Elaboración de Adoquines de Vidrio

8/17/2019 Elaboración de Adoquines de Vidrio

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Elaboración de adoquines con vidrio triturado como reemplazo de sus

componentes

David Cruz, Dayra Espinosa, Sofía Campaña, Samanta Endara, David García.Tutor: Ing. Carolina Robalino

Universidad de las Fuerzas Armadas ESPEDepartamento de Ciencias de la Tierra y Construcción

Ingeniería Civil

Resumen.- Este trabajo de investigación se desarrolla a partir de la hipótesis de la utilización de vidrio

reciclado y triturado como sustituto de áridos (arena),

ingrediente de morteros, en la fabricación de

componentes constructivos y específicamente de

adoquines. El proyecto presenta los resultados del

estudio de las propiedades físico-químicas de distintos

morteros cuyo contenido de árido se reemplazó por

vidrio triturado en distintas proporciones. Así mismo semuestra la comparación y evaluación de las

propiedades físico-mecánicas de los morteros en

estudio con los convencionales mediante ensayos de

absorción y resistencia a la flexión. Todo ello permitió

determinar que el vidrio triturado en adoquines puede

ser usado como un posible sustituto de áridos, ya que se

obtuvieron adoquines con reemplazo de la arena, que

presentaron similar absorción (aceptable) y

resistencias por encima a las exigidas por las normas:

INEN 1485 Y 1486.

Palabras claves.- adoquín, cemento, arena, vidrio.

ANTECEDENTES

Existe un grave problema a nivel mundial, causado porla cantidad de desechos que se generan a diario y eldesaprovechamiento de los mismos. Las botellas devidrio son desechadas, sin darle un uso apropiado ni un

proceso de reciclaje. Es necesario ver a este “problema”

como una solución, en el campo de la Ingeniería Civil,de manera que se pueda manejar y aprovechar estosresiduos. El vidrio se va a incorporar como un porcentaje de arena, en la mezcla tradicional de unadoquín, para que el costo se reduzca y así, evitarincrementos de contaminación y daños ecológicos.

Descripción metodológicaDespués de observar los tipos de adoquines que seelaboraban en la Constructora Galarza & Galarza y de

acuerdo a la disponibilidad de su maquinaria se optó por el diseño y elaboración de adoquines tipo

rectangular y tipo raqueta, con las siguientesconsideraciones:

1. REQUISITOS GEOMÉTRICOS DE LOSADOQUINES (INEN 1488)

Longitud: la longitud de los adoquines no debe sermenor de 50 mm ni mayor de 250 mm.

Ancho: el ancho nominal de los adoquines no debe sermenor de 50 mm, (ancho debe estar en relación ½ de lalongitud).Espesor: el espesor estándar de los adoquines no debeser menor de 60 mm, y se prefieren dimensiones quesean múltiplos de 20 mm así: 60 mm, 80 mm y, enalgunos casos, 100 mm, (espesor mínimo para tránsito peatonal 60mm y para tránsito vehicular 80mm).

2. MATERIALES PARA LA ELABORACIÓN

DE UN ADOQUÍN

CementoEl cemento tipo Portland, es un producto que se obtienede la pulverización del clinker Portland con la adiciónde una o más formas de sulfato de calcio. Se admite laadición de otros productos siempre que su inclusión noafecte las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionales deben ser pulverizadosconjuntamente con el Clinker (NTE INEN 152). Paraefectos de este proyecto, se eligió el Cemento HolcimRocafuerte tipo GU (NTE INEN 2380), debido a sus propiedades específicas.

ArenaDescripción: arena limpia y sin presencia de partículascontaminante, de color gris y sin olor; procede de un proceso de trituración.Granulometría: el agregado fino con el que se fabricaronlos adoquines fue proporcionado por la ConstructoraGalarza & Galarza.

Fuente: Holcim (Barrio San Rafael, Vía San Juan,Latacunga, Ecuador), se le realizó el ensayo degranulometría, con lo cual se clasifica como unaARENA BIEN GRADUADA.


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VidrioEl vidrio es un material inorgánico duro, frágil,transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza,aunque también puede ser producido por el ser humano.El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos.

El vidrio se obtiene a unos 1500 °C a partir de arena desílice, carbonato de sodio y caliza.Espesores de vidrio en el mercado:

TABLA 1

3. METODOLOGÍA Y DOSIFICACIÓN DE LAMEZCLA

Ya que la Constructora Galarza & Galarza maneja undiseño de mezclas para el adoquín de 12:1, se mantuvodicha dosificación (palas de arena-cemento), mientrassu relación agua-cemento fue del 50% del peso delcemento.La cantidad de vidrio triturado varía en 10% dentro dela mezcla y se reduce del porcentaje total de la arena; por tal motivo, para un cantidad de mezcla que equivalea 12 adoquines, se obtuvieron los porcentajes de vidrio

triturado que se observan en la Tabla 2, se fijó un límitemáximo de vidrio molido del 50% que se puedeadicionar a la mezcla, esperando que las pruebas aflexión de estas muestras identifiquen cuáles de estosvalores (comenzando en un 20% hasta el 50%,espaciados homogéneamente en un 10%), dan losvalores máximos y mínimos. Debido a que porcentajesinferiores al 10% de vidrio triturado son pocorepresentativos y según su volumen, el 50% es el puntodonde el vidrio triturado y la Arena son iguales.

Nº de palas devidrio

Porcentajede vidrio

Nº deladoquín

1 pala 20% 3,4

1,5 palas 30% 5,62 palas 40% 1,2

2,5 palas 50% 7,8TABLA 2

El vidrio fue obtenido de botellas, envases, ventanasentre otros; luego de lo cual fue transportado hasta laConstructora Galarza & Galarza, donde fue triturado amano y con ayuda del peso de un montacargas paraluego ser tamizado con una malla de 5mm.

4. ELABORACIÓN DE LOS ADOQUINES

a.

Preparaciones para la Elaboración de losAdoquinesLa elaboración de los adoquines descrita en esteartículo, se realizó en las instalaciones de laConstructora Galarza & Galarza, de la misma formacomo ellos los fabrican.

Se limpia la tova para evitar impurezas.

Se tritura el vidrio y se tamiza.

Se dosifican los materiales (cemento, arena,vidrio)

Se coloca en la prensa los moldes según laforma que se desea dar al adoquín

Se prepara los tableros de madera

b. Proceso de Elaboración de los Adoquines

Se colocan la plancha de madera en la base dela prensa

Se carga la tolva con la cantidad de mezcla(arena, vidrio, cemento y agua) necesaria pararealizar 12 adoquines lo que equivale a una

parada Se baja la prensa hacia el tablero

Se confina con fuerza y vibración de la prensa.

Se coloca los adoquines en el lugar asignado para el curado y secado

c. Proceso de secado de los Adoquines

Se coloca los adoquines en el área de secado

Se coloca agua por lo menos durante 3 días.

Se los cubre con plástico para su curado

Se los deja secar durante 28 días

http://www.google.com.ec/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiQlZqVro_LAhVHRyYKHW9nCpUQjRwIBw&url=http://www.catalogoarquitectura.cl/cristal-decoracion-vidrios-lirquen/&psig=AFQjCNHrDXtXBP_f10-mty8H9qsYJ-arlA&ust=1456367444605667


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Peso adoquinesRECTANGULARES

% VIDRIO ADOQUÍN PESO (g)

201 2425,632 2535,39

403 2531,544 2551,85

TABLA 3.

Peso adoquinesRAQUETAS

% VIDRIO ADOQUÍN PESO (g)

305 3730,106 3653,50

507 3652,408 3625,40

TABLA 4.

DimensionesRECTANGULARES

% VIDRIO DIMENSIONES

20Ancho 10,10 cmLargo 20,15 cmAlto 6,43 cm


TABLA 5.

DimensionesRAQUETAS% VIDRIO DIMENSIONES



TABLA 6.

5.

EQUIPO

a) Área de adoquines

Cartulina

Regla

Lápiz

Balanza precisión 0,01g b) Ensayo de absorción

Agua

Franela

Balanza precisión 0,01gc) Ensayo de resistencia a la compresión

Máquina de compresión

Tabla triplex 4mm

Balanza de precisión de 0,01g

6. ÁREA DE ADOQUINES

Se necesita calcular el área, dependiendo de la forma decada adoquín, en nuestro caso para los rectangulares ytipo raqueta.

Se toma un adoquín de cada 10. Su área se debe usar enel cálculo de la resistencia a la compresión. Se coloca eladoquín, con la superficie de desgaste hacia arriba sobreuna cartulina y se traza su perímetro con un lápiz. Laforma obtenida se corta y se pesa. Así mismo, se cortaen forma exacta un rectángulo de 20x10 cm con lamisma cartulina y se pesa. (INEN 1486).Se obtuvieron los siguientes resultados:

Área adoquinesPeso cartulina I (Ws): 3.07gPeso cartulina 20cm x 10cm (W): 3.04g

I Rectangulares

TABLA 7.

Área adoquinesPeso cartulina II (Ws): 4.33g

Peso cartulina 20cm x 10cm (W): 3.04gII Raqueta

TABLA 8.

7.

RESULTADOS DEL ENSAYO DEABSORCIÓN

En el momento de despacho al comprador, losadoquines de concreto deben tener una absorción deagua total para todo el volumen del espécimen, nosuperior al 7 % como valor promedio para losespecímenes de la muestra.

Procedimiento: Se debe sumergir los adoquines en agua

durante, al menos 24 horas. Se pesan los adoquines encondición SSS (saturado superficialmente seco), se losseca con ayuda de una franela. Se secan los adoquinesen un horno durante, al menos 24 horas hasta que su


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masa sea constante, esta condición es SH (secado alhorno). Se calcula el porcentaje de absorción.

El ensayo de absorción de los adoquines que se realizóen los laboratorios de la Universidad de las FuerzasArmadas ESPE, arrojó los siguientes resultados comose observa en las Tablas 9 y 10.

Ensayo de Absorción

RECTANGULARES

Adoquín SSS (g) SH (g)%absorción

Promedio

3 2750,40 2499,00 10,069,98

4 2732,00 2485,80 9,90

1 2578,50 2359,70 9,278,26

2 2727,90 2543,60 7,25

TABLA 9.

Ensayo de Absorción

RAQUETAS

Adoquín SSS (g) SH (g)%absorción

Promedio

5 3759,40 3531,30 6,466,68

6 3690,80 3452,80 6,89

7 3700,20 3472,10 6,57

6,228 3952,90 3733,50 5,88TABLA 10.

8. RESULTADOS DEL ENSAYO DERESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Los adoquines de concreto deben cumplir los requisitosde resistencia a la compresión establecidos por la Norma Inen 1485Cada espécimen se debe llevar hasta la rotura por

compresión.

TABLA 11. Clasificación de tránsito y tipo de

adoquín. (INEN 1488)

Procedimiento: Las muestras deben someterse a pruebaen condiciones húmedas, después de haber estado

almacenadas por lo menos durante 24 horas en agua.Las placas de la máquina de compresión se debenlimpiar con un paño quitando cualquier residuoexistente. Se deben colocar tablas triplex de 4mm quecubra todo el adoquín en contacto con sus dos caras demanera que la carga se distribuya de manera uniforme,y entre las placas de la máquina y la muestra se debe

colocar una plancha de acero de 25 mm de espesor quecubra la superficie de la muestra. Se debe colocar eladoquín en la máquina con la superficie de desgastehacia arriba, los ejes deben estar alineados con los ejesde la placa. La aplicación de la carga es continua y nointermitente, a una velocidad de 15MPa por minuto,hasta que no se pueda soportar una carga mayor y sedebe registrar dicha carga. La resistencia a lacompresión se calcula dividiendo la carga máxima parael área del adoquín. (INEN 1485).

La máquina de compresión del laboratorio de Ensayo deMateriales de la Universidad de las Fuerzas ArmadasESPE, ya calcula la resistencia a la compresión, requierelos datos del peso del adoquín y del área que ya secalculó anteriormente. Los resultados que se obtuvieronson:

Ensayo de compresiónRECTANGULARES

%

VIDRIO Kg/cm2 Mpa Promedio20

242,960 23,8322,97

225,460 22,11

40252,170 24,73

26,00277,990 27,26

TABLA 12.

Ensayo de compresiónRAQUETAS

%VIDRIO

Kg/cm2 Mpa Promedio

30 455,190 44,64 35,94277,770 27,24

50234,690 23,02

24,09256,540 25,16

TABLA 13.


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9. FOTOGRAFÍAS

a) ELABORACIÓN DE ADOQUINES

´

Imagen 1. Triturar el vidrio. Imagen 4. Tamizar el vidrio.

Imagen 2. Vidrio triturado y tamizado. Imagen 5. Colocación de mezcla para adoquines.

Imagen 3. Adoquín tipo rectangular. Imagen 6. Adoquín tipo raqueta


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b) ENSAYO DE ABSORCIÓN

c) ENSAYO DE COMPRESIÓN

Imagen 7. Colocar adoquines en agua. Imagen 9. Adoquines sumergidos.

Imagen 8. Secar adoquines en horno Imagen 10. Pesar los adoquines.

Imagen 11. Dibujar forma de adoquín en cartulina. Imagen 13. Colocar datos en la máquina de compresión.


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10. RESULTADOS ESTADÍSTICOS

Imagen 12. Colocar adoquín en la máquina de compresión. Imagen 14. Fallo del adoquín.

Imagen 15. % de vidrio vs % absorción Imagen 17. % de vidrio vs % absorción

Imagen 16. % de vidrio vs resistencia a compresión Imagen 18. % de vidrio vs resistencia a compresión.


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11. OBJETIVOS

a) OBJETIVO GENERALElaborar adoquines reemplazando un porcentaje dearena con diferentes dosificaciones de vidrio triturado.

b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar ensayos de resistencia de compresión

con el material elegido y así comprobar que seael adecuado para el proyecto.

Averiguar el tipo de dosificación más adecuada para realizar un adoquín con vidrio triturado.

Realizar ensayos de absorción con losadoquines para poder comprobar si suscaracterísticas cumplen con las normas INENvigentes.

Elaborar varios prototipos de adoquines condiferentes dosificaciones de vidrio triturado

cada uno.

12. CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta los parámetros establecidos en lanorma NTE INEN 1483, 1485 Y 1488, el porcentaje deabsorción en los adoquines elaborados con vidriotriturado cumple en las dosificaciones de 30% y 50%,ya que dicho porcentaje es menor del 7% como valor promedio establecido por la norma.

Teniendo como punto de comparación los adoquines yaexistentes, es posible mejorar la resistencia a lacompresión de los adoquines con la adición de vidriotriturado; por lo tanto, es viable el uso de vidrio trituradocomo materia prima para la fabricación de adoquines peatonales, ya que no se ve afectado de forma negativael desempeño del mismo.

Todas las dosificaciones presentaron una resistencia a la

compresión mayor a 20 MPa que es la mínimarecomendada para adoquines de tránsito peatonal.

Los adoquines con vidrio triturado no podrían serutilizados para estacionamientos o calles residenciales,ya que no cumplen con la compresión mínima de 30MPa, como se requiere en la Tabla 11.

El vidrio es un material de difícil manejo, ya que fuecomplicada la manera como se lo trituró y al momentode manipular el adoquín existían raspones en las manos.

Con esta investigación, si se cumplen los objetivos propuestos al principio de la misma, de manera que losresultados fueron satisfactorios.

13. RECOMENDACIONES

Teniendo en cuenta que los resultados obtenidos fueronsatisfactorios se recomienda elaborar adoquines congranulometría variable del vidrio triturado para conocerde qué manera afecta la granulometría del vidriotriturado en las características físicas y mecánicas de losadoquines.

Es recomendable realizar los ensayos de resistencia a lacompresión y absorción con más adoquines ya que, alutilizar solamente 2 adoquines por cada dosificación, senota que existe una desviación con los resultados, alensayar más, los resultados serán más aproximados a losreales.

También se recomienda buscar otra técnica para triturarel vidrio debido a la complejidad de realizarlomanualmente.

14.

REFERENCIAS

[1] DI MARCO, Raúl. Diseño y elaboración de unsistema de adoquines de bajo costo y material reciclado para construcciones en núcleos ruralres. RevistaESAICA, Vol. 1 nº1, pp. 30-38, junio 2015.[2] Adoquines. Terminología y clasificación. (1987).Instituto ecuatoriano de normalización NTE INEN1483.[3] Adoquines. Muestreo (1987). Instituto ecuatoriano

de normalización NTE INEN 1484.[4] Adoquines. Determinación de la resistencia a lacompresión (1987). Instituto ecuatoriano denormalización NTE INEN 1485.[5] Adoquines. Determinación de las dimensiones, áreatotal y área de la superficie de desgaste (1987). Institutoecuatoriano de normalización NTE INEN 1486.[6] Adoquines. Requisitos (1987). Instituto ecuatorianode normalización NTE INEN 1487.

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