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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
Carolina Martínez García
GRUPO DE INVESTIGACIÓN GCONS. E.T.S.I.C.C.P.
UNIVERSIDADE DA CORUÑA
Título de la ponencia
Nombre Ponente
Cargo Ponente o Entidad
- Producción anual en Galicia: 250 mil t de mejillón (2016), el 95% de la producción estatal.
- España primer productor de Europa y 3º del mundo detrás de China y Chile.
- El residuo generado por la industria conservera en Galicia supone cerca de 25 mil t de conchas al año: parte va a parar al fondo del mar o vertederos no autorizados.
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
INTRODUCCIÓN
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
Título de la ponencia
Nombre Ponente
Cargo Ponente o Entidad
• La conchas de mejillón (mytilusgalliprovincialis) se forma por bio-mineralización de carbonato cálcico (95%) y materia orgánica que une la estructura.
• La concha está dividida en tres partes:• Capa exterior: periostracum –
proteína • Capa intermedia: estructura
prismática – calcita• Capa interior: nácar –
compuesto de láminas de aragonita unidas por polisacáridos, proteínas y glicoproteínas.
Outer part of the mussel shell
Periostracum(~40µm)
Inner part of the mussel shell
Prismatic structurelayer (~400µm)
Prismatic structurelayer (~400µm)
Nacre layer (~10µm)
INTRODUCCIÓN
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
• Características principals de la concha de mejillón como un árido de construcción:
- Árido lajoso y superficie lisa, sobre todo el nácar- Contiene entre 0-2% materia orgánica
USO COMO ÁRIDO
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
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Cargo Ponente o Entidad
• Diseño mezclas
o Hormigón de limpieza HL patrón : a/c = 0.75 y Mc=225kg.
✓ Sustitución fracción fina: 25%, 50%, 75% y 100%
✓ Sustitución fracción gruesa : 25%, 50%, 67%
✓ Sustitución combinada: 5% y 12.5%
o Hormigón en masa estructural HM30 patrón: paraambiente Qb. a/c = 0.50 y Mc=360 kg.
✓ Sustitución fracción fina: 25%, 50% y 65% (*)
✓ Sustitución fracción gruesa : 25%, 50% y 65% (*)
✓ Sustitución combinada: 5% y 12.5%
(*) limitación EHE (1%) por contenido en sulfatos
• Materiales
o CEM II/A-M (V-L) 42.5R
o Aditivo superfluidificante
• Consistencia y densidad
El uso de mejillón aumenta la demanda de agua disminuyela trabajabilidad por su forma lajosa. Gravilla influye másque arena. Porcentajes pequeños, de 5% y 12.5% (arena ygravilla), muestran consistencias aceptables
La materia orgánica tiene un efecto aireante, aumentaporosidad y disminuye densidad.
HORMIGÓN EN MASA HM 30 patrón definitivo HM30 AM 25%
HM30 AM 50% HM30 GM 34,6%
HM30 GM 69,3%
ÁRIDO PARA HORMIGONES EN MASA
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
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Cargo Ponente o Entidad
Resistencias mecánicas
• El incremento en % de uso de mejillón disminuye laresistencia.
• La incorporación de arena o de gravilla de mejillóndisminuye la resistencia de forma similar. Porcentajesde por encima del 25% no deberían emplearse ya quesuponen disminuciones considerablemente elevadas.
• Cuando la sustitución afecta a ambas fracciones,ambos 12.5% y 5% caídas aceptables.
Forma lajosa + porosidad → fragilidad
Absorción, Mat.Org.→ baja adherencia pasta - árido
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA HORMIGONES EN MASA
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Cargo Ponente o Entidad
Permeabilidad (HM)
La permeabilidad del agua disminuye con el contenido de áridoconcha de mejillón, especialmente cuando se utiliza gravilla demejillón, debido a la forma y la orientación preferencial de laspartículas.
Permeabilidad HM30 patrón
HM30-AM 25%
HM30 -AM 50%
HM30-GM 25%
HM30-GM 50%
HM30-A+G 5%
HM30-A+G
12.5%
Penetración máxima (cm)
2.83 2.23 1.25 0.95 0.00 0.98 1.10
Resistencias mecánicas
• El incremento en % de uso de mejillón disminuye la resistencia.
• La incorporación de arena o de gravilla de mejillón disminuye laresistencia de forma similar. Porcentajes de por encima del 25% nodeberían emplearse ya que suponen disminuciones considerablementeelevadas.
• Cuando la sustitución afecta a ambas fracciones, ambos 12.5% y 5%caídas aceptables.
HM30 patrón
HM30 GM 25%
Forma lajosa + porosidad → fragilidad
Absorción, Mat.Org.→ baja adherencia pasta - árido
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA HORMIGONES EN MASA
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Cargo Ponente o Entidad
Pavimentación en la Praza dos
Mariñeiros. Concello da Coruña.Ano: 2016
Proyectista: J. Vázquez Couto.
Constructora: López Cao.
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
OBRA REAL - HORMIGONES EN MASA
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Cargo Ponente o Entidad
• Materiales
o Cemento de albañilería MC 12.5-X (sin aireante)
• Árido natural: se divide y combina para hacer una granulometría uniforme (AN 0-4mm).
• Áridos de mejillón: combinación arenas fina (AMF) y gruesa (AMG) para igualargranulometría de la arena natural.
• Mezclas
• Capa base patrón (BC0): a/c= 1, ligante/árido=1:5
• Capa acabado patrón (SC0): a/c= 0.9, ligante/árido=1:4
• Sustitución: 25%, 50% y 75% Arena natural combinada
AFM AGM
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO
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Cargo Ponente o Entidad
• Consistencia y densidad
Igual que en el hormigón, el mejillón disminuye trabajabilidad y la densidad del mortero de cemento.
• Contenido en aire y vida útil (tiempo de fraguado)
La materia orgánica tiene un efecto aireante, aumenta porosidad y disminuye densidad, y tambiénreacciona con Clinker retrasando la hidratación del cemento = retraso en el tiempo de fraguado.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
5
10
15
20
25
30
35
40
BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75V
aria
tio
n p
erce
nta
ge (
%)
Air
co
nte
nt
(%)
Air content Variation
0
15
30
45
60
75
90
105
120
0
50
100
150
200
250
300
350
400
BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75
Var
iati
on
per
cen
tage
(%
)
Tim
e (m
inu
tes)
Workable life time % variation
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO
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Nombre Ponente
Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO
Resistencias mecánicas
Mayor fragilidad debido nuevamente a la materia orgánicaque genera un aumento de la porosidad y a la deficienteadherencia de las partículas de las conchas a la matriz decemento.
a b
c d
1187.3µm
617.5µm
0
20
40
60
80
100
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75
Var
iati
on
per
cen
tage
(%
)
Co
mp
ress
ive
stre
ngt
h (
MPa
)
3D 7D 28D Var 3d Var 7d Var 28dCB0 CB75 CB75
CF0 CF75 CF75
a b c
d e f600 μm 600 μm 500 μm
600 μm 600 μm 600 μm
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Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO
Absorción capilar
Freno capilar generado por la forma de las conchas demejillón y los poros de gran tamaño.
0
20
40
60
80
100
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75
Var
iati
on
per
cen
tage
(%
)
Wat
er a
bso
rpti
on
du
e to
cap
illar
y ac
tio
n
(kg
/m2xm
in0
,5)
Capillarity uptake Variation percentage
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Nombre Ponente
Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CAL AÉREA
• Materiales
o Cal en pasta (10 meses), 64% agua y 36% hidróxido de calcio [Ca(OH)2]
• Áridos ídem morteros de cemento
• Mezclas
• Patrón (PL0): 1:2.5 (cal:árido) en volumen
• Sustitución: 25%, 50%, 75%
Consistencia, densidad y porosidad
Nuevamente menor trabajabilidad, menor densidad con mejillóndebido a la mayor porosidad, pero se nota mucho menos que enligantes hidráulicos.
Carbonatación
Menor velocidad de carbonataciónhasta los 180 días y mayor velocidada partir de ahí comparando con elpatrón.
1.50
1.55
1.60
1.65
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
Den
sity
(kg
/l)
Age (days)
PL0 PL25 PL50 PL75
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Car
bo
nat
ion
(%
)
Age (days)
PL0 PL25 PL50 PL75
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Nombre Ponente
Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CAL AÉREA
Absorción capilar
Freno capilar: forma lajosa y poros de gran tamaño, ídem morteroscem.
Resistencias mecánicas
Mayor fragilidad: mayor porosidad y menor adherencia partículas +pasta cal. La influencia es menor que en cementos por la mayorcarbonatación (>180 días).
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Co
mp
ress
ive
stre
ngt
h (
MPa
)
Age (days)
PL0 PL25 PL50 PL75
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Cap
illar
ity
coef
fici
ent
(Kg
/m2xm
in0
.5)
Age (days)
PL0 PL25 PL50 PL75
PL0
PL75PL50
PL25
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Nombre Ponente
Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
AISLANTE TÉRMICO Y ACÚSTICO – RELLENO SUELTO
0.0625 0.625 6.25 62.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sieve size (mm)
Cu
mu
lati
ve p
assi
ng
(%)
Initial
5.5 MPa
11 MPa
27.5 MPa
110 MPa
0.0625 0.625 6.25 62.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sieve size (mm)C
um
ula
tive
pas
sin
g (%
)
Initial
5.5 MPa
11 MPa
27.5 MPa
110 MPa
Ensayos de compactación yresistencia mecánica
• Relleno aislante: grado decompactación >30% (1000kg/m3) para evitar asientos
• Resistencia bajo carga:gravilla de mejillón resiste11 Mpa sin modificar sugranulometría => uso encimentación
Concha entera Gravilla de mejillón
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Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
AISLANTE TÉRMICO Y ACÚSTICO – RELLENO SUELTO
0.120
0.150
0.200
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Ther
mal
co
nd
uct
ivit
y [W
/(m
.K)]
Density (kg/m3)
Bio-based Bio-composites
Danish mussel shell Loose-fill
Mussel shell Non renewable
Unconventional (natural) Wood
A v e r a g e (0.09Wm/K)
281 kg/m3 -0.12 W/(mK)
684 kg/m3 -0.15 W/(mK)
1205 kg/m3 -0.20 W/(mK)
Ensayo de conductividad térmica
- Se ensayaron 3 tamaños de concha de mejillón en cajas paraadaptarlas al procedimiento de ensayo.
- La conductividad térmica media de la concha compactada (1000kg/m3) se considera 0.175 W/(mK) similar a la arcilla expandida o a lamadera.
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Cargo Ponente o Entidad
Uso de la concha de mejillón como material de construcción
AISLANTE TÉRMICO Y ACÚSTICO – RELLENO SUELTO
0
10
20
30
40
50
60
70
100 1000
Sou
nd
red
uct
ion
ind
ex, R
(dB
)
Frequency, f(Hz)
90 mm MG(717kg/m3)
100 mm Cellulose(50kg/m3)
100 mm Flax(30kg/m3)
100 mm Glasswool (17 kg/m3)
50 mm Rock wool(120kg/m3)
200 500 2000 4000
Ensayo de reducción acústica
Se ensayo una solución de gravilla de mejillón (700 kg/m3) de 90mm entre dos OSB.
- Comportamiento de reducción acústica comparable a otrassoluciones convencionales
- Debido a la elevada densidad buen comportamiento en bajasfrecuencias (< 200 Hz)
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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
EDIFICIO EXPERIMENTAL
Proyecto Biovalvo: proyecto de investigación para la valorización de lasconchas en la construcción. Feder Innterconecta –CDTI. Consorcioempresas y Universidad.“Módulo Biovalvo”: edificio experimental. Prototipo a escala real yedificio demostrativo de todas las soluciones estudiadas.Situación: parcela anexa a las huertas urbanas del Campus Universitariode Elviña.
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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
EDIFICIO EXPERIMENTAL
Soluciones constructivas con mejillón:
Cimentación:
• zapata corrida perimetral y solera con 12.5% arena + gravillade mejillón
• relleno compactado aislante de gravilla de mejillón sobre elterreno
Muros:
• estructura de madera
• relleno compactado gravilla de mejillón
• morteros cal o cemento (ext) y barro (int) con 50% de arenade mejillón
Cubierta:
• relleno compactado gravilla de mejillón
• Lámina EPDM
• Geotextil
• Cubierta “vegetal” y gavión (vertical) de concha entera
Us = 0.35 W/(m2K)
Um = 0.29 W/(m2K)
Um = 0.32 W/(m2K)
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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
EDIFICIO EXPERIMENTAL
Instrumentación (humedad y temperatura) del edificio:Se colocaron sensores en todas las solucionesconstructivas del edificio:- 3 muros + fachada acristalada- Solera- Cubierta
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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
EDIFICIO EXPERIMENTAL
Proceso de ejecución decimentación y rellenoaislante de suelo.
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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
EDIFICIO EXPERIMENTAL
Proceso de ejecución de la solera ypavimento exterior perimetral.
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EDIFICIO EXPERIMENTAL
Proceso de ejecución de laestructura de madera.
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EDIFICIO EXPERIMENTAL
Fachada acristalada.
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EDIFICIO EXPERIMENTAL
Proceso de ejecuciónde los morteros derevestimiento.
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EDIFICIO EXPERIMENTAL
Proceso de ejecución de la cubierta.
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Uso de la concha de mejillón como material de construcción
¡Muchas gracias!
C a r o l i n a M a r t í n e z G a r c í [email protected] – 667 47 99 13
https://www.researchgate.net/profile/Carolina_Martinez_Garcia
http://www.gcons.udc.es/
Tesis doctoral: Evaluación de la concha de mejillón para el desarrollo de diferentes biomateriales de construcción.Dirigida por: Prof. Belén González Fonteboa y Prof. Diego Carro Lópezhttps://ruc.udc.es/dspace/handle/2183/26641