Influencia del vidrio reciclado como uno de los agregados del concretoJosue Cordoba VanegasDaniel Gamboa Mata Fiorella Gutierrez Meza

Josu Crdoba VanegasDaniel Gamboa Mata Fiorella Gutirrez Meza

Resumen

En este documento se demuestra el estudio de los efectos en la compresin del concreto al agregarle vidrio reciclado como agregado. Para llevarlo a cabo se hicieron varias pruebas cambiando el tamao del vidrio agregado a la mezcla de cemento. Se utilizan dos tamaos de vidrio, uno fue el vidrio triturado finamente y el otro fue vidrio en trozos pequeos/medianos. Al utilizar dos tamaos se analiza cual de los dos tamaos le aporta mayor resistencia a la compresin a una mezcla de concreto. Es importante tambin sealar que al utilizar vidrio reciclado ayuda al no desechar estos restos al medio ambiente, y adems de hacer conciencia en el mbito de la construccin e ingeniera.Palabras Clave: Concreto, vidrio reciclado, resistencia, compresin

AbstractThis document shows the effects on the compression of the concrete when recycled glass is added to the mixture of said concrete. In order to carry it out a number of tests were made, changing the size of the added glass. Two sizes of glass are used, one of them is glass is finely crushed glass and the other is glass in small/medium pieces. The point in using two sizes is to see which size brings better compressive strenght to a concrete mixture. It is important to point out that using recycled glass helps by not disposing this leftovers to the environment, and also raise awareness in the field of construction and engineering.Key Words: Concrete, recycled glass, strength, compression

IntroduccinEn el mbito ingenieril existe una constante bsqueda por mejorar y resolver las situaciones implementando nuevos materiales y tcnicas. Se desea que las construcciones sean ms resistentes, rentables, con mejores diseos, pero sin perder de vista el impacto ambiental que pueda significar. Por esto se considera de gran importancia estudiar si es viable utilizar vidrio como agregado fino y grueso del concreto como una manera de reutilizar este material para as disminuir el efecto negativo en el ambiente que este pueda ocasionar si se dispone de manera inadecuada.Para esto es necesario conocer la composicin y propiedades tanto del concreto como del vidrio para comprobar as de qu manera podra influir si se utiliza como uno de los agregados sea fino o grueso del concreto. Por ello seguidamente se definen algunos conceptos, propiedades y aplicaciones.Definicin y componentes del concretoPara fabricar concreto se debe contar con dos elementos: la pasta y los agregados. La pasta se compone de cemento y agua en cantidades especficas segn se requiera. Por su parte los agregados se dividen en: fino y grueso, esto segn la granulometra y el tamao de las partculas (Kosmatka, 2004). Estos componentes del concreto mezclados en la medida adecuada proporcionan un producto homogneo de excelentes propiedades mecnicas, y adems una elevada resistencia a la compresin. Segn Kosmatka (2004) en trminos del volumen de cada componente del concreto se tiene que la pasta constituye aproximadamente del 25% al 40%, mientras que el volumen de los agregados es aproximadamente del 60% al 75%. Por esta razn la seleccin de los agregados es muy importante ya que la calidad del concreto depender de sus propiedades, de modo que deben componerse de partculas con gran resistencia mecnica, resistencia a las condiciones de exposicin y no deben contener materiales que puedan causar deterioro del concreto.El vidrio como agregado del concretoEl vidrio es un material cermico, no cristalino de apariencia dura, frgil y generalmente transparente. Cataln (2013) apunta sobre la composicin del vidrio y dice que se compone de una mezcla de xidos metlicos, siendo su componente principal el xido de slice, conocido como silicio (SiO4). Se clasifica como un material amorfo porque no es ni un slido ni un lquido, sino que se halla en un estado vtreo en el que las unidades moleculares, aunque estn dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesin para presentar rigidez mecnica. Los vidrios segn su composicin qumica presentan diversas propiedades, por ejemplo se dice que dependiendo de la composicin as vara la temperatura de fusin (Cataln, 2013), sin embargo generalmente el vidrio se funde a temperaturas que rondan los 1650C. En cuanto a la resistencia mecnica, Cataln apunta que este material presenta normalmente una resistencia a la traccin entre 3.000 y 5.500N/cm2, aunque puede llegar a sobrepasar los 70.000 N/cm2 si el vidrio ha recibido un tratamiento especial. Adems el vidrio es un mal conductor de calor y electricidad, por lo que resulta prctico para el aislamiento trmico y elctrico.Es importante considerar que si bien las propiedades del vidrio podran ser beneficiosas en la fabricacin de concreto, se debe tomar en cuenta cul es la cantidad mxima que se debe agregar para no afectar la resistencia del concreto, ya que el vidrio es un material frgil.Cataln (2013) explica la relacin del vidrio agregado y la resistencia final del concreto y dice que existe una tendencia al aumento en la resistencia del concreto cuando se le agrega 10% de vidrio a la mezcla y que al exceder ese porcentaje se tiende a disminuir la resistencia, esto debido a la fragilidad del vidrio.Materiales y mtodosEn el presente estudio para realizar las muestras de concreto se procedi a realizar tres mezclas en las cuales se emplearon como materiales cemento, arena , piedra, agua y vidrio, siendo este ltimo el cual se utiliz como variable en dos tamaos: finamente molido y en trozos gruesos. En la siguiente tabla se visualiza la relacin entre la cantidad de vidrio y los agregados ya que en el caso del vidrio molido se utiliz como variacin de la arena y el vidrio grueso como variante de la piedra. Adems se realizaron dos pruebas a cada una de las mezclas, las cuales se describirn a continuacin.Tabla 1. Cantidades de los agregados del concretoAgregadosMezcla PatrnVidrio GruesoVidrio molido

Cemento (kg)151515

Agua (l)8.58.58.5

Vidrio (kg)-----1010

Piedra (kg)302030

Arena (kg)303020

Prueba de Revenimiento (Cono de Abrams)Esta prueba se rige por el ASTM C 143 la cual se realiza para asegurar que una mezcla de concreto sea trabajable. Para realizar esta prueba se debe contar con un cono estndar de revenimiento el cual tiene 10 cm de dimetro en la parte superior por 20 cm de dimetro en la parte inferior, un cucharn pequeo, una barra de acero de punta hemisfrica cuyas dimensiones deben ser 60 cm de largo por 16 mm de dimetro, un mazo de hule o baquelita y una regla de metal rgido (Wincha).Para realizar la prueba de revenimiento se debe llenar el cono 1/3 del volumen, se golpea uniformemente 25 veces su interior con la barra de acero de punta hemisfrica, y se golpean los lados con el mazo para distribuir la mezcla en el cono. Posteriormente este se llena 2/3 de su volumen y nuevamente se penetra con la barra pero sin tocar la primera capa; Subsiguientemente, se llena el cono hasta desbordarse y de igual manera se golpea sin afectar la capa anterior. Se remueve el exceso del concreto del tope del cono con la barra de acero, de manera que este quede perfectamente lleno y nivelado. Finalmente se retira lentamente el molde, se coloca invertido al lado de la mezcla y la barra de acero se posa sobre l. Se toma como referencia la barra de acero y se mide inferiormente la altura del cono que se form.

En la tabla 2 se muestra cmo es la consistencia de una mezcla de cemento segn el revenimiento de la misma. Estos datos sern tomados en cuenta al determinar el revenimiento de las diferentes mezclas.Tabla. 2 Clasificacin de la consistencia de la mezclaConsistenciaRevenimientoTolerancia

SecaDe 0 a 20 mm0mm

PlsticaDe 30 a 50 mm 10 mm

BlandaDe 60 a 90 mm 10m m

FluidaDe 100 a 150mm 20 mm

LquidaMayor de 150 mm0 mm

Prueba de la compresin (ASTM C 31)

Esta prueba muestra la resistencia a la compresin del concreto endurecido. Se calcula a partir de la carga de la ruptura entre el rea de la seccin que recibe la carga, generalmente se mide en megapascales (MPa) . El dimetro del cilindro debe ser como mnimo tres veces el tamao mximo del agregado grueso que se emplea en el concreto.

Para realizar la prueba se debe contar con moldes cilndricos de 15 cm de dimetro por 30 cm de altura, un cucharn pequeo, una barra de acero de punta hemisfrica cuyas dimensiones son 60 cm de largo por 16 mm de dimetro, un mazo de hule o baquelita y una llaneta.Al realizar la prueba se colocan los moldes en una superficie nivelada libre de vibraciones y poca exposicin al sol, los moldes deben de estar limpios y previamente cubiertos de aceite desmoldante. Posteriormente se deben utilizar dos cilindros por cada prueba a la mezcla; cada cilindro se debe llenar en tres capas de tal manera que se llena 1/3 del volumen, se golpea uniformemente 25 veces su interior con la barra de acero de punta hemisfrica, y se golpean los lados con el mazo distribuyendo la mezcla uniformemente en todo el permetro. Posteriormente este se llena 2/3 de su volumen y nuevamente se penetra con la barra pero sin tocar la primera capa y se golpea a los lados con el mazo y finalmente se llena en exceso la ltima capa eliminado el sobrante rotando la barra por la superficie del molde y se aplanara con detalle mediante el uso de la llaneta.

Una vez realizadas las probetas se desmoldan 48 horas despus del moldeado y se proceder a introducirlas en la cmara de humedad. Realizado todo esto se proceder con el ensayo en la prensa para ensayo de resistencia a la compresin.

Resultados

Con base en el revenimiento y la prueba compresin a los 7 y 14 das que se realizaron a las muestras patrn, vidrio grueso y fino se obtienen los datos de la tabla 3.

Tabla 3. Resultados promedios de las pruebas realizadas.

MezclaTemperatura (C)Revenimiento (mm)Resistencia (MPa)

7 das14 das

Patrn25.87012,7218.535

Vidrio grueso24.611011.52515.455

Vidrio fino24.15010.9515.425

De acuerdo con los datos de la tabla anterior se obtienen los grficos de revenimiento y resistencia a la compresin. El grfico 1 muestra la variacin de la trabajabilidad de las mezclas al utilizar vidrio como un agregado a la mezcla de concreto y el segundo grfico muestra la variacin de la resistencia a la compresin que los cilindros presentaron a los 7 y 14 das de curado.

Grfico 1. Determinacin del revenimiento de las mezclas patrn, vidrio grueso y fino.

Grfico 2. Resistencia a la compresin en funcin del tiempo de curado.

Discusin y ConclusionesSegn la teora, esta prueba debera de dar resultados favorables para el uso de vidrio como agregado al concreto. En el caso de esta prueba no di como resultado el aumento de la resistencia a la compresin, ya que segn (Cataln, 2013) si en la composicin de la mezcla, la cantidad de vidrio agregado excede el 10% la resistencia no va a aumentar tanto como se espera e incluso la resistencia disminuye.

Muestra de vidrio Fino

Muestra de vidrio grueso

En las muestras de vidrio grueso y fino se puede observar que la cantidad de material agregado es de aproximadamente 11,97% lo cul significa que la resistencia para estas mezclas especficas no aumentar tanto como lo hara si se agregara menos. Sin embargo se toma en cuenta que el porcentaje de exceso de vidrio agregado en las muestras no es muy grande, por ello se considera que la resistencia de stas en comparacin con la mezcla patrn podra aumentar si se realizan pruebas despus de los 14 das.En las pruebas de compresin se obtienen resultados que cumplen con lo esperado, ya que la mezcla con vidrio fino como agregado presenta una resistencia mayor que la de vidrio grueso, esto debido a que la granulometra que reemplaza el vidrio fino tiene un tamao muy similar, mientras que la granulometra que se cambia en el caso de vidrio grueso no tiene un tamao tan similar, ya que los trozos en ciertos casos son ms grandes o pequeos de lo que se espera, pero esto es un factor que no se puede controlar debido a que el experimento estaba diseado de tal forma que al pasar el vidrio molido por un cedazo el polvo que se recoge es el fino y el que no pasa por el cedazo es el grueso, cuyo grosor depende de qu tan eficiente fue el proceso de molido dentro de la mquina utilizada. Con base en el grfico 1 se puede concluir que agregar vidrio a la mezcla de concreto afecta la consistencia del mismo. Ya que podemos observar que en ambos tamaos de vidrio se obtuvo un revenimiento mayor y menor al de la mezcla patrn. Es decir se obtuvo una mezcla ms trabajable y otra menos trabajable que la mezcla patrn.En la tabla 3 se observa que con base a la teora, las mezclas de vidrio fino, grueso y patrn alcanzaron una consistencia plstica, fluida y blanda respectivamente.Adems se observa que la granulometra del vidrio fino es muy similar a la de la arena, lo que ocasiona que la diferencia en el revenimiento entre la mezcla patrn y la que contiene vidrio fino no sea tan abismal.La adicin de vidrio grueso no resulta ideal como sustituto de la piedra, debido a la diferencia en los tamaos y a la fragilidad del material sin embargo podra ser utilizado en aplicaciones que tengan que ver con el paso de la luz a travs del concreto, lo cual no fue significativo en este estudio pero se abre la posibilidad a investigaciones posteriores.Fabricar concreto utilizando como agregado vidrio reciclado es factible en la medida en que se disponga de suficiente material para ser procesado, adems se requiere la maquinaria adecuada para la limpieza, trituracin y tamizado del material.

Bibliografa Hidalgo, D. y Poveda, R. (2013). Obtencin de adoquines fabricados con vidrio reciclado como agregado. (1a, ed). Quito: EPN.Aparicio, A. Rivera, G y Rodrguez, M. (2009). Estudio exploratorio de diseo de mezclas de concreto de peso normal y mortero tipo m y s usando vidrio reciclado como agregado. Recuperado el 18 de Marzo del 2014 de http://168.243.33.153/infolib/tesis/50107317.pdfCataln, A. (2013).Estudio de la influencia del vidrio molido en hormigones grado h15, h20, y h30. Recuperado el 18 de Marzo de http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2013/bmfcic357e/doc/bmfcic357e.pdfKosmatka, S. (2004). Diseo y control de mezclas de concreto. (14 ed). Mexico: IMCYC.Nuevo tipo de concreto con vidrio molido y menos cemento. (s.f). Recuperado el 18 de Marzo de http://www.youtube.com/watch?v=KWpLRLLR5s0&feature=youtube_gdata_playerMartnez, I. y Mendoza, C.(2005). Comportamiento mecnico de concreto fabricado con agregados reciclados. Recuperado el 18 de Marzo del 2014 de http://www.scielo.org.mx/pdf/iit/v7n3/v7n3a02.pdf

AgradecimientosAl profesor Mauricio Araya Rodrguez, de la Escuela de Ingeniera en Construccin, a Heiner Navarro Mena y a los estudiantes y asistentes del CIVCO que colaboraron a la hora de realizar las pruebas y preparacin del trabajo.

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