviatura empleada en las cementeras.




Tabla 1.5. Materias primas y componentes principales del cemento Portland

El clínker debe estar constituido en dos tercios de su masa por silicatos de calcio

(silicato bicálcico y silicato tricálcico), estando constituido el resto por aluminio, hierro

y por otros compuestos. La tabla 1.6 recoge el porcentaje en masa de las principales

fases que forman el clínker (Sanjuán et al, 2014).

Tabla 1.6. Composición química del clínker (% en masa)

1.4.3.1. Silicato tricálcico o Alita (C3S):

El silicato tricálcico influye de forma notable en el cemento, ya que su contenido

aproximado en él es del 50 %. Se presenta en fase sólida formando una red cristalina




con impurezas en forma de sustituciones por iones de magnesio, hierro y aluminio,

razón por la que recibe el nombre de alita. Confiere altas resistencias iniciales al

cemento ya que en una semana desarrolla su resistencia, y después produce la

elevación de la misma de forma muy lenta.

Este compuesto aparece gracias a una reacción exotérmica. Se hidrata muy

rápidamente desprendiendo un elevado calor de hidratación (120 cal/g) (Monteagudo,

2014).

1.4.3.2. Silicato bicálcico o belita (C2S):

El silicato bicálcico (2CaO*SiO2) en el clínker suele estar en torno al 15 %.

Contiene iones de magnesio, aluminio y óxido de potasio por lo que recibe el nombre

de belita. Aporta pocas resistencias en los primeros días, pero luego las va

desarrollando hasta presentar una elevada resistencia a largo plazo. Se caracteriza

por poseer un bajo calor de hidratación (60 cal/g).

Durante el enfriamiento, sobre todo si no se realiza correctamente, se puede

formar en una variedad alotrópica muy estable hidráulicamente inactiva γ (C2S),

mientras a la variedad metaestable se le denomina β.

1.4.3.3. Aluminato tricálcico (C3A):

El aluminato tricálcico por sí solo contribuye de manera mínima a las resistencias

del cemento, pero al estar presentes los silicatos, desarrolla unas resistencias iniciales

buenas. Su contenido se encuentra en un 5 – 10 % del cemento.

La elevada velocidad de hidratación, al entrar en contacto con el agua, en los

primeros minutos de fraguado del cemento, contribuye a un crecimiento de los

cristales de aluminato, aumentando ligeramente la resistencia del cemento en el

hormigón en las fases tempranas. Su fraguado es rapidísimo desprendiendo una gran

cantidad de calor (207 cal/g). Para retardar su gran actividad se emplea el yeso que

actúa como retardador y regulador del fraguado.




El clínker con contenido alto de aluminato tricálcico da lugar a pastas, morteros

y hormigones muy sensibles a los ataques por sulfatos y otros agentes agresivos

(Gomá, 1979).

1.4.3.4. Ferrito aluminato tetracálcico. Ferrito (C4AF):

Forma el 5-15% del cemento. Este compuesto contiene la mayor parte del hierro

y del aluminio que forman parte del clínker de cemento y es responsable del color gris

verdoso de los cementos Portland. Su hidratación es rápida aunque menor que la del

aluminato desprendiendo una cantidad de calor media (100 cal/g). Su porcentaje se

reduce hasta el 0,50 % en los cementos blancos (Sanjuán et al., 2014).

1.4.3.5. Cal libre (CaO) y la periclasa (MgO):

La cal libre (CaO) y la periclasa (MgO) son componentes minoritarios del clínker.

El óxido cálcico libre (cal libre) y el óxido de magnesio libre (periclasa) reaccionan con

el agua para formar el hidróxido cálcico y el hidróxido de magnesio, que ocupan mayor

espacio que los óxidos originales. Por lo tanto, pueden provocar problemas por

expansividad, y posterior rotura del cemento endurecido, por esta razón la norma

europea UNE-EN 450-1:2013 (UNE-E N 450-1:2013) establece un límite de contenido

de los mismos (Monteagudo, 2014). El contenido máximo de óxido de calcio libre es

del 1 % en masa sobre el peso total. Con carácter general, el contenido porcentual de

cal libre debe ser inferior al 2 % (UNE-EN 450-1:2013).

1.4.4. Hidratación del cemento Portland

El cemento cuando se mezcla con áridos y agua de forma apropiada, debe tener

la capacidad de producir hormigón o un mortero que pueda conservar la trabajabilidad

durante un periodo de tiempo suficiente. Por otro lado, después de un periodo de

tiempo definido, estas mezclas deberán tener unos niveles mínimos de resistencia. El

endurecimiento hidráulico del cemento CEM, se produce principalmente por la

hidratación de los silicatos de calcio C3S y C2S (tricálcico y bicálcico), y en menor

medida se puede endurecer por los aluminatos.




En el momento de la hidratación, los componentes del clínker reaccionan con el

agua formando una pasta de cemento, y sus fases precipitan como partículas de

escala nanométrica con un sistema poroso asociado. En el primer paso del proceso

de hidratación, el cemento se disuelve liberando iones al agua (solución porosa).

Luego la concentración de iones en el agua se satura, por lo que los iones se

combinan para formar fases solidas que finalmente precipitan (Gómez et al., 2015).

Algunas de las fases del cemento son muy solubles por lo que, una vez el clínker

entra en contacto con el agua, estas se disuelven rápidamente (menos de un minuto).

Este periodo es seguido por un tiempo (aproximadamente de dos horas) donde no

pasa nada. Sigue un periodo de reacción rápida, donde el punto máximo se da

aproximadamente a las 24 horas, y que está caracterizado por la precipitación de los

productos que dan las características de cohesión y resistencia a la pasta de cemento.

Las reacciones de hidratación del cemento se resumen en el siguiente orden,

primero la fase C3A (aluminato tricálcico), continuando con C4AF, C3S, y C2S. Dichas

reacciones se presentan esquematizadas en la figura 1.2.

Figura 1.2. Calor de hidratación del cemento Portland




1.4.4.1. Aluminato tricálcico (C3A)

El C3A reacciona inmediatamente con el agua según la ecuación 1. Cuando se

añade yeso como retardador del fraguado, el aluminato tricálcico reacciona según la

ecuación 2, formando un compuesto denominado etringita (C3A·C3S3H32). La ecuación

3 muestra la posterior hidratación del C3A en presencia de etringita.

𝐶3𝐴 + 6𝐻 → 𝐶3𝐴𝐻6 [Ec.1]

𝐶3𝐴 + 3𝐶𝑆𝐻2 + 26𝐻 → 𝐶3𝐴 · 𝐶3𝑆3𝐻32 [Ec.2]

2𝐶3𝐴 + 𝐶3𝐴 · 𝐶3𝑆3𝐻32 + 4𝐻 → 3𝐶4𝐴𝑆𝐻12 [Ec.3]

1.4.4.2. Ferrito aluminato tetracálcico. Ferrito (C4AF)

El C4AF se hidrata, como muestra la ecuación 4, de forma muy similar al C3A. La

ecuación 5 muestra el proceso de reacción en presencia de yeso, y la ecuación 6 la

reacción que se produce en presencia de etringita.

𝐶4𝐴𝐹 + 17𝐻 → 𝐶3𝐴𝐻6 + 𝐶𝐹𝐻11 [Ec.4]

𝐶4𝐴𝐹 + 3𝐶𝑆𝐻2 + 30𝐻 → 𝐶3𝐴 · 𝐶3𝑆3𝐻32 + 𝐶𝐻 + 𝐹𝐻3 [Ec.5]

2𝐶4𝐴𝐹 + 𝐶3𝐴 · 𝐶3𝑆3𝐻32 + 12𝐻 → 3𝐶4𝐴𝑆𝐻12 + 2𝐶𝐻 + 2𝐹𝐻3 [Ec.6]

1.4.4.3. Silicato tricálcico o Alita (C3S)

Es el silicato cálcico más inestable de los presentes en el cemento. Al reaccionar

con el agua, ecuación 7, se convierte en silicato cálcico hidratado (CHS) y en hidróxido

de calcio (CH) llamado portlandita. Se considera que el 70 % de la fase ha reaccionado

en menos de un mes y finaliza completamente al año.

2𝐶3𝑆 + 7𝐻 → 𝐶3𝑆2𝐻3 + 3𝐶𝐻 [Ec.7]

La alita influye de forma notable en el proceso de hidratación del cemento ya que

su contenido aproximado supera el 50 % (Monteagudo, 2014).




1.4.4.4. Silicato bicálcico o belita (C2S)

El silicato bicálcico al hidratarse, ecuación 8, también se convierte silicato cálcico

hidratado (CHS) y en portlandita, pero a diferencia de la alita, se produce menos

hidróxido de calcio, solo el 30 % del C2S reacciona a los 28 días (Taylor, 2003).

2𝐶2𝑆 + 4𝐻 → 𝐶3𝑆2𝐻3 + 𝐶𝐻 [Ec.8]

1.5. Arena

Los áridos que forman parte de morteros, son materiales granulares inorgánicos

de tamaño variable. Su naturaleza se define como inerte, ya que por sí solos no actúan

químicamente frente a los componentes del cemento o frente a agentes externos (aire,

agua, hielo, etc.). Sin embargo, sí influyen de forma determinante en las propiedades

físicas del mortero, al unirse a un conglomerante. En general, no son aceptables áridos

que contengan sulfuros oxidables, silicatos inestables o componentes de hierro

igualmente inestables.

Las arenas son áridos o fracción del mismo, que pasa por un tamiz de 4

milímetros de luz de malla. Aun así, cuanto menor sea el tamaño de partícula menor

será el espesor necesario del mortero para cumplir su función. Además, la presencia

de finos disminuye la cantidad de agua necesaria para el amasado, disminuyendo el

riesgo de retracción y pérdida de adherencia del mortero durante el secado y, por

tanto, el riesgo de microfisuración del mismo.

Los áridos utilizados en la elaboración de las probetas están sujetos a la

normativa DIN EN 196-1 (DIN EN 196-1, 2016). Como en la naturaleza no existe

ninguna arena con la distribución granulométrica exigida en la norma, hay que producir

la arena de forma artificial. Para ello se criban arenas naturales en varios pasos, para

la obtención de las respectivas fracciones de los diferentes tamaños de grano. A

continuación, se genera una nueva mezcla de las fracciones de arena en las

proporciones definidas (Normesand, 2018).

https://www.construmatica.com/construpedia/%C3%81rido




Figura 1.3. Arena normalizada DIN EN 196-1

La arena estándar según DIN EN 196-1 (DIN EN 196-1, 2016) destaca sobre

todo por su distribución granulométrica, en la cual, los tamaños de grano se

encuentran en el rango de entre 0,08 y 2,00 mm. Las proporciones se muestran en la

tabla 1.7. El grado máximo de humedad de la arena es del 0,2 %. Se empaqueta en

bolsas con un peso de 1350 (± 5) gramos (DIN EN 196-1, 2016).

Tabla 1.7. Distribución granulométrica de la arena DIN EN 196-1




1.6. Agua

El papel del agua en la elaboración de un mortero es de suma importancia, ya

que influye notablemente en la trabajabilidad, actuando como lubricante, y resistencias

finales del mismo.

El agua para morteros no debe contener sustancias en suspensión o disueltas

que alteren el fraguado del cemento, tales como: cloruros, sales de hierro, sulfatos,

carbonatos o bicarbonatos, sales inorgánicas, materia orgánica, ácidos, aceites y

sedimentos. El agua potable es incolora, inodora, insípida, fresca y no contiene

materia orgánica, lo que la hace adecuada para su adición a los morteros. Cuando se

sospecha de la calidad del agua, lo mejor es hacer ensayos comparativos de

cementación, resistencia mecánica y estabilidad del volumen (Carrasco, 2013).

Los mayores problemas relacionados con el agua para morteros provienen de la

cantidad y no de la calidad. La cantidad utilizada se mide en relación con la cantidad

de cemento (relación A/C). El aumento de esta relación (por aumento de agua o

decremento de la cantidad de cemento) se traduce en un descenso de su resistencia,

como se muestra en la figura 1.4. Si el contenido en agua es insuficiente, puede

impedirse la conveniente hidratación del cemento. La durabilidad también se ve

afectada cuando se altera la relación agua-cemento, ya que al aumentar esta relación

las partículas de cemento están muy espaciadas entre sí. Esto provoca que cuando

se produce el fraguado, los productos de la hidratación del cemento no cubran todo

este espacio y queden pequeños poros.

https://www.construmatica.com/construpedia/Hidrataci%C3%B3n




Figura 1.4. Evolución de la resistencia con la variación de la relación A/C

1.7. Neumáticos fuera de uso (NFU)

1.7.1. Historia de los neumáticos

Las primeras ruedas que empezaron a usar caucho sólido fueron las ruedas de

carruajes dedicadas al transporte en Londres en 1851, y hasta principios del siglo XX

no tenían otra función. Pero la necesidad de aumentar la velocidad, la carga, las

distancias y el confort, propició el desarrollo de las ruedas de neumático.

La rueda actual es un complejo sistema de componentes relacionados entre sí,

cada uno con cualidades específicas para lograr una máxima efectividad. Por lo que

depende de las propiedades, la relación de los componentes que la conforman y las

condiciones de servicio para la que ha sido diseñada. El neumático es un anillo

continuo circular, que absorbe y controla las fuerzas transitorias entre el eje y la

carretera.

Aunque la rueda se usa desde la Edad de Bronce para transportar carga, no fue

hasta 1839 cuando se empiezan a utilizar las ruedas cubiertas con caucho o goma




sólida, gracias a poder someter el caucho natural al proceso de vulcanización,

descubierto por Charles Goodyear (Castro, 2008).

En 1845 un ingeniero escocés, llamado Thomson, desarrolló y patentó el

concepto de la rueda de neumático. Estos neumáticos estaban sujetos a la rueda con

tornillos y podían llenarse de aire. En 1888 John Boyd Dunlop, construye una rueda

de bici que consistía en una cubierta de lona y un tubo de caucho vulcanizado con

una válvula de aire adherida a la rueda.

En 1905 la compañía Rueda y Caucho Goodyear introduce una varilla en el

neumático de lados lisos. En el mismo año la compañía Caucho Continental, fabricó

el primer neumático con la banda de rodadura de superficie plana, lo que propiciaba

que patinara sobre pavimentos mojados. Tres años después este problema se

solucionó, mediante la creación de una rueda con un diseño sobre la banda de

rodadura que proporcionaba mayor contacto con la carretera, más tracción y mayor

calidad de uso (Flores, 2013).

1.7.2. Componentes de los neumáticos

Los neumáticos, son piezas de forma toroidal, y realizadas a partir de caucho,

que se disponen en las ruedas de diversos vehículos y maquinaria. Gracias al

neumático, el vehículo o aparato, se adhiere al pavimento permitiendo el arranque y

frenado de los mismos.

Los neumáticos disponen de hilos para reforzarlos. Según su dirección se

pueden clasificar en:

- Radiales. Son los más utilizados para automóviles hoy en día.

- Diagonales. Las capas se encuentran puestas justamente en forma diagonal

una sobre otra.

- Autoportantes. Las capas están unas sobre otras en dirección recta y asimismo

en los flancos. Esto le confiere mayor resistencia y menor confort, ya que las

hace más rígidas (Ucha, 2013).




Un neumático está formado por más de 200 compuestos químicos diferentes. De

entre todos ellos destaca el caucho (siendo generalmente empleada una mezcla de

caucho natural y sintético), así como otros aditivos como pueden ser el negro de

carbón o refuerzos estructurales formados por las mallas de acero o textiles. Por otro

lado, su composición en tanto por ciento en peso, puede variar entre marcas y/o

lugares de fabricación, pero suelen encontrarse entre los valores mostrados en la tabla

1.8 (Rodríguez, 2014).

Tabla 1.8. Concentraciones de elementos presentes en los neumáticos

1.7.2.1. Caucho

Este componente puede tener origen natural o sintético, se caracteriza por su

elasticidad y repelencia al agua. Su función es formar parte de la estructura del

neumático y permitir la deformación de este durante su uso.

Los tipos de caucho que nos podemos encontrar se muestran en la tabla 1.9.

Tabla 1.9. Tipos de elastómeros




Los tipos de caucho más empleados en la fabricación de los neumáticos son:

cauchos naturales (NR), polibutadienos (BR), estireno-butadieno (SBR) y

polisoprenos sintéticos (IR). La matriz de caucho más utilizada es el copolímero

estireno-butadieno (SBR), en el que la proporción es de aproximadamente un 25 %

en peso de estireno, o una mezcla de caucho natural y SBR. La combinación se realiza

de modo que los cauchos naturales proporcionen elasticidad, y los sintéticos

estabilidad térmica. La estructura de los cauchos naturales está formada por

polisopreno mezclado con pequeñas cantidades de proteínas, lípidos y sales

inorgánicas, entre otros. Se encuentra así un polímero de cadena larga y enredada en

forma de espiral, representado en la figura 1.5. Esta cadena se complementa con otro

isómero estructural llamado gutapercha (Castro, 2008).

Figura 1.5. Segmento de una cadena de polímeros de caucho natural

1.7.2.2. Negro de humo o negro de carbón

Se produce por la combustión parcial o descomposición térmica, a alta

temperatura y en ausencia de aire, de hidrocarburos líquidos o gaseosos. Empezó a

utilizarse como componente en los neumáticos en el año 1915, proporcionándole el

color negro tan característico. Su función es la de aumentar la tenacidad, la resistencia

a la tracción, a la torsión y al desgaste, cuanto menor sea el tamaño de las partículas

mayor será su dureza y aumentara sus resistencias. También ayuda a disipar el calor

de las zonas de la huella y del cinturón del neumático, reduciendo el daño térmico e

incrementado la vida útil del neumático (Paradossi et al., 2003).

1.7.2.3. Óxido de zinc (ZnO)

Compuesto químico de color blanco que se usa, en los neumáticos, como

acelerador y activador para la vulcanización del caucho. También actúa como capa




protectora en el zinc sólido para que este no se oxide fácilmente, porque tiene un alto

potencial de oxidación.

1.7.2.4. Fibras textiles y de acero

Estas fibras y las de acero aportan resistencia a los neumáticos. La primera

fibra textil que se empleó fue el algodón, luego se empezó a utilizar la fibra rayón con

la llegada del neumático radial, y actualmente se utilizan fibras sintéticas como el

poliéster o la aramida. La aramida permite reducir el peso del neumático sin que se

pierdan resistencias (Paradossi et al., 2003).

Las fibras de acero se recubren de latón, para resistir la oxidación, dando forma

y resistencia al neumático ya que constituyen el esqueleto estructural. También

confieren al neumático una mayor capacidad de flexión. Esta flexibilidad permite que

se reduzca la fricción en la rodadura del neumático, por tanto alarga su vida útil.

La cantidad de acero y fibras sintéticas de refuerzo utilizado en los neumáticos

varía según el neumático y el fabricante.

1.7.2.5. Azufre

Elemento químico que se suele encontrar en zonas volcánicas. Se utiliza como

ácido sulfúrico para las baterías, la fabricación de pólvora y en los neumáticos sirve

para realizar la vulcanización del caucho, haciendo que estos sean más resistentes a

los ataques químicos, más duros y durables en el tiempo (López et al., 2009).

1.7.3. Partes de un neumático

Estructuralmente, un neumático está formado por diferentes piezas, unidas entre

sí a través del proceso de vulcanización. Cada una de ellas tienen una composición y

prestaciones bien diferenciadas del resto, marcadas por las exigencias del conjunto,

además de por la funcionalidad de cada parte dentro del neumático. Como se puede

apreciar en la figura 1.6, en términos generales, se distinguen 5 partes constituidas

igualmente por piezas diferentes: interior, carcasa, talones, flancos y banda de

rodadura. Sus características y exigencias son las siguientes (Signus, 2010):




- Interior: es la parte más interna del neumático, recubriendo la cavidad interior

del mismo de talón a talón. Su función principal es retener el aire y mantener el

máximo tiempo posible la presión correcta de inflado. Esto se consigue bien

con cámara de aire para los neumáticos tubetype (con cámara), o mediante el

liner para los neumáticos tubeless (sin cámara). El liner es un compuesto de

goma muy específico, diferente del resto de la estructura, que recubre el interior

creando un compartimento estanco.

Un buen diseño y funcionamiento de esta capa influye, por lo tanto, en un

correcto desgaste del neumático al garantizar que la presión de inflado es la

adecuada al uso que está teniendo ese neumático, previniendo de esta forma

un desgaste prematuro de la banda de rodadura y un deterioro de los flancos,

por el ataque de los agentes atmosféricos, derivado de un exceso de

deformación del mismo.

- Carcasa: Se trata de la parte que conforma la estructura física del neumático,

sobre la que van montadas el resto de partes. La estructura está compuesta

por diferentes capas de goma y tejido metálico y textil dispuestas de forma

concreta, para conferir las características esenciales del neumático y las

prestaciones en la etapa de uso.

Una buena conservación de la carcasa, se traduce en una prolongación de la

vida útil del neumático. Resulta esencial para el recauchamiento, y por tanto

para incidir positivamente en los aspectos de prevención, diseñar carcasas más

resistentes y duraderas, capaces de aguantar un uso mayor que el kilometraje

correspondiente al desgaste de la banda de rodadura.

- Talones: Son las partes del neumático que entran en contacto con la llanta

metálica. Su función principal es la unión con la misma y la inmovilización del

neumático para cumplir su funcionalidad. Se trata de un anillo de acero, tanto

más grueso cuanto mayores prestaciones se le exija al neumático, recubierto

por una mezcla de goma de una alta función de cierre, para evitar tanto la

pérdida de aire, como el desplazamiento de la cubierta sobre la llanta.




- Flancos: Se trata de las capas que se sitúan en la parte exterior del neumático

a ambos lados del mismo, entre la banda de rodadura y los talones. La función

principal es la protección lateral de la carcasa, por lo que las mezclas de caucho

utilizadas en su fabricación presentan unas altas prestaciones de resistencia a

la abrasión y a la penetración de cualquier elemento exterior. Una incorrecta

presión de inflado hace que esta parte del neumático se deforme por encima

de los límites establecidos para la misma, y aumente la susceptibilidad de los

mismos a los agentes atmosféricos, acelerando su oxidación y por tanto, dando

lugar a un envejecimiento prematuro de los mismos, influyendo negativamente

en la duración del neumático.

- Banda de rodadura: Se trata de la parte más exterior del neumático, además

de ser uno de los elementos de seguridad más importantes ya que es la parte

del mismo en contacto con la carretera, tanto en el momento de la conducción,

especialmente en mojado, como durante la frenada. La elección de compuestos

concretos en su formulación influye tanto en el mantenimiento de las

condiciones de seguridad de uso como en su duración, al ser esta la parte que

sufre el mayor deterioro y desgaste del neumático. Por lo general, en la

composición de esta parte del neumático, entran elementos distintos no

incorporados en otras partes, como el empleo de sílices.

La figura 1.6, muestra las partes de un neumático.




Figura 1.6. Estructura de un neumático radial

1.7.4. Proceso de fabricación de los neumáticos

El proceso de fabricación se basa en las siguientes fases (Oponeo, 2011):

- Mezclado: Primero se elaboran las mezclas de los cauchos naturales y

sintéticos con aditivos en distintas proporciones, que varían en función de las

aplicaciones y características finales que se quieran mejorar u obtener del

neumático, según su uso, resistencia, velocidad, cargas, etc. El proceso de

mezcla se lleva a cabo en unas mezcladoras denominadas Banbury. En esta

fase se crea un compuesto gomoso de color negro que se tritura en una fase

posterior.

- Calandrado: Los cables de acero que han sido transportados en bobinas se

pasan por medio de calandradoras, y se recubren con caucho mientras se

vuelven a enrollar en una especie de anillos. Por ultimo son cortados a la

longitud al tamaño final del neumático en el que van a ser utilizado.

- Extrusión: proceso por el cual se le da forma a la goma (banda de rodamiento,

laterales e innerliner).




- Conformado del talón: los alambres de acero son recubiertos con goma para

dar como resultado el talón del neumático.

- Elaboración de cinturones estabilizadores: se aplica goma a una serie de hilos

de acero para generar los cinturones estabilizadores.

- Triturado: El caucho enfriado se corta en las tiras que conformarán la estructura

básica del propio neumático. En la fase de triturado, se preparan otros

elementos del neumático. Algunos se recubren con otros tipos de caucho.

- Construcción: Esta es la fase en la que el neumático se construye desde dentro

hacia fuera. Los elementos textiles, las lonas con cables de acero, los talones,

las lonas, las bandas de rodadura y otros componentes se integran en una

máquina de construcción de neumáticos. El resultado es un “neumático verde”

(sin vulcanizar) cuyo aspecto comienza a asemejarse al del producto final.

- Vulcanización: Más tarde, el neumático verde se vulcaniza con moldes

calientes en una máquina de “curado” que comprime todas sus partes y le

confiere su forma final, incluido el dibujo de la banda de rodadura y las marcas

del fabricante en el flanco. La vulcanización es un proceso mediante el cual se

calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro

y resistente al frío. En este proceso, los polímeros lineales paralelos cercanos

constituyen puentes de entrecruzamiento entre sí, usualmente con el azufre

como muestra la figura 1.7. El resultado final es que las moléculas elásticas de

caucho quedan unidas entre sí a una mayor o menor extensión. Esto forma un

caucho más estable, duro, mucho más durable, más resistente al ataque

químico y sin perder la elasticidad natural. También transforma la superficie

pegajosa del material en una superficie suave que no se adhiere al metal o a

los sustratos plásticos (Carrasco, 2013).

https://es.wikipedia.org/wiki/Caucho

https://es.wikipedia.org/wiki/Azufre

https://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmeros

https://es.wikipedia.org/wiki/Ataque_qu%C3%ADmico

https://es.wikipedia.org/wiki/Ataque_qu%C3%ADmico




Figura 1.7. Proceso de vulcanización de un polímero natural

- Inspección: En esta fase, una serie de inspectores específicamente formados

emplean maquinaria especial para comprobar minuciosamente todos los

neumáticos y detectar hasta la más leve imperfección antes de comercializarse.

1.7.5. Métodos de reciclaje de neumáticos fuera de uso

En la actualidad existen diversos métodos para el reciclaje de neumáticos

desechados.

1.7.5.1. Trituración mecánica

Con esta técnica se convierten los neumáticos desechados en fragmentos de

tamaño más pequeño, este proceso consta de tres etapas. En la primera, los

neumáticos son fragmentados en tiras. En la segunda etapa, las tiras de material son

introducidas en un triturador, que sigue fragmentando el material para permitir la

separación más fácil del acero que compone los neumáticos, mediante el uso de

imanes. Finalmente, tras eliminarse el acero, el material restante es introducido en

otro triturador para llevarlo a la granulometría deseada. Dependiendo de la

granulometría, se realizará una trituración o una granulación. Con la trituración se

obtiene un tamaño de material mayor. El proceso queda esquematizado en la figura

1.8, y en la figura 1.9 se muestra el proceso y las distintas granulometrías que se

pueden obtener del caucho con este proceso (Cedex, 2013).




Figura 1.8. Proceso de tratamiento de NFU

Figura 1.9. Diferentes granulometrías del caucho obtenido de los NFU

1.7.5.2. Trituración criogénica

Sigue la misma metodología que la trituración mecánica, salvo que este método

se lleva a cabo a temperaturas extremadamente bajas mediante el uso de nitrógeno

líquido, esto permite una fácil trituración y separación de los materiales que componen

los neumáticos, pues a estas temperaturas se vuelven quebradizos lo que facilita su

trituración. Sin embargo, debido a las características especialmente costosas frente a




otras alternativas como la trituración mecánica tradicional, el empleo de este proceso

no se encuentra muy extendido, pues el incremento de este coste no justifica la mejora

en el rendimiento del proceso (Cedex, 2013).

1.7.5.3. Incineración

Como su nombre indica, consiste en la quema (en presencia de oxígeno) de

neumáticos para su aprovechamiento como combustible, ya que posee un poder

calorífico que puede llegar a ser superior al del carbón pues oscila entre 28-34 MJ/kg.

El empleo de este proceso suele reservarse para horno con materiales refractarios de

alta calidad, pudiendo ser utilizados en plantas industriales de cemento, ladrillo, papel,

acero, etc. Este método no se encuentra muy extendido debido a la elevada

contaminación que produce y es necesario un sistema de tratamiento de gases

(Esteve, 2012).

1.7.5.4. Producción de electricidad y vapor

Se fundamenta en la combustión en calderas de los NFU para producir vapor de

agua. Este puede ser aprovechado directamente o ser conducido hasta una turbina

conectada a un generador que producida la electricidad al moverse. Este sistema,

puede ser empleado para abastecer de electricidad a la planta de reciclaje o utilizarse

en plantas eléctricas como combustible alternativo. Tiene los mismos inconvenientes

ambientales que tiene el método de la incineración, por lo que necesitara de un

sistema de tratamiento de gases y de efluentes.

1.7.5.5. Termólisis, pirólisis y gasificación

La termólisis es un proceso térmico que se emplea generalmente para la

recuperación de los compuestos que forman los neumáticos. Este proceso se

fundamenta en la aportación de calor en ausencia de oxigeno evitando así, el

fenómeno de combustión y consiguiendo en su lugar la rotura de los enlaces químicos

de los componentes que conforman los neumáticos (Esteve, 2012).

Por su parte, la pirólisis es un tipo de termólisis particular en la que puede haber

una concentración muy baja o nula de oxígeno, también puede haber presencia de




vapor de agua para el aporte de calor. Este método es relativamente reciente y se

encuentra actualmente en vías de investigación. Debe mejorarse, principalmente

debido a que la calidad y propiedades de los componentes recuperados son inferiores

a los empleados en la fabricación de un neumático nuevo o de uno obtenido por

medios convencionales.

Con la gasificación se maximizan la cantidad de productos recuperados en forma

de gases. Este método puede ser llevado a cabo mediante mayores aportes de

temperatura en menor tiempo o mayores tiempos de residencia a una temperatura

menor, también se consigue variando las concentraciones de oxígeno en el proceso.

De esta forma se consigue el craqueo térmico de las cadenas más largas de

hidrocarburos (Cedex, 2013).

1.7.5.6. Recauchado

Consiste en la sustitución, siempre que sea posible, de la banda de rodadura

gastada de un NFU por otra completamente nueva, dicha banda puede provenir del

reciclado de neumáticos. Posteriormente, se suele llevar a cabo un proceso de

vulcanizado y curado para aumentar la resistencia del neumático final. Como resultado

de toda esta serie de proceso, se consigue la recuperación completa de un neumático

apto para su uso a la vez que se reduce, entre un 50 o 75 %, el consumo de materias

primas. Sin embargo, las prestaciones de este tipo de neumáticos difieren de los

neumáticos de reposición.

1.7.5.7. Regeneración del caucho

Consiste en la desvulcanización de los neumáticos mediante la rotura de los

enlaces de azufre entre las cadenas de caucho, para ello existen cinco tipos de

procesos: químicos, termoquímicos, mecánicos, irradiación y biológicos. El caucho

recuperado por estos procesos, posee una menor calidad que el originalmente

empleado para la fabricación de los neumáticos, ya que los métodos actuales no son

lo suficientemente selectivos para romper los enlaces entre cadenas sin romper la

cadena principal. Es por ello, que lo recuperado por estos métodos, no pueda ser

empleado en la fabricación de neumáticos nuevos debido a los estándares de calidad,




y se destina para la fabricación de otro tipo de artículos que empleen caucho. El

principal inconveniente de este método deriva en las complicadas técnicas, la

duración, la peligrosidad o toxicidad de los materiales empleados o el coste para que

este método resulte viable (Rodríguez, 2014).

- Los procesos químicos de desvulcanización se fundamentan, en la mezcla del

polvo de caucho con un peptizante y un agente regenerador. Este último es el

encargado de romper las cadenas de caucho y reaccionar con los radicales

formados.

- Los procesos termoquímicos, son la combinación del proceso anterior con el

uso extensivo de calor para favorecer las reacciones y el craqueado térmico de

las cadenas.

- Los procesos mecánicos combinan el uso de agentes regeneradores y el

cizallado del material a alta velocidad y presión.

- La desvulcanización mediante radiación, se lleva a cabo mediante el uso de

microondas. Este método solo se puede emplear con aquellos materiales

vulcanizados que posean moléculas polares o posean aditivos que se

comporten como tal, ya que este proceso se fundamenta en el calentamiento

del material y posterior craqueo térmico de este mediante la excitación de estos

dipolos. Aunque no se trata de una radiación, los ultrasonidos también han

demostrado ser capaces de producir la desvulcanización del caucho, aunque

el mecanismo que sigue no se ha logrado aclarar.

- La desvulcanización mediante procesos biológicos, es la alternativa más

atractiva debido a la alta selectividad que posee, sin embargo, la lentitud de

este proceso y la dificultad para el cultivo de microorganismos que lo lleven a

cabo, hacen que este método pueda ser aplicado actualmente a escala

industrial.

1.7.6. Desarrollo de mercado y aplicaciones

Durante los últimos años, empresas de diferentes sectores, así como centros

tecnológicos y universidades, han mostrado gran interés por llevar a cabo proyectos

de I+D para el desarrollo de nuevos mercados de los materiales procedentes de los




NFU. Se han impulsado diferentes proyectos para dar valor a estos materiales, entre

ellos, el desarrollo de piezas de granulado de caucho y resina mediante sistemas de

fabricación en continuo, la aplicación de la nanotecnología a las partículas de caucho,

o el desarrollo de superficies de altas prestaciones con caucho para pistas ecuestres.

Actualmente existe un mercado perfectamente estructurado y además, existen

especificaciones y requisitos técnicos que se aplican a los productos según sus usos.

Los principales nichos de mercado del caucho de NFU en España son:

- Rellenos para campos de césped artificial

- Suelos de seguridad en parques infantiles

- Modificador de mezclas bituminosas

- Fabricación de piezas moldeadas

En la figura 1.10, se presenta un gráfico con las cifras de suministro a cada una

de las aplicaciones en toneladas por año durante el periodo 2009-2016 en España

(Pérez et al., 2018).

Figura 1.10. Destinos del caucho reutilizado de NFU en toneladas por año

En primer lugar, se observa que la utilización del granulado de NFU como relleno

de césped artificial en campos de fútbol está suficientemente consolidado, siendo




además, el que más volumen de material demanda. De igual forma se concluye, la

aplicación en suelos de seguridad de parques infantiles donde el granulado de caucho

procedente de NFU es el material más rentable y con mejores propiedades técnicas

para esta aplicación. En el caso de las mezclas bituminosas, el consumo ha ido

disminuyendo en los últimos años, llegando a valores que están muy por debajo del

verdadero potencial que tiene esta aplicación. Finalmente, se puede apreciar que

existe un progresivo ascenso del mercado de piezas moldeadas. Además, existen

otras aplicaciones minoritarias como aislamiento térmico y acústico, suelas de

calzado, losetas, etc. Estas aplicaciones se pueden observar en las tablas 1.10 y 1.11,

en función de su granulometría.

Tabla 1.10. Aplicaciones del polvo de caucho reutilizado (< 0,8 mm)




Tabla 1.11. Aplicaciones del caucho granulado reutilizado (0,8 - 20 mm)

1.8. Aditivos

Según la norma UNE-EN 934-2:2010/A1:2012 (UNE-EN 934-2:2010/A1:2012)

se define un aditivo como: “aquellas sustancias o productos que incorporados al

hormigón, mortero o pasta antes o durante el amasado y/o durante un amasado

suplementario, en una proporción no superior al 5 % del peso de cemento (salvo casos

especiales), producen la modificación deseada en dicho hormigón, mortero o pasta en

estado fresco y/o endurecido, de alguna de sus características, de sus propiedades

habituales o de su comportamiento” (UNE-EN 934-2:2010/A1:2012). Cada aditivo se

caracteriza por producir una modificación determinada de alguna de las propiedades

o características del hormigón, mortero o pasta en estado fresco o endurecido,

propiedad que se define como función principal. Por otra parte, los aditivos pueden

modificar accesoriamente alguna, o algunas, de las propiedades o características del

hormigón, mortero o pasta en estado fresco o endurecido, independientemente de la

que define a la función principal; esta propiedad se define como función o funciones

secundarias.

Las funciones principales de los aditivos son (UNE-EN 934-2:2010/A1:2012):

- Mejorar la trabajabilidad de los hormigones, morteros o pastas para una determinada

relación agua/cemento o permitir la reducción de la cantidad de agua de amasado




para una trabajabilidad dada; generalmente, estos aditivos son sólidos finamente

divididos, son denominados aditivos plastificantes.

- Disminuir la cantidad de agua de amasado de un hormigón, mortero o pasta (en

cantidades iguales o superiores al 5 % para los dos primeros y al 3 % para el tercero)

para una trabajabilidad dada o, por ampliación, aumentar notablemente la

trabajabilidad para una misma cantidad de agua; también, con estos aditivos, se

pueden obtener simultáneamente ambos fenómenos. Se denominan aditivos

reductores de agua o fluidificantes.

- Aumentar, significativamente, la trabajabilidad de un hormigón, mortero o pasta para

una relación agua/cemento dada o reducir considerablemente la cantidad de agua de

amasado (en cantidades iguales o superiores al 12 %) para una trabajabilidad

determinada; como en el caso anterior, también se pueden obtener simultáneamente,

con estos aditivos, ambos fenómenos. Estos aditivos se denominan aditivos

superplastificantes, superfluidificantes o reductores de agua de alta actividad.

- Reducir o adelantar el tiempo de fraguado del cemento (principio y final) que se

encuentra en el hormigón, mortero o pasta. Estos aditivos se denominan aditivos

aceleradores de fraguado.

- Retrasar el tiempo de fraguado (principio y final) del cemento que se encuentra en el

hormigón, mortero o pasta. Estos aditivos se denominan aditivos retardadores de

fraguado.

- Aumentar o acelerar el desarrollo de las resistencias mecánicas iniciales de los

hormigones, morteros o pastas. Estos aditivos se denominan aditivos aceleradores de

endurecimiento.

- Producir en los hormigones, morteros o pastas, un número elevado de finas burbujas

de aire, separadas y repartidas uniformemente, que permanecen así durante el




endurecimiento de los materiales aditivados. Se denominan aditivos inclusores de

aire.

- Producir un gas por medio de una reacción química durante la colocación del

hormigón, mortero o pasta. Se denominan aditivos generadores de gas.

- Producir, por medios mecánicos, una espuma estable formada por burbujas de aire

de tamaño variable, distribuidas homogéneamente dentro de la masa, a la que

confiere una estructura alveolar. Se denominan aditivos generadores de espuma.

- Eliminar el exceso de aire introducido en la masa del hormigón, mortero o pasta por

el empleo de ciertos áridos o de ciertos aditivos utilizados para obtener otra función

principal. Se denominan aditivos desaireantes o antiespumantes.

- Producir una expansión controlada y permanente en los hormigones, morteros y

pastas. Se denominan aditivos generadores de expansión.

- Mejorar la resistencia a las heladas de los hormigones, morteros o pastas. Se

denominan aditivos protectores contra las heladas.

- Disminuir el punto de congelación del agua de amasado; además, pueden impedir la

aparición de cristales de hielo en el hormigón, mortero o pasta. Se denominan aditivos

anticongelantes.

- Incrementar la resistencia al paso del agua bajo presión a través de hormigones,

morteros o pastas endurecidas. Se denominan aditivos que reducen la penetrabilidad

del agua.

- Disminuir la capacidad de absorción capilar o la cantidad de agua que pasa a través

de un hormigón, mortero o pasta, saturado y sometido a un gradiente hidráulico. Se

denominan aditivos hidrófugos o repulsores de agua.




- Reducir la posibilidad de corrosión de las armaduras embebidas en el hormigón o

mortero. Denominados aditivos inhibidores de corrosión de armaduras.

- Impedir o dificultar la reacción entre ciertos áridos y los álcalis del cemento, así como

reducir sus efectos expansivos. Denominados aditivos modificadores de la reacción

álcali-áridos.

- Reducir el rozamiento externo del hormigón, mortero o pasta contra la tubería de

conducción, sin modificar la relación agua/cemento. Denominados aditivos para el

bombeo.

- Mejorar las condiciones de proyección al disminuir el descuelgue del material

proyectado y el rechazo. Denominados aditivos para hormigones y morteros

proyectados.

- Aumentar la fluidez de los rellenos o morteros (de inyección) y reducir los riesgos de

exudación y decantación. Denominados aditivos para inyecciones.

- Colorear al hormigón, mortero o pasta. Denominados aditivos colorantes.

1.8.1. Aditivo plastificante

Los aditivos plastificantes, son aditivos químicos que pueden ser añadidos a las

mezclas de hormigón para hacerlas más trabajables. La resistencia del hormigón es

inversamente proporcional a la relación agua/cemento (en peso) de la mezcla. Si se

busca producir un hormigón más resistente se añade menos agua a la mezcla, lo que

la hace menos trabajable, siendo necesario el uso de plastificadores o

superplastificadores.

Normalmente es suficiente con añadir un 2 % de aditivo por unidad de peso de

cemento. Añadir demasiada cantidad de aditivo puede generar segregación excesiva

del hormigón, algo que no es aconsejable. Algunos estudios también muestran que

https://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n




añadir demasiado aditivo plastificante puede aumentar el tiempo de fraguado del

hormigón.

Son productos muy finos tales como la tierra diatomea, la bentonita, cales grasas

o hidráulicas finas, cenizas volantes y puzolanas molidas que añadidas al hormigón

complementan su granulometría y facilitan el deslizamiento del

mortero, haciendo la mezcla más trabajable.

Los plastificadores suelen obtenerse a partir de lignosulfonatos, un producto

intermedio de la industria papelera. Los plastificadores tradicionales a base de

lignosulfatos dispersan las partículas de cemento floculadas mediante un mecanismo

de repulsión electrostática. En los plastificadores normales, las sustancias activas

son adsorbidas sobre las partículas de cemento cargándolas negativamente, lo que

provoca la repulsión entre ellas al tener cargas del mismo signo. En los

superplastificadores de naftaleno y de melamina, que son polímeros orgánicos, las

moléculas largas "abrazan" a las partículas de cemento, dándoles una carga

altamente negativa que provoca una gran repulsión entre ellas (Fernández, 2013).

1.8.2. Aditivo plastificante-aireante

Este tipo de aditivos tienen unas características o ventajas tales como:

- Actúa como plastificante-aireante mejorando la trabajabilidad sobre todo cuando

se utilizan arenas ásperas o de mala calidad.

- Permite reducir el agua de amasado.

- Aumenta la cohesión, disminuye la exudación y evita la segregación en el mortero

fresco.

- Debido a la oclusión limitada de aire aumenta la resistencia del mortero endurecido

a las heladas e intemperies.

https://es.wikipedia.org/wiki/Lignosulfonatos

https://es.wikipedia.org/wiki/Floculante

https://es.wikipedia.org/wiki/Adsorci%C3%B3n




2. OBJETIVOS

El objetivo principal de este Trabajo Fin de Grado es la evaluación del uso de

caucho proveniente de neumáticos fuera de uso (NFU) como sustituto del agregado

arena, así como la introducción de un aditivo, plastificante-aireante, en la fabricación

de morteros sostenibles.

Para alcanzar el objetivo general se establecen los siguientes objetivos

específicos:

- Caracterización de las materias primas: cemento Portland, arena y caucho

procedente de NFU.

- Fabricación de las probetas de mortero empleando una sustitución en volumen

de NFU (0-100 %) en lugar del agregado arena y la introducción de un aditivo

plastificante-aireante. Evaluación y estudio de las propiedades físicas

(densidad y absorción de agua por capilaridad) y mecánicas (resistencia a

flexión y compresión) de los morteros aligerados en función de su composición

y del tiempo de curado (7 y 28 días). Este estudio permitirá determinar la

máxima cantidad de caucho de NFU que se puede sustituir para obtener

morteros sostenibles sin llegar a degradar ninguna de sus prestaciones.

- Toma de imágenes para posterior estudio mediante la técnica de correlación

digital de imágenes (DIC), previo acondicionamiento de los morteros.

- Caracterización microestructural por microscopía electrónica de barrido (SEM)

y análisis EDX, de las probetas con sustitución de 5, 30 y 100 % de la arena

por caucho a 28 días de curado.

- Estudiar la viabilidad económica de los nuevos morteros ligeros, teniendo en

cuenta la reducción de costes que implica el empleo de un residuo.




3. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Y MATERIALES

3.1. Materias primas

3.1.1. Cemento Portland CEM II

En la elaboración de las probetas de mortero para

este TFG se ha utilizado cemento Portland de alta

resistencia, con denominación CEM II/A-V 42,5 R,

fabricado por la empresa Holcim. Sus componentes

principales, como refleja la norma UNE-EN 197-1 (UNE-

EN 197-1:2011), son clínker (80-94 %), cenizas

volantes silíceas (6-20 %) y componentes minoritarios

(0-5 %).

3.1.2. Arena

Para la elaboración de las probetas de mortero se ha utilizado arena normalizada

CEN para ensayos de cementos suministrada por el Instituto Eduardo Torroja

(Madrid). Los áridos utilizados en la elaboración de las probetas de este TFG están

sujetos a la normativa DIN EN 196-1 (DIN EN 196-1 , 2016).

3.1.3. Caucho procedente de NFU

En la elaboración de probetas de mortero

se ha utilizado caucho de neumáticos reciclados

como sustituto de áridos. El caucho triturado

procede de la empresa “Renean” situada en

Espeluy (Jaén).

En la elaboración de probetas de este TFG

se han utilizado dos rangos granulométricos, de

0,0 a 0,6 mm y de 0,6 a 2,0 mm. Estos dos rangos granulométricos han sido

Figura 3.1. Cemento

Portland

Figura 3.2. Carbón de NFU

granulado




mezclados para intentar simular las características granulométricas del material

sustituido (arena). Para ello, el residuo se compone de un 70 % en peso de

granulometría de 0,6 a 2,0 milímetros y de un 30 % de granulometría de 0 a 2,0

milímetros.

3.1.4. Aditivo

Para la realización de las probetas de mortero se

ha adicionado un aditivo plastificante-aireante,

Sikamor-A, en una proporción de 0,05 % en relación

con el peso de cemento. Procede de la empresa

Rescatec MC (Materiales de Construcción) situada en

Huércal (Almería).

Este aditivo tiene una densidad de 1,03 kg/m3,

un contenido en cloruros ≤ 0,1 % y un contenido en

alcalinos ≤ 3 %.

Este aditivo se añade al agua de amasado y no

directamente sobre la mezcla seca de cemento y arena.

3.2. Caracterización de las materias primas

3.2.1. Caracterización del cemento Portland

3.2.1.1. Humedad, materia orgánica, pH, contenido de carbonatos,

superficie específica y densidad relativa

La determinación del contenido en humedad y materia orgánica se ha realizado

mediante la norma ASTM D-2974:1984 (ASTM D-2974, 1984).

Para la determinación de la humedad se han empleado los siguientes materiales

y equipo:

Figura 3.3. Aditivo Sikamor-A




- Horno o estufa, capaz de mantener una temperatura constante de 105 ± 5 ºC,

para realizar el secado

- Cápsulas de porcelana

- Balanza

Para la realización de este ensayo, las muestras fueron introducidas en cápsula

de porcelana con un peso conocido (mi), secadas en estufa a 105°C durante 24 horas

hasta obtener una masa constante (mf). El valor de la humedad se expresó como

porcentaje, y se calculó siguiendo la siguiente expresión (Ecuación 9):

%ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑚𝑖 − 𝑚𝑓

𝑚𝑖· 100 [Ec.9]

Por otro lado, el contenido en materia orgánica se estima mediante ignición de

la muestra desecada (mf) a una temperatura de 440 ºC. Una vez terminada la ignición

se obtienen las cenizas (mresultante). El valor de la materia orgánica se expresa en

porcentaje y se obtiene con la expresión (Ecuación 10):

%𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑜𝑟𝑔á𝑛𝑖𝑐𝑎 = (𝑚𝑓 − 𝑚𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒) · 100 [Ec.10]

La medida del pH del cemento Portland se obtuvo a través de un pH-metro de

sólidos PCE Instrument (PCE-PH20S), mostrado en la figura 3.4.

Figura 3.4. pH-metro de sólidos PCE-PH20S




El contenido en carbonatos se realizó por medio de la calcimetría de Bernard.

Para ello se mezcló carbonato cálcico (CaCO3) con ácido clorhídrico (HCl)

desprendiendo CO2. Se mide la cantidad emitida de gas de acuerdo a la reacción

(Ecuación 11):

𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 2𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 [Ec.11]

Para la determinación de la superficie específica se hace uso del método Blaine.

Dicho método se basa en que la velocidad de paso del aire a través de una capa de

material con determinada porosidad depende del tamaño de las partículas del material

y, por tanto, de la superficie específica de éste. Se mide la superficie específica por

comparación con una muestra de referencia y, previamente, es necesario determinar

la densidad del material. Para ello, se emplea el frasco volumétrico de Le Châtelier,

se llena el matraz con queroseno hasta unas graduaciones comprendidas entre 0 y 1

cm3, se introduce la cantidad de muestra necesaria para obtener un volumen

aproximadamente de unos 20 cm3 y la diferencia entre las dos lecturas efectuadas es

el volumen de líquido desplazado por la masa de material ensayado. La densidad (ρ)

se calcula a través de la siguiente expresión (Ecuación 12):

𝜌 (𝑔

𝑐𝑚3) =

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 (𝑔)

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑑𝑜 (𝑐𝑚3) [Ec.12]

Una vez determinada la densidad, se calcula la superficie específica mediante la

expresión (Ecuación 13):

𝑆 (𝑐𝑚2

𝑔) =

524,17 · 2,66 · √𝑡

𝜌 [Ec.13]

Donde “t” representa el tiempo obtenido en el ensayo Blaine.

3.2.1.2. Difracción de rayos X (DRX)

La composición química de los materiales empleados se determinó mediante

Difracción de rayos X (DRX) usando el equipo Philips Magix Pro (PW-2440). La

difracción de rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al interaccionar

un haz de rayos X, de una determinada longitud de onda, con una sustancia cristalina.

La difracción de rayos X se basa en la dispersión coherente del haz de rayos X por




parte de la materia (se mantiene la longitud de onda de la radiación) y en la

interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se dispersan en

determinadas direcciones del espacio (Figura 3.5). El fenómeno de la difracción puede

describirse con la Ley de Bragg, que predice la dirección en la que se da interferencia

constructiva entre haces de rayos X dispersados coherentemente por un cristal nλ =

2d sen (θ), los Rayos X tienen la longitud de onda en Angtroms (Mazuelas, 1992).

Figura 3.5. Difracción de rayos X

Las diferentes fases cristalinas se determinaron con el difractómetro

automatizado de rayos X, X-Pert Pro MPD (PANanalytical), equipado con

monocromador primario de Ge (111), usando la radiación Cu Kα (λ = 1.5406 Å)

monocromática y un detector de rayos X. La posterior identificación de las fases

cristalinas se ha llevado a cabo mediante el software High Score Plus de PANalytical

utilizando la base de datos COD_201.

3.2.1.3. Caracterización microestructural

Para caracterizar la microestructura del cemento Portland se ha utilizado la

microscopia electrónica de barrido. Con ello se puede estudiar con detalle la

topografía de la superficie y la morfología de estructural de materiales sólidos. La

técnica permite obtener imágenes de alta resolución de la superficie de la muestra en

estudio utilizando interacciones electrón-materia. Con la utilización del método

interactivo electrón-materia junto con el contraste topográfico y profundidad del foco,

se llega a obtener imágenes con apariencia tridimensional.




Esta técnica se realizó empleando microscopio electrónico de barrido de alta

resolución JEOL SM 840 junto con una espectroscopia de energía dispersiva de

Rayos X (SEM/EDX).

3.2.1.4. Fluorescencia de rayos X (FRX)

La composición química del cemento Portland se determinó mediante

fluorescencia de rayos X (FRX). Para ello se empleó un espectrómetro secuencial de

longitud de onda dispersiva con generador de rayos X, Philips Magix Pro (PW-2440)

mostrado en la figura 3.6.

Figura 3.6. Generador de rayos X Philips Magix Pro (PW-2440)

Esta técnica utiliza la emisión secundaria o fluorescente de radiación X que se

genera al excitar una muestra con una fuente emisora de rayos X. La radiación X

incidente o primaria expulsa electrones de capas interiores del átomo. Entonces, los

electrones de capas más externas ocupan los lugares vacantes, y el exceso

energético resultante de esta transición se disipa en forma de fotones: la llamada

radiación X fluorescente o secundaria. Esta radiación de fluorescencia es

característica para cada elemento químico. Por lo tanto, es posible identificar un

elemento dentro del espectro de la muestra si se conoce la energía entre los orbitales

atómicos implicados (longitud de onda). La concentración de cada elemento se




detecta midiendo la intensidad de la energía asociada a cada transición de electrones.

Es decir, la salida de un análisis EDX es un espectro que muestra la intensidad de

radiación en función de la energía (Valentinuzzi, 2018).

3.2.1.5. Distribución granulométrica

Para obtener la distribución del tamaño de partícula de las materias primas se

utilizó un equipo Malvern Mastersizer 2000, mostrado en la figura 3.7. Este equipo

analiza la distribución del tamaño de partícula de cualquier material sólido disperso en

medio líquido, en un rango comprendido entre 0,02 y 1500 micras con la tecnología

de difracción de luz Láser.

Figura 3.7. Equipo Malvern Mastersizer 2000

La difracción láser mide las distribuciones de tamaño de partícula a partir de la

variación angular de la intensidad de la luz dispersada cuando un rayo láser, pasa a

través de una muestra de partículas dispersas. Las partículas grandes dispersan la

luz en ángulos pequeños en relación con el rayo láser, y las partículas pequeñas

dispersan la luz en ángulos grandes. Posteriormente se analizan los datos de la

intensidad de dispersión angular para calcular el tamaño de las partículas

responsables de crear el patrón de dispersión, utilizando la teoría Mie de la dispersión

de luz. El tamaño de partícula se registra como un diámetro de esfera equivalente al

volumen (Martínez, 2006).




3.2.1.6. Análisis elemental (CHNS-O)

Se basa en analizar la muestra para así poder determinar su contenido en

carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y oxígeno. Para ello se utiliza un analizador

elemental CHNS-O Thermo Finnigan Flash EA 1112, mostrado en la figura 3.8.

Figura 3.8. Analizador elemental Thermo Finnigan Flash EA 1112

Se realiza una combustión de las muestras a una temperatura de 950 ºC en una

atmósfera de O2. Los gases que resultan de la combustión son conducidos y se

separan en una cromatografía en columna, siendo así detectados por el detector de

conductividad térmica, transmitiendo una señal que proporciona la concentración de

componentes.

3.2.2. Caracterización de la arena y del caucho proveniente de NFU

Para calcular la densidad se ha empleado la siguiente expresión (Ecuación 14):

𝜌 =𝑚

𝑉 [Ec.14]

- 𝜌 → densidad del caucho (kg/m3).

- 𝑚 → masa obtenida en (kg).

- 𝑉 → volumen (m3)

En el caso de la arena, al disponer de ésta en bolsas con un peso determinado

(1350 gramos), se mide directamente el volumen que ocupa y se obtiene directamente

la densidad al sustituir en la expresión anterior.




Para el cálculo de la densidad del caucho se taró una probeta y se llenó de

caucho hasta alcanzar un volumen de 200 mL, posteriormente se pesó. Este proceso

fue repetido diez veces para obtener un valor fiable.

3.3. Elaboración de las probetas de mortero

Las probetas de mortero fueron elaboradas con sustitución de la arena por

caucho en un rango desde el 0-100 %, con adición del aditivo en un 0,05 % en relación

al cemento, y en función del tiempo de curado 7 y 28 días, respectivamente.

Dichas probetas son sometidas, después de su fabricación a ensayos físicos y

mecánicos tales como la densidad aparente, la absorción de agua por capilaridad y la

resistencia a flexión y compresión.

Para la elaboración de dichas probetas se ha hecho uso de los materiales

anteriormente definidos:

• Cemento Portland de alta resistencia CEM II/A-V 42,5 R, comercializado por la

empresa HOLCIM S.A.

• Arena: normalizada CEM para ensayos de cementos suministradas por el

Instituto Eduardo Torroja (Madrid).

• Caucho en dos rangos granulométricos 0,0-0,6 mm y 0,6-2 mm distribuido por

empresa Renean ubicada en Espeluy (Jaén).

• Aditivo Sikamor A suministrado por Rescatec MC (Materiales de Construcción)

empresa ubicada en Huércal (Almería).

3.3.1. Composición de las probetas de mortero

Las probetas de mortero se elaboran de acuerdo con la norma Europea UNE EN

196-1:2018 (UNE-EN 196-1:2018). Dicha norma establece la cantidad de cada

componente necesaria para generar una amasada que nos permita obtener tres

probetas de 40x40x160 mm (aproximadamente) en un mismo molde normalizado.




Las cantidades establecidas en dicha norma para cada amasada son 450±2

gramos de cemento, 1350±5 gramos de arena y 225±1 gramos de agua (UNE-EN

196-1:2018).

Para este Trabajo de Fin de Grado, se ha llevado a cabo la sustitución

volumétrica de la parte de áridos, de forma progresiva, por caucho, y se ha añadido

un aditivo, al agua de amasado, en un porcentaje fijo en relación al peso de cemento.

En la tabla 3.1 se recoge la composición de las probetas. El porcentaje sustituido

representa el tanto por ciento en volumen de caucho. Con este porcentaje es con el

que se marcan las probetas para nombrarlas.

Porcentaje

sustituido

Arena Caucho Cemento Agua Aditivo

Peso (g) Vol. (mL) Peso (g) Vol. (mL) Peso (g) Peso (g) Peso (g)

0% 1350 750 0 0 450 224,775 0,225

5% 1282,5 712,5 17,925 37,5 450 224,775 0,225

10% 1215 675 35,85 75 450 224,775 0,225

20% 1080 600 71,7 150 450 224,775 0,225

30% 945 525 107,55 225 450 224,775 0,225

40% 810 450 143,4 300 450 224,775 0,225

50% 675 375 179,25 375 450 224,775 0,225

75% 337,5 187,5 268,875 562,5 450 224,775 0,225

100% 0 0 358,5 750 450 224,775 0,225

Tabla 3.1. Composición de las probetas

Se prepararon dos masas de cada una de las composiciones para su posterior

análisis a los 7 y 28 días de curado. Se realizaron tres probetas para cada porcentaje

y tiempo de curado, fabricándose un total de 54 probetas.

3.3.2. Elaboración de las probetas de mortero

El procedimiento para la elaboración de los morteros viene establecido en la

norma UNE-EN 196-1:2018 (UNE-EN 196-1:2018).




Los moldes utilizados son de acero, y están formados por tres compartimentos

para la obtención de tres probetas de forma simultánea. Cada probeta posee unas

dimensiones de 40x40x160 mm. Los moldes están compuestos de distintas piezas

que se ensamblan con facilidad y se ajustan gracias a un tornillo de presión que da

empaque al conjunto. En la figura 3.9 se puede observar el molde utilizado.

La denominación seguida para la identificación de las probetas será en función

del porcentaje de caucho y los días de curado, e introduciendo las letras A, B y C, en

la cara lateral, para la diferenciación de las tres probetas correspondientes a cada

porcentaje. Por ejemplo, para 5 % de sustitución de arena por caucho, primera probeta

(A) y 28 días de curado, la denominación será “5% CAU 28 A”.

Figura 3.9. Molde para la elaboración de probetas de mortero

El proceso a seguir ha sido el siguiente:

- Se pesan cada uno de los componentes en la balanza de precisión (Figura

3.10) tal y como refleja en la tabla 3.1.




Figura 3.10. Balanza de precisión

Figura 3.11. Materiales pesados

Figura 3.12. Mezcla de caucho y arena

- Una vez separados y pesados los materiales (Figura 3.11) se procede a la

mezcla en estado sólido del caucho y de la arena (Figura 3.12), hasta lograr su

homogeneización. A continuación añadimos el aditivo Sikamor A al agua de

amasado.

- Se realiza el montaje del molde metálico.

- Se procede a realizar el amasado haciendo uso de una amasadora planetaria

Proeti, mostrada en la figura 3.13. El procedimiento a seguir es el siguiente:

o Se vierte la mezcla de agua y aditivo junto al

cemento dentro del recipiente de la amasadora.

o Se enciende la amasadora a velocidad lenta

durante 60 segundos. En los 30 últimos segundos se

vierte la mezcla de arena y caucho.

o Se para la amasadora durante 90 segundos.

En los 30 primeros segundos se retira con una

espátula el material adherido a los laterales del

recipiente y se introduce en el centro.

o Se enciende la amasadora a velocidad rápida

durante 60 segundos.

Figura 3.13. Amasadora

planetaria Proeti




- Se procede al enmoldado de las probetas inmediatamente después de la

fabricación del mortero.

o Se rellenan los moldes hasta la mitad y se sacude con 60 golpes de

forma manual (Figura 3.14).

o Se rellena el resto y se sacude con 60 golpes adicionales.

o Se retira el exceso y se enrasa con ayuda de una regla, para lograr una

superficie uniforme y lisa.

Figura 3.14. Molde relleno hasta la mitad

Figura 3.15. Molde después de 24 horas

- Se conserva en el laboratorio a temperatura de 21 ºC y 60 % de humedad

durante 24 horas, condiciones ambientales del laboratorio (Figura 3.15).

- Se lleva a cabo el desmoldado haciendo uso de un martillo de goma para no

romperlas ni dañarlas (Figura 3.16).

- Se marcan las probetas para su posterior identificación (con la denominación

definida anteriormente en función del porcentaje de caucho).

- El curado se realiza en una cámara climática con una temperatura de 22 ºC y

una humedad mayor de 80 % (Figura 3.17).

- Pasado el tiempo de curado se introducen en un recipiente con acetona durante

24 horas y se para la reacción de hidratación (Figura 3.18).

- Se sacan de la acetona y se dejan al aire en el laboratorio (Figuras 3.19 y 3.20).




Figura 3.16. Desmoldado de las

probetas

Figura 3.17. Curado en cámara climática

Figura 3.18. Curado en acetona

Figura 3.19. Probetas marcadas 28 días

Figura 3.20. Probetas marcadas 7 días




3.4. Caracterización física de los morteros

3.4.1. Determinación de la densidad aparente en seco del mortero

endurecido

La densidad aparente en seco de los morteros endurecidos se determina de

acuerdo con la norma UNE-EN 1015-10:2000/A1:2007 (UNE-EN 1015-

10:2000/A1:2007). Esta norma europea tiene por objeto describir un método de

ensayo para determinar la densidad aparente en seco de lo morteros endurecidos. Se

aplica a los morteros ligeros, así como a los morteros de uso corriente y a los morteros

para juntas finas, utilizando probetas de forma regular.

La densidad aparente en seco de una probeta de mortero endurecido se

determina de la relación entre su masa en estado seco en estufa y el volumen que

ocupa cuando se sumerge en agua, en estado saturado.

El equipo necesario para la realización se basa en una balanza de precisión

hidrostática, con una exactitud igual al 0,1 % con relación a la masa total de la muestra

o probeta, provista de un estribo porta-probetas para pesar la probeta sumergida en

agua. Se debe disponer de un recipiente con agua en el cual poder sumergir dichas

probetas. Dicha balanza hidrostática se encuentra reflejada en la figura 3.21.

Figura 3.21. Balanza hidrostática




El procedimiento seguido ha sido el siguiente:

1. Se seca la probeta en la estufa a una temperatura de 60 ºC ± 5 ºC, hasta que

se alcance una masa constante, es decir, cuando dos pesadas sucesivas,

efectuadas a intervalos de 2 horas de secado, no difieren en más de 0,2 %

de la masa de la provea seca. Esta masa de la probeta seca se anota (ms,sec).

2. Se sumerge la probeta durante 24 horas en agua a 20 ºC, cubriendo bien los

4 lados del mortero para que contacto entre el agua y la probeta sea en

totalidad de la superficie. Al dejar la probeta sumergida este tiempo se

asegura la saturación de la misma.

3. Una vez trascurrido este tiempo, procederemos con el pesado retirando con

anterioridad el exceso de agua usando un paño obteniendo el peso (ms,sat).

4. Una vez pesada la probeta es posible determinar su volumen por pesada

hidrostática, se deja que el instrumento de pesado alcance el equilibrio,

asegurándose de que el estribo vacío esté suspendido y que está

completamente sumergido en el agua del recipiente. El estribo se sumerge

hasta la profundidad en el que se efectúen las pesadas con o sin probeta.

Esta profundidad debe ser tal, que cubra por completo a las probetas. La

probeta saturada se coloca en el estribo. Se eliminan las burbujas atrapadas

en las caras de la probeta. Cuando la probeta ha cesado de oscilar, se pesa

y se anota la masa de la probeta (ms,i).

5. Por último, se calcula el volumen de la probeta, con la siguiente expresión

(Ecuación 15):

𝑉𝑠 =𝑚𝑠,𝑠𝑎𝑡 − 𝑚𝑠,𝑖

𝜌𝑤 [Ec.15]

Donde:

- Vs → Volumen de la probeta (m3).

- ms,sat → Masa de la probeta saturada de mortero endurecido (kg).

- ms,i → Masa aparente de la probeta saturada de mortero endurecido sumergido

en agua (kg).

- ρw → Densidad del agua en la que se sumerge la probeta (kg/m3).




Una vez se han realizado estos pasos, se calcula la densidad aparente en seco

dividiendo la masa de la probeta seca (ms,sec) entre el volumen Vs, es decir, haciendo

uso de la siguiente expresión (Ecuación 16):

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑘𝑔

𝑚3) = 𝜌𝑠 =

𝑚𝑠,𝑠𝑒𝑐

𝑉𝑠 [Ec.16]

3.4.2. Determinación del coeficiente de absorción de agua por

capilaridad del mortero endurecido.

El ensayo del coeficiente de absorción de agua por capilaridad del mortero

endurecido se lleva a cabo siguiendo la norma UNE EN 1015-18:2003 (UNE-EN 1015-

18:2003). En este ensayo caracterizamos la tendencia de un material poroso a

absorber y transmitir agua a través de su masa por succión capilar, lo que implica un

aumento de masa durante un periodo de tiempo.

El coeficiente de absorción de agua por capilaridad se determina en probetas de

mortero prismáticas, a la presión atmosférica. Después del secado hasta masa

constante, una cara de la probeta se sumerge entre 5 mm y 10 mm de agua durante

un periodo de tiempo específico. A continuación, se determina el aumento de masa.

Para la realización de este ensayo se dispone de:

- Agua desmineralizada o destilada.

- Bandeja, con una profundidad mínima de 20 mm y una superficie plana

suficientemente grande como para contener las probetas que se han de

sumergir.

- Un soporte por probeta para que la superficie de contacto de cada probeta con

el fondo sea mínima.

- Cronómetro, graduado en segundos.

- Balanza, con exactitud del 0,1 % de la masa total seca de la probeta.

- Estufa ventilada, capaz de mantener una temperatura de (60 ± 5) ºC.

- Cera incolora parafina, para impermeabilizar las caras de la probeta (Figura

3.22).




Figura 3.22. Cera incolora

Figura 3.23. Probetas con cera en la estufa

En primer lugar se unta con cera los laterales próximos a la cara de rotura, para

evitar la absorción de agua, y facilitar que se realice sólo por la superficie de rotura. A

continuación se introducen en una estufa con ventilación (Figura 3.23) y a la

temperatura de 60 ± 5 ºC. Durante el proceso de secado, que dura 24 horas, la pérdida

de masa es igual o menor del 0,2 % de la masa total, y se consigue un efectivo sellado

de los laterales.

Posteriormente, las probetas se colocan en una bandeja con agua, las caras

rotas de los prismas vueltas hacia abajo, como se muestra en la figura 3.24. Los

soportes deben de colocarse de tal forma que la cara rota no entre en contacto con la

superficie del recipiente, las probetas deben de mantenerse a una distancia de entre

5 mm y 10 mm del fondo de la bandeja. La colocación de las probetas en el agua se

debe hacer con cierta inclinación para evitar que se quede aire bajo éstas, lo que

impediría la absorción homogénea por toda la superficie.




Figura 3.24. Probetas en los soportes

Se vierte el agua en la bandeja y se pone en marcha el cronómetro para hacer

dos pesadas, a los 10 minutos y a los 90 minutos. Para la toma de estos datos se

extraen las probetas de la bandeja, se elimina el exceso de agua de la superficie de

rotura con un paño y se pesan. Obtenemos la masa M1 correspondiente a la pesada

realizada a los 10 minutos. Se repite el mismo procedimiento después de 90 min y se

pesan (M2).

Por último calculamos el coeficiente de absorción de agua (C) por medio de la

siguiente expresión (Ecuación 17):

𝐶 = 0,1 · (𝑀2 − 𝑀1) [Ec.17]

Siendo:

- C → coeficiente de absorción de agua (kg/(m2·min0.5))

- M1 → Peso obtenido de las probetas pasados 10 minutos, en gramos.

- M2→ Peso obtenido de las probetas pasados 90 minutos, en gramos.




3.5. Caracterización mecánica de los morteros

3.5.1. Determinación de la resistencia a flexión del mortero

endurecido

El ensayo de resistencia a flexión se lleva a cabo siguiendo la norma UNE-EN

1015-11:2000/A1:2007 (UNE-EN 1015-11:2000/A1:2007). Esta norma europea

describe un método de ensayo para determinar la resistencia a flexión de probetas

enmoladas de mortero. La resitencia a flexión se determina aplicando una carga en

tres puntos de los prismas de mortero endurecido, hasta su rotura.

La máquina utilizada para la realización de este ensayo es una prensa MTS

Insight 5 (Figura 3.25). La máquina está provista de dos rodillos de apoyo en acero,

con una longitud comprendida entre 45 mm y 50 mm y un diámetro de 10 mm ± 0,5

mm, y de un tercer rodillo de carga de la misma longitud y diámetro instalado

centralmente entre los rodillos de apoyo como se muestra en la figura 3.26. Uno de

los rodillos de apoyo y el rodillo de carga deben poder oscilar ligeramente para permitir

una distribución uniforme de la carga sobre el total del ancho del prisma sin someterlo

a un esfuerzo de torsión.

Figura 3.25. Prensa MTS Insight 5

Figura 3.26. Esquema de la colocación de la

pieza en el ensayo de flexión




Una vez realizada la puesta en marcha de la máquina, se procede a la colocación

de la probeta. Las superficies de contacto de los rodillos y las caras de la probeta se

limpian con un paño, con el fin de eliminar las partículas o cualquier otro material no

adherido. Una de las caras de la probeta, que ha estado en contacto con las paredes

del molde durante el enmoldado, se debe colocar sobre los rodillos de apoyo (Figura

3.27).

Figura 3.27. Probeta sometida al ensayo de flexión

La carga debe de aplicarse sin aceleraciones bruscas, a una velocidad uniforme

comprendida entre 10 N/s y 50 N/s, de tal modo que la rotura se produzca entre 30 s

y 90 s. La carga máxima aplicada, en Newton, se registra. Las mitades de la probeta

partida se marcan y se vuelven a poner en el recinto de conservación, con el objetivo

de tener todas las piezas del mortero identificadas. La forma de marcar las probetas

continúa manteniendose sólo que, además, se añade la denominación 1 y 2, con el

fin de diferenciar las dos mitades obtenidas durante el ensayo de flexión. Ésta vez se

marcan en las caras cuadradas de los extremos (Figura 3.28).




Figura 3.28. Probetas después del ensayo de flexión

Obtenemos la resistencia a flexión (f) en N/mm2 que presentan las probetas con

la siguiente expresión (Ecuación 18):

𝑓 = 1,5𝐹 · 𝑙

𝑏 · 𝑑2 [Ec.18]

Donde:

- F → Carga máxima aplicada a la probeta (N).

- l → Distancia existente entre los dos apoyos (mm).

- b → Ancho de la probeta prismática (mm).

- d → Grosor de la probeta (mm).

3.5.2. Determinación de la resistencia a compresión del mortero

endurecido

Determinación de la resistencia a compresión del mortero endurecido se realizó,

según la norma UNE EN 1015-11:2000/A1:2007 (UNE-EN 1015-11:2000/ A1:2007).

Esta norma describe un método de ensayo para determinar la resistencia a

compresión de probetas enmoldadas de mortero. La resistencia a compresión del

mortero se determina en cada una de las dos mitades, semiprismas, resultantes del

ensayo de la resistencia a flexión.




Para el cálculo de la resistencia mecánica a la compresión de las probetas se

utilizó una prensa modelo MTS 810, Material Testing Systems, mostrada en la figura

3.29. Los platos de posición de la máquina no pueden inclinarse uno frente al otro,

deben estar totalmente paralelo durante todo el ensayo.

Figura 3.29. Equipo MTS 810

Figura 3.30. Utensilio adaptador

Una vez puesto en marcha el conjunto máquina-ordenador, se procede a colocar

la probeta en el utensilio adaptador desmontable fabricado en acero templado y

endurecido (Figura 3.30). Hay que asegurar la coincidencia de la cara de la probeta

con la superficie que dispone dicho utensilio. Cualquier probeta que no forme un cubo

de material sólido entre los platos superior e inferior o las placas de carga se eliminan.

De esta manera se obtiene con certeza que la carga que aplica la máquina estará

soportada por esta área limitada, pudiendo obtenerse así la resistencia máxima que

presenta la probeta.

La carga se debe aplicar sin aceleraciones y se aumenta de manera progresiva

a un ritmo comprendido entre los 50 y 500 N/s, de tal modo que la rotura se

produzca entre 30 y 90 s. La carga máxima aplicada, en Newtons, durante el ensayo

se registra (Figura 3.31).




Figura 3.31. Rotura de la probeta a compresión

La resistencia a compresión (Rc) se calcula dividendo la carga máxima

soportada entre la superficie de carga (4x4 cm2), con la siguiente expresión (Ecuación

19):

𝑅𝑐 =𝑃𝑚

𝑆 [Ec.19]

Donde:

- Rc → Resistencia a compresión (MPa).

- Pm → Carga máxima de rotura (N).

- S → Superficie del utensilio (mm2).

3.1. Correlación digital de imágenes (DIC)

3.1.1. Introducción.

Correlación Digital de Imágenes (DIC) es una técnica óptica que permite medir

el campo de desplazamientos y deformaciones. La técnica consiste en tomar

imágenes digitales durante el ensayo de una probeta. Se toma como referencia su

estado inicial y se toman imágenes hasta su estado final (deformado).




Antes de la realización de los ensayos, las probetas deben recibir un tratamiento

superficial. Dicho tratamiento consiste en la aplicación de una base de pintura blanca

sobre la superficie que se desee grabar, para posteriormente aplicar un moteado con

pintura negra para un mayor contraste. Las probetas se dividen en subconjuntos

virtuales, denominados facetas, y mediante la aplicación de algoritmos de correlación,

se busca una región o faceta de la imagen de referencia en la imagen deformada,

determinando el vector de desplazamientos en cada conjunto de facetas procesadas

(López et al., 2012).

3.1.2. Aplicaciones de la técnica DIC en morteros

Gran número de investigaciones han utilizado y desarrollado la técnica de

Correlación Digital de Imágenes, donde las técnicas de medición tradicionales, por las

características de los ensayos, encuentran dificultades. En los últimos años,

aplicaciones basadas en DIC se han desarrollado para diversas aplicaciones en

morteros. Didar et al. (2019) utilizó dicha técnica para cuantificar la evolución de la

deformación por asentamiento y contracción del cemento fresco. Ludwick (2019) midió

con esta técnica los parámetros de la mecánica de la fractura de morteros que

contenían cenizas volantes.

Es una técnica en creciente uso y de suma importancia ya que su uso en

morteros, puede proporcionar una serie de mapas de tensión que ayuden a

comprender el proceso de rotura. Las acumulaciones de tensiones de tracción y

compresión se pueden usar para ilustrar la intensidad de rotura y la contracción

general. Las evoluciones de las tensiones de tracción y compresión máximas se

pueden usar para indicar el tiempo de la primera fisuración y la capacidad de

contracción (Zhao et al., 2018).

3.1.3. Procedimiento

Este TFG ha participado en esta técnica realizando el acondicionamiento de las

probetas y la toma de imágenes para su procesamiento en otra investigación posterior.

El acondicionamiento de las probetas se realizó antes del ensayo de tracción y

del ensayo de compresión. Previo a la realización de estos dos ensayos se aplicó una




capa de pintura blanca y un moteado con pintura negra a la cara que se deseaba

grabar, cara rectangular en el caso de la resistencia a flexión y cara cuadrada en el

ensayo de resistencia a compresión (Figura 3.32).

Figura 3.32. Superficies pintadas para DIC en ensayo de flexión

Para la toma de imágenes se realizó un calibrado previo de las cámaras. El

equipo para la toma de imágenes consta de dos cámaras, un trípode y el programa

para la toma de imágenes (Figura 3.33).

Figura 3.33. Equipo para la toma de imágenes

Las imágenes obtenidas durante el ensayo de flexión para el mortero control (0 %

caucho) se muestran en las figuras 3.34 y 3.35. Las imágenes de este mismo mortero

en el ensayo de resistencia a compresión se muestran en las figuras 3.36 y 3.37.




Figura 3.34. Imagen estado inicial

ensayo de flexión

Figura 3.35. Imagen estado deformado

ensayo de flexión

Figura 3.36. Imagen estado inicial

ensayo de compresión

Figura 3.37. Imagen estado deformado

ensayo de compresión




4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Caracterización de las materias primas

4.1.1. Caracterización del cemento Portland

4.1.1.1. Humedad, materia orgánica, pH, superficie específica y

densidad relativa

Se realizaron determinaciones del porcentaje de humedad, carbonatos, medidas

de pH así como determinaciones de superficie específica y densidad relativa de

acuerdo a los procedimientos descritos en el apartado anterior. Los valores obtenidos

se recogen en la tabla 4.1.

Humedad

(%) pH

Carbonatos

(%)

Superficie

específica

(cm2/g)

Densidad

relativa

(g/cm3)

Cemento

Portland

(CP)

0,25 11,8 16,98± 0,96 3.670 2,84

Tabla 4.1. Valores de humedad, pH, carbonatos, superficie específica y densidad relativa del cemento Portland

En base a los resultados obtenidos se puede señalar que el contenido en

carbonatos en el cemento Portland es menor que en otros residuos similares usados

en construcción. Además, la presencia de carbonatos en el cemento Portland se debe

principalmente a la adición de caliza (CEM Tipo II).

Los valores de superficie específica del cemento Portland se han obtenido por el

método de Blaine. A medida que aumenta la superficie específica se favorece las

reacciones puzolánicas de hidratación del cemento Portland, favoreciendo la

formación de los productos sólidos insolubles dotados con resistencia mecánica. El

elevado valor de pH favorece la reacción puzolánica entre la sílice y la alúmina

presentes en fase húmeda en el cemento.




4.1.1.2. Difracción de rayos X (DRX)

La figura 4.1. muestra la caracterización mineralógica del cemento Portland que

presenta los picos de difracción pertenecientes al silicato bicálcico (C2S) y al silicato

tricálcico (C3S). También se observan el aluminato tricálcico (C3A) y el aluminoferrito

tetracálcico (C4AF), estando estos en menor proporción.

Figura 4.1. Patrón de difracción del CP

4.1.1.3. Caracterización microestructural

La caracterización microestructural se llevó a cabo por microscopía electrónica

de barrido (SEM) y análisis EDX (Figura 4.2).




Figura 4.2. Caracterización microestructural. Espectros de estudio CP

Los resultados obtenidos muestran que la mayoría de las partículas que forman

el cemento poseen formas angulares e irregulares. También hay partículas esféricas

perfectas, pero en menor proporción.

Con el análisis EDX se obtiene que las partículas angulares están compuestas

básicamente por calcio, encontrándose en menor medida silicio, aluminio, magnesio,

hierro y azufre. Por otra parte, las partículas con formas más esféricas son más ricas

en silicio y aluminio, con menores cantidades de potasio.

4.1.1.4. Fluorescencia de rayos X (FRX)

La composición química del cemento Portland se ha determinado por FRX. Los

valores obtenidos de los contenidos en óxidos se observan en la tabla 4.2. El cemento

Portland es rico en CaO (58,8 %), presentando también un contenido bastante alto en

SiO2 (21,4 %) y menores cantidades de Al2O3 (5,9 %) y Fe2O3 ( 3,9 %).




Contenido en óxidos (%) CP (%)

SiO2 21,33

Al2O3 5,89

Fe2O3 3,87

CaO 58,32

MgO 1,39

K2O 0,88

Na2O 0,91

MnO 0,06

TiO2 0,43

P2O5 0,08

SO3 4,03

ZnO -

Cl 0,08

Sr 0,07

Cr 0,02

Ni 0,01

Cu 0,03

Zn 0,03

Ba 0,07

Zr 82,7

LOI 2,61

Tabla 4.2. Composición química del CP

4.1.1.5. Distribución granulométrica

La caracterización del cemento Portland refleja que está formado por un 86,30

% de partículas de tamaño de la arena, un 1,75 % de partículas de tamaño similar al

limo y un 11,95 % de partículas finas (<2 mm) (tabla 4.3). En la figura 4.3 se muestra

la distribución de tamaño de partícula del cemento presentando un tamaño medio de

partícula D50 de 10,64 μm. El cemento Portland está constituido por un 90 % de

partículas que están por debajo de 35,56 micras, lo que indica una importante finura.




El tamaño de partícula influye en la actividad puzolánica debido a que la

superficie de las partículas aumenta junto con la velocidad de reacción hidráulica al

disminuir el tamaño de partícula.

Distribución del tamaño de partícula (mm) CP (%)

Contenido de arcilla < 0,002 11,95

Contenido de limo (0,002-0,063) 86,3

Contenido de arena (0,063-2) 1,75

Tabla 4.3. Porcentaje de partículas CP

Figura 4.3. Distribución granulométrica del CP

4.1.1.6. Análisis elemental (CHNS-O)

El análisis CHNS-O refleja que el cemento Portland no contiene apenas

nitrógeno. Sin embargo, muestra una presencia importante de azufre (0,42 %). Su

contenido en carbono se debe principalmente a la descomposición progresiva de la

calcita y ronda el 0,66 %.

En la tabla 4.4 se reflejan los datos obtenidos en el análisis elemental.




Muestra %C %H %N %S

Cemento

Portland 0,657 ± 0,013 0,160 ± 0,011 0,003 ± 0,038 0,420 ± 0,012

Tabla 4.4. Análisis elemental (CNHS-O) del CP

4.1.2. Caracterización del caucho proveniente de NFU

El valor de la densidad aparente del caucho se obtiene como valor medio de 10

repeticiones que se llevaron a cabo de cálculo de la densidad. Para ello nos apoyamos

en la utilización de una probeta, en la cual se vertió caucho hasta alcanzar un volumen

de 200 mL de caucho que posteriormente se pesó, por lo que al obtener su masa en

la balanza se podía calcular la densidad.

El caucho estudiado es una mezcla de dos granulometrías. Al trabajar con la

mezcla no se conocía la densidad, motivo por el cual se tuvo que calcular de esta

manera.

El valor de la densidad aparente de la mezcla de caucho tras realizar el proceso

de iteración:

𝜌 = 0,478 𝑔 𝑐𝑚3⁄

4.2. Caracterización física de los morteros

4.2.1. Determinación de la densidad aparente en seco del mortero

endurecido

La densidad aparente de las probetas depende fundamentalmente de los

componentes principales del mortero, en este caso, de la arena y del caucho. Los

valores de densidad aparente obtenidos para las distintas probetas estudiadas en

función del porcentaje de caucho y del tiempo de curado, se muestran en la tabla 4.5

y en la figura 4.4.

Como se puede apreciar en la figura 4.4 la densidad aparente decrece a medida

que se incrementa el porcentaje de residuo caucho sustituido por arena. Esto se debe




principalmente a que el residuo, caucho de NFU, presenta una densidad más baja que

el agregado de arena sustituido, siendo la densidad de la arena 1800 kg/m3 mientras

que la del caucho es 478 kg/m3. La densidad aparente de la probeta control a los 28

días de curado es 2140 kg/m3 y se reduce hasta 1168 kg/m3, con total sustitución de

la arena por caucho, lo que indica una reducción de densidad del 45,42 %. Por tanto,

a medida que aumenta el porcentaje de caucho se obtienen morteros más porosos, lo

que conlleva a una disminución de la densidad aparente.

El valor de la densidad aparente fijado para calificar un mortero como mortero

aligerado es de 1.300 kg/m3 (UNE-EN 998-2:2018), siendo este valor el máximo que

puede presentar. De acuerdo a este dato, sólo los morteros con una sustitución del

100 % cumplen con la condición de ser calificados como ligeros.

En cuanto a la influencia del tiempo de curado, se puede apreciar que la

densidad aparente apenas varía cuando el tiempo de curado se incrementa de 7 a 28

días (Figura 4.4 y Tabla 4.5). Esto podría indicar que la adición de caucho apenas

modifica la velocidad de las reacciones de hidratación del mortero que dan lugar a

silicatos cálcicos hidratados, que hacen que la red de poros sea más compacta.

Periodos de curado más largos, podrían dar lugar a una mayor evaporación del agua

y a una estructura con mayor cantidad de aire en los poros y una densidad aparente

ligeramente menor.




Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Densidad

aparente

(kg/m3)

Desviación

típica

Densidad

aparente

(kg/m3)

Desviación

típica

0 % 2127,20 6,39 2139,78 10,20

5 % 2006,84 7,78 2087,44 10,46

10 % 2037,46 6,85 1969,76 3,97

20 % 1953,84 11,35 1870,87 4,65

30 % 1856,32 7,53 1790,06 5,93

40 % 1623,23 13,65 1733,82 6,86

50 % 1529,56 6,47 1693,70 3,16

75 % 1435,14 5,31 1398,44 8,24

100 % 1200,75 10,64 1168,27 7,10

Tabla 4.5. Resultados ensayo de densidad aparente

Figura 4.4. Relación densidad aparente frente al porcentaje de caucho

21

27

20

07

20

37

19

54

18

56

16

23

15

30

14

35

12

01

21

40

20

87

19

70

18

71

17

90

17

34

16

94

13

98

11

68

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Den

sid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3)

Sustitución de caucho (% en volumen)

7 días 28 días




La influencia de la incorporación del aditivo aireante-plastificante se valorará

realizando una comparación con otro estudio previo (Puerma, 2017). En dicho estudio

se realizaron probetas con los mismos porcentajes de caucho que en este TFG pero

sin contenido de aditivo. Los resultados obtenidos se reflejan en la tabla 4.6.

Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Densidad

aparente

(kg/m3)

Desviación

típica

Densidad

aparente

(kg/m3)

Desviación

típica

0 % 2159 4,30 2267 3,30

5 % 2122 7,90 2122 4,40

10 % 2123 1,20 2109 3,80

20 % 2012 1,05 2011 4,30

30 % 1870 6,60 1986 5,71

40 % 1758 1,80 1801 7,00

50 % 1725 4,40 1691 1,10

75 % 1471 6,20 1391 10,90

100 % 1236 9,50 1182 14,00

Tabla 4.6. Resultados ensayo densidad aparente sin aditivo

Se ha realizado una comparación de los resultados de las probetas con aditivo y

sin aditivo, en los tiempos de curado de 7 (Figura 4.5) y 28 días (Figura 4.6). Se

observa una clara disminución de la densidad aparente en las probetas que contienen

aditivo. Centrándonos en las probetas tras 7 días de curado, el mortero con sustitución

del 50 % de caucho sin aditivo, presenta una densidad aparente de 1725 kg/m3,

disminuyendo la densidad aparente del mortero, de este mismo porcentaje, con aditivo

hasta 1530 kg/m3, lo que supone una variación del 11,3 %. La variación más

importante a los 28 días de curado se produce en el mortero con sustitución del 30 %

y corresponde con una disminución del 9,9 %.




Figura 4.5. Comparación de la densidad aparente con y sin aditivo (7 días)

Figura 4.6. Comparación de la densidad aparente con y sin aditivo (28 días)

21

27

20

07

20

37

19

54

18

56

16

23

15

30

14

35

12

01

21

59

21

22

21

23

20

12

18

70

17

58

17

25

14

71

12

36

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 20 30 40 50 75 100

De

nsid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3)


Con Aditivo 7 días Sin Aditivo 7 días

21

40

20

87

19

70

18

71

17

90

17

34

16

94

13

98

11

68

22

67

21

22

21

09

20

11

19

86

18

01

16

91

13

91

11

82

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Den

sid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3)






4.2.2. Determinación del coeficiente de absorción de agua por

capilaridad del mortero endurecido

La capacidad de las probetas para absorber agua por capilaridad está

directamente relacionada con la cantidad y distribución de poros que pueda contener

la estructura del mortero. Dependiendo de la porosidad que presente el mortero, este

tendrá una capacidad u otra de retener agua en su interior. Para poder hacernos una

idea de la estructura capilar que presenta, tenemos que recurrir al ensayo de

absorción de agua por capilaridad. La porosidad en morteros es una propiedad muy

importante ya que puede presentar problemas de humedad.

Los valores de coeficiente de absorción de agua por capilaridad obtenidos para

las distintas probetas estudiadas en función del porcentaje de caucho y del tiempo de

curado se muestran en la tabla 4.7 y figura 4.7. Se puede observar que los morteros

control, que no contienen caucho, presentan valores de 0,189 kg/m2min0,5 y 0,192

kg/m2min0,5 a la edad de curado de 7 y 28 días respectivamente, que corresponden a

los coeficientes más elevados. Estos valores elevados indican una mayor porosidad.

El valor mínimo obtenido a la edad de curado de 7 días, 0,098 kg/m2min0,5,

corresponde al 40 % de caucho y supone una disminución del 48,15 % respecto al

mortero control. En cuanto a la edad de 28 días, el valor mínimo es 0,090 kg/m2min0,5

con un 100 % de sustitución de caucho y corresponde a una variación del 53,12 %

respecto al mortero control. Se puede observar que a los 7 días de curado el valor del

coeficiente de absorción disminuye al aumentar el porcentaje de sustitución. Esto es

debido a que a pesar de la reducción de la densidad aparente, lo que aumenta la

porosidad de los morteros, estos poros no se encuentran interconectados, ya que el

aditivo distribuye los poros de forma uniforme y reduciendo el valor del coeficiente de

absorción de agua por capilaridad. Sin embargo, a los 28 días de curado no sigue una

tendencia clara.

Considerando la influencia del tiempo de curado, en general se puede decir que

los valores de absorción de agua apenas se modifican con el tiempo de curado al igual

que los valores de densidad aparente, que tampoco se ven influenciados por la edad

de curado (Tabla 4.7 y Figura 4.7).




Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Absorción

(kg/(m2∙min0,5))

Desviación

típica

Absorción

(kg/(m2∙min0,5))

Desviación

típica

0 % 0,189 0,009 0,187 0,004

5 % 0,157 0,022 0,105 0,007

10 % 0,134 0,010 0,131 0,010

20 % 0,119 0,006 0,118 0,012

30 % 0,131 0,015 0,129 0,006

40 % 0,098 0,007 0,142 0,005

50 % 0,106 0,008 0,105 0,003

75 % 0,105 0,009 0,111 0,005

100 % 0,102 0,009 0,090 0,011

Tabla 4.7. Resultados ensayo de absorción de agua por capilaridad

Figura 4.7. Relación coeficiente de absorción de agua frente a porcentaje de caucho

0,1

89

0,1

57

0,1

34

0,1

19

0,1

31

0,0

98

0,1

06

0,1

05

0,1

02

0,1

87

0,1

05 0

,13

1

0,1

18

0,1

29

0,1

42

0,1

05

0,1

11

0,0

90

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Coe

ficie

nte

de

ab

so

rció

n (𝑘𝑔

/(𝑚

2∗𝑚

𝑖𝑛0

,5))

Sutitución de caucho (% en volumen)

7 días 28 días




La norma UNE-EN 998-1:2018 (UNE-EN 998-1:2018) divide los morteros de

albañilería para revoco y enlucido en tres categorías según su coeficiente de

absorción de agua por capilaridad (Tabla 4.8).

Categorías Valores

W0 No especificado

W1 C ≤ 0,4

W2 C ≤ 0,2

Tabla 4.8. Categoría según coeficiente de absorción de agua por capilaridad

Todas las probetas de mortero pertenecen a la categoría W2 ya que sus

coeficientes de absorción de agua por capilaridad presentan valores inferiores a 0,2

kg/m2min0,5.


realizando una comparación con otro estudio previo (Puerma, 2017) realizado sin

presencia de este aditivo (Tabla 4.9).

Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Absorción

(kg/(m2∙min0,5))

Absorción

(kg/(m2∙min0,5))

0 % 0,23 0,12

10 % 0,12 0,12

20 % 0,33 0,20

30 % 0,14 0,27

40 % 0,19 0,18

50 % 0,37 0,13

75 % 0,24 0,12

100 % 0,15 0,11

Tabla 4.9. Resultados ensayo absorción de agua por capilaridad sin aditivo




Comparando los valores obtenidos para el mortero con contenido en caucho del

50 % a 7 días de curado (Figura 4.8) con y sin aditivo, los resultados obtenidos son

0,106 kg/m2min0,5 y 0,33 kg/m2min0,5 respectivamente, esto representa una

disminución del 71,35 %. A los 28 días de curado (Figura 4.9) la variación más

importante se produce para los morteros con el 30 % de sustitución de caucho por

arena, presentando valores de 0,27 kg/m2min0,5 para el mortero sin aditivo y 0,129

kg/m2min0,5 para el que contiene aditivo, lo cual corresponde a una disminución del

52,2 %. Como conclusión se extrae que la presencia de aditivo aireante-plastificante

en el mortero reduce considerablemente el coeficiente de absorción de agua por

capilaridad, dando lugar a morteros más ligeros pero que presentan menor porosidad

interconectada, dando lugar a una mayor impermeabilidad y disminuyendo la aparición

de humedades por la filtración de agua en su interior.

Figura 4.8.Comparación del coeficiente de absorción de agua con y sin aditivo (7 días)

0,1

89

0,1

57

0,1

34

0,1

19

0,1

31

0,0

98

0,1

06

0,1

05

0,1

02

0,2

3

0

0,1

2

0,3

3

0,1

4

0,1

9

0,3

7

0,2

4

0,1

5

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Coe

ficie

nte

de

ab

so

rció

n (𝑘𝑔

/(𝑚

2∗𝑚

𝑖𝑛0

,5))

Sutitución de caucho (% en volumen)

con aditivo 7 días sin aditivo 7 días




Figura 4.9. Comparación del coeficiente de absorción de agua con y sin aditivo (28

días)

4.3. Caracterización mecánica de los morteros

4.3.1. Determinación de la resistencia a flexión del mortero

endurecido

La resistencia a flexión de los morteros en función de la cantidad de residuo y

del tiempo de curado se presenta en la tabla 4.10 y figura 4.10. La resistencia a flexión

disminuye a medida que se incrementa el contenido en residuo incorporado a ambos

tiempos de curado, 7 y 28 días. La resistencia a flexión del mortero control (0 %

caucho) es de 6,51 y 6,10 MPa a los 7 y 28 días de curado, respectivamente. A medida

que se incorporan mayores cantidades de residuo, se produce un descenso más

pronunciado en la resistencia a flexión, obteniendo valores de 1,12 y 1,15 MPa para

los morteros del 100 % de caucho a 7 y 28 días respectivamente. La disminución en

la resistencia a flexión puede ser debida a que a medida que incrementa la cantidad

de caucho, a pesar de que la adhesión de la interfase cemento-residuo se mejora con

la adición del aditivo, la baja densidad de la las probetas da lugar a mayor cantidad de

0,1

87

0,1

05 0,1

31

0,1

18

0,1

29

0,1

42

0,1

05

0,1

11

0,0

90

0,1

2

0

0,1

2

0,2

0,2

7

0,1

8

0,1

3

0,1

2

0,1

1

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Co

eficie

nte

de

ab

so

rció

n (𝑘𝑔

/(𝑚

2∗𝑚

𝑖𝑛0

,5))


con aditivo 28 días sin aditivo 28 días




poros, aumentando los concentradores de tensiones en la probeta. Al presentar una

estructura menos integrada, con más concentradores de tensiones, las propiedades

mecánicas disminuyen.

En cuanto a la influencia del tiempo de curado, se observa un ligero incremento

de la resistencia a flexión a medida que se incrementa el tiempo de curado, para casi

todos los morteros, independientemente de la cantidad de residuo adicionada. Esto

puede ser debido a que tras 7 días de curado aún continúan las reacciones de

hidratación del cemento, dando a los 28 días de curado, una ligera mayor cantidad de

silicatos cálcicos hidratados que hacen que se obtenga una estructura de menor

porosidad y mayor compactación. Los poros pueden actuar como concentradores de

tensiones disminuyendo la resistencia a flexión de los morteros.

Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Resistencia a

flexión (MPa)

Desviación

típica

Resistencia a

flexión (MPa)

Desviación

típica

0 % 6,51 0,17 6,10 0,37

5 % 5,18 0,24 5,23 0,10

10 % 5,19 0,15 4,40 0,11

20 % 4,38 0,07 4,47 0,14

30 % 2,46 0,19 2,59 0,03

40 % 1,27 0,16 1,65 0,28

50 % 1,47 0,09 1,65 0,03

75 % 1,21 0,19 1,22 0,08

100 % 1,12 0,10 1,15 0,04

Tabla 4.10. Resultados ensayo de resistencia a flexión.




Figura 4.10. Relación resistencia a flexión frente a porcentaje de caucho



presencia de este aditivo (Tabla 4.11). La comparación para 7 y 28 días de curado,

con y sin aditivo, se representa en las figuras 4.11 y 4.12. Se observa que la adición

de aditivo aumenta la resistencia a flexión.

La variación más significativa a los 7 días de curado se observa en el 50 % de

sustitución de caucho por arena con unos valores con aditivo de 1,47 MPa y sin aditivo

de 0,74 MPa, lo que supone un aumento del 98,65 %. A los 28 días de curado se

puede observar que, excepto en el mortero control, en el cual la resistencia a flexión

ha disminuido, en el resto aumenta significativamente. Este aumento de la resistencia

a flexión confirma que la introducción del aditivo aireante-plastificante reduce la

formación de poros interconectados y mejora la cohesión del caucho con la matriz, lo

que se traduce en un aumento de la resistencia a flexión de los morteros que

incorporan el aditivo.

6,5

1

5,1

8

5,1

9

4,3

8

2,4

6

1,2

7

1,4

7

1,2

1

1,1

2

6,1

0

5,2

3

4,4

0

4,4

7

2,5

9

1,6

5

1,6

5

1,2

2

1,1

5

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Re

sis

ten

cia

a f

lexió

n (

MP

a)


7 días 28 días




Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Resistencia a

flexión (MPa)

Desviación

típica

Resistencia a

flexión (MPa)

Desviación

típica

0 % 5,96 0,44 8,10 0,63

5 % 4,04 0,26 3,86 0,30

10 % 4,22 0,38 4,31 0,07

20 % 3,47 0,21 3,78 0,65

30 % 1,41 0,36 2,14 0,52

40 % 1,26 0,01 1,27 0,14

50 % 0,74 0,07 1,11 0,07

75 % 0,77 0,06 0,96 0,09

100 % 0,75 0,04 0,82 0,07

Tabla 4.11. Resultados ensayo de flexión sin aditivo

Figura 4.11. Comparación de la resistencia a flexión con y sin aditivo (7 días)

6,5

1

5,1

8

5,1

9

4,3

8

2,4

6

1,2

7

1,4

7

1,2

1

1,1

2

5,9

6

4,0

4

4,2

2

3,4

7

1,4

1

1,2

6

0,7

4

0,7

7

0,7

5

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Resis

ten

cia

a f

lexió

n (

Mp

a)






Figura 4.12. Comparación resistencia a flexión con y sin aditivo (28 días)

4.3.1.1. Estudio sobre la relación Densidad aparente/Resistencia a

flexión

Tras los ensayos realizados, es de interés observar la relación entre la densidad

aparente y la resistencia a flexión que presentan las probetas de mortero aligeradas.

En las figuras 4.13 y 4.14 se puede apreciar como a medida que se va incrementando

el porcentaje de residuo sustituido en volumen, tanto la densidad aparente como la

resistencia a flexión decrecen prácticamente de la misma forma para los morteros

curados durante 7 y 28 días. Se puede apreciar como para porcentajes de sustitución

superiores al 40 % la resistencia a flexión no sufre una gran variación, mientras que

la densidad aparente se reduce drásticamente.

Esta comparativa (densidad aparente y resistencia a flexión) resulta interesante

en vistas a posibles utilizaciones del mortero aligerado con residuo procedente de

neumáticos fuera de uso. La resistencia a flexión disminuye con el aumento de

porcentaje de residuo pero también lo hace la densidad aparente por lo que su empleo

6,1

0

5,2

3

4,4

0

4,4

7

2,5

9

1,6

5

1,6

5

1,2

2

1,1

5

8,1

3,8

6 4,3

1

3,7

8

2,1

4

1,2

7

1,1

1

0,9

6

0,8

2

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Re

sis

ten

cia

a f

lexió

n (

Mp

a)






puede reducir considerablemente el peso de cualquier estructura que incorpore este

tipo de mortero aligerado.

Figura 4.13. Comparativa resultados flexión y densidad aparente (7 días)

Figura 4.14. Comparativa resultados flexión y densidad aparente (28 días)

1000,00

1250,00

1500,00

1750,00

2000,00

2250,00

2500,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0% 5% 10% 20% 30% 40% 50% 75% 100%

De

nsid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3)

Re

sis

ten

cia

a f

lexió

n (

MP

a)


Resistencia flexión Densidad aparente

1000,00

1250,00

1500,00

1750,00

2000,00

2250,00

2500,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0% 5% 10% 20% 30% 40% 50% 75% 100%

Den

sid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3

)

Resis

ten

cia

a f

lexió

n (

MP

a)


Resistencia flexión Densidad aparente




4.3.2. Determinación de la resistencia a compresión del mortero

endurecido

La resistencia a compresión de los morteros en función de la cantidad de residuo

y del tiempo de curado se presenta en la tabla 4.12 y figura 4.15. Se puede observar

como la adición de residuos produce una disminución de la resistencia a compresión.

Para las probetas de sustitución de 5 % de caucho se obtienen los mayores valores

de resistencia a la compresión de 25,72 y 31,14 MPa para un tiempo de curado de 7

y 28 días, respectivamente. Con la sustitución del 100 % de caucho se obtienen los

valores más bajos 2,95 y 3,01 MPa a 7 y 28 días respectivamente.

Esta disminución de la resistencia a compresión, producida por el aumento del

contenido en caucho, se puede deber a la mayor porosidad total que presentan estos

morteros, menor densidad aparente, así como a la menor adhesión entre el cemento

y el caucho a porcentajes elevados de residuo, o a la reducción de silicatos de calcio

hidratados (CHS) que se forman (se reduce el material cementante hidratado).

En general, para todas las composiciones, la resistencia a la compresión es

ligeramente mayor a los 28 días de curado que a los 7 días de curado. Esto es debido

a que posiblemente las reacciones de hidratación no han terminado y se forma una

ligera mayor cantidad de material cementante hidratado a mayores tiempos de curado.




Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Resistencia a

compresión

(N/mm2)

Desviación

típica

Resistencia a

compresión

(N/mm2)

Desviación

típica

0 % 22,49 1,45 23,43 1,06

5 % 25,72 4,27 31,14 2,30

10 % 24,43 2,87 24,15 1,92

20 % 18,91 1,74 18,92 0,64

30 % 14,56 1,12 11,12 0,69

40 % 7,26 0,53 11,12 0,50

50 % 5,67 0,38 8,72 0,52

75 % 4,61 0,16 4,38 0,13

100 % 2,95 0,14 3,01 0,09

Tabla 4.12. Resultados ensayo de resistencia a compresión

Figura 4.15. Relación resistencia a compresión frente a porcentaje de caucho



22

,49 25

,72

24

,43

18

,91

14

,56

7,2

6

5,6

7

4,6

1

2,9

5

23

,43

31

,14

24

,15

18

,92

11

,12

11

,12

8,7

2

4,3

8

3,0

1

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Resis

ten

cia

a c

om

pre

sió

n (

MP

a)


7 días 28 días




presencia de este aditivo (Tabla 4.13). La comparación para 7 y 28 días de curado,

con y sin aditivo, se representan en las figuras 4.16 y 4.17. Se observa que la adición

de aditivo aumenta la resistencia a compresión en algunos porcentajes de sustitución

(10, 20, 30, 75 y 100 %) a 7 días de curado. A 28 días, los porcentajes que presentan

una mayor resistencia a compresión con aditivo son menores (40, 50 y 100 %). Esto

puede ser debido a la mayor porosidad total que presentan los morteros que contienen

aditivo, ya que se observa una mayor cohesión del caucho con la matriz en presencia

del aditivo. No obstante, se puede el aditivo mejora la resistencia a compresión a

menor tiempo de curado.

Porcentaje

sustituido

7 días 28 días

Resistencia a

compresión

(MPa)

Desviación

típica

Resistencia a

compresión

(MPa)

Desviación

típica

0 % 32,84 5,29 38,64 10,47

5 % 32,17 4,73 32,78 3,01

10 % 23,03 5,74 27,46 3,50

20 % 17,45 3,64 24,19 2,70

30 % 14,19 1,48 17,12 1,99

40 % 9,23 0,50 9,59 1,16

50 % 7,25 0,16 7,17 0,66

75 % 4,01 0,08 4,85 2,72

100 % 2,92 0,24 2,56 0,09

Tabla 4.13. Resultados ensayo compresión sin aditivo




Figura 4.16. Comparación resistencia a compresión con y sin aditivo (7 días)

Figura 4.17. Comparación resistencia a compresión con y sin aditivo (28 días)

22

,49 25

,72

24

,43

18

,91

14

,56

7,2

6

5,6

7

4,6

1

2,9

5

32

,84

32

,17

23

,03

17

,45

14

,19

9,2

3

7,2

5

4,0

1

2,9

2

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Re

sis

ten

cia

a c

om

pre

sió

n (

MP

a)


Con aditivo 7 días Sin aditivo 7 días

23

,43

31

,14

24

,15

18

,92

11

,12

11

,12

8,7

2

4,3

8

3,0

1

38

,64

32

,78

27

,46

24

,19

17

,12

9,5

9

7,1

7

4,8

5

2,5

6

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0 5 10 20 30 40 50 75 100

Resis

ten

cia

a c

om

pre

sió

n (

MP

a)


Con aditivo 28 días Sin aditivo 28 días




La norma UNE EN 998-1:2018 (UNE-EN 998-1:2018) establece que para el uso

de los morteros para revoque y enlucido la resistencia a la compresión para su uso en

juntas debe ser igual o superior a 6 MPa a los 28 días de curado. Además clasifica en

cuatro categorías a los morteros de albañilería para revoco y enlucido de acuerdo con

su resistencia a la compresión (Tabla 4.14). Todos los morteros obtendrían la

categoría CS IV, excepto los del 75 y 100 % de caucho CS II.

Categorías Valores (MPa)

CS I 0,4 – 2,5

CS II 1,5 – 5

CS III 3,5 – 7,5

CS IV ≥ 6

Tabla 4.14. Clasificación de los morteros respecto a su resistencia a compresión

4.3.2.1. Estudio sobre la relación Densidad aparente/Resistencia a

compresión

De la misma forma que se ha comparado como varía la resistencia a flexión con

la densidad aparente, es interesante ver como lo hace la resistencia a compresión con

la densidad aparente. Se puede afirmar que para los morteros realizados, una

reducción de la densidad aparente está relacionada directamente con la reducción de

peso de los morteros. Para ambos periodos de curado se observa un claro descenso

tanto de la densidad como de la resistencia a compresión a medida que se aumenta

el contenido en residuo (Figuras 4.18 y 4.19), debido a una mayor porosidad. Los

poros abiertos actúan como concentradores de tensiones disminuyendo la resistencia

a compresión de los morteros.




Figura 4.18. Comparativa resultados compresión y densidad aparente (7 días)

Figura 4.19. Comparativa resultados compresión y densidad aparente (28 días)

1000,00

1250,00

1500,00

1750,00

2000,00

2250,00

2500,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0% 5% 10% 20% 30% 40% 50% 75% 100%

De

nsid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3)

Re

sis

ten

cia

a c

om

pre

sió

n (

MP

a)


Resistencia compresión Densidad aparente

1000,00

1250,00

1500,00

1750,00

2000,00

2250,00

2500,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0% 5% 10% 20% 30% 40% 50% 75% 100%

Den

sid

ad

ap

are

nte

(kg

/m3)

Resis

ten

cia

a c

om

pre

sió

n (

MP

a)


Resistencia compresión Densidad aparente




4.4. Caracterización microestructural de los morteros

La caracterización microestructural se llevó a cabo por microscopía electrónica

de barrido (SEM) y análisis EDX (Figura 4.20 a 4.40). Se han estudiado las muestras

con porcentaje de sustitución del 5, 30 y 100 % a 28 días de curado con y sin aditivo.

En las figuras 4.20 y 4.21, se pueden observar las muestras del 5 % de

sustitución de caucho a 250 aumentos, con imagen de electrones secundarios (SE) e

imagen de electrones retrodispersados (BSE) respectivamente.

La topografía de la muestra se puede observar en las imágenes SE (Figura 4.20).

Se añade la imagen BSE que diferencia, en escala de grises, los distintos pesos

moleculares de los compuestos que aparecen en la muestra. Siendo las partículas

más oscuras las correspondientes a pesos moleculares más elevados, en este caso

el caucho, y las más brillantes, los compuestos con pesos moleculares más ligeros, el

cemento y la arena. Como se puede observar la cantidad de caucho de esta muestra

es muy pequeña ya que se encuentra en un 5 %, mientras que las partículas de arena

se encuentran en mayor cantidad.

Figura 4.20. Imagen SE de 5 % de caucho a

250 x

Figura 4.21. Imagen BSE de 5 % ce caucho a

250 x

En la figura 4.22 se muestran los puntos en los que se realizaron análisis EDX,

en distintas partículas de caucho. En los espectros 1 y 2 se puede observar el elevado

contenido en carbono, elemento principal del caucho, así como sílice. Sin embargo,

en el espectro 3, se puede ver que el caucho está tan integrado en la matriz de




cemento que los datos recogidos corresponden a la composición de la misma, con

grandes cantidades de calcio correspondientes a los silicatos cálcicos hidratados.

Figura 4.22. Microscopía electrónica de barrido y análisis EDX muestra de 5 % de

caucho a 250 x

Se tomaron imágenes a más aumentos (1000 X) para una visualización de las

partículas y de la forma de integración del caucho en la matriz de cemento (figura

4.23) con la misma muestra del 5 % de sustitución de caucho con aditivo. Se puede

observar claramente la presencia de aureolas de belita con forma esférica.

En la figura 4.24 se ha realizado análisis EDX a las distintas aureolas así como

a la matriz y a la arena. Se puede observar claramente que los espectros realizados

en los puntos 3, 4 y 6 corresponden a la arena, que se encuentra en una proporción

del 95 %, presentando los compuestos básicos del cuarzo (altos contenidos en Si y

en O). Los espectros 1 y 2, muestran los compuestos básicos de la belita, elevadas

cantidades de Si y Ca, así como pequeñas proporciones de Mg, Al y K. El espectro

del punto 5, indica que nos encontramos en la matriz, que corresponde al silicato

cálcico hidratado de forma acicular (gel CHS) formado por la hidratación del cemento

Portland, con elevadas cantidades de Ca, Si y Fe.




Figura 4.23. Imagen SE de 5 % de caucho a 1000 x (1 kx)




Figura 4.24. Microscopía electrónica de barrido y análisis EDX muestra de 5 % de

caucho a 1 kx

Se tomaron imágenes a mayores aumentos 1500 X (1,5 kx), para un estudio más

detallado de la integración del caucho en la matriz de cemento (Figuras 4.25 y 4.26).

Se puede observar como la matriz con cristales integra al caucho, mostrando una

mayor continuidad.




Figura 4.25. Detalle partícula de caucho en

muestra de 5 % de caucho (SE 1,5 kx)

Figura 4.26. Detalle partícula de caucho en

muestra de 5 % de caucho (BSE 1,5 kx)

Para identificar la etringita y el gel de silicato cálcico hidratado se realizó otro

detalle a 8000 X (8 kx) aumentos, la forma de estos compuestos, en contraste con el

caucho que está situado en la parte superior, se puede observar en la figura 4.27.

La etringita se presenta bien cristalizada en forma de agujas y de un tamaño

inferior a 1 µm. Se observa también el gel de silicato cálcico hidratado (CHS) de baja

cristalinidad, de apariencia amorfa en forma acicular (Giraldo et al., 2006).

Figura 4.27. Detalle etringita muestra de 5 % de caucho 8 kx




Se realizó otra toma de imágenes al 30 % de sustitución a 28 días de curado

representadas en las figuras 4.28 y 4.29 para 100 x y 250 x respectivamente, ambas

imágenes en retrodispersados (BSE) para una mejor identificación de las partículas

de caucho. Se observa un notable aumento de la presencia de caucho en la muestra.

Figura 4.28. Imagen BSE de 30 % de

caucho a 100 x

Figura 4.29. Imagen BSE de 30 % de

caucho a 250 x

Para el estudio de la incorporación del caucho en la matriz se realizó un aumento

(1000 X) en la zona 1 (Figura 4.30). En esta zona se volvieron a identificar los

constituyentes básicos de la muestra mediante distintos espectros. Observando que

el espectro 1 corresponde al caucho, el espectro 2 a los constituyentes básicos de la

belita y el espectro 3 a la matriz formada por gel CHS.




Figura 4.30. Detalle y análisis EDX en la zona 1 muestra 30 % de caucho a 1 kx

Se realizó un aumento (8000 X) del borde del caucho para estudiar los

compuestos de cemento formados en esa unión (Figura 4.31). Como se puede

observar, hay una notable cantidad de gel CHS y etringita en esta zona para ocupar

los huecos y mejorar la cohesión.




Figura 4.31. Detalle etringita muestra 30 % caucho 8000 x

Para la sustitución del 100 % de caucho se han tomado imágenes a 100 X

(Figuras 4.32 y 4.33) y 8000 X (Figura 4.34).

Como se puede observar a un aumento de 100 x en la figura 4.32, se encuentran

fibras en esta muestra. Al realizar un análisis EDX de esta fibra, comprobamos que se

trataba de caucho que durante el proceso de trituración quedó con forma de fibras. Al

realizar análisis EDX (Figura 4.33) se comprobó que no existen partículas de arena y

que el caucho se encuentra perfectamente integrado en la matriz de cemento.




Figura 4.32. Imagen BSE muestra 100 % de caucho y detalle EDX fibra a 100 x

Figura 4.33. Imagen BSE muestra 100 % de caucho y análisis EDX a 100 x




La imagen tomada a 8000 aumentos (Figura 4.34) corrobora lo anterior al

observar la forma de unión de las partículas de caucho con la etringita y el gel CHS.

Figura 4.34. Imagen BSE muestra 100 % de caucho a 8000 x

Para el estudio de la influencia del aditivo se analizaron las muestras

correspondientes a los mismos porcentajes de sustitución de caucho (5, 30 y 100 %)

de otro estudio previo sin aditivo y a los mismos aumentos.

En las figuras 4.35 y 4.36 se compara la incorporación del caucho en la matriz

de cemento, con y sin aditivo, de la muestra del 5 % de caucho. Como se puede

observar en la figura 4.35 el caucho se encuentra rodeado de fisuras y la matriz de

cemento no muestra una gran cohesión.




Figura 4.35. Imagen a 1,5 kx muestra 5 %

de caucho sin aditivo

Figura 4.36. Imagen a 1,5 kx muestra 5 %

de caucho con aditivo

Al realizar una comparación con las probetas del 30 % de sustitución de caucho,

con y sin aditivo, (Figuras 4.37 y 4.38) a 8000 aumentos se puede observar que la

zona de contacto del caucho y la matriz de cemento presenta menos cantidad de

etringita en la muestra sin aditivo ocupando menos huecos. Por lo tanto hay presencia

de más poros y presenta una menor cohesión.

Figura 4.37. Imagen a 8 kx muestra 30 %

caucho sin aditivo

Figura 4.38. Imagen a 8 kx muestra 30 %

caucho con aditivo

Para el 100 % de sustitución de caucho, la comparación se realizó a 100 x para

observar cómo se integra el caucho con la matriz de cemento (Figura 4.39 y 4.40).

Como se observa en la muestra sin aditivo, existe mucha menos cohesión entre el

caucho y la matriz de cemento. También se puede observar una mayor cantidad de

aureolas de belita, indicando la presencia de compuesto no hidratados.




Figura 4.39. Imagen a 100 x muestra 100

% caucho sin aditivo

Figura 4.40. Imagen a 100 x muestra 100

% caucho sin aditivo




5. ESTUDIO ECONÓMICO

5.1. Precio unitario de las materias primas

Una evaluación económica consiste en un análisis tanto cualitativo como

cuantitativo. Un análisis económico cuantitativo detallado es difícil de realizar y no es

objeto del presente trabajo. Sin embargo, con fines meramente orientativos, es

interesante realizar un estudio del coste que conlleva cada tipo de mortero, pudiendo

así hacer una comparación entre ellos, y entre los morteros aquí estudiados, con

aditivo, y los morteros de trabajos previos, sin aditivos (Puerma, 2017). En este estudio

económico no se tiene en cuenta los costes de energía, mano de obra, transporte,

inmovilizados, beneficios, etc. En la tabla 5.1 se detallan los precios teniendo en

cuenta sólo el coste de las materias primas, se muestran tanto en tonelada como en

volumen (m3), ya que normalmente la demanda de hormigón se realiza en volumen.

Dichos precios han sido consultados como precios base de materiales.

Las densidades tenidas en cuenta para calcular el precio por volumen a partir

del precio por tonelada son:

- Cemento: 2.840 kg/m3

- Arena: 1.800 kg/m3

- Caucho: 478 kg/m3

- Aditivo Sikamor-A: 1.030 kg/m3

Materia prima Precio (€/Tm) Precio (€/m3)

Cemento Portland 96,81 274,94

Agua 1,27 1,27

Arena 14,75 26,55

Caucho 143 68,354

Aditivo 3738,9 3851,067

Tabla 5.1. Coste de las materias primas




5.2. Precio unitario de los morteros ya conformados

A continuación se muestran las tablas que recogen los precios aproximados por

volumen que conllevarían las amasadas de cada tipo de mortero estudiado (Tabla 5.2

a 5.10):

0 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 66,17 17,70

Caucho 143 68,35 0 0

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

57,16

Tabla 5.2. Precio por metro cúbico de mortero control con aditivo

5 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 62,86 16,69

Caucho 143 68,35 3,31 2,26

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

58,41

Tabla 5.3. Precio por metro cúbico de mortero con 5 % de caucho y aditivo

10 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 59,55 15,81

Caucho 143 68,35 6,62 4,52

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

59,79





20 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 52,94 14,06

Caucho 143 68,35 13,23 9,04

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

62,56


30 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 46,32 12,30

Caucho 143 68,35 19,85 13,57

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

65,33


40 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 39,70 10,54

Caucho 143 68,35 26,47 18,09

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

68,09





50 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 33,08 8,78

Caucho 143 68,35 33,08 22,61

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

70,85


75 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 16,54 4,39

Caucho 143 68,35 49,63 33,92

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

77,77


100 % €/Tm €/m3 % (m3) Total (€/m3)

Cemento 96,81 274,94 13,98 38,44

Agua 1,27 1,27 19,83 0,25

Arena 14,75 26,55 0 0

Caucho 143 68,35 66,17 45,23

Aditivo 3738,9 3851,07 0,02 0,77

84,69


Como se muestra en las tablas anteriores, las probetas aligeradas con residuo

de caucho presentan costes más elevados que la probeta control. Si se compara el

precio del mortero control, 57,16 euros, y el mortero que contiene un 100 % de caucho,




84,69 euros, el coste se incrementa en un 32,5 %. Este incremento es debido,

principalmente, al reducido número de empresas que se dedican a la reutilización y

triturado de neumáticos fuera de uso NFU. Como consecuencia, el coste de este

producto es elevado en relación al resto de materias primas. Sin embargo, la

utilización e incorporación de este residuo en construcción podría suponer un aumento

de la demanda y, por consiguiente, de las empresas interesadas en tratar y

comercializar el caucho de neumáticos fuera de uso consiguiéndose precios mucho

más competitivos, haciendo así su uso más viable.

En este punto se debe destacar la importancia de la utilización de un residuo

producido en grandes cantidades anuales (NFU) que contiene un gran número de

componentes que son ecológicamente problemáticos y muy tóxicos para el medio

ambiente. Por tanto, aunque desde el punto de vista económico no está del todo

justificado ya que la diferencia de precio es considerable, si está justificado desde un

punto de vista medioambiental. Por tanto, está justificado cualquier estudio de I+D+i

con objeto de reducir la contaminación ambiental además de conseguir materiales de

construcción más sostenibles y más respetuosos con el medio ambiente.

Se puede observar que la incorporación del aditivo no supone un aumento

significativo del coste total. En el mortero control supone un 1,35 % del precio total y

a medida que aumentamos la cantidad de caucho en los morteros este porcentaje

disminuye. Si se analiza el notable aumento de las propiedades físicas y mecánicas

obtenidas con la incorporación del aditivo, quedaría justificado su uso y la inversión

que ello supone.




6. CONCLUSIONES

En el presente Trabajo Fin de Grado se ha demostrado la viabilidad de la

utilización del caucho procedente de neumáticos fuera de uso para la elaboración de

materiales de construcción más sostenibles. Estos morteros sostenibles se están

convirtiendo en una posible vía de valorización de este residuo, habiéndose realizado

numerosos estudios sobre este tema.

En este TFG se llevó a cabo una sustitución en volumen de la arena por caucho,

procedente de neumáticos fuera de uso (NFU), en distintos porcentajes y se adicionó

un aditivo aireante-plastificante. Las principales conclusiones que se derivan de los

resultados obtenidos, para porcentajes de sustitución entre 0-100 %, son las

siguientes:

- La densidad aparente de los morteros disminuye con el incremento del

porcentaje de residuo de caucho, debido a la menor densidad del caucho

respecto a la arena. Esta propiedad no se ve influenciada por el tiempo de

curado. La incorporación de aditivo ha supuesto una notable reducción de la

densidad respecto a las probetas que no contienen aditivo.

- El coeficiente de absorción de agua por capilaridad disminuye al aumentar el

porcentaje de sustitución, ya que el caucho evita la inclusión de agua., sin

embargo la absorción de agua por capilaridad apenas se modifica cuando se

incrementa el tiempo de curado de 7 a 28 días. La incorporación del aditivo ha

supuesto una disminución del coeficiente de absorción de agua en la mayoría

de los morteros.

- La resistencia a flexión disminuye a medida que se incrementa el porcentaje de

sustitución de caucho para ambos tiempos de curado, 7 y 28 días. Esta

disminución es debida a que elevadas cantidades de caucho a pesar de que el

aditivo mejora la integración del caucho en la matriz de cemento, las probetas

presentan una baja densidad aparente, por lo que los poros presentes en los

morteros pueden actuar como concentradores de tensiones, haciendo que la

resistencia a flexión disminuya. En cuanto al tiempo de curado se observa una

pequeña mejora de la resistencia a la flexión con el tiempo de curado. Con la




incorporación del aditivo, se ha aumentado la resistencia a flexión para ambos

tiempos de curado debido a la mayor adhesión cemento-residuo por la adición

del aditivo.

- La resistencia a compresión, al igual que la resistencia a flexión, disminuye al

incorporar mayores porcentajes de caucho, y generalmente aumenta al hacerlo

el tiempo de curado. Puede ser debido a una menor densidad aparente y una

mayor porosidad en las probetas. Además puede ser atribuida a la menor

generación de silicatos cálcicos hidratados (CSH) que son los responsables de

la resistencia mecánica de los morteros. La incorporación de aditivo aumenta

la resistencia a compresión en algunos porcentajes de sustitución a 7 días de

curado, mientras que a 28 días, los porcentajes que presentan una mayor

resistencia a compresión con aditivo son menores.

- La caracterización microestructural realizada ha mostrado los distintos

productos de hidratación del cemento, fundamentalmente gel CHS y etringita,

observándose también belita sin reaccionar. Además se observa una buena

cohesión del caucho en la matriz de cemento. El uso del aditivo ha supuesto

una mejora de esta cohesión, al aumentar la presencia de etringita, compuesto

que ocupa los huecos y mejora la integración del caucho.

Los morteros que incorporan residuos, presentan valores más bajos de

resistencia a flexión y a compresión, sin embargo, los resultados de densidad aparente

y absorción de agua por capilaridad son mejores, siendo morteros más ligeros y con

menor riesgo de infiltraciones por capilaridad. Todos los morteros, excepto la

sustitución del 75 y 100 % de caucho, presentan una resistencia a compresión superior

a 6 MPa para su uso para revoque y enlucido. Los morteros con sustitución de la arena

por caucho de 5 y 10 % presentan propiedades físicas y mecánicas apropiadas, por

lo que su empleo, desde un punto de vista medioambiental, está justificado al reducir

considerablemente los vertidos de caucho, dando lugar a morteros más sostenibles

aunque no se obtengan beneficios económicos.




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