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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA

UTILIZACIÓN DEL DESECHO CERÁMICO DE LA FÁBRICA DE SANITARIOS EDESA, PARA LA FABRICACIÓN DE ADOQUINES

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO

OSCAR ANIBAL SALVADOR SIMONS [email protected]

DIRECTOR: ING. OSWALDO PATRICIO FLOR GARCÍA., MSc. [email protected]

Quito, febrero 2015

© Escuela Politécnica Nacional (2015)

Reservados todos los derechos de reproducción

DECLARACIÓN

Yo, Oscar Anibal Salvador Simons, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi

autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en

este documento.

La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

__________________________

Oscar Anibal Salvador Simons

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Oscar Anibal Salvador

Simons, bajo mi supervisión.

_________________________ Ing. Patricio Flor, MSc.

DIRECTOR DE PROYECTO

AUSPICIO

La presente investigación contó con el auspicio de EDESA S.A.

AGRADECIMIENTOS

A mi DIOS, por todas las bendiciones recibidas, por su protección y guía, por

convertirme en un hombre de principios y bien y por todas las personas que de

algún modo puso en mi camino, a mi Madre Dolorosa por su compañía y guía.

A mi Madre, por todo su amor y esfuerzo demostrado incondicionalmente por los

valores enseñados y su ejemplo de vida, a mis hermanos Patricio y Lucas por su

ayuda y apoyo incondicional en las buenas y en las malas, a mi Abuelita por su

amor y generosidad, a toda mi familia: tías, tíos, primas, primos, fuente de unión

y valor para seguir adelante.

Al Ing. Patricio Flor, un agradecimiento especial por la confianza y guía brindada

durante el desarrollo de este proyecto; a la Tecnóloga Sra. Doña Ruth por las

ayudas técnicas facilitadas; al Ing. Cesar Monroy y al Laboratorio de Materiales

de la Facultad de Ing. Civil de la EPN por la ayuda prestada; a todos los

Profesores de la Facultad de Química y de la Politécnica que supieron compartir

y transmitir su conocimiento; a su personal administrativo; al Laboratorio de

Operaciones Unitarias de Ing. Química, en especial a Don Camilo; a todos gracias

por toda su colaboración. A Romel por su ayuda económica. A Kvi, por su

preocupación y generosidad, por sus palabras de aliento, por haber estado

presente ahí para ayudarme en lo que le fue posible; al Ing. Alfonso R. por su

preocupación, guía y ayuda, así también a toda su familia.

A mis entrañables amigos: Sebas, François, Luzma, Dimas, Juan Peter,

Franshico, David, gracias por la compañía, alegría, ayuda y apoyo durante estos

años de vida universitaria; a mis queridos OH´s; los M. Rangers; Guaraperos;

Peluches, gracias por esos buenos momentos, triunfos y demás, a mis demás

amigos/as y compañeros/as con los que de algún modo compartimos este tiempo

del viaje que es la vida. Gracias a: L., M., B., P., N.U, H.P, F.T, G.H, W.W, S.G,

B.B.T, J.R.R., S.R., T.A por su compañía. A EDESA y su personal, a mis amigos

por su ayuda en especial a: Vicente U., Juan Carlos A., Jeane, Blankis, Wen y a

mis compañeros de trabajo; y al Ing. Carrillo, Dra. Ana, Ing. Pablo, por toda su

ayuda.

DEDICATORIA

A mi madre Rita, a mis hermanos Patricio y Lucas, una familia que ha salido hacia

adelante en la adversidad.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN x INTRODUCCIÓN xii

1. PARTE TEÓRICA 1

1.1. Adoquines: composición y conformación 1 1.1.1. Generalidades 1 1.1.2. Proceso de fabricación 4

1.1.2.1. Dosificación o carga 6 1.1.2.2. Mezclado 6 1.1.2.3. Llenado de moldes 7 1.1.2.4. Compactación y vibrado 7 1.1.2.5. Curado 8

1.1.3. Requisitos que deben cumplir los adoquines en el Ecuador bajo las normas INEN 9

1.2. Materias primas útiles para la fabricación de adoquines 13 1.2.1. Cemento 16 1.2.2. Agua 19 1.2.3. Áridos o agregados 20 1.2.4. Aditivos 21

1.3. Residuos en la industria cerámica 23

2. PARTE EXPERIMENTAL 28

2.1. Caracterización del desecho cerámico 28 2.1.1. Descripción del desecho cerámico 28 2.1.2. Muestreo del material 28 2.1.3. Reducción de muestras de agregado para ensayos 29 2.1.4. Composición química 29 2.1.5. Análisis granulométrico 29 2.1.6. Densitometría y absorción de agua 31

2.1.6.1. Determinación de: densidad, densidad relativa y absorción del árido fino 31

2.1.6.2. Determinación de: densidad, densidad relativa y absorción del árido grueso 32

2.1.6.3. Determinación de la masa unitaria 33 2.1.7. Determinación de la porción soluble en ácido 34

2.2. Adecuación del desecho cerámico para la fabricación de los adoquines 35

2.3. Formulación de la mezcla óptima 36

2.4. Fabricación de adoquines a escala de laboratorio 37

2.5. Pruebas de calidad de los adoquines formados 39

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 41

ii

3.1. Caracterización del desecho cerámico 41 3.1.1. Descripción del desecho cerámico 41 3.1.2. Muestreo del material 46 3.1.3. Reducción de muestras de agregado para tamaños de ensayo 47 3.1.4. Composición química 48 3.1.5. Análisis granulométrico 49 3.1.6. Densitometría y absorción de agua 54

3.1.6.1. Determinación de: densidad, densidad relativa y absorción del árido fino 54

3.1.6.2. Determinación de: densidad, densidad relativa y absorción del árido grueso 57

3.1.6.3. Determinación de la masa unitaria 58 3.1.7. Determinación de la porción soluble en ácido 59

3.2. Adecuación del desecho cerámico para la fabricación de los adoquines 60

3.3. Formulación de la mezcla óptima 65

3.4. Fabricación de adoquines a escala de laboratorio 70

3.5. Pruebas de calidad de los adoquines formados 77

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 85

4.1. Conclusiones 85

4.2. Recomendaciones 87

5. BIBLIOGRAFÍA 88

ANEXOS 97

iii

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Normas Técnicas Ecuatorianas INEN aplicadas a adoquines 9

Tabla 2. Clasificación de adoquines por su forma 10

Tabla 3. Requisitos de materiales para la fabricación de adoquines 12

Tabla 4. Dimensiones y tolerancias de los adoquines 12

Tabla 5. Resistencia a la compresión del adoquín 13

Tabla 6. Factor de corrección que se aplica dependiendo del tipo de adoquín y la influencia de cualquier bisel o radio 13

Tabla 7. Principales compuestos en el cemento Portland 18

Tabla 8. Composición química del desecho cerámico utilizado 48

Tabla 9. Porcentajes en peso de agregado grueso y fino que forman el desecho cerámico entregado 50

Tabla 10. Análisis granulométrico del desecho cerámico como agregado grueso 51

Tabla 11. Análisis granulométrico del desecho cerámico como agregado fino 52

Tabla 12. Densidad, densidad relativa (gravedad específica), absorción del desecho cerámico como agregado fino 55

Tabla 13. Densidad, densidad relativa (gravedad específica), absorción del desecho cerámico como agregado grueso 57

Tabla 14. Masa unitaria y porcentaje de vacios en el desecho cerámico como un agregado 59

Tabla 15. Valor de la porción soluble que presenta la fracción de desecho cerámico como agregado fino 60

Tabla 16. Granulometrías estudiadas a escala de laboratorio, en la fabricación de adoquines 64

Tabla 17. Cantidades de material cerámico de cada tamaño de malla a escala de laboratorio, obtenidas para la fabricación de adoquines 65

Tabla 18. Proporciones de los componentes de las distintas mezclas para la fabricación de adoquines fijadas para la experimentación 69

iv

Tabla 19. Clasificación cualitativa de la trabajabilidad del las mezclas de concreto para la fabricación de adoquines 74

Tabla 20. Mediciones promedio tomadas de los adoquines sometidos a pruebas de resistencia a la compresión de la mezcla A1B1 78






Tabla 26. Valores promedio de resistencia a la compresión obtenidos para los adoquines fabricados a escala de laboratorio y con cada una de las mezclas estudiadas 81

Tabla A1. Concentración máxima de contaminantes de acuerdo con la característica de toxicidad 106

Tabla A2. Sustancias tóxicas inorgánicas bioacumulativas y persistentes 107

Tabla A3. Serie de tamices usados para el análisis granulométrico, de la fracción del material de desecho que pasa el tamiz 4,75 mm 108

Tabla A4. Serie de tamices INEN y sus equivalentes ASTM usados para el análisis granulométrico de la fracción del material de desecho que fue retenida sobre 4,75 mm 108

Tabla A 5. Fracciones que forman parte del residuo cerámico 109

Tabla A 6. Análisis granulométrico de residuo como agregado grueso, Muestra 1 109

Tabla A7. Análisis granulométrico de residuo como agregado grueso, Muestra 2 110

Tabla A8. Análisis granulométrico de residuo como agregado grueso, Combinado 110

Tabla A9. Análisis granulométrico de residuo como agregado fino, Muestra 1 111

v

Tabla A 10. Análisis granulométrico del residuo como agregado fino, Muestra 2 111

Tabla A 11. Análisis granulométrico del residuo como agregado fino, Muestra 3 112

Tabla A 12. Análisis granulométrico para el residuo cerámico como agregado fino, Combinado 112

Tabla A 13. Requisitos de gradación del árido grueso 113

Tabla A 14. Requisitos de gradación del árido fino 113

Tabla A 15. Datos para el cálculo de la densidad y absorción del agua del desecho cerámico como agregado fino 114

Tabla A 16. Cálculos para la determinación de la densidad, densidad relativa y el porcentaje de absorción del residuo cerámico como agregado fino 114

Tabla A 17. Datos para el cálculo de la densidad y absorción del agua del desecho cerámico como agregado grueso 115

Tabla A 18. Cálculos para la determinación de la densidad, densidad relativa y el porcentaje de absorción del residuo cerámico como agregado grueso 115

Tabla A 19. Datos y cálculos para la masa unitaria (peso volumétrico) y porcentaje de vacíos en desecho cerámico como agregado 116

Tabla A 20. Datos para el cálculo de la porción soluble en ácido del árido fino 117

Tabla A 21. Cálculo para hallar la porción soluble en ácido del árido fino 117

Tabla A 22. Descripción del dominio experimental y factores que se aplicaron para encontrar la formulación de la mezcla óptima, en la fabricación de adoquines 118

Tabla A 23. Codificación de las unidades experimentales y de las mezclas de concreto, para el desarrollo experimental 120

Tabla A 24. Orden seguido para la elaboración de adoquines de las distintos lotes de elaboración 121

Tabla A 25. Orden de elaboración y composición de cada mezcla para la fabricación de adoquines 124

Tabla A 26. Mediciones tomadas a los adoquines fabricados con la mezcla tipo A1B1 125


vi





Tabla A 32. Resultados de la determinación del esfuerzo a la compresión, en adoquines fabricados con la mezcla tipo A1B1 137






Tabla A 38. Datos para el cálculo de resistencia media de los adoquines fabricados con cada mezcla 141

vii

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 1. Aplicaciones del uso de adoquines en caminos peatonales y aeropuertos 2

Figura 2. Elementos generales de un adoquìn 4

Figura 3. Esquema general para la producción de adoquines de concreto 5

Figura 4. Esquema general de un proceso de producción de cerámica sanitaria 25

Figura 5. Fotografía de acumulación de piezas defectuosas en el patio de rotura de EDESA S.A. 43

Figura 6. Fotografía de un contenedor metálico con piezas defectuosas destruidas en el patio de rotura de EDESA S.A. 44

Figura 7. Fotografía del desecho cerámico triturado proveniente de la chancadora que será utilizado en este proyecto 45

Figura 8. Curva granulométrica del desecho cerámico como agregado grueso y los límites de gradación especificados en la norma INEN 872 52

Figura 9. Curva granulométrica del desecho cerámico como agregado fino y los límites de gradación especificados en la norma INEN 872 53

Figura 10. Curvas granulométricas de agregado fino para la fabricación de adoquines, recomendadas en bibliografía especializada 63

Figura 11. Muestras de adoquines fabricados, con cada una de las mezclas estudiadas 75

Figura 12. Adoquín fabricado con el residuo cerámico sin ninguna adecuación 76

Figura 13. Resistencia promedio de los adoquines fabricados respecto a su concentración de cemento 82

Figura 14. Fotografías de la reducción de tamaño de la muestra de desecho cerámico para ensayos: a) Mezcla de la muestra, b) Formación del cono y aplanamiento de la masa, c) Muestra dividida en cuartos, d) Remoción de los dos cuartos opuestos 98

Figura 15. a) Torre de tamices utilizada en el análisis granulométrico de la fracción pasada 4,75 mm del material de estudio. b) Determinación de pesos de las fracciones retenidas 99

viii

Figura 16. Determinación de la densidad, densidad relativa y absorción del árido fino 99

Figura 17. a) Balanza para la determinación del peso aparente, b) Determinación del peso aparente del conjunto canasta-muestra 100

Figura 18. Determinación de masa unitaria 100

Figura 19. Determinación de la porción soluble en ácido 101

Figura 20. Reducción de tamaño y clasificación del material reciclado 101

Figura 21. Molde de acero frabricado y prensa hidráulica, utilizados en la fabricación de adoquines 102

Figura 22. Preparación de la mezcla para la fabricación de adoquines 102

Figura 23. Proceso de fabricación de adoquines: a)Llenado, b)Prensado, c)Desmontado, d)Desmoldado, e)Colocado, f)Envuelto 103

Figura 24. Colocación y protección durante el proceso de curado, de los adoquines fabricados 103

Figura 25. Procedimiento seguido para la determinación de la resistencia a la compresión, en adoquines 104

Figura 26. Ejemplares de la distribución de tamaños del residuo cerámico 104

Figura 27. Material cerámico retenido en la malla INEN 4,75 mm 105

Figura 28. Material cerámico que pasa la malla INEN 4,75 mm 105

ix

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO I 98

Fotografías de la parte experimental y del residuo 98

ANEXO II 106

Límites permisibles para no considerar a un desecho como peligroso 106

ANEXO III 108

Cálculos para el análisis granulométrico 108

ANEXO IV 114

Cálculos de densitometría y absorción de agua 114

ANEXO V 117

Cálculos para la determinación de la porción soluble en ácido del árido fino 117

ANEXO VI 118

Codificación generada para el diseño experimental y cálculo de la formulación de la mezcla óptima para la fabricación de adoquines 118

ANEXO VII 125

Dimensiones de adoquines fabricados 125

ANEXO VIII 137

Tratamiento de datos y resultados de las pruebas de resistencia a la compresión de los adoquines fabricados 137

ANEXO IX 142

Informes de ensayos sobre la determinación de resistencia a la compresión de los adoquines fabricados 142

x

RESUMEN

El desarrollo de esta investigación propone darle uso a un residuo que es

generado en la industria de cerámica sanitaria, residuo que es retirado de la

empresa EDESA hacia el relleno sanitario de la Ciudad de Quito.

Se presenta como alternativa, la utilización del residuo en la fabricación de

adoquines, como reemplazo de agregado pétreo para concreto. Para evaluar esta

opción se realizan una serie de investigaciones en normas ecuatorianas e

internacionales, se revisa bibliografía referente al tema y se determinan los

requisitos que deben cumplir los adoquines para su uso y comercialización. El

residuo cerámico es sometido a diversos análisis donde se estudian sus

propiedades y se evalúa sus posibilidades de uso como material de reemplazo.

Se procede a formular distintos tipos de mezclas de concreto, con dos grados de

distribución granulométrica para el residuo utilizado y con diversos porcentajes de

cemento respecto al material cerámico, en proporciones de 10 %, 15 % y 20 %.

Los adoquines fabricados con estas formulaciones, se someten a pruebas de

resistencia a la compresión y se establece que la mezcla de concreto que

presenta mayor resistencia a la compresión para la fabricación de adoquines, 35

MPa en promedio, tiene una composición de 20 % de cemento respecto al

agregado y el residuo utilizado tiene una distribución granulométrica de 3 % para

9,500 mm; 39 % para 4,750 mm; 19 % para 2,360 mm; 6 % para 1,180 mm; 8 %

para 0,600 mm; 18 % para 0,300 mm; 4 % para 0,150 mm; 2 % para 0,075 mm.

Los adoquines fabricados con este tipo de mezcla pueden ser utilizados en

pavimentos para tráfico peatonal, calles residenciales y estacionamientos.

El residuo cerámico puede aprovecharse en su totalidad para la fabricación de

adoquines de concreto luego de una reducción de tamaño y clasificación

adecuados. El uso de este material como se describe en este estudio representa

una alternativa ambientalmente aceptable en el manejo de este residuo cerámico.

xi

INTRODUCCIÓN

El modo de vida actual plantea que en las modernas urbes se generen grandes

cantidades de desechos sólidos por las distintas actividades del hombre: tanto en

entornos cotidianos, entornos industriales, en la construcción y demás ámbitos

que engloban todo el quehacer humano.

La generación de estos desechos de manera indiscriminada y sin control,

constituye un grave problema ambiental que no sólo puede ser causante de

contaminación al suelo, sino también puede generar la contaminación de los

cursos de aguas subterráneas por procesos de lixiviación; del aire por la

generación de gases en los procesos de descomposición, por la generación de

material particulado y los malos olores presentes. También la disposición de los

desechos sólidos genera una alteración estética desfavorable del entorno. Su

acumulación sin control, puede llegar a saturar la capacidad de los rellenos

sanitarios, complicando el aprovechamiento eficiente del territorio o espacios para

otras actividades humanas, por lo que deben plantearse mejoras eficientes y

técnicas para tratar estos problemas (Armas, 2006, pp. 1-3; Dirección

Metropolitana Ambiental, 2008, pp. 1, 3, 10).

Esta generación originada: como consecuencia del incremento demográfico

acelerado; por el consumismo sin criterio; por el ineficiente uso de recursos

naturales; por la falta de planeación en el ciclo de vida de un producto, desde la

extracción de materias primas hasta su disposición final; crean diferentes

interrogantes y conflictos con el entorno que si se trataran con un manejo técnico

y respetuoso al medio ambiente, podrían ser mitigados y/o resueltos (Dirección

Metropolitana Ambiental, 2008, pp. 1-3).

En la industria de la cerámica sanitaria establecida en el Distrito Metropolitano de

Quito y en zonas aledañas, se generan grandes cantidades de material cerámico

de desecho, son piezas cerámicas que al no cumplir con las especificaciones

(técnicas y de calidad) requeridas por el mercado, se desechan a los rellenos

sanitarios, como un material inerte parcialmente destruido.

xii

Este residuo cerámico se produce en los procesos de transformación que van

desde la obtención de minerales como: la arcilla, feldespato y cuarzo, hasta el

formado de piezas cerámicas que son utilizadas y comercializadas para

ambientes de baño, estos procesos de trasformación requieren de importantes

cantidades de recursos tecnológicos, energéticos, humanos y económicos y la

generación de estos residuos conllevan a la pérdida de una parte de estos

recursos.

La generación de este tipo de desechos, es controlada de manera constante a

través de: mejoras en los procesos; buenas prácticas de manufactura y

aseguramiento de calidad de las actividades productivas, pero a pesar de los

esfuerzos que se realizan en este tipo de industria, esta generación no

desaparece del todo. Industrias como EDESA SA, consciente de esta realidad y

comprometida con el cuidado del medio ambiente, apoya el desarrollo de estudios

dirigidos hacia la desaparición de los residuos en la fuente y también al manejo

responsable de este tipo de residuos, una vez que se generan.

Trabajos de investigación realizados en este campo de manejo de residuos,

reportan la factibilidad de reemplazar: escombros de la construcción, escorias de

acería, cuesco de palma, como parte de agregados en las formulaciones de

concretos estructurales y algunos prefabricados de cemento (Buzon, 2009 pp. 1-

10; Herrera, Hernández y Gordillo, 1996, pp. 1-7; Poon, Kou y Lam, 2007, pp. 1-

21; Nicolalde, 2008, pp. 114-127; Sánchez de Juan, 2004, pp. 475-477; Serrano y

Ferreira, 2009, pp. 1-10). El desarrollo de estos trabajos, impulsan el camino para

la investigación de nuevos sustitutos de los agregados tradicionales que se usan

en las mezclas de concreto de diferentes tipos, como los adoquines (Lilley, 1989,

pp. 65, 108; Kosmatka, Kerkhoff, Panarese y Jussara, 2004, pp. 128-129).

“El sistema de pavimentación con adoquines, crece en todo el mundo en forma

sostenida y hoy se puede afirmar que son colocados más de 1 000 adoquines

cada segundo. Una parte de los mismos tiene como destino los 6,5 millones de m2

colocados en puertos y patios de carga y otros constituyen 1,2 millones de m2

colocados en aeropuertos, cantidad equivalente a 10 000 cuadras” (Herrera,

xiii

Hernández y Gordillo, 1996, p. 1). Estos datos indican que la fabricación de

adoquines tiene posibilidades de desarrollarse y convertirse en una industria

competitiva, con perspectivas de progreso en el mercado de la construcción.

Una ventaja adicional al cuidado del medio ambiente, se puede lograr al

incorporar entre las materias primas de adoquines un residuo cerámico con

buenas características en sus especificaciones.

La posibilidad de usar un residuo como materia prima, constituye una ventaja

competitiva para una industria que aproveche esta alternativa.

1

1. PARTE TEÓRICA

1.1. ADOQUINES: COMPOSICIÓN Y CONFORMACIÓN

1.1.1. GENERALIDADES

Los orígenes de los adoquines se inician con la creación del empedrado de las

vías de circulación urbanas hace más de 2 500 años, babilonios, griegos y los

romanos, utilizaban el empedrado en sus grandes vías con el fin de que éstas

mejoren en sus características de rapidez y duración, vías que presentan

vestigios de su construcción hasta hoy en día (Page, 1998, p. 91; Euroadoquín,

2004, p. 7). Para la época medieval, las calles se pavimentaban con elementos

regulares de diferentes tipos para facilitar un rápido drenaje, permitir el

movimiento de personas y vehículos de tracción animal. Históricamente, los tipos

de adoquines que se han utilizado para pavimentar áreas urbanas son los de

piedra, los de madera, los cerámicos y los de concreto (Dowson, 2009, pp. 1, 3,

9).

Los adoquines de concreto tienen su origen a finales del siglo XIX y se evidenció

de forma casi inmediata que sus características de resistencia, uniformidad,

diversidad de formas y reducción de costos, superaban a los otros tipos de

adoquines. En la primera mitad del siglo XX en Alemania y en los Países Bajos,

se empezó con las investigaciones sobre las diferentes formas y modelos de

pavimentación con adoquines de concreto; y se inició su uso a gran escala. En la

década de los 70, los adelantos técnicos, llevaron a la aparición de novedosos

sistemas de elaboración y al abaratamiento de costos, tanto en su fabricación,

como en los costos de colocación de adoquines (Euroadoquín, 2004, p. 2;

Dowson, 2009, p. 1; Interpave, 2005, p. 2).

Un adoquín de concreto es un elemento macizo prefabricado que básicamente

procede de una mezcla de cemento, agregado y agua; que una vez conformado

puede tomar diferentes formas y que es utilizado para pavimentar áreas de

2

tránsito de diversa índole que pueden ir desde áreas para el uso peatonal, hasta

vías para el tráfico pesado, incluso se lo puede utilizar en plataformas de

aeropuertos y zonas portuarias, algunos ejemplos de aplicaciones de adoquines

pueden verse en la Figura 1 (Euroadoquín, 2004, pp. 19-33; Interpave, 2005, p.

3).

(Interpave, 2005, p. 3)

Figura 1. Aplicaciones del uso de adoquines en caminos peatonales y aeropuertos

El pavimento con adoquines, presenta una serie de ventajas en comparación con

los sistemas de pavimentación más utilizados como el asfaltado y el pavimento de

concreto, las principales se mencionan a continuación:

§ En su fabricación, ya que se puede ejercer un excelente control en todas

sus fases de producción.

§ Son elementos de fácil colocación y retiro, pueden ser colocados de forma

manual o con máquinas especializadas automatizadas.

§ Después de su colocación, las zonas adoquinadas quedan habilitadas para

el tráfico de forma inmediata, sin tiempos de espera.

§ Presentan resistencia química a la degradación por derrames de

combustibles, grasas y lubricantes en general.

3

§ Presentan períodos de vida útil entre 30 hasta 50 años y en procesos de

renovación, del 90 % al 95 % de los adoquines pueden ser reutilizados.

§ En caso de reparaciones de pavimentos, o instalación de servicios

públicos: luz, agua, alcantarillado, pueden retirarse de un modo fácil y se

pueden habilitar de nuevo las zonas intervenidas de manera inmediata.

§ Requieren un mantenimiento mínimo lo que se traduce en una excelente

relación costo - beneficio a largo plazo.

§ Dada la variada gama de colores y formas en las que pueden ser

fabricados, los adoquines son la mejor opción estética.

§ Permiten un rápido drenaje de lluvia y flujo hacia los acuíferos, evitando

inundaciones.

§ El adoquinado se puede usar para aéreas de circulación donde se requiere

baja velocidad.

§ Los niveles sonoros asociados a su uso son inferiores, cuando la velocidad

del tráfico es menor a 60 km/h.

§ Su uso, ayuda en la conservación del terreno, su fácil remoción, logra una

rápida recuperación de áreas adoquinadas sin generación de grandes

cantidades de residuos (Pearson y Shackel, 1996, pp. 671-674;

Euroadoquín, 2004, pp. 12-18; Interpave, 2006, pp. 4,5).

Como se puede apreciar en la Figura 2 en los adoquines se distinguen los

siguientes elementos:

§ Superficie de desgaste: es la cara superior que está en contacto con el

tránsito y que define la forma del adoquín.

§ Cara inferior: es una superficie similar a la superior, sobre la que se asienta

el adoquín en la sub-base de arena en la que descansa todo el

adoquinado.

§ Caras laterales o paredes: pueden ser rectas o curvas pero deben ser

verticales a la superficie de desgaste y la cara inferior, conforman el

volumen y determinan el espesor del adoquín.

§ Aristas o bordes: sitio donde ensamblan dos caras o los quiebres de la cara

lateral.

4

§ Bisel: es un plano inclinado en las aristas de la superficie de desgaste, no

indispensable que se puede o no hacer en el momento de la fabricación,

que mejora la apariencia y facilita el manejo (Lilley, 1989, pp. 133-135).

Figura 2. Elementos generales de un adoquín

1.1.2. PROCESO DE FABRICACIÓN

El proceso de fabricación de adoquines suele darse por diferentes métodos:

§ Método manual: En éste se emplea maquinaria rudimentaria y en el cual se

aplica la fuerza humana para realizar la mayoría de procesos: dosificación,

mezcla, formado; es un método que se aplica poco para escalas de

producción industrial, es más de tipo artesanal y se emplea en lugares de

difícil acceso y muy alejados de los centros urbanos (Corzo y Cuatin, 2011,

pp. 4-9).

5

§ Método semi-manual: Es quizá este método el más conocido en el País,

en el cual se dosifican los materiales de modo manual y para combinarlos

se utiliza una mezcladora mecánica. La mezcla resultante se coloca en

moldes y se vibra el material en una plataforma con masa excéntrica, luego

se consigue la compactación del material dejando caer apisonadores sobre

la superficie libre del molde. Finalmente el desmolde se logra mediante un

mecanismo de acción manual. Se requiere la intervención de operarios en

cada subproceso. Este sistema es utilizado en medianas industrias con

producciones relativamente altas (Corzo y Cuatin, 2011, pp. 4-9).

§ Método automatizado: Es un sistema altamente tecnificado que se tiene en

grandes industrias, con elevados volúmenes de producción, consta de un

proceso de fabricación que funciona automáticamente, limitando al máximo

la intervención de operarios en la las etapas de elaboración del producto

(Corzo y Cuatin, 2011, pp. 4-9).

En la Figura 3 se pueden observar los diferentes procesos que se siguen de

forma general para la elaboración de los adoquines y a continuación se los

describe brevemente.

Compactación y

vibrado Curado

Almacenamiento y

secado

Dosificación o

cargaMezclado Llenado de moldes

Figura 3. Esquema general para la producción de adoquines de concreto

6

1.1.2.1. Dosificación o carga

Para iniciar este proceso, se parte de cantidades ya establecidas de materias

primas propias de cada centro de producción que garantizan las características y

propiedades de cada adoquín que se fabricará. Estas cantidades establecidas

dependen de varios factores como: las características buscadas, el tipo de

cemento, la granulometría del agregado, incluso del tipo de máquina que se utilice

en la producción, entre otros y por lo tanto las formulaciones se realizan de

manera experimental y varían según cada fabricante.

Los componentes de la mezcla son pesados en sus proporciones respectivas

para asegurar que se obtenga un producto uniforme. Es importante evitar la

dosificación de los componentes del concreto por volumen que es una práctica

común entre varios fabricantes no tecnificados, razón por la cual se obtienen

adoquines que difieren en su calidad y características, lo que no les permite tener

homogeneidad en sus productos elaborados (Cement and Concrete Institute,

2009, pp. 1-4).

1.1.2.2. Mezclado

La mezcla de concreto que se utiliza en la producción de los adoquines es del tipo

semi-seco, es decir, que contiene muy poca cantidad de agua en su formulación.

Para asegurar una correcta mezcla de todos los componentes, es necesario usar

un mezclador de aspas, cuyo tamaño y potencia, varía según las cantidades de

producción que se requieren. También es necesario mantener un control del

tiempo de mezclado para evitar la pérdida de humedad y lograr una mezcla con

la trabajabilidad necesaria para la fase del moldeo de los adoquines. Los

componentes sólidos se descargan en la mezcladora por separado, de ser

necesario se pueden añadir pigmentos, pero se debe tener en cuenta la cantidad

de agua adicional que éstos requieren. La cantidad completa de agua ya

determinada, se añade de manera parcial, en un inicio sólo se forma la mezcla

con el 75 % del total de agua y el resto de agua se agrega antes de finalizar el

7

mezclado, luego la mezcla pasa a tolvas o contenedores, lista para verter en los

moldes para la formación de los adoquines (Cement and Concrete Institute, 2009,

pp. 1-4; American Concrete Institute (ACI), 2002, p. 2).

1.1.2.3. Llenado de moldes

Los adoquines son elementos densos que requieren de una compactación lo más

íntegra posible. Los equipos que se usan para el moldeado deben ser capaces de

proveer un alto grado de compactación del material. La mejor manera de lograr

estas condiciones, es recurrir a una combinación de vibración y presión. Una

cantidad definida de la mezcla, se introduce en moldes de acero de formas y

tamaños escogidos con anterioridad y es progresivamente compactada bajo

vibración hasta alcanzar una altura predeterminada (Cement and Concrete

Institute, 2009, pp. 1-4). Aunque en modelos más simples de producción, se

recurre tan sólo a la presión, la misma que debe ser mínimo de 10 MPa.

En la producción con sistemas manuales, se debe aumentar las cantidades de

cemento presente en las mezclas para conseguir características satisfactorias

similares a las que se obtiene por vibro-compresión, en este modelo manual de

producción, una cantidad de mezcla se compacta por un determinado periodo de

tiempo para luego ser desmoldada (Cement and Concrete Institute, 2009, pp. 1-4;

Corzo y Cuatin, 2011, pp. 4-8).

1.1.2.4. Compactación y vibrado

Los modelos de producción de adoquines existentes, se basan en la

compactación de las mezclas de concreto por presión solamente o combinada

con vibración de alta frecuencia (Dowson, 1980, p. 122). El período óptimo de

vibración va de 3 a 12 segundos, pero ésto dependerá de la máquina, tipo y forma

de los adoquines, por lo que este valor se determina por experimentación.

8

Mientras más gruesos y más angulosos son los adoquines, se hace más difícil

lograr una buena compactación (Cement and Concrete Institute, 2009, pp. 1-4).

Los tipos de moldeado se clasifican en: estacionarios, disposición de huevos o

“egg-laying” y manuales. En el tipo estacionario, las unidades se desmoldan sobre

paletas de madera y luego pasan a la fase de curado. En el tipo “egg-laying”, los

adoquines se extraen directamente sobre bandejas en disposición de grupo, tal

como una cubeta de huevos y luego se trasladan al curado. El de tipo manual se

realiza con la ayuda de operadores que desmontan los moldes que permiten la

recuperación de los adoquines de manera individual y luego los colocan en

paletas para trasladarlos al curado (Concrete Manufacturers Association, 2002, p.

2).

1.1.2.5. Curado

Todos los productos de concreto requieren del proceso de curado utilizando agua,

para así asegurar la hidratación del concreto y aumentar su resistencia y

mantener la calidad requerida, los principios de este proceso son similares para

todas las clases de concreto (Dowson, 1980, p. 124).

El curado del concreto se puede realizar de tres maneras: retención de humedad,

curado por vapor y aislamiento térmico. La manera más simple es la retención de

humedad que consiste en impedir la pérdida de agua de los adoquines recién

desmoldados, ésto se puede lograr al envolverlos en hojas de plástico, o

protegerlos de esta condición de pérdida de humedad por otros medios.

El curado por vapor, genera mayores costos de producción y logra el desarrollo

de la resistencia temprana del concreto, y provee de una adecuada resistencia al

clima, con este método básicamente los elementos recién desmoldados se

mantienen en una cámara con vapor por un tiempo determinado (Cement and

Concrete Institute, 2009, p. 3).

9

En el curado térmico, los adoquines recién desmoldados se colocan en un

compartimiento aislado por un periodo de 24 horas, dentro del recinto los

adoquines se mantienen a una temperatura mayor o igual a 35 ºC debido al calor

de la hidratación del cemento y la humedad en el ambiente, la misma que

proviene del contenido de agua dentro de los propios adoquines y que no se

pierde al mantener la cámara cerrada; con ello se logra un curado satisfactorio

para estos elementos (Cement and Concrete Institute, 2009, pp. 1-4).

1.1.3. REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS ADOQUINES EN EL

ECUADOR BAJO LAS NORMAS INEN

Las normas técnicas ecuatorianas INEN 1483, 1484, 1485, 1486, 1487 y 1488

presentan las características, especificaciones y requisitos que deberán cumplir

los adoquines fabricados y comercializados en el Ecuador, todas las normas

aplicables se señalan a continuación en la Tabla 1. Cada norma contiene los

criterios que son aplicados en la fabricación y uso de los adoquines.

Tabla 1. Normas Técnicas Ecuatorianas INEN aplicadas a adoquines

Códigos de la normas técnicas ecuatorianas

Títulos de las normas

N.T.E. INEN 1483:87 Adoquines. Terminología y clasificación

N.T.E. INEN 1484:87 Adoquines. Muestreo

N.T.E. INEN 1485:87 Adoquines. Determinación de la resistencia a la compresión

N.T.E. INEN 1486:87 Adoquines. Determinación de las dimensiones, área total y área de la superficie de desgaste

N.T.E. INEN 1487:87 Adoquines. Determinación de la porción soluble en ácido del árido fino

N.T.E. INEN 1488:87 Adoquines. Requisitos

(INEN 1483, 1987; INEN 1484, 1987; INEN 1485, 1987; INEN 1486, 1987; INEN 1487, 1987; INEN 1488, 1987)

10

En el contenido de la norma INEN 1483, se presentan breves definiciones de

términos que son usados en la pavimentación con adoquines de concreto y en el

resto de normas referentes a estos elementos, además en esta también se

expone la clasificación que se otorga a las diferentes formas de adoquines y que

se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2. Clasificación de adoquines por su forma

Adoquines Descripción

Tipo A

Adoquines dentados que se unen entre sí por los cuatro lados, pueden colocarse en esterilla y, por su geometría plana, al unirse, resisten la expansión de las juntas paralelamente, tanto en los ejes longitudinales como en los transversales de las unidades.

Tipo B

Adoquines dentados que se unen con el otro solamente en dos de sus lados, que no pueden colocarse en esterilla y que, por su geometría plana, al unirse, resisten la expansión de las juntas paralelamente sólo en los ejes longitudinales de los adoquines; dependen de su precisión en su colocación para que se unan con las otras caras.

Tipo C Adoquines rectangulares de perfil sencillo que no se unen y que dependen de su precisión dimensional y de la precisión en su colocación para desarrollar el punteo.

Adaptado (INEN 1483, 1987, p. 1)

La norma INEN 1484 indica los procedimientos que se deben seguir para efectuar

el muestreo de adoquines de concreto de cualquier tipo, sobre las muestras

obtenidas deben realizarse las determinaciones requeridas para establecer sus

características, en resumen en esta norma se establece que una muestra debe

estar compuesta por mínimo 10 adoquines por cada lote, escogidos de forma

aleatoria (INEN 1484, 1987, pp. 1-3).

En la norma INEN 1485 se establece el método de ensayo que se debe seguir

para determinar la resistencia a la compresión en los adoquines, el procedimiento

que describe esta norma consiste en someter un adoquín a la aplicación de una

11

carga creciente de compresión, hasta provocar su falla. El adoquín se coloca en

una máquina de ensayo, de capacidad suficiente y debidamente normada,

equipada con un dispositivo capaz de registrar la carga aplicada hasta la carga

máxima soportada por el elemento, la aplicación de la carga debe ser continua y

no intermitente, a una velocidad aproximada de 15 MPa por minuto hasta que el

adoquín no pueda soportar una carga mayor (INEN 1485, 1987, pp. 1-6).

La norma INEN 1486 señala los procedimientos que se deben efectuar para

determinar las medidas de: largo, ancho, profundidad, escuadría y la superficie de

desgaste de los adoquines, de cualquier forma o tipo (INEN 1486, 1987, pp. 1-4).

En la norma INEN 1487 se establece el procedimiento para determinar la porción

soluble en ácido del agregado fino con el que se fabrican los adoquines, en este

procedimiento, una muestra representativa del agregado fino del cual están

hechos los adoquines se somete a la acción de ácido clorhídrico y se determina la

cantidad de muestra inicial que se disolvió en el ácido (INEN 1487, 1987, pp. 1-3).

La norma INEN 1488 indica los requisitos necesarios para la fabricación de los

adoquines de hormigón de cualquier tipo o forma que se emplean en la

pavimentación de áreas transitadas por vehículos y peatones. Indica las

características de los materiales con los que pueden elaborarse los adoquines; las

condiciones de fabricación que siempre deben fabricarse en temperaturas sobre

los 0 ºC; también señala como se deben almacenar los adoquines, evitando la

pérdida excesiva de humedad y de daños causados por las heladas; también

indica las dimensiones y las tolerancias que deben poseer los adoquines

fabricados; también establece los valores de resistencia a la compresión que

deben cumplir los adoquines destinados para un tipo de tránsito en específico

(INEN 1488, 1987, pp. 1-4).

Todos estos valores que deben cumplir los adoquines a ser fabricados, se

presentan compilados en las siguientes tablas. En la Tabla 3 se exponen las

características que deben tener los materiales para la fabricación de adoquines.

12

Tabla 3. Requisitos de materiales para la fabricación de adoquines

Cemento El cemento debe cumplir con la norma INEN 152

Porción soluble en ácido de áridos finos

< 25 %

Tamaño máximo nominal del árido ¼ del espesor del adoquín

Aditivos No deberán tener ningún efecto negativo en el hormigón


Los adoquines que se pueden comercializar en el territorio ecuatoriano deben

cumplir con las especificaciones dimensionales que se exponen en la Tabla 4.

Tabla 4. Dimensiones y tolerancias de los adoquines

Dimensiones Tolerancias

Relación largo / ancho ≤ 2

Espesor (mm) 60 ≤ espesor ≤ 100

Espesor mínimo tránsito peatonal (mm) 60

Espesor mínimo tránsito vehicular (mm) 80

Tolerancia de espesor del valor nominal (mm) ± 3

Tolerancia de longitud nominal (mm) ± 2

Tolerancia de ancho nominal (mm) ± 2

Escuadría (mm) ≤ 2

Superficie de rodamiento ≥ 70 %


En la norma INEN 1488, se diferencian 3 tipos de adoquines según su tipo de uso

y resistencia, también se recomienda una forma específica del adoquín según la

clasificación dada en la norma INEN 1483, esta clasificación se expone en la

Tabla 5.

13

Tabla 5. Resistencia a la compresión del adoquín

Tipo de uso Forma recomendada de

adoquín Resistencia a la compresión a los

28 días (MPa)

Peatonal A, B, C 20

Estacionamiento y calles residenciales

A, B, C 30

Caminos secundarios y calles principales

A 40


Dentro de la misma norma INEN 1488, se indica un factor de corrección que se

debe aplicar para calcular la resistencia a la compresión según el espesor del

adoquín y el tipo de adoquín si presenta bisel o sí es liso, esto se presenta en la

Tabla 6.

Tabla 6. Factor de corrección que se aplica dependiendo del tipo de adoquín y la influencia de cualquier bisel o radio

Espesor del adoquín Tipo de adoquín

(mm) Liso Biselado

60 1 1,06

80 1,04 1,11

100 1,08 1,16


1.2. MATERIAS PRIMAS ÚTILES PARA LA FABRICACIÓN DE

ADOQUINES

Los adoquines son elementos macizos prefabricados, con paredes verticales

que se acomodan bien uno contra otro y que se unen en conjunto para formar una

superficie completa que deja solo una junta entre ellos y que sirven como

superficie de rodamiento para los pavimentos conocidos comúnmente como

adoquinados. A lo largo de la historia, los adoquines se han fabricado

14

principalmente con estos cuatro materiales: piedra, madera, cerámica y concreto

(Euroadoquín, 2004, pp. 7-8). En la actualidad los más comercializados son los

adoquines cerámicos y principalmente los de concreto.

En un inicio los adoquines de piedra fueron guijarros de río que se colocaron

sobre una superficie de arena y sus juntas se sellaban con una mezcla de cal y

arena, luego se tallaron piedras con formas regulares de granito por su gran

resistencia y facilidad de tratamiento (Euroadoquín, 2004, pp. 7-8).

Los adoquines de madera se usaron a inicios del siglo XIX, como un remplazo a

los adoquines de piedra, con la intención de reducir los niveles de ruido que se

generaban por el choque de las ruedas de acero y las herraduras de los animales

de carga, rápidamente se abandonaron por la apresurada degradación a la

intemperie y la aparición de los neumáticos (Euroadoquín, 2004, pp. 7-8).

Los adoquines cerámicos son piezas fabricadas preferentemente a partir de

materias primas como arcilla y otros materiales arcillosos con o sin aditivos que

mediante moldeado, secado y cocción a una temperatura suficientemente alta se

unen para formar el producto cerámico duradero, con cualidades físicas como la

gran resistencia, alta densidad y una baja absorción de agua.

En general, los adoquines de concreto pertenecen al grupo de elementos

prefabricados, entre los cuales están: vigas, bloques, bordes, adoquines, tejas y

tuberías. El concreto es el material de construcción más utilizado alrededor del

mundo, se estima que en el presente el consumo de concreto en el mundo está

en el orden de los 11 mil millones de toneladas métricas al año, el concreto

presenta una excelente resistencia al agua, lo cual le permite soportar la acción

de esta sin un serio deterioro, esto lo convierte en un material ideal para la

construcción de estructuras a la intemperie, de control, almacenamiento y

transporte de agua (ASOCRETO, 1997, pp. 11,12; Metha y Monteiro, 2006, pp.

4,5).

15

Otra razón por la cual es tan difundido el uso del concreto, es por la facilidad con

la que los elementos estructurales pueden ser formados dentro de una variedad

de formas y tamaños, esto se debe a que el concreto fresco tiene una

consistencia plástica lo que le permite fluir y adoptar las formas deseadas,

después de pocas horas el concreto se solidifica y endurece consolidándose en

una fuerte masa (Metha y Monteiro, 2006, pp. 6,7).

Una razón adicional por la cual este material es tan usado alrededor del mundo,

es su disponibilidad y relativo bajo costo respecto a otros materiales, el

mantenimiento requerido es mínimo, además presenta resistencia al fuego y es

muy resistente a cargas de compresión (Metha y Monteiro, 2006, pp. 8-10).

Se puede decir que el concreto es un material compuesto, es una mezcla de: un

material aglutinante, un material de relleno, agua y la posible suma de otros

aditivos; la misma que al endurecerse forma un sólido que con el tiempo adquiere

una resistencia que puede soportar grandes esfuerzos de compresión. En el

concreto se distinguen dos fases principales: los agregados y la pasta de cemento

(agua y cemento hidráulico) (ASOCRETO, 1997, pp. 11,12; Kosmatka, Kerkhoff,

Panarese y Jussara, 2004, p. 1).

La pasta resulta de la combinación del material cementante con el agua, aire y

aditivos si son usados, es la fase continua del concreto que une a los agregados,

comunica fluidez a la mezcla permitiendo que ésta sea colocada y compactada

de manera adecuada cuando ésta se encuentra en estado fresco o plástico. Al

endurecerse la mezcla, como consecuencia de las reacciones químicas que se

dan entre el agua y el cemento, la pasta de cemento se aglutina y obtura los

espacios que hay entre las partículas, esto reduce la permeabilidad del concreto

impidiendo la circulación del agua dentro de la masa endurecida. La pasta ya

fraguada y endurecida une a los agregados en una sola masa sólida y que

presenta una resistencia mecánica característica a la compresión (ASOCRETO,

1997, pp. 11,12; Rivva, 2000, p. 8; Kosmatka, Kerkhoff, Panarese y Jussara,

2004, p. 1).

16

El concreto utilizado en la fabricación de adoquines es un concreto casi seco y

debe tener un suficiente contenido de cemento para asegurar su durabilidad. Los

adoquines deben ser de buena calidad, para resistir el daño originado por el

tránsito de vehículos y de personas; además del daño por las variaciones de

temperatura, en especial de heladas (Lilley, 1989, pp. 61-65; American Concrete

Institute (ACI), 2002, pp. 21,24). Es por esto que se requieren de materiales que

presenten características determinadas, enunciadas en las normas técnicas de

cada país. Los principales componentes del concreto se describen a continuación.

1.2.1. CEMENTO

Los cementos son sustancias adhesivas que unen sustancias sólidas para formar

una sola materia compacta, esta definición engloba una variedad de sustancias

que tienen algo en común que es su adhesividad, la variedad de sustancias

adhesivas ha traído una restricción en este término que se emplea para

materiales de consistencia plástica que se usan para producir adhesión entre

piedras, ladrillos etc. en la construcción de estructuras y trabajos de ingeniería

(Hewlett, Lea y Desch, 2004, p. 1).

El cemento es un material seco finamente pulverizado que por sí mismo no es un

adhesivo, pero al entrar en contacto con el agua desarrolla sus propiedades

adherentes como resultado de la hidratación que sufre. Un cemento se denomina

hidráulico cuando los productos de la hidratación se vuelven estables en un

ambiente acuoso. El cemento hidráulico más comúnmente usado para fabricar

concreto es el Cemento Portland (Metha y Monteiro, 2006, pp. 12-14).

Se ha encontrado que el uso de materiales cementantes, data de cerca 7000 A.C.

En Yifta-El, Galilea, se encontró un concreto elaborado con: caliza calcinada,

agua y piedra. En el antiguo Egipto aproximadamente en el año 2500 A.C. se

empleó un material cementante entre los bloques de piedra de la gran pirámide de

Giza que se produjo por la quema de minerales de sulfato de calcio. En la antigua

Roma se usó por primera vez de cenizas volcánicas extraídas de la localidad de

17

Pozzuoli, cerca del monte Vesuvio en Italia y se observó una mejora en la

resistencia frente al agua de los concretos obtenidos, estas cenizas de naturaleza

silícea y otros minerales con similares características se conocen hoy en día

como puzolanas. A mediados del siglo XVIII John Smeaton encontró que ciertas

calizas que contenían impurezas de sílice y alúmina, tenían propiedades

hidráulicas, es decir, que al mezclarse son agua se producían hidratos resistentes

a la acción del agua (Kosmatka, Kerkhoff, Panarese y Jussara, 2004, pp. 24,25;

Hewlett, Lea y Desch, 2004, pp. 2-4; Newman y Choo, 2003, p. 4).

En 1824, Joseph Aspidin aplicó el término “cemento Portland” en la Patente

Británica Nº 5 022, para describir el proceso de fabricación de piedra artificial

gracias a la mezcla de cal con arcilla en forma de una lechada y calcinando los

trozos secos de material en un horno vertical, este término hace referencia a la

piedra caliza extraída de la isla inglesa de Portland, la misma que era de una

calidad muy apreciada por su resistencia. La composición del cemento Portland

actual, difiere apreciablemente del desarrollado por Aspidin, con el

perfeccionamiento de nuevas tecnologías para alcanzar elevadas temperaturas

en la calcinación y otros avances en el proceso de producción, hoy en día se ha

logrado un producto de superior calidad, una mejora en la eficiencia energética,

una mejora en el control de calidad y una reducción en el impacto ambiental y

laboral (Newman y Choo, 2003, p. 4).

Para la fabricación de adoquines de concreto, el material aglutinante que de

manera común se usa es el cemento tipo Portland, que en combinación con agua

forman la pasta de cemento. Este es un tipo de cemento hidráulico, lo que

significa que al estar en contacto con el agua, tiene la propiedad de rigidizarse

progresivamente hasta constituir un sólido (fraguado) y desarrollar resistencias

por reacciones químicas con el agua, este cemento proviene de la fina

pulverización del “clinker”. A breves rasgos el clinker de cemento Portland es el

resultante de la calcinación a altas temperaturas, en el orden de 1 350 ºC a 1 450

ºC de: caliza, arcillas, minerales de hierro, entre otros compuestos y en distintas

proporciones. Esencialmente consiste en una mezcla de silicatos de calcio

hidráulicos, silicatos de aluminio y puede contener una o más formas de sulfato

18

de calcio que es adicionado en la molienda. En la Tabla 7 se pueden apreciar los

principales componentes del cemento Portland.

Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecerse al estar en contacto con

el agua, en ese momento se inicia una serie de reacciones químicas entre los

distintos componentes del cemento y el agua, reacciones que se dan a distintas

velocidades, que van de pocos minutos hasta varios años, este proceso se

conoce como hidratación y son estas reacciones las que darán la resistencia al

concreto. Las reacciones de hidratación aproximadas que se producen entre el

agua y el cemento se anotan a continuación de la Tabla 7 (ASOCRETO, 1997, p.

31; INECYC, 2008, p. 16; INEN 152, 2005, p. 1; Neville y Brooks, 2010, pp. 8-15).

Tabla 7. Principales compuestos en el cemento Portland

Nombre del compuesto Composición del óxido Abreviación Composición

aproximada en %

Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 C3S 54,1

Silicato dicálcico 2 CaO. SiO2 C2S 15,6

Aluminato tricálcico 3 CaO.Al2O3 C3A 10,8

Aluminoferrita tetracálcica 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 9,1

Compuestos minoritarios SO3, MgO,K2O,Na2O,otros ----- 10,4

(Neville y Brooks, 2010, pp. 10,12)

Las principales reacciones de hidratación que se dan en el cemento Portland son:

Para C3S:

2C3S + 6H2O → C3S2(H2O)3 + 3Ca(OH)2 [ 1.1 ]

Para C2S:

2C2S + 4H2O → C3S2(H2O)3 + Ca(OH)2 [ 1.2 ]

Para C3A:

C3A + 6H2O → C3A(H2O)6 [ 1.3 ]

(Neville y Brooks, 2010, p. 13)

19

Los compuestos más importantes del cemento son los silicatos C3S y C2S ya que

son los responsables de dar la resistencia cuando reaccionan con el agua, estos

silicatos no son compuestos puros sino que tienen mínimos contenidos de óxidos

metálicos los que también facilitan las reacciones de hidratación y así la ganancia

de resistencia (Neville y Brooks, 2010, pp. 12,13; Zabaleta, 1988, pp. 11,12;

Rivva, 2000, pp. 53-56).

Los aluminatos C3A y C4AF reaccionan con el agua rápidamente y desarrollan la

resistencia temprana del concreto, pero esta velocidad debe ser controlada con

adiciones de sulfato de calcio en mínimas cantidades, para que el concreto fresco

pueda ser manejando de forma adecuada (Zabaleta, 1988, p. 11; Neville y

Brooks, 2010, p. 13; Rivva, 2000, pp. 54-59).

En la norma INEN 1488 se estipula que el cemento con el cual se fabriquen los

adoquines de concreto deberá cumplir con las especificaciones de la Norma INEN

152: “Cemento Portland requisitos”.

1.2.2. AGUA

El agua es un ingrediente importante del concreto, participa activamente en la

reacción química con el cemento, estos dos compuestos forman la “pasta de

cemento” que es la fase continúa del concreto. Al entrar en contacto el agua con

el cemento Portland, se producen una serie de reacciones de hidratación que son

las causantes de otorgar la resistencia al concreto. La calidad del agua es de

suma importancia, porque la presencia de impurezas en ésta, pueden interferir

con estas reacciones y con el fraguado del cemento. Por tal razón, el uso del

agua para la mezcla y para el curado del concreto, debe ser tomado muy en

cuenta (Neville y Brooks, 2010, p. 73).

El agua debe ser en lo posible potable y a falta de esta característica, el agua

debe cumplir con ciertas condiciones: debe ser clara, de apariencia limpia, libre de

cantidades perjudiciales de aceites, álcalis, ácidos, sales, materiales orgánicos y

20

otras sustancias que pueden ser dañinas. Si tiene sustancias objetables o que

causen sospecha, se puede usar esta agua a menos de que exista información

debidamente comprobada (INEN 1855, 2001, p. 3).

Algunas especificaciones también aceptan que para fabricar concreto, el agua

debe tener un valor de pH que permanezca entre 6 al 8 y además esté libre de

materia orgánica. La mejor manera de saber si una fuente de agua es satisfactoria

para fabricar concreto, sin que sea posible realizar los análisis correspondientes,

es utilizarla en una mezcla y comparar su resistencia a la compresión a los 7 y 28

días con una mezcla hecha con agua destilada, si la resistencia está sobre el 90

%, la fuente de agua puede ser aceptada. Este criterio puede ser adoptado en

lugares como áreas costeras, áreas pantanosas zonas salobres o lugares donde

la fuente de agua es de dudosa calidad. Incluso en casos muy excepcionales, es

posible utilizar agua de mar cuando el concreto empleado no sea preforzado, si

no se requiere de una gran resistencia a la compresión, que no esté sometido a

brisa mariana, o tenga una cara vista o esté expuesta (Kosmatka, Kerkhoff,

Panarese y Jussara, 2004, pp. 96,98-100; Metha y Monteiro, 2006, pp. 58-60;

Rivva, 2000, pp. 254-259).

1.2.3. ÁRIDOS O AGREGADOS

Es el material granular, como por ejemplo: la arena, grava, piedra partida, escoria

triturada o residuos de construcción y demolición que es usado junto con un

medio aglutinante para producir concreto y éste actúa como relleno (Metha y

Monteiro, 2006, p. 11). De manera aproximada el agregado forma las tres cuartas

partes en volumen de una mezcla de concreto, cuya calidad es de una

considerable importancia, su presencia no solo puede limitar la resistencia del

concreto, sino puede afectar la durabilidad y el desempeño estructural del mismo,

e inclusive el acabado de las superficies expuestas, es decir, su parte estética. El

agregado debe ser un material de bajo costo, fuerte, durable, estable, libre de

materiales perjudiciales, con una correcta graduación en su tamaño (Neville y

Brooks, 2010, pp. 30,40; Newman y Choo, 2003, pp. 1998,1999).

21

La aceptación de los agregados para uso de concreto, debe basarse en la

información obtenida a partir de ensayos de laboratorio y/o evaluaciones de

desempeño del agregado en obras similares. Existen tipos de agregados

naturales y artificiales que pueden ser usados de forma indistinta según las

necesidades de cada caso (Rivva, 2000, pp. 128,129).

Para la fabricación de adoquines de acuerdo con la norma INEN 1488

“Adoquines. Requisitos”, el árido fino (es decir, aquel material que pasa por una

malla de 5 mm) no debe contener más de 25 % por masa de “material soluble en

ácidos”, ya sea en la fracción retenida, o en la fracción que pasa por una malla de

0,6 mm.

Como “material soluble en ácidos”, se define al material que se disuelve en una

solución estándar de ácido clorhídrico como se indica en la norma INEN 1487

“Adoquines. Determinación de la porción soluble en ácido del árido fino”.

Los áridos para concreto en general deben cumplir con las especificaciones de la

Norma INEN 872 “Áridos para Hormigón Requisitos”. El tamaño máximo nominal

del árido no deberá ser mayor a 1/4 del espesor del adoquín (INEN 1488, 1987, p.

1; INEN 872, 1982, pp. 1-17).

1.2.4. ADITIVOS

Son elementos que sin ser cemento, agua o agregados, se añaden al concreto y

con su uso es posible cambiar algunas propiedades del mismo. Al emplear

ciertos aditivos químicos que varían ampliamente en su composición y naturaleza

y que se incorporan en la mezcla, se puede reducir el contenido de agua,

aumentar la trabajabilidad, acelerar o retardar el tiempo de fraguado, facilitar la

colocación o el bombeo de mezclas, o incluso cambiar el color con fines estéticos

(Newman y Choo, 2003, p. 4/3; Rivva, 2000, p. 264).

22

Los aditivos son generalmente añadidos a la mezclas de concreto en porcentajes

mínimos que están en el rango de 0,3 % al 5,0 % del cemento presente en la

mezcla. La dosificación puede ser expresada como litro o kg de aditivos por 100

kg de cemento, todos estos aditivos están estandarizados y tienen sus

especificaciones normadas en cada país.

A los aditivos se los clasifica por sus funciones como:

§ agentes incorporadores de aire,

§ plastificantes (fluidificantes),

§ retardantes o acelerantes de fraguado,

§ aditivos de control de la hidratación,

§ inhibidores de corrosión, reductores de retracción,

§ inhibidores de reacción álcali agregado,

§ aditivos colorantes o pigmentos y

§ aditivos diversos que mejoran la manejabilidad, la adherencia,

impermeabilizantes, espumantes y auxiliares de bombeo

Las principales ventajas del uso de aditivos en el concreto se pueden resumir en:

a) la reducción de costo en la fabricación de concreto, b) la obtención de ciertas

propiedades en el concreto de manera más efectiva, c) la conservación de la

calidad del concreto durante etapas del mezclado, transporte, colado y curado, d)

solucionar situaciones de emergencia durante las operaciones de mezclado,

transporte, colocación y curado (Neville y Brooks, 2010, p. 145; Metha y Monteiro,

2006, p. 281; Rivva, 2000, pp. 264-267; Newman y Choo, 2003, pp. 4/3-4/5) .

En necesario conocer las limitaciones y ventajas que presenta el uso de aditivos

de concreto. Antes de utilizar los aditivos se deben evaluar sus efectos sobre

mezclas preparadas con los materiales a ser utilizados y probadas en entornos

similares. Se hace necesario considerar una evaluación continua de los nuevos

tipos de aditivos desarrollados para aprovechar los beneficios económicos y

tecnológicos que su uso presentan (Rivva, 2000, pp. 266-267).

En referencia al uso de aditivos en la fabricación de adoquines de concreto, se

indica en la norma INEN 1488 que es posible incluirlos en las mezclas, pero se

23

aclara que éstos no deberán tener ningún efecto nocivo en el concreto (INEN

1488, 1987, p. 1).

1.3. RESIDUOS EN LA INDUSTRIA CERÁMICA

Por lo general el término “cerámica” (productos cerámicos) es utilizado para

designar materiales inorgánicos (con algún posible contenido orgánico),

constituidos por elementos metálicos y no metálicos; y de conformado

permanente que por un proceso de cocción se convierte en un objeto sólido que

posee una estructura en parte cristalina y en parte vítrea.

Además de los materiales que tienen como base la arcilla; hoy en día los

cerámicos incluyen una multitud de productos con una pequeña fracción de arcilla

o ninguna en absoluto. Estos sólidos pueden ser cerámica esmaltada (vidriada),

no esmaltada, porosa o vitrificada. Entre las propiedades características de los

productos cerámicos figuran: la elevada resistencia mecánica, la resistencia al

desgaste, una larga vida útil, la inercia química, la inocuidad, la resistencia al calor

y al fuego y a veces también una porosidad específica (SACMI IBERICA S.A.,

2004, p. 11; Askeland, 1998, p. 400; European Commission, 2007, p. 1) .

Las actividades industriales que pertenecen a la descripción de industria cerámica

son variadas y los mayores sectores de manufactura para productos cerámicos

son los siguientes:

§ Baldosas de pared y piso

§ Ladrillos y tejas

§ Cerámica ornamental y de cocina

§ Productos refractarios

§ Cerámica sanitaria

§ Cerámica técnica

§ Tuberías de arcilla vitrificada

§ Agregados de arcilla expandida

24

§ Abrasivos inorgánicos

Dentro de la industria de producción de materiales cerámicos, existe una serie de

procesos específicos que liberan emisiones al aire, al agua y al suelo (residuos

sólidos). La cantidad, el tipo de emisiones y residuos, dependen de varios

parámetros como: materias primas usadas, agentes auxiliares empleados,

combustibles y los métodos de producción (European Commission, 2007, pp. 1-

4).

Entre estas emisiones se tienen:

§ Emisiones al aire: material particulado/polvo cerámico, hollín, emisiones de

gases de combustión (óxidos de carbón COx, óxidos de nitrógeno NOx,

óxidos de azufre SOx,) compuestos inorgánicos de flúor y cloro,

compuestos orgánicos volátiles que pueden provenir de procesos como: la

molienda, el pulido, el esmaltado y horneado o quemado.

§ Emisiones al agua: el agua de desecho del proceso contiene

principalmente componentes minerales (material particulado insoluble),

pequeñas cantidades de material orgánico, así como también algunos

metales pesados que provienen principalmente en operaciones de lavado.

§ Pérdidas del proceso/desechos: las pérdidas que se producen

principalmente consisten en diferentes tipos de lodos, cerámica rota,

moldes de yeso usados, agentes de sorción usados, residuos sólidos

(polvo, cenizas) y desechos de empaques (European Commission, 2007,

pp. 1-4).

En este proyecto se utilizarán desechos sólidos de la industria cerámica sanitaria

cuyo esquema operativo general de procesos se observa en la Figura 4:

25

MATERIAS PRIMAS

PREPARACIÓN PASTA

FORMADOSECADO E

INSPECCIÓN DE LA PIEZA CRUDA

ESMALTADO

QUEMAINSPECCIÓN

FINAL Y EMBALAJEPRODUCTO

REQUEMA

PREPARACIÓN ESMALTE

MOLDES

Figura 4. Esquema general de un proceso de producción de cerámica sanitaria

Al interior de cada uno de los procesos, se producen una serie de desechos

sólidos de distinta naturaleza, los mismos que pueden ser reprocesados, tratados

o desechados; todo depende de sus características y los requerimientos básicos

de cada proceso.

Los desechos sólidos, se generan principalmente: por el rechazo de productos

cerámicos ya cocidos, los moldes de yeso que han cumplido su vida útil y no se

pueden reutilizar; la incorrecta manipulación de las materias primas, la generación

de lodos por el tratamiento de los residuos líquidos provenientes principalmente

de procesos de lavado y los polvos de los equipos de control de la contaminación

atmosférica. Se debe anotar también que el rechazo de productos cerámicos es

por presentar alguna falla dependiente de la calidad exigida al producto final

(CONAMA, 1999, pp. 17,18).

26

En una instalación bien llevada, de manera aproximada el 80 % por ciento de las

piezas que salen del horno resultan aceptables. El 20 % por ciento restante se

divide en: 6 % por ciento de rechazos y 14 % por ciento de material recuperable;

este porcentaje recuperable se le somete de nuevo a: horneado y vidriado; y se

obtiene un 10 % por ciento aceptable y un 4 % por ciento que de nuevo se

rechaza. De este modo se puede obtener un 92 % por ciento del total de piezas

que entran al horno, como producto vendible. Se debe tomar en cuenta que es

muy probable que no en todas las instalaciones, se obtengan estos rendimientos

(Norton, 1975, pp. 358-364).

Los defectos o fallas por las cuales se rechazan las piezas ya horneadas son

numerosos y en su mayoría se tratan de: grietas, poros en el esmalte,

deformaciones, variaciones en los tonos de color, defectos del vidriado, etc. De

igual manera sus causas también son muy variadas y se producen de forma

inherente, a pesar de los exhaustivos controles que se llevan a cabo en cada uno

de los distintos procesos de fabricación de cerámica sanitaria (Norton, 1975, pp.

358-364).

Las piezas rechazadas en gran parte constituyen un desecho que es retirado en

grandes volúmenes hacia los rellenos sanitarios, si bien entre éstas podían existir

desechos considerados peligrosos, por las cantidades de metales pesados en su

formulación, principalmente el caso del uso del plomo para esmaltado, la mayoría

de estos desechos cerámicos son inertes y el mayor problema que generan es la

disminución de la capacidad de captación de los rellenos por su acumulación y el

desperdicio de materias primas que provienen de la explotación minera

(CONAMA, 1999, p. 46).

Una parte de estos residuos pueden ser aprovechados dentro de la misma

industria, como carga en la formulación original de la pasta, para formación de

nuevas piezas cerámicas, pero el volumen de reutilización de los residuos, no es

significativo, debido a los estándares de calidad con los que debe cumplir la pasta

cerámica. Estos residuos cerámicos para poder ser reutilizados necesitan pasar

por procesos de clasificación y reducción de tamaño y así ser dosificados en la

27

nueva formulación de la pasta. Esto implica generación de gastos y en algunos

casos puede resultar más rentable disponer de estos residuos hacia los rellenos

sanitarios que aprovecharlos (CONAMA, 1999, pág. 46; Corporación Financiera

Internacional, 2007, págs. 6, 7).

La industria cerámica, es capaz de reciclar varios residuos de sus procesos, pero

para lograr ésto, se requiere de investigación de nuevas alternativas como la que

aquí se propone.

28

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1. CARACTERIZACIÓN DEL DESECHO CERÁMICO

La caracterización del desecho cerámico, comprendió una descripción del

desecho, qué es, cómo se produce, de dónde proviene, en qué cantidad se

genera; a continuación se determinaron sus propiedades necesarias para la

fabricación de adoquines.

2.1.1. DESCRIPCIÓN DEL DESECHO CERÁMICO

Para desarrollar esta parte de la investigación, se hizo una recopilación de la

información requerida a través de entrevistas con el personal encargado y a la

observación in-situ de los de los procesos de fabricación de los diferentes

artículos de cerámica sanitaria en la planta industrial de EDESA, con especial

énfasis en el tratamiento que se da al desecho cerámico objeto de este estudio.

2.1.2. MUESTREO DEL MATERIAL

Para realizar los distintos análisis del desecho cerámico, se efectuó un muestreo

de acuerdo con las normas: INEN 695 “Muestreo de Áridos” y su base de estudio

la norma ASTM D75 (ASTM D 75, 1997, pp. 1-4). Las muestras se tomaron de

una pila de material proveniente de la chancadora, se tomaron 12 muestras en

sacos de aproximadamente 37 kg cada uno, cada muestra estaba compuesta por

tres porciones de la pila de material: una superior, una media y una porción

inferior, de esta manera se aseguró la representatividad de todas las muestras

que se trasladaron al Laboratorio de Cerámica de la Escuela Politécnica Nacional.

29

2.1.3. REDUCCIÓN DE MUESTRAS DE AGREGADO PARA ENSAYOS

Para cada uno de los análisis se realizó una reducción de tamaño de las

muestras, para lo cual se mezclaron de manera aleatoria 4 sacos que contenían

el material de desecho cerámico y se procedió según las normas: INEN 2566

(INEN 2566, 1982, pp. 1-6) y su base de estudio ASTM C 702 (ASTM C 702,

1998, pp. 1-4). Con una pala se mezcló el material por tres ocasiones, luego se

formó un montículo en forma de cono, el cual fue aplanado, hasta lograr que el

diámetro sea aproximadamente cuatro veces su grosor. Luego se dividió la masa

aplanada en cuatro partes iguales, se unieron los dos cuartos opuestos y se

separaron las restantes, esta operación se realizó de modo sucesivo hasta

obtener los tamaños requeridos para los análisis que se efectuaron. Una

visualización fotográfica del procedimiento se puede ver en la Figura 14 del Anexo

I.

2.1.4. COMPOSICIÓN QUÍMICA

La información que se obtuvo sobre la composición química del desecho cerámico

fue entregada por EDESA S.A.

2.1.5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

Para determinar una de las características necesarias del material a ser usado en

la fabricación de adoquines, según lo indicado en INEN 1488 “Adoquines.

Requisitos”, se realizó un análisis granulométrico del material cerámico de

acuerdo con lo establecido en la norma INEN 872 “Áridos para Hormigón

Requisitos”, siguiendo el procedimiento descrito en la norma INEN 696 “Áridos

Para Hormigón Determinación De La Granulometría”.

De inicio con una inspección visual, se determinó que el material de análisis es

una combinación de granos de diferentes tamaños, conforme a la norma INEN

30

696, con un tamiz tipo INEN 4,75 mm se efectuó un cribado manual y se separó la

muestra en dos fracciones, se registró el peso de la fracción retenida y la que

pasa el tamiz, con una balanza OHAUS de capacidad 20 kg y una aproximación

de 1 g, se determinaron los porcentajes en peso respecto a la cantidad inicial. De

las fracciones ya separadas se obtuvieron las muestras para los ensayos para el

análisis granulométrico, 500 g del material que pasó el tamiz INEN 4,75 mm y 12

kg del material retenido según la norma, cada muestra se secó hasta alcanzar

“peso constante” en una estufa marca Nabertherm a 110 ºC y luego se

registraron sus pesos finales.

Para las fracciones de muestras que pasaron el tamiz INEN 4,75 mm se armó una

torre de tamices normalizados en orden decreciente según se expone en la Tabla

A3 del Anexo III. Cada muestra seca y pesada se colocó en el tamiz superior de la

torre de tamices armada con la tapa, como se ve en la Figura 15 del Anexo I. Se

agitó el conjunto de tamices de forma manual por alrededor de 15 minutos,

transcurrido este tiempo se tomó a cada tamiz de manera individual y se lo golpeó

de forma ligera a razón de 150 veces por minuto. Como se establece en la norma

INEN 696, se tuvieron que añadir dos tamices a la serie utilizada, el tamiz ASTM

Nº 6 y el tamiz ASTM Nº 10, puesto que las fracciones retenidas en los tamices

INEN 2,36 mm (equivalente ASTM Nº 8) y INEN 1,18 mm (equivalente ASTM Nº

16) superaban los 200 g. El material que pasó se combinó con el material del

siguiente tamiz inferior de menor abertura. Al final se pesó las cantidades de

material retenidas de cada tamiz por partes en una balanza analítica OHAUS

Pioneer, capacidad 210 g y aproximación de 0,0001 g. Al final se registraron los

pesos retenidos y se verificó que la suma de los pesos del material retenido de

todos los tamices de la serie usada, no difiera del peso inicial en más de 3 % y se

realizaron los cálculos correspondientes.

El análisis granulométrico para las muestras del material que quedó retenido en el

tamiz INEN 4,75 mm se realizó con los equipos y tamices normados, existentes

en el “Laboratorio de Ensayo de Materiales y Mecánica de Suelos” de la Facultad

de Ingeniería Civil de la Escuela Politécnica Nacional. Las muestras de esta

fracción, fueron previamente secadas a 110 °C, se colocaron en la parte superior

31

de la serie de tamices armados según la norma INEN 696 en el orden que se

especifica en la Tabla A 4 del Anexo III, y dentro de un agitador mecánico de

fabricación nacional. Se efectuó el vibrado mecánico de las muestras por 10

minutos y luego de forma manual a cada tamiz. A continuación se registraron

individualmente los pesos de la fracción retenida del material por tamiz, con la

ayuda de una balanza marca Sartorius de capacidad 18 kg y aproximación 0,1 g.

Para concluir se realizaron los cálculos correspondientes.

2.1.6. DENSITOMETRÍA Y ABSORCIÓN DE AGUA

Para su obtención se siguieron los procedimientos señalados en las normas INEN

856 (2010) “Áridos. Determinación de la densidad, densidad relativa y absorción

del árido fino” y la norma INEN 857(2010) “Áridos. Determinación de la densidad,

densidad relativa y absorción del árido grueso”. Estos ensayos se efectuaron en el

“Laboratorio de Ensayo de Materiales y Mecánica de Suelos” de la Facultad de

Ingeniería Civil de la Escuela Politécnica Nacional.

2.1.6.1. Determinación de: densidad, densidad relativa y absorción, del árido

fino

Acorde con la norma INEN 856, se efectuó el procedimiento gravimétrico o del

picnómetro. Primero se obtuvo una muestra representativa de alrededor de 1 kg

del material de ensayo con tamaño de grano menor a 4,75 mm de acuerdo con lo

especificado en la norma INEN 695 y la norma INEN 2566. La muestra de ensayo

se secó en una estufa marca Nabertherm programada a una temperatura de 110

ºC, hasta que la muestra alcanzó peso constante. Se aguardó hasta que se enfrié

y de inmediato se cubrió la muestra del árido fino con 2 cm de agua sobre la

superficie y se dejó en reposo por 21 horas.

Trascurrido este tiempo se decantó la muestra, quitando todo el exceso de agua,

se colocó la bandeja con el material sobre una estufa y con la ayuda de una

32

espátula se lo revolvió de manera progresiva hasta alcanzar la condición de

saturada superficialmente seca. Esta condición definida en la norma, se logra

cuando se observa un ligero desmoronamiento en un montículo formado al

compactar el material dentro de un molde cónico metálico específicamente

diseñado dejando caer libremente, por 25 ocasiones, desde una altura de 5 mm,

una barra metálica de 340 g, esta operación se repitió por tres ocasiones.

Una vez que el árido fino presentó la condición saturada superficialmente seca, se

pesaron 501,3 g de este material en una balanza marca Sartorius de capacidad

18 kg y aproximación 0,1 g. El material pesado se introdujo junto con agua en un

matraz aforado a 500 cm3, hasta aproximadamente el 90 % de su capacidad. A

continuación se invirtió, agitó y rodó de modo manual el matraz por alrededor de

20 minutos con el fin de extraer todas las burbujas de aire. Al final se ajustó la

temperatura del matraz y su contenido a 23 ºC utilizando un baño “María”

(calentamiento indirecto del contenido), luego se aforó el matraz con agua a 23 ºC

y se determinó el peso: total del matraz, la muestra y el agua. Luego se vació

todo el contenido del matraz en una bandeja y se secó la muestra en una estufa

a 110 ºC hasta que alcanzó peso constante. Una vez que se enfrió la muestra a

temperatura ambiente, se determinó su peso. De manera posterior se determinó

el peso del matraz aforado con agua a 23 ºC. Con las masas obtenidas se

determinaron la densidad, la densidad relativa y la absorción de la muestra

mediante los cálculos indicados en la norma. En la Figura 16 del Anexo I, se

pueden apreciar los elementos usados en este ensayo.

2.1.6.2. Determinación de: densidad, densidad relativa y absorción del árido

grueso

Para determinar estas características del material en estudio, se trabajó acorde

con los procedimientos descritos en la norma INEN 857. Partiendo de las

muestras obtenidas según la norma INEN 695, y siguiendo los procedimientos

indicados la norma INEN 2566. Se obtuvo una masa mínima de alrededor de 5 kg

como muestra de ensayo del material con tamaño de grano mayor a 4,75 mm

33

que se lavó con agua para eliminar restos de polvo y otros materiales. La muestra

material se sometió a secado en una estufa marca Nabertherm programada a 110

ºC hasta alcanzar peso constante. Luego se enfrió la muestra hasta los 50 ºC y se

sumergió en agua por un tiempo de 21 horas aproximadamente. Después se

retiró el exceso de agua, luego colocando todo el material de estudio sobre una

toalla y se frotó de manera superficial hasta eliminar toda lámina visible de agua.

Se registró el peso de la muestra en esta condición identificada como “saturada

superficialmente seca” en una balanza digital marca Sartorius de 18 kg capacidad

y una aproximación de 0,1 g.

De forma inmediata se puso la muestra de ensayo “saturada superficialmente

seca” en una canasta de malla metálica y se introdujo en un tanque con agua a

temperatura de 21 ºC. Dentro del tanque se sacudió el conjunto canasta-muestra

para asegurarse de sacar las burbujas de aire que pudieron quedar atrapadas en

el interior y se adaptó el sistema a una balanza mecánica marca Murayama

Seisakusho de capacidad de 10 kg y de aproximación 0,05 g, determinando el

peso del conjunto sumergido por completo en el agua, esta parte del

procedimiento se puede apreciar en la Figura 17 del Anexo I.

A continuación se colocó la muestra en una bandeja y se procedió a secar en una

estufa a 110 ºC, hasta que se llegó a la condición de peso constante. Al final se

dejó enfriar y se registró el peso de la muestra seca. Con los pesos obtenidos se

procedió al cálculo de las propiedades de: densidad, densidad relativa y absorción

del árido grueso, con base en lo establecido en la norma mencionada con

anterioridad.

2.1.6.3. Determinación de la masa unitaria

Se realizó la determinación de masa unitaria o conocida como “densidad bulk”,

con base en el procedimiento descrito en la norma ecuatoriana INEN 858 (2010)

“Áridos. Determinación de la Masa Unitaria (Peso Volumétrico) y el Porcentaje de

Vacíos” y su equivalente en la norma ASTM C29/03 “Standard Test Method For

34

Bulk Density (“Unit Weight”) And Voids In Aggregate” (ASTM C 29, 1997, pp. 1-4;

INEN 858, 2010, pp. 1-8).

La muestra para este ensayo se obtuvo siguiendo los métodos indicados en las

normas: INEN 695, en la INEN 2566 y en la norma INEN 858 (2010). Esta

muestra se colocó en una bandeja y se procedió al secado en una estufa a 110 ºC

hasta alcanzar la condición de peso constante Se llenó el tercio de un recipiente

cilíndrico metálico de volumen ya conocido y se procedió a compactar la muestra

con 25 golpes en la superficie libre, distribuidos de manera uniforme, con una

varilla metálica estandarizada. Este procedimiento se repitió al completar los dos

tercios y luego al llenar el recipiente. Luego se niveló la superficie del material con

la ayuda de una regleta metálica a la altura del cilindro. Después se registró el

peso del conjunto y luego el peso del recipiente vacío y se efectuaron los cálculos

respectivos. En la Figura 18 del Anexo I se puede ver las etapas de este

procedimiento.

2.1.7. DETERMINACIÓN DE LA PORCIÓN SOLUBLE EN ÁCIDO

Para esta determinación, se siguió el procedimiento descrito en la norma INEN

1487 “Adoquines determinación de la porción soluble en ácido del árido fino”.

Primero se obtuvo una muestra con base en las normas INEN 695 y 2566. Con la

ayuda de un tamiz normado de 4,75 mm, se obtuvo la parte del agregado fino

hasta conseguir una muestra de ensayo de 50 gramos. Esta muestra junto con

un papel filtro, marca Filtrek 390 (8 µm) para análisis cuantitativo, se sometieron a

secado en una estufa Nabertherm programada a temperatura de 105 ºC hasta

alcanzaron pesos constantes y fueron registrados sus pesos individuales.

La muestra ya seca, se colocó en un matraz erlenmeyer de 500 cm3 y se añadió

25 cm3 de una solución de HCl 4N y se agitó de forma enérgica hasta cesar la

efervescencia. A continuación se calentó este matraz y su contenido, en una

plancha de calentamiento sin permitir que hierva y se añadió de nuevo 25 cm3 de

la solución HCl 4N. Se retiró del calentamiento y se procedió a decantar a través

35

del papel filtro ya pesado. Al residuo que quedó en el matraz, se añadió 50 cm3 de

agua destilada caliente y se agitó; este lavado se repitió en 5 ocasiones. Al final,

el papel junto con el filtrado, fueron secados a 105 °C hasta alcanzar peso

constante y el mismo que se registró en conjunto. En la Figura 19 del Anexo I se

pueden ver las etapas del procedimiento efectuado.

2.2. ADECUACIÓN DEL DESECHO CERÁMICO PARA LA

FABRICACIÓN DE LOS ADOQUINES

Con la información obtenida sobre la caracterización del desecho cerámico, se

compararon los datos con las normas y la bibliografía estudiada y se determinó

que el material a ser usado en la fabricación de los adoquines requiere someterse

a un proceso de reducción de tamaño y a una posterior clasificación según el

tamaño de partícula.

Con ayuda de un tamiz INEN 4,75 mm, marca VWR Scientific, se procedió a

separar el material cerámico en dos fracciones: árido o agregado grueso y árido o

agregado fino. La reducción de tamaño de la fracción más gruesa del material se

realizó por etapas, para esto se usaron los diferentes equipos de reducción de

tamaño, que posee el Laboratorio de Cerámica de la E.P.N. Los equipos usados

para la reducción de tamaño fueron: una trituradora de mandíbulas marca Lesson

modelo C145T17FB2E; un molino de cono marca SVADALA INDUSTRIES INC.;

un molino de bolas marca U.S. STONEWERE; un molino de disco marca BICO

INC. La reducción del tamaño del material como agregado grueso se realizó de

forma secuencial: una parte se hizo con el molino de cono y otra con el molino de

disco. La reducción con el molino de cono se hizo en lotes de 15 kg, a medida que

un lote de material molino salía era clasificado por tamaño, y luego las fracciones

que se requerían pasaban al molino de disco, según las curvas granulométricas

útiles requeridas.

Para clasificar el material, se construyó un sistema manual de bastidores y mallas

normadas intercambiables con una adecuación tipo zaranda a modo de vaivén,

36

en el que se colocaba el material en la parte superior de la malla y con

movimientos manuales de balanceo se agitaba y se separaba el material, en

cada malla se apartó la fracción retenida y la que pasaba, a continuación se

intercambiaba a una malla de menor tamaño y con el material que pasaba se

continuaba tamizando, así de modo sucesivo hasta completar toda la serie de

tamaños de mallas en el mismo orden que el indicado en la Tabla A 3. Como

ayuda al mismo tiempo y para separar el material de tamaño más fino, se recurrió

a un sacudidor de tamices marca “JEL” con tamices normados y ordenados

según lo indicado con anterioridad. El procedimiento adoptado se puede seguir

en la Figura 20 del Anexo I. La fracción del material retenida en cada tamiz se

acumuló de manera sucesiva en grupos según el tamaño de malla, cuando todo el

material requerido fue molido y clasificado, se almacenó en sacos etiquetados

por tamaño, hasta su posterior uso.

2.3. FORMULACIÓN DE LA MEZCLA ÓPTIMA

Se diseñó un experimento que consistió en: desarrollar pruebas con diferentes

mezclas de concreto, en las que se incluyeron la variación de dos factores en

distintos niveles y observar su influencia en la resistencia a la compresión de los

adoquines fabricados a escala de laboratorio. Las dos variables o factores que se

seleccionaron fueron:

a) La cantidad de cemento que tiene la mezcla de modo específico en la

relación agregado-cemento.

b) La distribución del tamaño de partícula en el agregado.

Para la relación agregado-cemento se consideran 3 niveles con porcentajes

distintos de: 10 %, 15 %, 20 % y para la distribución del tamaño de partícula de

agregado se consideran 2 niveles que representan opciones con distinta

granulometría, estos valores se esquematizan a detalle en la Tabla A 22 del

Anexo VI. Adicionalmente se mantuvieron controlados otros factores como son: la

relación en peso de agua-cemento en un valor de 0,38, la adición de aditivos que

37

en este caso fue ninguna, la agitación y el tiempo de mezcla que fue de 6

minutos, la presión para la formación de los adoquines que fue de 150 kg/cm2 y

las condiciones de curado del concreto por retención de humedad.

Se desarrollaron pruebas con 6 tipos de mezclas, con 5 repeticiones de cada

una, de cada repetición se obtuvieron 3 unidades, es decir, 15 unidades por

mezcla y un total de 90 unidades a evaluar, se generó una codificación para cada

adoquín fabricado para este diseño experimental que se explica en detalle en

Anexo VI y se muestra en la Tabla A 23. La elaboración de cada una de las

mezclas y sus correspondientes repeticiones, se realizó de manera aleatoria, en

distintos lotes en los que en cada ocasión se produjeron 3 adoquines, el orden

seguido en la de elaboración se indica en la Tabla A 24.

Los pesos y cantidades de cada componente presente de las mezclas, se

establecieron para que cumplan con las condiciones de cada mezcla y su

obtención se discute en la sección 3.3.

2.4. FABRICACIÓN DE ADOQUINES A ESCALA DE

LABORATORIO

La fabricación de los adoquines se realizó siguiendo el esquema indicado en la en

la Figura 3. Se seleccionó el prensado mecánico para conformación de los

adoquines. Se elaboró un molde rectangular (paralelepípedo recto) en acero de

fácil apertura y de fabricación nacional, capaz de soportar presiones en el orden

de 150 kg/cm2, para fabricar adoquines “Tipo C” según la Tabla 2, el molde

utilizado con la prensa se muestran en la Figura 21 del Anexo I.

En la conformación de los adoquines se usó una prensa hidráulica de acción

manual con una capacidad 630 kg/cm2, perteneciente al Laboratorio de

Operaciones Unitarias de la Facultad de Ingeniería Química de la Escuela

Politécnica Nacional.

38

Los materiales que se usaron en la fabricación de los adoquines fueron:

§ Cemento Portland puzolánico tipo IP, marca Lafarge-Selva Alegre.

§ Agua potable, proveniente de la red de agua potable de Quito.

§ Desecho cerámico como árido o agregado, entregado por la empresa

EDESA S.A., que de manera previa, fue adecuado y clasificado.

Para la preparación de las mezclas, se procedió de la siguiente manera: en

recipientes separados, en una balanza marca OHAUS modelo CD-11 de

capacidad 20 kg y apreciación de 0,1 g, se pesaron las cantidades requeridas

para cada lote de: agua, cemento y las porciones de agregado de cada uno los

tamaños, para completar la granulometría requerida.

En una tina se colocaron las diferentes porciones del agregado y se añadió una

pequeña porción del agua total, se realizó primero una mezcla manual y luego se

usó un agitador mecánico de aspas, a continuación se añadió el cemento y se

completó la cantidad de agua. Cada lote se mezcló por 6 minutos. Un resumen de

lo realizado se puede observar en la Figura 22 del Anexo I.

Una vez que la mezcla estuvo lista, se colocó una determinada cantidad en el

molde asegurándose que tenga una distribución uniforme, luego fue sometida a

presión de 145 kg/cm2 en la prensa hidráulica, en esta condición se mantuvo por

un tiempo de 3 minutos, concluido este tiempo se desmoldó el adoquín, de

inmediato se codificó y fue envuelto en una capa de “stretch film” (plástico para

cocina) con el fin de evitar la evaporación y controlar el curado. Del mismo modo

se procedió para conformar los otros adoquines que forman cada lote.

Los adoquines fabricados se colocaron en un lugar protegido de la intemperie y

adecuado para facilitar el proceso de curado. Los pasos seguidos en este

proceso se pueden observar en la Figura 23 del Anexo I. Una vez que los

adoquines fueron formados y ubicados en su sitio, cumplieron con un proceso de

curado por retención de humedad, para lo cual los adoquines se mantuvieron

envueltos y se sometieron a humectación constante, esta condición se logró,

mojando con agua a cada uno de los adoquines fabricados, por 2 minutos al día,

39

durante 28 días y luego manteniéndolos envueltos. En la Figura 24 del Anexo I se

puede apreciar el almacenamiento en el proceso de curado.

2.5. PRUEBAS DE CALIDAD DE LOS ADOQUINES FORMADOS

Al cumplirse la etapa de curado a los 28 días y con el último de los lotes

fabricados, se procedió a realizar las pruebas de calidad que son requeridas en la

norma INEN 1488 “Adoquines. Requisitos”. Para la parte de dimensiones y

tolerancias, se cumplió con lo indicado en la norma INEN 1485 “Determinación de

las dimensiones, área total y área de la superficie de desgaste”. Con ayuda de un

calibrador de acero marca Craftsman de capacidad 150 mm con una precisión de

0,05 mm, una regla metálica marca Truper de 300 mm y de precisión 0,5 mm, se

determinó: espesor, largo y ancho; y con la ayuda del una escuadra metálica

marca Truper, se determinó la escuadría de los adoquines fabricados.

Para la prueba de resistencia de los adoquines, se siguió con lo indicado en la

norma INEN 1485 “Adoquines, Determinación de la resistencia a la compresión”.

Esta prueba consiste en someter los adoquines a una carga constante en una

máquina universal y determinar la carga máxima que soporta el adoquín antes de

romperse. Para llevar a cabo las pruebas de resistencia a la compresión, se

contrató el servicio prestado por el “Laboratorio de Materiales de Construcción” de

la Pontificia Universidad Católica del Ecuador P.U.C.E., laboratorio que tiene sus

ensayos normados y acreditados según la normativa INEN aplicable. Se

prepararon las muestras como lo indica la norma INEN 1485, los adoquines se

sumergieron en agua durante 24 horas antes de las pruebas. Transcurrido este

tiempo cada adoquín es colocado en la máquina Universal entre dos placas

metálicas y también entre láminas triplay de 4 mm de espesor a manera de

empaque, cada adoquín se colocó con la superficie de desgaste hacia arriba y

alineado con los ejes de las placas de la máquina. Se aplicó una carga continua

con un incremento de presión aproximada de 153 kg/cm2 por minuto de manera

progresiva, hasta que los adoquines se rompan al no soportar una carga mayor,

en cada ocasión se registró la carga máxima aplicada. Con este dato y el área de

40

los adoquines, se calculó la resistencia a la compresión. Un resumen del

procedimiento seguido se puede observar en la Figura 25 del Anexo I.

41

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. CARACTERIZACIÓN DEL DESECHO CERÁMICO

La caracterización del desecho cerámico, es el primer paso para determinar su

posibilidad de uso en la fabricación de adoquines, para lo que también es

necesario conocer las características que deben cumplir los adoquines en su

fabricación y uso. La determinación de las características del desecho, puede

indicar si su uso y manipulación puede incurrir en riesgos para la salud o para el

medio ambiente, conocer sus características permite orientar de mejor manera

como se deben realizar los tratamientos de adecuación del desecho para los fines

requeridos, esta información también será de utilidad en la definición de los

parámetros que intervendrán en el diseño de las mezclas que son necesarios

para la fabricación de adoquines.

3.1.1. DESCRIPCIÓN DEL DESECHO CERÁMICO

El desecho cerámico que es objeto de este estudio, proviene de EDESA S.A.,

una industria que fabrica sanitarios y demás elementos cerámicos para ambientes

de baño, empresa establecida en el sur del Distrito Metropolitano de Quito, en el

sector de Guajaló.

Estos elementos cerámicos que produce esta industria son el resultado de la

transformación de minerales que cumplen con un proceso propio de producción

de cerámica sanitaria, materias primas como arenas de sílice, caolines y

feldespatos, se mezclan con agua para formar una pasta líquida que es vaciada

en moldes de yeso para dar forma a los diferentes artículos, luego estas piezas

conformadas se secan de manera controlada y pasan a un proceso de inspección

en crudo, luego las piezas aceptadas son recubiertas con una fina capa de

esmalte cerámico que puede ser de diferentes colores, a continuación estas

piezas pasan al proceso de quema, en el cual son calentadas a temperaturas de

42

hasta 1 200 ºC, al terminar este proceso las piezas adquieren su resistencia y

acabado característico, propio de la cerámica sanitaria, estas piezas ya cocidas

pasan al proceso de inspección final y embalaje, las piezas que cumplen con

todas las características requeridas se convierten en producto terminado.

EDESA S.A. trabaja con un “Sistema Integrado de Gestión de Calidad”, bajo

normas de la familia ISO (OSHAS 18 000, ISO 14 000, ISO 9 000,) ésto quiere

decir que esta industria maneja a la vez estándares de: seguridad y salud de sus

trabajadores, cuidado del medio ambiente y calidad de todos sus productos. La

decisión de la empresa por cumplir con esta serie de normativas, la ha llevado a

desarrollar controles y planes de mejora continua en todos estos aspectos.

Los estándares de calidad en los productos con los que se maneja EDESA S.A.,

determinan que las piezas que presentan defectos y que no hayan podido ser

reparadas, deben retirarse y además destruirse. A su vez los estándares de

cuidado medio ambiental crean un compromiso con la reducción y tratamiento de

los desechos generados dentro de sus procesos, por lo que la empresa se

mantiene en la permanente búsqueda de alternativas para la mejor disposición de

sus desechos.

El desecho cerámico que se utiliza para el desarrollo de este trabajo de

investigación, proviene de piezas cerámicas esmaltadas ya cocidas: lavabos,

papeleras, pedestales, sanitarios, tanques, tapas, toalleros y urinarios; de

diferentes colores y modelos. Todas estas piezas completan el proceso de

producción en su conjunto, pero por diversas causas muchas de ellas, ajenas al

control de los procesos y propias de la industria de cerámica sanitaria, terminan

la etapa de fabricación con una serie de defectos, entre los que se tienen:

agrietamientos estructurales, deformaciones en la quema, desniveles, astillados,

picados y cambios en la tonalidad del acabado. Estos defectos, están de manera

previa catalogados e identificados dentro de cada uno de los procesos que

maneja esta industria de cerámica sanitaria.

43

Las piezas cerámicas defectuosas, identificadas de forma debida por marcas

visibles, se separan en las líneas de clasificado y embalaje, por personal

capacitado y entrenado en la detección de estas fallas. Estas piezas se acumulan

y se colocan en paletas de madera, para luego ser retiradas por montacargas,

para su disposición final dentro de la empresa, en un sitio conocido como patio

de rotura, como se puede ver en la Figura 5.

Figura 5. Fotografía de acumulación de piezas defectuosas en el patio de rotura de EDESA S.A.

La mayor parte del total de las piezas cerámicas defectuosas, se destruyen de

forma manual dentro de contenedores metálicos especiales para residuos

industriales. Las piezas defectuosas ya destruidas y listas para su transporte, se

pueden observar en la Figura 6. Estos contenedores, una vez que se han llenado

a toda su capacidad con el desecho, son desalojados de la empresa y son

44

retirados hacia el relleno sanitario de la ciudad de Quito, por la entidad encargada

del manejo de los residuos industriales del sector que en este caso es EMASEO.

Figura 6. Fotografía de un contenedor metálico con piezas defectuosas destruidas en el patio de rotura de EDESA S.A.

Es importante tener en cuenta que de este desecho, se retiran cantidades en el

orden de 350 a 450 toneladas por mes, hacia el relleno sanitario de la ciudad de

Quito.

La otra parte minoritaria del total de piezas defectuosas que se retiran de las

líneas de inspección final y embalaje, se puede reincorporar a la preparación de la

pasta cerámica, previo a un proceso de reducción de tamaño.

Estas piezas defectuosas, se llevan hacia un lugar definido donde se destruyen

por medios manuales, se golpean las piezas con una barra metálica hasta que se

fraccionan a un tamaño de aproximadamente 15 cm. Luego este material se lleva

hacia una chancadora (trituradora de mandíbulas) en la cual se reduce aún más

45

su tamaño, este material triturado se zarandea en forma manual y la parte más

fina se reincorpora a los molinos de bolas, para la formulación de la pasta

cerámica. Las características de calidad que requiere la pasta cerámica para la

formación de nuevas piezas, no hacen posible utilizar una gran cantidad de este

material, por lo que su uso, para la elaboración de nueva pasta cerámica es

limitado, ésto hace imposible reincorporar la totalidad del material de desecho que

se genera.

El material utilizado como materia prima para en la elaboración de adoquines en

el desarrollo del presente proyecto y que fue proporcionado por EDESA S.A. es el

triturado que proviene de la chancadora, dicho material se puede observar en la

Figura 7.

Figura 7. Fotografía del desecho cerámico triturado proveniente de la chancadora que será utilizado en este proyecto

Cualitativamente se puede decir, que el desecho cerámico en cuestión, es un

material sólido granulado de apariencia pedregosa a primera vista de color crema

46

y es una mezcla del triturado de las piezas cerámicas rechazadas entre las que se

tiene: lavabos, sanitarios, tanques, tapas y demás productos cerámicos.

Los granos de este material: presentan varias caras, una de éstas es una cara

vítrea esmaltada que puede ser de distintos colores, la cual corresponde al lado

visible del acabado final de los productos; presentan formas angulares e

irregulares, típicas de materiales cerámicos fraccionados, en los granos más

grandes se aprecian bordes cortantes, por lo que es un material que se debe

manipular con cierta precaución para evitar cortaduras.

Se puede apreciar que durante el traslado del desecho cerámico, hasta el sitio

donde se reduce su tamaño para su posterior reutilización, éste no se mezcla con

otra clase de desechos o sufre contaminación con otras sustancias, sin embargo,

junto con el material ya triturado se encuentran mínimas cantidades de pequeñas

impurezas como: plástico, restos de cartón y trozos de madera procedentes del

material de empaque y del material que se usa para el transporte y soporte

(paletas de madera), que se mezclan con el desecho cerámico al momento de la

reducción manual, por falta de prolijidad de las personas que realizan este trabajo,

estos restos se pueden remover sin mayor dificultad para tener un desecho

cerámico homogéneo.

Para visualizar los tamaños y formas, de cómo se presenta el desecho luego de la

trituración mecánica en la chancadora se presentan fotografías del material en las

Figuras 26, 27 y 28, del Anexo I.

3.1.2. MUESTREO DEL MATERIAL

El muestreo del desecho cerámico es de suma importancia para poder establecer

de manera correcta las propiedades y características del material, es la alternativa

económicamente factible para obtener información, acerca de las propiedades

promedio del material a ser utilizado y la variabilidad de éstas, sin tener que

analizarlo en su totalidad, reduciendo costos y disminuyendo el tiempo de análisis;

47

esta información se obtiene de los resultados de los ensayos o pruebas que se

realizan sobre las muestras y esta sirve en la toma de decisiones, es por ésto que

las muestras deben ser representativas y deben ser tomadas de forma adecuada

(American Concrete Institute by Comitee E-701, 2007, p. 20) para lograr ésto se

recurre a procedimientos estandarizados, en este caso en particular se sigue con

lo indicado en la norma INEN 695 “Muestreo de Áridos” (INEN 695, 2010, pp. 3-

5).

Como resultado de la observación del proceso, se ve que el material cerámico

que se desecha no se mezcla con ningún otro residuo de diferente naturaleza. Se

tiene un desecho homogéneo, el cual se apila en montones cubiertos hasta su

posterior uso. Para evitar la segregación del material por los tamaños de grano al

estar almacenado en pilas, en cada muestra se tomaron porciones inferiores,

medias y superiores del material apilado.

La cantidad mínima que propone la norma INEN 695 para el muestreo del

material, en este caso es de 50 kg, pero esta cantidad se superó, al incluir

también el material requerido para fabricación de los adoquines. En total se

recogieron de modo aproximado, 445 kg de material representativo de todo el

lote, para la fabricación de los adoquines y efectuar las pruebas de

caracterización.

3.1.3. REDUCCIÓN DE MUESTRAS DE AGREGADO PARA TAMAÑOS DE

ENSAYO

Cada análisis que se efectuó para el desarrollo de este proyecto, requirió de

cantidades diferentes de muestras de ensayo. Para reducir el tamaño de la

muestra principal sin que se pierda su representatividad, se debió seguir un

método estandarizado, para este caso se siguió con lo indicado en la norma INEN

2566 “Reducción De Muestras A Tamaño De Ensayo” (INEN 2566, 1982, pp. 3-5)

que es el método de cuarteo sucesivo. A pesar de ser un método de simple

aplicación, la reducción a tamaños pequeños se vuelve larga y tediosa entonces

48

lo más práctico es recurrir a un separador de muestras que también se indica en

la misma norma. Al seguir este último procedimiento, se asegura que todas las

muestras para los ensayos son representativas del material a ser estudiado.

3.1.4. COMPOSICIÓN QUÍMICA

En la Tabla 8 se presenta la composición química del desecho cerámico utilizado,

esta información fue entregada por la empresa EDESA S.A. para el desarrollo del

proyecto. La composición química es propia de un material cerámico quemado a

temperaturas que bordean los 1 200 ºC.

Tabla 8. Composición química del desecho cerámico utilizado

COMPONENTES

(Presentes en rotura molida)

%

SiO2 68,50

Al2O3 22,80

Fe2O3 0,87

CaO 0,88

K2O 1,86

Na2O 3,00

TiO2 0,78

MgO 0,36

L.O.I.* 0,44

TOTAL 99,50 *L.O.I. = “lost of incineration” (pérdidas por incineración)

(Fuente EDESA S.A, 2011)

En esta composición, se puede ver que casi el 69 % del material contiene óxido

de silicio, un 23 % es óxido de aluminio y casi un 8 % son otros materiales. Al

revisar los compuestos encontrados en el análisis químico, se puede ver que no

existen sustancias perjudiciales que afecten al concreto y que están señaladas en

la norma INEN 872 “Áridos para hormigón, requisitos” (INEN 872, 1982, pp. 2-7)

tales como cloruros o sulfatos; además al observar las condiciones de cómo se

49

maneja el desecho cerámico se puede decir también que el riesgo de

contaminación con productos orgánicos considerados perjudiciales como: lodos,

carbón o lignito, aceites y combustibles, es mínimo.

Al comparar los compuestos del análisis químico con los listados de sustancias y

los límites permisibles para considerar a un desecho como peligroso o no,

información que se encuentra detallada en la “Norma Técnica de Residuos

Peligrosos (Industriales y domésticos)” Ordenanza Ambiental 213 para el Distrito

Metropolitano de Quito, listado que se adjunta en el Anexo II, se puede ver que

dentro de la composición del desecho, no se hallan compuestos que puedan

considerarse como peligrosos. Con base en esta información, se puede decir que

el uso de este desecho no conllevará problemas de índole química: sanitaria ó de

contaminación ambiental.

3.1.5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

El material de estudio, al ser una combinación de granos de diferentes tamaños

que de manera aproximada están en el rango entre los 25 mm hasta un tamaño

menor a los 0,15 mm, se lo separó en dos fracciones como indica la norma INEN

696 “Áridos para hormigón determinación de la granulometría” (INEN 696, 1982,

p. 2).

Estas afirmaciones se evidencian al presentar las fotografías de los diferentes

tamaños y de las dos fracciones obtenidas en las Figuras 26, 27 y 28 del Anexo I.

Esta diferenciación se realiza para identificar lo que en la norma se denomina

como “árido o agregado grueso”, es decir, los granos retenidos en un tamiz INEN

4,75 mm y el “árido o agregado fino” que son los granos que pasan el tamiz INEN

4,75 mm.

En la Tabla 9 se pueden ver los porcentajes en masa de cada fracción que

componen el material de estudio y su cálculo de acuerdo con la norma INEN 696

se puede revisar en el Anexo III.

50

Tabla 9. Porcentajes en peso de agregado grueso y fino que forman el desecho cerámico entregado

Desecho cerámico entregado % en peso

Fracción retenida en el tamiz INEN 4,75 mm 59,26

Fracción que pasa el tamiz INEN 4,75 mm 40,74

Al revisar estos valores, se ve que el 59,26 % del desecho es considerado

agregado grueso y el 40,74 % como agregado fino. Al repasar la información de

la norma INEN 1488 “Adoquines. Requisitos” (INEN 1488, 1987, p. 1) se indica

que el “tamaño máximo nominal del árido, no deberá ser mayor a ¼ del espesor

del adoquín”, es decir, que sí se fabrican adoquines de espesores de 80 mm el

tamaño máximo nominal del agregado deberá estar en 20 mm, lo que determina

que en estas condiciones, una parte del agregado grueso, se debe someter a un

proceso de reducción de tamaño para usarlo como materia prima en la fabricación

de adoquines.

Es necesario también indicar que en la misma norma, el agregado que se indica

como requisito es el árido o agregado fino, es decir, la fracción del desecho

cerámico que va desde 4,75 mm hasta 0,15 mm. De igual manera en bibliografía

recopilada sobre fabricación de adoquines, se recomienda emplear agregados

que tengan una distribución de partículas entre 10,000 mm hasta 0,15 mm

(Dowson, 1980, p. 126) y también de 13,2 mm hasta 0,075 mm (Cement and

Concrete Institute, 2009, pp. 1,2), lo cual nos indica que la fracción de interés para

la fabricación de adoquines es la del agregado fino y es la fracción que se analiza

con mayor detalle.

Los resultados de los ensayos gravimétricos de las dos fracciones en las que se

divide el desecho, se muestran en las Tablas 10 y 11, los cálculos realizados para

la obtención de estos datos se indican en el Anexo III.

51

Tabla 10. Análisis granulométrico del desecho cerámico como agregado grueso

Tamices Desecho cerámico como agregado grueso

INEN %Retenido

% Retenido acumulado

% Pasado acumulado

26,50 mm 0,07 0,07 99,93

19,00 mm 1,02 1,09 98,91

13,20 mm 13,48 14,47 85,53

9,50 mm 24,55 39,02 60,98

4,75 mm 60,96 99.98 0,02

Total ≈100,00 ---- ----

Como se ve en los datos de la Tabla 10, en la fracción denominada, %Retenido

como agregado grueso del desecho cerámico, se ve que el mayor porcentaje

60,96 % del material tiene un tamaño entre 9,50 mm y 4,75 mm, seguido del

24,55 % entre los tamaños de 13,20 mm y 9,50 mm y que en conjunto

representan el 85,51 % de esta fracción y esta a su vez el 50,67 % del total del

desecho estudiado, lo cual nos indica que la adecuación del material debe

realizarse principalmente sobre estas fracciones.

En la Tabla 11 en la fracción denominada, %Retenido como agregado fino del

desecho cerámico, se ve que el mayor porcentaje 21,47 % del material tiene un

tamaño entre 4,75 mm y 3,35 mm, seguido del 18,07 % entre los tamaños de 3,35

mm y 2,36 mm; 18,38 % entre los 2,00 mm y 1,18 mm; y 14,00 % entre 1,18 mm y

0,60 mm, con lo que se observa que el 81,12 % del material está concentrado en

los tamaños más gruesos de esta fracción desde 4,75 mm hasta 0,60 mm.

52

Tabla 11. Análisis granulométrico del desecho cerámico como agregado fino

Tamices Desecho cerámico como agregado fino

INEN %Retenido % Retenido acumulado % Pasado acumulado

4,75 mm 0,81 0,81 99,19

3,35 mm 21,47 22,27 77,73

2,36 mm 18,07 40,34 59,66

2,00 mm 8,44 48,78 51,22

1,18 mm 18,38 67,16 32,84

0,60 mm 14,02 81,17 18,83

0,30 mm 7,47 88,65 11,35

0,15 mm 3,97 92,62 7,38

Fondo < 0,15 mm 6,89 99,50 0,50

Total ≈100,00 ----- ----

En la Figura 8 se grafican los datos del % porcentaje pasado acumulado para el

desecho cerámico como agregado grueso de la Tabla 10 y se comparan con los

requisitos de gradación del árido grueso que se indican en la norma INEN 872

“Áridos para hormigón requisitos”. Valores que se presentan en la Tabla A 13 del

Anexo III.

Figura 8. Curva granulométrica del desecho cerámico como agregado grueso y los límites de gradación especificados en la norma INEN 872

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30

% P

asad

o a

cum

ula

do

Serie de tamices INEN ( mm)

Residuo cerámico como agregado grueso Límite INEN 1 Límite INEN 2

53

En esta figura se observa que la curva granulométrica del desecho cerámico

como agregado grueso (curva roja) no se encuentra entre los límites

especificados en la norma INEN 872, por lo que a primera vista el desecho no se

puede utilizar como agregado grueso y para su posible uso es necesario que esta

fracción del desecho sea readecuada.

Los datos del porcentaje pasado acumulado del análisis granulométrico del

desecho cerámico como agregado fino de la Tabla 11, se grafican en la Figura 9

y se comparan con los requisitos de gradación del árido fino que se indican en la

norma INEN 872, estos valores límites se presentan en la Tabla A 14 del Anexo

III.

Figura 9. Curva granulométrica del desecho cerámico como agregado fino y los límites de gradación especificados en la norma INEN 872

Como se aprecia en la Figura 9, la curva granulométrica del desecho cerámico

(curva en verde), no está entre de los límites que se indican en la norma INEN

872. Esta fracción del desecho, tal y como fue entregada por la empresa EDESA,

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

0,0

0

0,2

5

0,5

0

0,7

5

1,0

0

1,2

5

1,5

0

1,7

5

2,0

0

2,2

5

2,5

0

2,7

5

3,0

0

3,2

5

3,5

0

3,7

5

4,0

0

4,2

5

4,5

0

4,7

5

5,0

0

% P

asad

o a

cum

ula

do

Serie de tamices INEN (mm)

Residuo cerámico como agregado fino Límite INEN 1 Límite INEN 2

54

tampoco se puede utilizar en la fabricación de adoquines y para su posible uso, se

requiere de una adecuación en su granulometría.

Una de las características que se busca en las mezclas de concreto, es mejorar la

resistencia a la compresión y es bien conocido que existe una relación

fundamental inversa, entre la porosidad (cantidad de vacíos) y la resistencia, en

consecuencia, lograr una adecuada gradación en los agregados es importante,

porque en el momento de la compactación en las mezclas de concreto, se debe

lograr una máxima densidad, es decir, una disminución en el número de vacíos y

al tener una adecuada distribución de los tamaños de partícula en los agregados,

se contribuye con esta meta (Metha y Monteiro, 2006, pp. 49-50).

3.1.6. DENSITOMETRÍA Y ABSORCIÓN DE AGUA

La determinación de la densidad y absorción de agua en el material, es necesaria

ya que se obtiene información importante que se utiliza en: el manejo, el

almacenaje y el traslado del material; el cálculo del volumen ocupado por el

agregado en las mezclas de concreto y el cálculo del peso que puede llegar a

tener el concreto; también sirve para estimar la cantidad de agua que el agregado

absorbe en la dosificación de las mezclas (Rivva, 2000, p. 213).


fino

Este método consiste en secar una muestra de manera completa, luego

sumergirla en agua para llenar sus poros, después secar su superficie y colocar

una parte de este material de ensayo en un contenedor graduado para determinar

el volumen ocupado, al final se seca el contenido y se determina el valor de su

masa nueva, usando los valores obtenidos, a través de fórmulas que definen los

valores de densidad, gravedad específica y absorción.

55

Para la determinación de estas propiedades, se siguió con el procedimiento

gravimétrico que está indicado en la norma INEN 856 “Áridos. Determinación de

la densidad, densidad relativa y absorción del árido fino” (INEN 856, 2001, pp. 1-

10). Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 12 y sus cálculos se reportan

en el Anexo IV.

Tabla 12. Densidad, densidad relativa (gravedad específica), absorción del desecho cerámico como agregado fino

Densidad relativa (gravedad específica)

Densidad relativa (SH) seco al horno 2,36

Densidad relativa (SSS) saturada superficialmente seca

2,41

Densidad relativa aparente 2,50

Densidad kg/m³

Densidad (SH) 2 351,83

Densidad (SSS) 2 407,54

Densidad aparente 2 490, 95

Absorción % 2,37

En la norma INEN 856 se expresa la densidad de tres maneras: la densidad (SH)

seca al horno, se refiere a la masa de agregado seco por unidad de volumen

determinado, incluyendo volumen de los poros, sin que se incluyan los vacíos

entre partículas. En el caso del material cerámico como agregado, presenta el

valor de 2 351,83 kg/m3.

La densidad (SSS) que representa la masa del agregado en condición saturada

superficialmente seca por unidad de volumen, incluyendo el volumen de los poros

impermeables y los poros permeables llenos de agua, sin incluir los vacíos entre

partículas. El valor calculado es de 2 407,54 kg/m3.

La densidad aparente que se refiere a la masa del material por unidad de volumen

y de la porción del agregado que es impermeable tiene el valor de 2 490,95 kg/m3.

56

De forma adicional se reporta la densidad relativa (gravedad específica) como:

densidad relativa (SH) seca al horno, con un valor adimensional de 2,36 que

proviene de la relación entre la densidad (SH) y la densidad del agua a 23 ± 2 °C;

también se reportan la densidad relativa (SSS) saturada superficialmente seca

con un valor de 2,41 y la densidad relativa aparente de 2,50 con definiciones

similares a la anterior.

El valor de densidad aparente es el que normalmente se usa de forma general

(INEN 856, 2001, pp. 1, 2; Neville y Brooks, 2010, pp. 49, 50). Las densidades

aparentes de los agregados que son generalmente usadas en la fabricación del

concreto, varían entre 2 400 kg/m3 hasta los 2 700 kg/m3, a estos agregados se

los clasifica como agregados normales. Existe también un grupo de agregados

cuyas densidades aparentes van en el orden de 300 kg/m3 hasta los 2 000 kg/m3,

a los cuales se los denomina agregados ligeros y son usados de forma general en

aplicaciones de aislamiento. Se reconoce un tercer grupo de agregados que

tienen densidades entre 3 400 kg/m3 y 7 800 kg/m3, conocidos como agregados

de densidad elevada que son usados en construcciones para protección de la

radiación en la industria de energía nuclear y como contrapesos (Hewlett, Lea y

Desch, 2004, pp. 945, 946; Kosmatka, Kerkhoff, Panarese y Jussara, 2004, p.

382). Se puede decir por la densidad aparente que presenta esta fracción del

desecho cerámico 2 490,95 kg/m3 que pertenece al grupo de agregados

normales, por lo que su uso puede ser para aplicaciones cotidianas.

Los agregados se encuentran almacenados de manera frecuente en pilas en los

lugares de trabajo y de forma usual se encuentran con algún contenido de

humedad y cuando este agregado se usa en la preparación del concreto puede

aportar con parte del agua a la mezcla de concreto, o en el otro extremo, el

agregado puede estar demasiado seco y puede llegar a absorber parte del agua

de la mezcla (American Concrete Institute by Comitee E-701, 2007, pp. 7,8). Por

esta razón es importante conocer cuál es el valor de la absorción del material,

para realizar las respectivas correcciones a la cantidad de agua para preparar la

mezcla. En el caso del desecho cerámico, la absorción presenta un valor de 2,37

%, el rango de valores de absorción que presentan los agregados de forma

57

común pueden ir desde 0,2 % hasta el 4 % (Kosmatka, Kerkhoff, Panarese y

Jussara, 2004, p. 115), por lo cual el valor de absorción obtenido del material

cerámico, se halla dentro de lo esperado para agregados.


grueso

Este método consiste en secar una muestra de manera completa y luego

sumergirla en agua para llenar sus poros, a continuación se la seca de modo

superficial y se determina su peso, después se determina el volumen de la

muestra por el método de desplazamiento de agua, al final se seca y se

determina su peso de nuevo, con los valores obtenidos es posible calcular la

densidad, gravedad específica y la absorción.

Para la determinación de estas propiedades, se siguió con el procedimiento

gravimétrico que está indicado en la norma INEN 857 “Áridos. Determinación de

la densidad, densidad relativa y absorción del árido grueso” (INEN 857, 2010, pp.

1-10). Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 13 y sus cálculos se

presentan en el Anexo IV.

Tabla 13. Densidad, densidad relativa (gravedad específica), absorción del desecho cerámico como agregado grueso

Densidad relativa (gravedad específica)

Densidad relativa (SH) 2,33

Densidad relativa saturada superficialmente seca (SSS)

2,35

Densidad relativa aparente 2,39

Densidad kg/m³

Densidad (SH) kg/m³ 2 319

Densidad saturada superficialmente seca (SSS) kg/m³

2 345

Densidad aparente kg/m³ 2 380

Absorción % 1,1

58

Las mismas definiciones indicadas en la norma INEN 856, se aplican a la norma

857, densidad (SH) y densidad relativa (SH); densidad (SSS) y densidad relativa

(SSS); densidad aparente y densidad aparente relativa.

Los valores de densidad aparente y densidad aparente relativa para el desecho

como agregado grueso 2 380 kg/m3 y 2,39 respectivamente; son menores que las

del desecho como árido fino 2 490,95 kg/m3 y 2,50 respectivamente; ésto se

podría explicar, en parte debido a que en el agregado fino queda un mayor

número de poros expuestos que entran en contacto con el agua por el aumento

de superficie de contacto. Y sucede lo contrario con los valores de la absorción

que para el agregado fino tiene un valor de 2,37 % y para el agregado grueso un

valor de 1,1 %, ya que al tener menos superficie de contacto en el agregado

grueso, hay menos poros que se llenen con agua y como consecuencia existe un

menor porcentaje de absorción.

Al observar los valores de la Tabla 13, se puede afirmar que el desecho como

agregado grueso, puede ser catalogado dentro del grupo del agregado normal,

puesto que tiene una densidad aparente de 2 380 kg/m3 muy próxima al valor de

2 400 kg/m3, el desecho también presenta un porcentaje de absorción 1,1 % que

está dentro del rango del resto de agregados de 0,2 % al 4 %.

3.1.6.3. Determinación de la masa unitaria

La determinación de la masa unitaria no es mandatoria en la normativa, sin

embargo, en este proyecto se la realizó, con el fin de obtener información extra de

ayuda, para poder hacer estimaciones sobre del volumen que ocupa el material

de estudio en condiciones cotidianas. Para la determinación de la masa unitaria

del agregado se siguió con lo indicado en la norma INEN 858 “Áridos.

Determinación de la masa unitaria (peso volumétrico) y el porcentaje de vacíos”

(INEN 858, 2010, pp. 1-7) y los resultados del ensayo se presentan en la Tabla 14

y sus cálculos para su obtención se indican en el Anexo IV.

59

Tabla 14. Masa unitaria y porcentaje de vacios en el desecho cerámico como un agregado

Masa unitaria del agregado kg/m3 1 983,83

Vacios % 15,15

La masa unitaria de un agregado, es la masa que se necesita para llenar un

recipiente con un volumen unitario especificado, este volumen se refiere al que

ocupan los agregados y los vacíos que existen entre las partículas del agregado.

El valor de la masa unitaria que tiene el desecho es de 1 983,8 kg/m3 y se

observa que los rangos de los agregados normales se encuentran entre valores

de 1 200 a 1 750 kg/m3, también el valor de 15 % en el porcentaje de vacíos, está

lejos de los rangos que se presentan de manera común en el resto de agregados,

valores que van entre 30 al 50 %, estos resultados indican que el número de

espacios entre las partículas de agregado, es menor en relación con otros

agregados, también sugiere que existe una distribución de los tamaños del

agregado que reduce los vacíos (Kosmatka, Kerkhoff, Panarese y Jussara, 2004,

pp. 107, 114).

3.1.7. DETERMINACIÓN DE LA PORCIÓN SOLUBLE EN ÁCIDO

La determinación de esta propiedad se realiza exclusivamente para el agregado

fino que se utiliza en la fabricación de adoquines de concreto y realizar esta

determinación asegura que la superficie del adoquín no se desgaste y además

que conserve una microtextura que le otorgue al adoquín una resistencia

aceptable, en condiciones de deslizamientos a baja velocidad (Lilley, 1989, p. 62).

Este valor se obtiene al seguir el procedimiento indicado en la norma INEN 1487

“Adoquines. Determinación de la porción soluble en ácido del árido fino” (INEN

1487, 1987, pp. 1-2). El valor que presenta el desecho cerámico en su fracción

como agregado fino se muestra en la Tabla 15 y los cálculos para su obtención

se indican en el Anexo V.

60

Tabla 15. Valor de la porción soluble que presenta la fracción de desecho cerámico como agregado fino

Porción soluble en ácido de la muestra 0,34 %

El valor reportado de la porción soluble en ácido es de 0,34 % es un valor menor

al 25 % que como máximo puede tener un agregado fino, con el que se fabrica

adoquines (INEN 1488, 1987, p. 1), lo cual indica que el desecho como agregado

fino no se degrada con facilidad y puede usarse en la fabricación de los

adoquines, este comportamiento también se puede explicar por el hecho de que

es un material cerámico ya cocido y una de sus características de este tipo de

materiales es su inercia química, por la matriz vítrea que lo forma.

3.2. ADECUACIÓN DEL DESECHO CERÁMICO PARA LA

FABRICACIÓN DE LOS ADOQUINES

Una vez que se analizó la información obtenida en los ensayos realizados, se

determina que el material de desecho cerámico puede ser considerado como un

residuo, en este contexto en necesario aclarar la diferencia entre estas dos ideas:

a) un residuo es un subproducto no deseado que se forma dentro de un proceso,

pero de naturaleza tal que se le puede dar un nuevo uso dentro de otro proceso

productivo totalmente distinto, o incluso en otro proceso dentro de la misma

industria; mientras que, b) un desecho es de igual manera, un subproducto no

deseado de un proceso, pero que por su naturaleza no se puede reutilizar en

ningún otro proceso productivo, por lo que tiene que retirarse y manejarse de una

forma adecuada. Si bien el material cerámico que forma parte de este estudio, es

reutilizado en una mínima parte para la producción de pasta cerámica de

sanitarios, su gran mayoría es desechada hacia el relleno sanitario.

El hecho de que este material sea de naturaleza cerámica con una matriz

vitrificada, indica que posee cierta inercia química, el análisis de la composición

química presentado descarta que el material sea corrosivo, radioactivo, explosivo,

61

tóxico, inflamable o presente riesgo biológico, estos criterios se aplican para

determinar si un desecho sólido es considerado peligroso para el ambiente ó no

(El Consejo del Distrito Metropolitano de Quito, 2007, pp. 37-38). La presencia de

bordes cortantes en las partículas de mayor tamaño del material, podrían

representar un riesgo para las personas que lo manipulan, pero con medidas

preventivas de seguridad ocupacional y un manejo adecuado del residuo se

puede disminuir este riesgo.

Con base en esta información, se puede argumentar que el material no requiere

de un tratamiento químico especial para ser usado, adicionalmente la forma en la

que se maneja el residuo cerámico en la empresa EDESA S.A. permite contar con

un residuo homogéneo que no se mezcla con otro tipo de desechos y no se

requiere de una separación adicional y la presencia de mínimas cantidades de

trozos de plástico y madera puede desaparecer, con la implementación de buenas

prácticas de manejo del residuo.

Las características de forma que presentan los granos del residuo, angulares e

irregulares, son similares a las que presentan otros agregados que se utilizan en

la preparación de concretos, por lo que no es necesario someterlo a ningún

proceso de adecuación para modificar estas características.

Los valores de densidad y absorción, así como los de porción soluble que

presenta el residuo, están dentro del rango de otros agregados naturales que son

usados de manera frecuente en la preparación de concretos normales, o incluso

en la preparación de concretos ligeros, características todas que indican que el

residuo se puede utilizar en la fabricación de adoquines.

Sin embargo, las curvas granulométricas que presenta el residuo cerámico, no

son las adecuadas para su uso en la fabricación de adoquines, de hecho su

fracción que se considera como agregado grueso ( tamaño de grano mayor a

4,75 mm) no es de uso común para la fabricación de adoquines (INEN 1488,

1987, p. 1; Dowson, Mix design for concrete block paving, 1980, p. 126; Cement

62

and Concrete Institute, 2009, p. 2) y requiere ser adecuada, ésto implica una

reducción y reclasificación por tamaño.

La reducción de tamaño se debe realizar por etapas combinando y siguiendo las

recomendaciones del uso de distintos equipos, de acuerdo con el tamaño de

partícula que entra y con el tamaño que se tiene previsto salga el material (Kelly y

Spottiswood, 1990, p. 151). Con esto se logra determinar cuál es el equipo que

realiza una reducción con la mejor distribución de tamaño y que conviene al

desarrollo del proyecto.

La fracción considerada como agregado fino, tampoco presenta una curva

granulométrica adecuada para la fabricación de adoquines (Dowson, 1980, p.

126; Cement and Concrete Institute, 2009, p. 2; INEN 872, 1982, p. 2). Es

necesario indicar que no siempre es posible obtener una granulometría ideal y por

eso existen especificaciones granulométricas, en rangos que permiten obtener

concretos con características satisfactorias (Rivva, 2000, p. 177).

Para fabricar adoquines que cumplan con las normas requeridas en INEN 1488,

se debe experimentar con diversas granulometrías de agregados finos, para

encontrar rangos que permitan obtener un producto adecuado.

Las curvas granulométricas estudiadas para la fabricación de adoquines, se

obtuvieron de la norma INEN 872 “Áridos para hormigón requisitos”; Dawson;

Cement and Concrete Institute (Cement and Concrete Institute, 2009, p. 2;

Dowson, Mix design for concrete block paving, 1980, p. 126; INEN 872, 1982, p.

2). Con base en esta información se compararon las distintas curvas

granulométricas usadas en la fabricación de adoquines y concretos, estas curvas

se pueden observar en la Figura 10 que se expone a continuación:

63

Adaptado de: (Cement and Concrete Institute, 2009, p. 2; Dowson, Mix design for concrete block paving, 1980, p. 126; INEN 872, 1982, p. 2)

Figura 10. Curvas granulométricas de agregado fino para la fabricación de adoquines, recomendadas en bibliografía especializada

Al comparar las distintas curvas granulométricas de la Figura 10, se observa que

todas son muy distintas entre sí, lo que indica que no hay un consenso en lo

referente a granulometría usada en fabricación de adoquines. Una granulometría

adecuada para un concreto económico y satisfactorio, debe combinar varios

tamaños de agregados para tener una baja cantidad de vacíos, pero no la más

baja y una granulometría continua facilitará la compactación (Kosmatka, Kerkhoff,

Panarese y Jussara, 2004, p. 108; Cement and Concrete Institute, 2009, p. 2).

En la fabricación de adoquines, se debe poner especial atención en la textura que

tiene el adoquín, la selección de agregados con demasiado porcentaje en

tamaños gruesos, dará adoquines con una textura muy abierta, los cuales son

inaceptables, o si se tiene agregados con porcentajes en tamaños muy finos

puede resultar que se obtengan adoquines con poca resistencia (Dowson, Mix

0

20

40

60

80

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0

Po

rcen

taje

de

Pas

ado

acu

mu

lad

o

Tamaño de malla (mm)

Dowson INEN 872-1 INEN 872-2 CC&I-1 CC&I-2

64

design for concrete block paving, 1980, p. 126). Por lo cual, para la selección de

una granulometría satisfactoria, se debe proceder de manera experimental.

Para la fabricación de adoquines con el residuo cerámico que se llevó a escala de

laboratorio en este estudio, se adecuaron dos tipos de agregado fino con diferente

granulometría, una gruesa y otra fina, para de esta manera poder observar su

comportamiento en el proceso de fabricación y en los adoquines obtenidos. Se

seleccionan las dos curvas granulométricas límites que se observan en la Figura

10, la curva denominada como INEN 872-2 y la curva denominada como Dowson,

estas curvas representan a dos tipos de agregados, el primero que tiene un mayor

porcentaje de material distribuido en tamaños mucho más finos y otro que tiene

distribuidos porcentajes de material en tamaños más gruesos. Los porcentajes de

las dos granulometrías a ser estudiadas se presentan en la Tabla 16.

Tabla 16. Granulometrías estudiadas a escala de laboratorio, en la fabricación de

adoquines

Granulometría 1

INEN 872-2 (fina)

Granulometría 2

Dowson (gruesa)

Tamaño de malla % retenido % retenido

9,500 mm 0,00 % 3,00 %

4,750 mm 0,00 % 38,89 %

2,360 mm 0,00 % 19,22 %

1,180 mm 15,00 % 6,11 %

0,600 mm 25,00 % 8,33 %

0,300 mm 30,00 % 18,33 %

0,150 mm 20,00 % 3,89 %

0,075 mm 10,00 % 2,22 %

Para formar las granulometrías que se prueban, una parte del material fue

clasificado según la serie de los tamaños de mallas indicadas en la Tabla 16. El

material más grueso, fue reducido en tamaño con el molino de cono y con el

molino de disco y fue clasificado de la misma forma que se indicó con

anterioridad, las cantidades obtenidas para cada tamaño de la serie de mallas, se

presentan en la Tabla 17.

65

Tabla 17. Cantidades de material cerámico de cada tamaño de malla a escala de laboratorio, obtenidas para la fabricación de adoquines

Tamaño de malla Cantidad (kg)

9,500 mm 4

4,750 mm 60

2,360 mm 28

1,180 mm 33

0,600 mm 52

0,300 mm 74

0,150 mm 37

0,075 mm 68

Después de la clasificación y la molienda de una parte del material cerámico, las

cantidades obtenidas de cada tamaño que se indican en la Tabla 17, se utilizaron

para la fabricación de 90 adoquines y una cierta cantidad se guardó para casos

imprevistos.

Esta etapa del proyecto, fue la que más tiempo y recursos demandó. La

clasificación del material presenta dificultades, sobre todo cuando se trata de

separar las fracciones de material más fino, entre 0,600 mm a 0,075 mm, por lo

que a más del trabajo manual, fue necesaria la utilización de ayudas mecánicas

como la tamizadora automática, el material fino se adhería a las partículas más

grandes, por lo que el tiempo de tamizado para estas fracciones se incrementó

comparado con el resto de fracciones. La gran cantidad de polvo que se genera

en la clasificación y molienda del material, hace que el uso de equipo de

protección personal como: guantes, gafas y mascarillas sea imprescindible.

3.3. FORMULACIÓN DE LA MEZCLA ÓPTIMA

La formulación de la mezcla óptima para la fabricación de adoquines, debe

cumplir con la premisa de lograr una mezcla de concreto con la resistencia a la

compresión requerida, con el menor consumo de cemento y con una selección

satisfactoria del agregado (Dowson, 1980, p. 125).

66

En la fabricación de los adoquines se debe observar el comportamiento de los dos

tipos de agregados seleccionados, con una combinación de diferentes

proporciones de cemento y ver cuál mezcla proporciona las mejores

características útiles para su desempeño. En la normativa ecuatoriana la porción

soluble en ácido y resistencia a la compresión, son las características intrínsecas

que se requieren cumplan los adoquines. Una mezcla aceptable producirá

adoquines que cumplan con estos requisitos.

Los adoquines fabricados deberán cumplir con los criterios que se enuncian en la

Tablas 3, 4, 5, 6 y estar en relación con lo indicado en la norma INEN 1488

“Adoquines. Requisitos” que se mencionaron en la sección 1.1.3.1.

El principal indicador de la calidad de un adoquín, es el valor de su resistencia a la

compresión y en la norma INEN 1488, se considera que para adoquines de uso

peatonal, el valor de resistencia requerido es de 20 MPa y para uso en

estacionamientos y calles residenciales es de 30 MPa. Para el tránsito peatonal

se indica que el espesor mínimo es de 60 mm y para tránsito vehicular el mínimo

es de 80 mm (INEN 1488, 1987, pp. 2-3). Al tener presentes estas características,

se resolvió que el espesor de los adoquines fabricados debe ser de 80 mm y las

mezclas de concreto para la fabricación de los adoquines que se estudien deben

alcanzar una resistencia a la compresión especificada de 30 MPa o más. En caso

de obtener una resistencia menor a 30 MPa y mayor a 20 MPa, estos adoquines

podrían ser utilizados en adoquinados para circulación peatonal.

El incremento de la resistencia a la compresión de un concreto bajo condiciones

favorables, se puede desarrollar durante varios meses, pero para la mayoría de

especificaciones estructurales, la resistencia está definida para 28 días.

Debido a la gran variabilidad de la resistencia del concreto por varios factores, la

preparación de una mezcla de adoquines debe estar planeada, para alcanzar una

resistencia media superior a la resistencia especificada, este margen entre la

resistencia especificada y la resistencia media, se estima con base en datos sobre

la experiencia previa en la producción de adoquines. Los factores de variabilidad

67

que son considerados provienen de: la variación de la calidad de los materiales

usados; la variación en las proporciones de mezcla en el proceso de dosificación;

a la variación debida al muestreo y a las pruebas realizadas.

Siempre existe la posibilidad de que la resistencia obtenida sea menor a la

resistencia especificada, para estimar esta resistencia como una media,

especificando la calidad del concreto bajo la cual una porción específica de

resultados puede estimarse que falle, se aplica la siguiente correlación empírica.

Resistencia = Resistencia promedio- (k×SD) [3.1]

Donde:

k: una constante de productos defectuosos, para adoquines de concreto tiene

un valor de 1,64 que representa el 5 % de elementos defectuosos

SD: desviación estándar en la fabricación de adoquines de concreto que tiene

un valor para máquinas de compresión con números pequeños por ciclo,

de 3,5 N/mm2 (Dowson, 1980, pp. 125, 126)

Con base en esta información, la resistencia a la compresión promedio estimada

para la cual pueden ser diseñados los adoquines es: 35,74 MPa.

Resistencia promedio = 30 MPa + 1,64×3,5 MPa = 35,74 MPa [3.2]

Este valor es un valor referencial, que se toma para la estimación inicial de las

cantidades de cemento, agua y agregados que se utilizarán en la fabricación de

adoquines. Las cantidades exactas de una mezcla para la fabricación de

adoquines, se deben establecer por medio de la experimentación (Cement and

Concrete Institute, 2009, p. 3; American Concrete Institute (ACI), 2002, p. 24).

En una serie de referencias bibliográficas consultadas: (Dowson, 1980, p. 126; Al

Bakri, Hussin, Ruzaidi, Ramly y Nisa, 2006, p. 144; Ling, Hasanan y Rachmat,

2006, p. 91; Dhir, Muraleedharam. y Nanda, 2006, pp. 431, 432; Koukouzas,

Papayianni, Tsikardani, Papanikolau y Ketikidis, 2007, pp. 8,9; Naik, Kraus y

68

Ramme, 1998, pp. 7,8; Naik, Kraus, Chun y Ramme, 2000, p. 9; Naik, Singh, P. y

B., 1996, p. 49; Naik, Singh, Kraus y Ramme, 2001, pp. 10, 11; Malisch, 1997, p.

2; Hincapié y Montoya, 2005, pp. 101-103) las relaciones de agregado/cemento

(a/c) usadas en la fabricación de adoquines, tienen valores entre 8:1, hasta

valores de 3:1, estas mezclas entregan diferentes resistencias a la compresión en

los adoquines fabricados con valores entre los 22 MPa hasta 53 MPa y hacen

uso de: distintas clases de agregados; aditivos; diferentes tipos de cementos

Portland; formas de manufactura; relaciones agua/cemento; tiempo y formas de

curado del concreto.

Tomando esta información como criterio de referencia, se definieron para la

experimentación tres concentraciones de cemento: 10 %, 15 %, 20 %, con las

cuales se desarrolló la experimentación.

Para observar el comportamiento con respecto a la resistencia a la compresión de

las dos variables seleccionadas en la experimentación: el tamaño de partícula y la

concentración de cemento en las mezclas, es necesario fijar otras variables que

intervienen en la preparación de mezclas y conformación de los adoquines, como

son: la relación agua/cemento (w/c) en 0,38; el tiempo de mezcla en 6 minutos; la

presión del conformado de los adoquines en 14,2 MPa, el tiempo y el tipo de

curado, en este caso por retención de humedad en 28 días; criterios que tienen su

fundamento en la bibliografía anteriormente mencionada.

En la experimentación se realizan 6 diferentes tipos de mezclas para observar el

comportamiento de las variables seleccionadas y comprobar que satisfagan con

los criterios indicados en la sección 1.1.3.1. En total se fabricaron 90 unidades, es

decir, por cada mezcla se fabricaron 15 unidades experimentales, estas 15

unidades provienen de 5 repeticiones y por cada repetición se obtuvieron 3

unidades, para ejercer un control práctico y ordenado de cada una de las

unidades experimentales, de las repeticiones y de las mezclas, es necesario

diseñar una codificación para el diseño experimental que presta una ayuda

práctica al desarrollo experimental. Cada repetición se realiza de manera aleatoria

sin un orden previo, todo este procedimiento fue adoptado para lograr una

69

representatividad estadística de todos los adoquines fabricados y minimizar los

errores experimentales.

Para la dosificación de las materias primas, se utiliza un sistema de 3 ecuaciones

con tres incógnitas que cumplen con las condiciones requeridas de las mezclas

fijadas para la experimentación. El planteamiento y resolución de este sistema

para cada tipo de mezcla, se presenta en el Anexo IV Tabla A 25. Para la

formulación de las mezclas también es necesario tomar en cuenta la absorción

del agregado y de esta manera establecer la cantidad de agua necesaria para

obtener la relación agua/cemento (w/c) requerida.

Las proporciones calculadas de los componentes para las mezclas se resumen en

la Tabla 18:

Tabla 18. Proporciones de los componentes de las distintas mezclas para la fabricación de adoquines fijadas para la experimentación

Concentración de Cemento

10 % 15 % 20 %

mezcla A1B1 mezcla A2B1 mezcla A3B1

Cemento (g) 1 106 1 598 2 057

Agua (g) 655,8 821,7 977

Agregado B1 (g) 9 950 9 057 8 227

9,500 mm 0 % 0 0 0

4,750 mm 0 % 0 0 0

2,360 mm 0 % 0 0 0

1,180 mm 15 % 1 492 1 359 1 234

0,600 mm 25 % 2 487 2 264 2 057

0,300 mm 30 % 2 985 2 717 2 468

0,150 mm 20 % 1 990 1 811 1 645

0,075 mm 10 % 995 906 823

70

Tabla 18. Proporciones de los componentes de las distintas mezclas para la fabricación de adoquines fijadas para la experimentación (continuación…)


Cemento (g) 1 106 1 589 2 057

Agua (g) 655,8 821,7 977

Agregado B2 (g) 9 950 9 057 8 227

9,500 mm 3,0 % 298 272 247

4,750 mm 38,9 % 3 869 3 522 3 199

2,360 mm 19,2 % 1 913 1 741 1 581

1,180 mm 6,1 % 608 553 503

0,600 mm 8,3 % 829 755 686

0,300 mm 18,3 % 1 824 1 660 1 508

0,150 mm 3,9 % 387 352 320

0,075 mm 2,2 % 221 201 183

Los resultados de este diseño experimental conllevan a la formulación de la

mezcla que mejor cumple con los valores de resistencia a la compresión

requeridos y también a obtener información útil para los procesos de

acondicionamiento, o transformación del desecho de cerámica sanitaria.

3.4. FABRICACIÓN DE ADOQUINES A ESCALA DE

LABORATORIO

Los métodos semi-manual y el método automatizado en la fabricación de

adoquines, son los que más se utilizan a escala industrial, en estos métodos para

la conformación de los adoquines se recurre a la vibración y a la compresión de

las mezclas de concreto, esta es la manera más adecuada para la fabricación de

medianos y grandes volúmenes de producto (Corzo y Cuatin, 2011, pp. 4-9;

Cement and Concrete Institute, 2009, p. 2).

Para este trabajo de investigación, la elección del método de conformado por

prensado hidráulico, responde a que con este procedimiento se puede lograr una

compactación completa, se puede tener un mayor control en la fabricación de

71

cada una de las unidades y a la disposición del equipo de laboratorio para su uso

con las condiciones requeridas.

La selección de la forma y las dimensiones de los adoquines que se fabricaron,

responden a su accesibilidad en la conformación, la facilidad de manipulación y el

uso difundido que tiene este tipo de adoquín en áreas de circulación peatonal y

también en estacionamientos y calles residenciales, por estas razones se decide

fabricar adoquines de tipo C (adoquines rectangulares de perfil sencillo y de caras

paralelas), con dimensiones de: 200 mm de largo, 100 mm de ancho y 80 mm de

espesor.

Al establecer las dimensiones con las que se fabricarán los adoquines, fue

necesario elaborar un molde con planchas de acero comercial de 10 mm, con

dimensiones de: 220 mm de largo, 120 mm de ancho y 100 mm de espesor, con

una placa de acero como techo deslizable para conseguir el espesor deseado del

adoquín de 80 mm, adaptar un sistema de bisagras y ajustar por pernos para

facilitar el desmolde de los adoquines fabricados.

La prensa hidráulica de acción manual usada para la conformación de los

adoquines, proporciona la presión requerida de 14,2 MPa para logar una

compactación completa de las mezclas frescas, con la que se fabricaron todos los

adoquines.

En la fabricación de adoquines, se utiliza un cemento hidráulico tipo Portland que

se comercializa normalmente en el mercado ecuatoriano, según la clasificación

enunciada en la norma INEN 490 (INEN 490, 2005, pp. 1-5), corresponde al tipo

IP “cemento Portland puzolánico”, lo que significa que este cemento tiene

adiciones de puzolana fina, lo que presenta una serie de características que

mejoran el desempeño del cemento Portland común, como por ejemplo: previene

la inestabilidad volumétrica, disminuye la porosidad y permeabilidad, disminuye la

vulnerabilidad a los sulfatos y efectivamente neutraliza la reactividad perjudicial

álcali–sílice (LAFARGE, 2011, p. 1). En el Ecuador el uso de este tipo de cemento

72

IP es el que se comercializa comúnmente y es el que se usa en la mayoría de

proyectos constructivos.

Otro de los componentes que se utiliza en la fabricación, es el agua proveniente

de la red de agua potable de la ciudad de Quito, la misma que por sus

características de calidad y de potabilidad, cumple de manera más que

satisfactoria con los requisitos para su uso en la fabricación de cualquier tipo de

concreto como lo indica la bibliografía especializada (Kosmatka, Kerkhoff,

Panarese y Jussara, 2004, p. 95; Neville y Brooks, 2010, p. 74). Si bien

dependiendo de la disponibilidad de este recurso y los usos de los concretos, se

pueden usar aguas de diferentes características, se debe determinar que el agua

no contenga sustancias problemáticas para el concreto, como pueden ser:

hidrocarburos, ó con excesivo contenido de compuestos orgánicos.

Como componente mayoritario en las mezclas de concreto para adoquines, se

utiliza el residuo cerámico proveniente de EDESA como agregado en porcentajes

de 90 % hasta 80 % y de esta manera se puede observar su factibilidad de uso

como materia prima, en la fabricación de adoquines que cumplan con los

estándares normados.

El hecho de no utilizar ningún tipo de aditivo para concreto en la experimentación,

responde a que fue necesario simplificar el control sobre las mezclas y de este

modo observar las características que presentan éstas con sus componentes

básicos: cemento, agua y agregados y también determinar cuáles son las

opciones de mejora que se pueden obtener al usar aditivos para el concreto.

Es importante tener en cuenta que durante las mediciones que se realizan dentro

de un periodo de tiempo, la variación en un factor incontrolado dentro de la

experimentación, puede provocar una tendencia en los valores obtenidos y para

disminuir este error sistemático que se puede producir durante la

experimentación, se recurre a la técnica de aleatorización (Miller y Miller, 1988,

pp. 147,148). En la experimentación realizada, cada mezcla se hizo en un orden

73

aleatorio, como se indica en la Tabla A 24 del Anexo VI y con ello se logra

controlar cualquier variación de este tipo.

Para la utilización de las materias primas, se siguió un orden específico que se

sugiere en bibliografía especializada (Cement and Concrete Institute, 2009, p. 4;

Neville y Brooks, 2010, p. 126): se cargó el agregado, luego el cemento, seguido

de una cantidad de agua, se mezcló y luego se añade la cantidad restante de

agua, el tiempo de mezclado se toma una vez que se han añadido todos los

componentes de la mezcla, este orden de adición de los componentes logra una

mejora en la uniformidad en la mezcla, el tiempo de mezclado depende mucho del

tipo y la cantidad de concreto preparado, el mínimo que se sugiere para la

cantidad preparada es de un minuto, pero para mezclas más secas, como es este

caso, se sugiere aumentar el tiempo hasta 5 minutos, se debe tener en cuenta

que exceder demasiado el tiempo de mezcla puede provocar la evaporación del

agua de mezclado, dificultando la trabajabilidad final de la mezcla, adicionalmente

el exceso en el mezclado puede conducir: a la molienda del agregado, al

incremento de la temperatura y al fraguado mucho más rápido (Neville y Brooks,

2010, pp. 126-128). Con esta información como base, cada lote se mezcló por 6

minutos para asegurar una mezcla completa y uniforme de todos sus

componentes.

La mezcla fresca colocada dentro del molde, se sometió a una presión de 14,2

MPa, se fijó este valor en todas las mezclas para logar una compactación

completa y lograr una mejor resistencia a lo recomendado en la bibliografía de 10

MPa (Cement and Concrete Institute, 2009, p. 2). El control de la altura de los

adoquines se logró con el desplazamiento de una placa de acero adaptada a la

prensa hidráulica.

Las diferentes mezclas en estado fresco presentaron distintos grados de

trabajabilidad, es decir, la facilidad de distribución del material, la oportunidad de

manipulación, la posibilidad de tomar la forma diseñada y mantenerla luego del

desmolde. En la Tabla 19 se designa en una escala relativa, esta trabajabilidad

lograda por cada mezcla, donde se tiene que el valor de 4 representa una

74

trabajabilidad muy buena, 3 una trabajabilidad buena, 2 una mala y 1 una

trabajabilidad muy mala.

Tabla 19. Clasificación cualitativa de la trabajabilidad del las mezclas de concreto para la fabricación de adoquines

Mezclas para la fabricación de adoquines


Trabajabilidad 3 3 4


Trabajabilidad 2 3 3

Como se puede observar en la tabla anterior, se presentan estimaciones de

trabajabilidad aceptable en las mezclas que contienen mayores cantidades de

cemento y tienen en su granulometría un mayor porcentaje de granos más finos.

En las mezclas codificadas como A3B1: la trabajabilidad mejora por la presencia

de finos y la mayor cantidad de cemento como aglutinante, presentan una buena

distribución del material al momento de la colocación en el molde, no existe

segregación en el agregado y también al momento del desmontado no se

desprenden las esquinas y bordes.

En las mezclas A1B1, A2B1, A2B2 y A3B2 la trabajabilidad inferida es buena. En

las mezclas A1B1 y A2B1 esta característica se debe principalmente a la

presencia de finos en la formulación, si bien la distribución del material es

satisfactoria al momento de colocar la mezcla en el molde, lo que permite una

mejor compactación, al momento del desmontado se presentan pequeños

desprendimientos principalmente en las esquinas superiores de los adoquines. En

cambio para las mezclas del tipo A2B2 y A3B2, la trabajabilidad mejora por las

mayores cantidades de cemento como aglutinante, aunque la distribución del

material en el molde requiere de un esfuerzo adicional para lograr una mejor

compactación, el desprendimiento de bordes y esquinas es mínimo.

75

En el caso de la mezcla A1B2, la trabajabilidad es mala, se requiere de esfuerzo

adicional para distribuir el material en el molde y además al momento del

desmolde se requiere de mayor cuidado para que las esquinas y bordes no se

desprendan, lo que dificulta la manipulación en estado fresco.

Estéticamente los adoquines que presentan mejor apariencia son los adoquines

fabricados con las mezclas A3B1, A2B1 y A1B1, es decir, las que tienen mayor

contenido de finos, en éstos se aprecia una textura cerrada y mucho más

uniforme.

Los adoquines resultantes de las mezclas A3B2, A2B2 y A1B2, presentan una

textura más abierta y más rugosa.

Las diferentes texturas y apariencias de los adoquines fabricados se pueden

apreciar en la Figura 11.

Figura 11. Muestras de adoquines fabricados, con cada una de las mezclas estudiadas

A manera de prueba de elaboración, también se fabricaron algunos adoquines

con el residuo cerámico, tal y como fue entregado sin ninguna adecuación y una

muestra se puede ver en la Figura 12.

76

Figura 12. Adoquín fabricado con el residuo cerámico sin ninguna adecuación

Como se puede apreciar en la última figura, el adoquín de este tipo presenta una

textura abierta y bastante rugosa, poco atractiva, lo que ratifica que el material

cerámico debe ser readecuado antes de su uso en la fabricación de adoquines.

El proceso de curado en todo tipo de concreto, es de importancia fundamental

para el desarrollo de la resistencia, se conoce como el curado a los

procedimientos que son usados para promover la hidratación del cemento. Un

curado incorrecto conduce a una disminución de durabilidad y resistencia del

concreto, un curado adecuado, se logra manteniendo una temperatura sobre los 0

ºC y conservando la humedad en el concreto, para lo cual se dispone de distintos

métodos (Neville y Brooks, 2010, p. 177; Metha y Monteiro, 2006, p. 351).

Para obtener una condición controlada en los adoquines fabricados, el curado de

los adoquines se realiza luego de que salen del conformado, para evitar la pérdida

de humedad cada adoquín se envuelve con una lámina de plástico de embalaje

que cubre la totalidad de la superficie expuesta al ambiente y los adoquines se

colocan en un sitio protegido de corrientes de aire, hasta que transcurra un

periodo de 28 días, si bien la resistencia de un concreto en condiciones

favorables continúa desarrollándose por largos periodos de tiempo, el concreto

77

alcanza aproximadamente el 99 % de su resistencia a los 28 días, el concreto

continúa ganando fuerza después de ese tiempo, pero la tasa de ganancia en

resistencia, es mucho menor en comparación con la lograda en este período.

Al cumplir con este procedimiento, se asegura que todos los adoquines tengan

una etapa de curado homogénea y controlada, para que cualquier variación en la

resistencia que se obtenga en los adoquines fabricados, responda a la variación

de los parámetros seleccionados en la etapa de experimentación.

3.5. PRUEBAS DE CALIDAD DE LOS ADOQUINES FORMADOS

Una vez que transcurre el periodo de 28 días de curado para los adoquines, se

realizan las pruebas de calidad que se indican en la norma INEN 1488

“Adoquines. Requisitos”, requerimientos correspondientes a: dimensiones y

tolerancias y a resistencia a la compresión del adoquín.

La norma INEN 1486 “Determinación de las dimensiones, área total y área de la

superficie de desgaste”, indica cómo se realiza la medición de las dimensiones de

un adoquín. Para la determinación del espesor largo y ancho se usan: un

calibrador y una regla metálica; y para determinar la cuadratura o escuadría, se

coloca el mango de la escuadra metálica en contacto con una de las caras

superior o inferior con un lado del adoquín y se determina el espacio libre entre la

hoja de la escuadra y el adoquín a 10 mm de cada borde superior e inferior, en 6

puntos diferentes alrededor del adoquín. Como se indica en la norma, cada

muestra debe estar formada por 10 adoquines.

En las tablas del Anexo VII, se presentan los valores que se obtuvieron luego de

aplicar el procedimiento indicado para cada adoquín en el proceso experimental.

En las Tablas 20, 21, 22, 23, 24 y 25 se presentan resumidas las dimensiones

promedio obtenidas para los 10 adoquines que luego se sometieron a las pruebas

de resistencia a la compresión.

78

Tabla 20. Mediciones promedio tomadas de los adoquines sometidos a pruebas de resistencia a la compresión de la mezcla A1B1

ESPESOR (mm) LARGO (mm) ANCHO (mm)

Adoquines E L A

A1B1R1C 82,10 201,75 102,05

A1B1R2B 82,99 201,75 101,98

A1B1R2C 81,81 201,75 102,83

A1B1R3A 82,08 201,51 102,00

A1B1R3B 80,46 201,00 102,10

A1B1R4A 82,74 202,00 103,28

A1B1R4B 81,83 201,75 101,38

A1B1R4C 83,96 201,50 102,80

A1B1R5A 84,08 201,50 102,32

A1B1R5C 83,93 202,00 102,75

Promedio 82,60±1,17 201,65±0,29 102,35±0,56



Adoquines E L A

A1B2R1A 81,94 201,50 103,27

A1B2R1B 83,11 201,50 102,28

A1B2R2A 83,59 200,50 100,87

A1B2R2C 81,45 201,25 101,82

A1B2R3B 81,10 201,25 101,75

A1B2R3C 81,51 201,75 101,90

A1B2R4A 84,43 202,50 102,70

A1B2R4B 84,18 202,00 102,70

A1B2R4C 82,14 202,00 102,25

A1B2R5C 83,48 201,75 101,32

Promedio 82,69±1,21 201,60±0,54 102,09±0,71

79




Adoquines E L A

A2B2R1A 83,84 201,75 103,52

A2B2R1B 80,15 201,75 101,40

A2B2R2A 81,03 202,00 101,90

A2B2R2B 80,79 201,50 101,40

A2B2R2C 80,69 201,75 101,73

A2B2R3A 81,51 202,00 103,45

A2B2R3C 79,35 202,00 103,13

A2B2R5A 81,60 202,00 101,37

A2B2R5B 79,80 202,00 101,50

A2B2R5C 80,28 201,75 101,35

Promedio 80,90±1,3 201,85±0,2 102,1±0,9


Adoquines E L A

A2B1R1A 82,70 201,50 102,18

A2B1R1C 82,85 202,00 102,42

A2B1R2B 82,41 202,00 102,08

A2B1R2C 82,29 201,75 102,40

A2B1R3A 81,51 202,00 102,13

A2B1R3B 81,30 202,00 101,62

A2B1R3C 81,16 202,00 102,12

A2B1R4C 82,05 202,00 101,93

A2B1R5B 83,45 202,00 102,40

A2B1R5C 81,41 202,00 102,00

Promedio 82,11± 0,76 201,93±0,17 102,13±0,25

80



Adoquines E L A

A3B1R1A 80,94 201,00 101,93

A3B1R1B 80,36 201,75 102,00

A3B1R1C 80,73 201,25 101,55

A3B1R2A 80,19 201,00 101,38

A3B1R2B 78,48 201,00 101,38

A3B1R2C 80,96 201,00 101,72

A3B1R3A 81,40 201,50 101,70

A3B1R3B 80,05 201,50 101,53

A3B1R3C 81,03 202,00 101,82

A3B1R5C 80,90 202,00 102,05

Promedio 80,50±0,82 201,40±0,41 101,71±0,24



Adoquines E L A

A3B2R3A 80,06 201,50 102,80

A3B2R3B 80,56 202,25 102,68

A3B2R3C 79,80 202,00 102,95

A3B2R4A 81,76 202,25 101,27

A3B2R4C 81,26 202,00 101,23

A3B2R5A 80,35 202,00 101,95

A3B2R5C 79,23 202,00 101,48

A3B2R6A 80,28 202,00 102,00

A3B2R6B 79,78 202,00 101,87

A3B2R6C 78,15 202,00 102,22

Promedio 80,12±1,01 202,00±0,20 102,05±0,62

81

Al revisar los datos de las tablas anteriormente expuestas, se observa que todos

los adoquines fabricados presentan una desviación en las dimensiones con las

que fueron diseñados inicialmente, la mayoría de estos valores se encuentran

dentro del rango de valores que permite la misma norma INEN 1488 que son:

para el espesor una tolerancia de ± 3 mm, para el largo una tolerancia de ± 2 mm,

para el ancho una tolerancia de ± 2 mm, pero los valores que se encuentran

sombreados en rojo presentan una desviación mas allá de los límites permitidos.

Estas desviaciones en las dimensiones nos indican que existe variación en el

volumen de concreto ya fraguado, los cambios de volumen en el concreto, se dan

por diversas razones: cambios de temperatura y de humedad, influencia de

diferentes tipos de esfuerzos, efectos químicos y demás (Kosmatka, Kerkhoff,

Panarese y Jussara, 2004, p. 305), por lo que es necesario tener en cuenta estos

cambios en el diseño de los elementos de concreto. Estas variaciones son de

pequeña magnitud, pero deben ser controladas para evitar tener productos fuera

de especificaciones.Las pruebas de resistencia a la compresión, se llevaron a

cabo en el “Laboratorio de Materiales de la Construcción de la PUCE (Pontificia

Universidad Católica Del Ecuador)” de acuerdo con lo indicado en la norma INEN

1485. El tratamiento de datos, así como los resultados entregados se encuentran

detallados en el Anexo VIII y en el Anexo IX. A continuación, en la Tabla 26 se

presentan los valores de la resistencia a la compresión promedio que se

obtuvieron para los adoquines fabricados con las diferentes mezclas.

Tabla 26. Valores promedio de resistencia a la compresión obtenidos para los adoquines fabricados a escala de laboratorio y con cada una de las mezclas estudiadas

Tipo de Mezclas

% Cemento

Resistencia promedio

(MPa)

Desviación estándar

A1B1 10 9,37 ±1,92

A1B2 10 12,36 ±2,20

A2B1 15 16,39 ±2,42

A2B2 15 21,26 ±3,81

A3B1 20 20,27 ±2,82

A3B2 20 35,23 ±3,36

82

Como se observa en los datos de la Tabla 26 y que se hallan graficados en la

Figura 13, las mezclas que presentan las mejores características de resistencia

son: la A3B2 con 35,23 ± 3,36 MPa; la A2B2 21,26 ± 3,81 MPa; y la A3B1 con

20,27 ± 2,82 MPa.

Se puede apreciar a primera vista que los adoquines que fueron fabricados con

un residuo más grueso (del tipo B2), presentan una mayor resistencia que los

fabricados con el mismo residuo, pero más fino (tipo B1), a pesar de que tienen el

mismo porcentaje de cemento en sus mezclas.

Con base en los resultados vistos, se puede decir que la granulometría gruesa

que fue seleccionada presentó una distribución adecuada que permitió lograr una

compactación superior y como consecuencia permitió obtener en general un

mayor valor de resistencia.

Figura 13. Resistencia promedio de los adoquines fabricados respecto a su concentración de cemento

9,37

16,39

20,27

12,36

21,26

35,23

0

5

10

15

20

25

30

35

40

A1 10% A2 15% A3 20%

Res

iste

nci

a al

a co

mp

resi

ón

(M

Pa)

% Porcentaje de cemento presente

fino (B1) grueso (B2)

83

Las granulometrías en las que predominan las fracciones más finas, a pesar de

que pueden lograr una disminución de los espacios vacíos, aumentan la superficie

efectiva de contacto, por lo que para lograr una resistencia similar, requerirían de

una mayor cantidad de pasta de cemento que llegue a cubrir todos los granos, por

lo cual, en los resultados se evidencia la menor resistencia que presentan los

adoquines fabricados con el material más fino (Neville y Brooks, 2010, pp. 116-

119).

Esta relación descrita anteriormente, entra en conflicto con el aspecto estético del

adoquín, pues es evidente que un adoquín fabricado con un agregado más fino

presenta un aspecto más agradable, por ello se debe buscar un justo equilibrio

entre la funcionalidad de los agregados con distribución más gruesa y los

agregados de distribución más fina para lograr una adecuada apariencia.

En la Figura 13, también se aprecia que la cantidad de cemento presente en los

adoquines determina la mayor resistencia a la compresión, de hecho, al usar una

misma relación de agua/cemento (0,38) en todas las mezclas, la cantidad de

cemento es uno de los factores que más influye en la resistencia de todo tipo de

concreto, pero esta afirmación es cierta en ciertos rangos de concentración,

porque de igual manera, una excesiva cantidad de cemento puede provocar una

disminución de la resistencia del concreto al no hidratarse completamente

(Neville y Brooks, 2010, pp. 115-119).

Al analizar las desviaciones estándar obtenidas en los ensayos de resistencia, se

puede ver que presentan valores elevados (3,81 MPa, 3,36 MPa, 2,82 MPa) que

pueden representar errores elevados, lo cual indica que existe una gran

dispersión en los valores obtenidos de los ensayos, al revisar la información en

bibliografía referente sobre este tema, se encuentra que son comunes valores de

desviación estándar de hasta 3,5 MPa (Dowson, Mix design for concrete block

paving, 1980, p. 126), por lo que se puede decir que los valores reportados están

cercanos a los rangos manejados, esta gran dispersión se puede explicar debido

a la naturaleza misma del concreto que es un material que depende de un gran

número de factores que hacen complicado su control de manera exacta.

84

Teniendo presente esta información, se puede decir que los adoquines fabricados

con la mezcla de tipo A3B2, es decir, con 20 % de cemento (A3) y de

granulometría gruesa (B2) que presentan una resistencia media de 35,23 ± 3,36

MPa y a pesar de su alta desviación estándar reportada, son aptos para ser

usados en estacionamientos, calles residenciales, tráfico peatonal y cumplen con

el requisito de la norma INEN 1488 que indica que el valor requerido es de 30 y

20 MPa respectivamente como se señaló anteriormente.

Los adoquines fabricados con las mezclas tipo la A2B2 (15 % cemento y

granulometría fina) y las de tipo A3B1 (20 % cemento y granulometría fina) que

presentan valores de resistencia de 21,26 ± 3,81 MPa y 20,27 ± 2,82 MPa

respectivamente, con ciertas observaciones y reserva debido a los valores y su

desviación estándar, se puede decir que no podrían ser utilizados para tráfico

peatonal, cuyo valor indicado en la norma es de 20 MPa.

De manera más general, se puede decir que el porcentaje mínimo de cemento

con respecto al residuo cerámico con el cual se pueden fabricar adoquines aptos

para tráfico peatonal y ligero, es de 20 %.

85

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. CONCLUSIONES

El residuo cerámico entregado por EDESA S.A. que se analizó, es un sólido

granular homogéneo que proviene de la trituración de productos cerámicos

desechados, del cual se generan entre 350 y 450 toneladas mensuales.

Se estableció que este residuo cerámico es un mineral químicamente inerte, con

una composición mayoritaria de 69 % de SiO2 y un 23 % de Al2O3, no se lo

considera como un residuo peligroso y tampoco contiene sustancias perjudiciales

para la elaboración de concreto.

Con base en los análisis de composición química, las propiedades de densidad y

el porcentaje soluble en ácido que presenta el residuo cerámico, se concluyó que

este residuo puede ser utilizado para la fabricación de adoquines.

Se determinó que este residuo debe ser sometido a procesos físicos de

clasificación y reducción de tamaño antes de utilizarse en la fabricación de

adoquines.

Se estableció que los adoquines fabricados con la mezcla tipo A3B2 presentan

una resistencia a la compresión entre 30 MPa y por ésto pueden ser usados para

el adoquinado de áreas de tráfico peatonal, áreas para estacionamiento y calles

residenciales.

Se determinó que los adoquines fabricados con el mismo porcentaje de cemento,

pero de granulometrías tipo B2 que tiene una distribución granulométrica de: 3 %

para 9,500 mm; 39 % para 4,750 mm; 19 % para 2,360 mm; 6 % para 1,180 mm;

8 % para 0,600 mm; 18 % para 0,300 mm; 4 % para 0,150 mm; y 2 % para 0,075

mm; tienen una resistencia mayor a los adoquines fabricados con granulometrías

tipo B1.

86

Se encontró que el residuo cerámico puede ser aprovechado en su totalidad como

remplazo de los agregados pétreos en la fabricación de adoquines de concreto,

así se puede evitar que su disposición final se constituya en un problema

ambiental para la Ciudad de Quito

87

4.2. RECOMENDACIONES

Se recomienda para la fabricación de adoquines, usar el residuo con la

distribución granulométrica continua más gruesa posible que permita cumplir con

las especificaciones normadas y con las características estéticas necesarias.

Se recomienda realizar un estudio, en el cual se incluyan diferentes tipos de

aditivos para concreto y se modifique la relación agua/cemento en las

formulaciones, para así determinar su influencia en las características funcionales

y estéticas de los adoquines de concreto.

Se puede completar el estudio con una análisis económico para la creación de un

negocio de producción de agregados y también una industria de elaboración de

prefabricados de concreto.

En importante estudiar diferentes alternativas de conformación de adoquines

como por ejemplo: la conformación de adoquines bi-capa, en los cuales se

puedan conjugar de mejor manera las características de resistencia y de estética.

Se recomienda evaluar la utilización del residuo cerámico en otro tipo de

elementos de concreto como pueden ser: bloques, vigas prefabricadas, losetas y

también evaluar el comportamiento del residuo en concretos estructurales.

Se recomienda realizar un estudio sobre la posibilidad que pueden tener las

fracciones más finas del residuo, con un tamaño menor a las 75 µm, como

material puzolánico y como material de carga para la fabricación de polímeros

compuestos.

88

5. BIBLIOGRAFÍA

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97

ANEXOS

98

ANEXO I

FOTOGRAFÍAS DE LA PARTE EXPERIMENTAL Y DEL RESIDUO

Figura 14. Fotografías de la reducción de tamaño de la muestra de desecho cerámico para

ensayos: a) Mezcla de la muestra, b) Formación del cono y aplanamiento de la masa, c) Muestra dividida en cuartos, d) Remoción de los dos cuartos opuestos

99

Figura 15. a) Torre de tamices utilizada en el análisis granulométrico de la fracción pasada 4,75 mm del material de estudio. b) Determinación de pesos de las

fracciones retenidas

Figura 16. Determinación de la densidad, densidad relativa y absorción del árido fino

100

Figura 17. a) Balanza para la determinación del peso aparente, b) Determinación del peso

aparente del conjunto canasta-muestra

Figura 18. Determinación de masa unitaria

101

Figura 19. Determinación de la porción soluble en ácido

Figura 20. Reducción de tamaño y clasificación del material reciclado

102

Figura 21. Molde de acero frabricado y prensa hidráulica, utilizados en la fabricación de adoquines

Figura 22. Preparación de la mezcla para la fabricación de adoquines

103

Figura 23. Proceso de fabricación de adoquines: a)Llenado, b)Prensado, c)Desmontado, d)Desmoldado, e)Colocado, f)Envuelto

Figura 24. Colocación y protección durante el proceso de curado, de los adoquines fabricados

104

Figura 25. Procedimiento seguido para la determinación de la resistencia a la compresión, en adoquines

Figura 26. Ejemplares de la distribución de tamaños del residuo cerámico

105

Figura 27. Material cerámico retenido en la malla INEN 4,75 mm

Figura 28. Material cerámico que pasa la malla INEN 4,75 mm

106

ANEXO II

LÍMITES PERMISIBLES PARA NO CONSIDERAR A UN DESECHO

COMO PELIGROSO

Cualquier desecho listado en la Tabla A1, podrá no ser considerado como

peligroso, si no supera la concentración máxima señalada (El Consejo del Distrito

Metropolitano de Quito, 2007, p. 48).

Tabla A 1. Concentración máxima de contaminantes de acuerdo con la característica de toxicidad

CONCENTRACIÓN MÁXIMA DE CONTAMINANTES DE ACUERDO CON LA CARACTERÍSTICA DE TOXICIDAD (PRUEBA DE LIXIVIACIÓN)

LÍMITE MÁXIMO

(mg/l) CONTAMINANTE

Arsénico 5,0

Bario 100,0

Benceno 0,5

Cadmio 1,0

Clordano 0,03

Cloruro de Vinilo 0,02

Clorobenzeno 100,0

Cloroformo 6,0

o-Cresol 200,0

m-Cresol 200,0

p-Cresol 200,0

Cresol 200,0

Cromo 5,0

1,4-Diclorobenzeno 7,5

1,2-Dicloroetano 0,5

1,1-Dicloroetileno 0,7

2,4-Dinitrotolueno 0,13

2,4-D 10,0

Endrin 0,02

Heptacloro y su epóxido 0,008

Hexaclorobenzeno 0,13

107

Tabla A 1. Concentración máxima de contaminantes de acuerdo con la característica de toxicidad (Continuación…)

Hexaclorobutadieno 0,5

Hexacloroetano 3,0

Lindano 0,4

Mercurio 0,2

Metiletilcetona 200,00

Metoxicloro 10,0

Nitrobenzeno 2,0

Pentaclorofenol 100,0

Piridina 5,0

Plata 5,0

Plomo 5.0

Selenio 1,0

Tetracloruro de carbono 0,5

Tetracloroetileno 0,7

Toxafeno 0,5

2, 4, 5-TP (Silvex) 1,0

Tricloroetileno 0,5

2,4,6-Triclorofenol 2,0 Fuente: NORMA TÉCNICA DE RESIDUOS PELIGROSOS (Industriales y domésticos), Ordenanza Ambiental 213 para el Distrito Metropolitano de Quito

Tabla A 2. Sustancias tóxicas inorgánicas bioacumulativas y persistentes

SUSTANCIAS CLT* (mg/kg)*8 hb EN BASE SECA

Antimonio y sus compuestos 1.000

Arsénico y sus compuestos 1.000

Asbestos (sujeto a verificación) 1 %

Bario y sus compuestos (excepto barita) 20.000

Berilio y sus compuestos 150

Cadmio y sus compuestos 200

Cobalto y sus compuestos 16.000

Cobre y sus compuestos 5.000

Cromo hexavalente y sus compuestos 1.000

Cromo trivalente y sus compuestos 5.000

Mercurio y sus compuestos 40

Molibdeno y sus compuestos 7.000 Fuente: NORMA TÉCNICA DE RESIDUOS PELIGROSOS (Industriales y domésticos), Ordenanza Ambiental 213 para el Distrito Metropolitano de Quito, *CLT: Carga Límite Tolerable

108

ANEXO III

CÁLCULOS PARA EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

Para el análisis granulométrico de las diferentes fracciones del material del

desecho cerámico se siguió el orden de tamices indicado en las Tablas A3 y A4.

Tabla A 3. Serie de tamices usados para el análisis granulométrico, de la fracción del material de desecho que pasa el tamiz 4,75 mm

Serie de Tamices

Tamiz INEN (mm) Tamiz Equivalente

ASTM

4,75 mm # 4

2,36 mm # 8

1,18 mm # 16

600 µm # 30

300 µm # 50

150 µm # 100

(INEN 696, 1982, p. 5)

Tabla A 4. Serie de tamices INEN y sus equivalentes ASTM usados para el análisis

granulométrico de la fracción del material de desecho que fue retenida sobre 4,75 mm

Serie de Tamices

Tamiz INEN (mm) Tamiz Equivalente

ASTM

26,5 1,06 “

19,0 3/4 “

13,2 1/2 “

9,5 3/8 “

4,75 nº 4 (fondo)

(INEN 696, 1982, p. 5)

109

Los cálculos realizados se indican a continuación en los siguientes numerales y

Tablas: A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 y A12:

1. Cálculo del porcentaje de árido retenido en cada tamiz

Tabla A 5. Fracciones que forman parte del residuo cerámico

Muestra 1 Muestra 2 Muestra promedio

Tamizado muestra inicial (kg) 12,8 %

retenido 14,2

% retenido

% retenido

Fracción < 4,75 mm (kg) 5,2 40,62 % 5,8 40,85 % 40,74 %

Fracción ≥ 4,75 mm (kg) 7,6 59,37 % 8,4 59,15 % 59,26 %

A= Masa de la muestra de ensayo inicial en kg

B= Masa de la cantidad de material retenida en un determinado tamiz en kg

2. Cálculo para determinar: % retenido; %retenido acumulado; y % pasado acumulado, de agregado grueso

Tabla A 6. Análisis granulométrico de residuo como agregado grueso, Muestra 1

1era medición

Tamices Peso inicial (g) % Retenido


% Pasado acumulado INEN 11 509,9

26,50 mm 13,1 0,11 0,11 99,89

19,00 mm 136,8 1,19 1,30 98,70

13,20 mm 1 686,1 14,65 15,95 84,05

9,50 mm 2 996,0 26,03 41,98 58,02

4,75 mm 6 677,2 58,01 99,99 0,01

Total registrado 11 509,2 99,99 ------- -------

110

Tabla A 7. Análisis granulométrico de residuo como agregado grueso, Muestra 2

2da medición

Tamices Peso inicial % Retenido


% Pasado acumulado

INEN 6 736,5 (g) 26,50 mm 0,0 0,00 0,00 100,00

19,00 mm 49,5 0,73 0,73 99,27

13,20 mm 754,5 11,20 11,93 88,07

9,50 mm 1 483,6 22,02 33,96 66,04

4,75 mm 4 446,1 66,00 99,96 0,04


Tabla A 8. Análisis granulométrico de residuo como agregado grueso, Combinado

Resultado

Tamices Peso inicial (g) % Retenido % Retenido acumulado

% Pasado acumulado

INEN 18 246,4 99,98

26,50 mm 13,1 0,07 0,07 99,93

19,00 mm 186,3 1,02 1,09 98,91

13,20 mm 2 440,6 13,38 14,47 85,53

9,50 mm 4 479,6 24,55 39,02 60,98

4,75 mm 11 123,3 60,96 99,98 0,02


Ejemplo; en el último resultado:

% Retenido = B

A*100 =

11123,3

18246,2*100 = 60,96

% Retenido Acumulado(n)= %Retenido Acumulado (n-1) +%Retenido (n)

= 1,09+13,38 = 14,47

% Pasado Acumulado(n) = 100-%Retenido acumulado(n) = 100-39,02 = 60,98

3. Cálculo para determinar: % retenido; %retenido acumulado; y % pasado acumulado, de agregado fino

111

Tabla A 9. Análisis granulométrico de residuo como agregado fino, Muestra 1

Muestra 1


% Pasado acumulado

INEN 716,9399

4,75 mm 10,9364 1,53 1,53 98,47

3,35 mm 156,7427 21,86 23,39 76,61

2,36 mm 53,1175 18,00 41,39 58,61

2,00 mm 66,6946 9,30 50,69 49,31

1,18 mm 130,1375 18,15 68,84 31,16

0,60 mm 97,5294 13,60 82,45 17,55

0,30 mm 50,3994 7,03 89,48 10,52

0,15 mm 26,7372 3,73 93,21 6,79

Fondo 47,6432 6,65 99,85 0,15

Total 715,8715 99,85 %

Tabla A 10. Análisis granulométrico del residuo como agregado fino, Muestra 2

2da

Tamices Peso inicial (g)

% Retenido % Retenido acumulado

% Pasado acumulado

INEN 738,1296

4,75 mm 2,6051 0,35 0,35 99,65

3,35 mm 154,4909 20,93 21,28 78,72

2,36 mm 131,0896 17,76 39,04 60,96

2,00 mm 61,2106 8,29 47,34 52,66

1,18 mm 136,3163 18,47 65,80 34,20

0,60 mm 108,7864 14,74 80,54 19,46

0,30 mm 59,7257 8,09 88,63 11,37

0,15 mm 30,7916 4,17 92,80 7,20

Fondo 52,0503 7,05 99,86 0,14

Total 737,0665 99,86 %

112

Tabla A 11. Análisis granulométrico del residuo como agregado fino, Muestra 3

3ra


% Pasado acumulado

INEN 780,5382

4,75 mm 4,198 0,54 0,54 99,46

3,35 mm 168,6532 21,61 22,15 77,85

2,36 mm 143,9067 18,44 40,58 59,42

2,00 mm 60,3575 7,73 48,31 51,69

1,18 mm 144,5232 18,52 66,83 33,17

0,60 mm 106,9683 13,70 80,54 19,46

0,30 mm 56,9706 7,30 87,83 12,17

0,15 mm 31,2727 4,01 91,84 8,16

Fondo 54,3184 6,96 98,80 1,20

Total retenido 771,1686 98,81 %

Tabla A 12. Análisis granulométrico para el residuo cerámico como agregado fino, Combinado

Combinado

Tamices %retenido

1 %retenido

2 %retenido

3 % retenido combinado

% retenido acumulado

% pasado acumulado

INEN % 32,1 % 33,0 % 34,9

4,75 mm 0,5 0,1 0,2 0,8 0,8 99,2

3,35 mm 7,0 6,9 7,5 21,5 22,3 77,7

2,36 mm 5,8 5,9 6,4 18,1 40,3 59,7

2,00 mm 3,0 2,7 2,7 8,4 48,8 51,2

1,18 mm 5,8 6,1 6,5 18,4 67,1 32,9

0,60 mm 4,4 4,9 4,8 14,0 81,2 18,8

0,30 mm 2,3 2,7 2,5 7,5 88,6 11,4

0,15 mm 1,2 1,4 1,4 4,0 92,6 7,4

Fondo 2,1 2,3 2,4 6,9 99,5 0,5

113

En las Tablas A13 y A14 se indican los requisitos de gradación que deben tener

los agregados o áridos en la fabricación de concreto:

Tabla A 13. Requisitos de gradación del árido grueso

TAMIZ INEN PORCENTAJE

QUE PASA

26,50 mm 100

19,00 mm 90 100

9,50 mm 20 55

4,75 mm 0 10

2,36 mm 0 5

(INEN 872, 1982, p. 5)

Tabla A 14. Requisitos de gradación del árido fino

TAMIZ INEN PORCENTAJE

QUE PASA

9,50 mm 100

4,75 mm 95 100

2,36 mm 80 100

1,18 mm 50 85

0,60 mm 25 60

0,30 mm 5 30

0,15 mm 0 10

(INEN 872, 1982, pàg. 2)

114

ANEXO IV

CÁLCULOS DE DENSITOMETRÍA Y ABSORCIÓN DE AGUA

Tabla A 15. Datos para el cálculo de la densidad y absorción del agua del desecho cerámico como agregado fino

A = masa de muestra seca al horno (g) 489,7

B = masa del picnómetro lleno de agua, hasta la marca de calibración (g)

653,8

C = masa del picnómetro lleno con muestra y agua hasta la marca de calibración (g)

947,4

S = masa de muestra saturada superficialmente seca (g) 501,3

Tabla A 16. Cálculos para la determinación de la densidad, densidad relativa y el porcentaje de absorción del residuo cerámico como agregado fino

Densidad relativa (gravedad

específica) Formulas INEN 856 Ejemplo de cálculo Resultado

Densidad relativa (SH) seco al horno =A

B+S-C =

489,7

653,8+501,3-947,4 2,36

Densidad relativa (SSS) saturada superficialmente seca =

S

B+S-C =

501,3

653,8+501,3-947,4 2,41

Densidad relativa aparente =A

B+A-C =

489,7

653,8+489,7-947,4 2,50

Densidad

Densidad (SH) (kg/m³ ) =997,5*A

B+S-C =

997,5*489,7

653,8+501,3-947,4 2 351,83

Densidad (SSS) (kg/m³) =997,5*S

B+S-C =

997,5*501,3

653,8+501,3-947,4 2 407,54

Densidad aparente ( kg/m³) =997,5*A

B+A-C =

997,5*489,7

653,8+489,7-947,4 2 490,95

Absorción (%) =S-A

A*100 =

501,3-489,7

489,7*100 2,37

115

Tabla A 17. Datos para el cálculo de la densidad y absorción del agua del desecho cerámico como agregado grueso

A= masa de muestra de ensayo seca al aire (g) 5 000,4

B= masa de la muestra de ensayo superficie seca saturada en aire (g)

5055

C = masa aparente de la muestra de ensayo saturada en agua (g)

2 904,3

Tabla A 18. Cálculos para la determinación de la densidad, densidad relativa y el porcentaje de absorción del residuo cerámico como agregado grueso

Densidad relativa(gravedad especifica) Formulas INEN 857 Ejemplo de cálculo

Densidad relativa (gravedad especifica) (SH) =A

B-C =

5000,4

5055-2904,3 2,33

Densidad relativa (gravedad especifica)en base de la superficie seca saturada (SSS) =

B

B-C =

5055

5055-2904,3 2,35

Densidad relativa aparente (gravedad especifica aparente) =

A

A-C =

5000,4

5000,4-2904,3 2,39

Densidad

Densidad (SH) (kg/m³) =997,5*A

B-C =

997,5*5000,4

5055-2904,3 2 319

Densidad superficie saturada seca (SSS) (kg/m³ ) =

997,5*B

B-C =

997,5*5055

5055-2904,3 2 345

Densidad aparente ( kg/m³) =997,5*A

A-C =

997,5*5000,4

5000,4-2904,3 2 380

Absorción

Absorción (%) =B-A

A*100 =

5055-5000,4

5000,4*100 1,1

116

Tabla A 19. Datos y cálculos para la masa unitaria (peso volumétrico) y porcentaje de vacíos en desecho cerámico como agregado

G= masa de agregado más el medidor g 23 553,30

T= masa del medidor g 4 905,30

V= volumen del medidor cm3 9 400,00

M = G-T

V

=

23553,3-4905,3

9400,0

Vacíos (%)

S = gravedad específica (en condición seca), determinada de acuerdo con la INEN 857 o la INEN 856

2,33

2,36

Da= densidad del agua (kg/m3) 998,00

í s %S*Da -Da *100

S*Da

=2,33 . 998 -998 . 100

2,33 . 998=14,68

=2,36 . 998 -998 . 100

2,36 . 998=15,77

Vacíos (%) =14,68 . 59,26

100+

15,77 . 40,74

100=15,15

117

ANEXO V

CÁLCULOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA PORCIÓN

SOLUBLE EN ÁCIDO DEL ÁRIDO FINO

Tabla A 20. Datos para el cálculo de la porción soluble en ácido del árido fino

M1=Masa de la muestra original seca (g) 55,90

M4=Masa del residuo de la muestra seca, después de tratamiento (g) M4=M3-M2

M2= Masa del papel filtro seco (g) 1,28

M3=Masa del papel filtro y la muestra seca, después de tratamiento (g) 56,99

Tabla A 21. Cálculo para hallar la porción soluble en ácido del árido fino

Formula INEN 1487 Ejemplo de cálculo

Porcentaje de pérdida de masa por el

tratamiento ácido =

M1 - M4

M1×100 =

55,90 - (56,99 - 1,28)

55,90×100

0,34 %

118

ANEXO VI

CODIFICACIÓN GENERADA PARA EL DISEÑO EXPERIMENTAL

Y CÁLCULO DE LA FORMULACIÓN DE LA MEZCLA ÓPTIMA

PARA LA FABRICACIÓN DE ADOQUINES.

En la Tabla A 22 se describen los factores y niveles que se siguen en el diseño

experimental.

Tabla A 22. Descripción del dominio experimental y factores que se aplicaron para encontrar la formulación de la mezcla óptima, en la fabricación de adoquines

Dominio experimental (niveles)

1 2 3

Factor a) Relación agregado-cemento presente en la mezcla 10 % 15 % 20 %

Dominio experimental (niveles)

1 2

Tamaño de

malla % retenido % retenido

Factor

b) Distribución del tamaño de

partícula en 2 tipos de agregado

9,500 mm 0,00 % 3,00 %

4,750 mm 0,00 % 38,89 %

2,360 mm 0,00 % 19,22 %

1,180 mm 15,00 % 6,11 %

0,600 mm 25,00 % 8,33 %

0,300 mm 30,00 % 18,33 %

0,150 mm 20,00 % 3,89 %

0,075 mm 10,00 % 2,22 %

La codificación seguida en el diseño experimental para obtener se explica a

continuación:

119

A cada unidad experimental se le asignaron 4 letras y cada una seguida de un

número que indica cada nivel de cambio en el factor y la repetición. Por ejemplo:

el código A2B1R4B indica que es una unidad experimental con una relación

agregado-cemento de 15 % (A2); de un material con granulometría de: 15 %

retenido en malla 1,180 mm, 25 % en malla 0,600 mm, 30 % en malla 0,300 mm,

20 % en malla 0,150 mm y 10 % en malla 0,075 mm (B1); que pertenece a la

cuarta repetición (R4); y es la segunda unidad del lote fabricado (B). Esta

codificación generada para cada adoquín fabricado en el diseño experimental se

indica en la Tabla A 23.

120

Tabla A 23. Codificación de las unidades experimentales y de las mezclas de concreto, para el desarrollo experimental

a) Relación agregado-cemento presente en la mezcla

10 % 15 % 20 % A1 A2 A3

b) Distribución

del tamaño de partícula en el

agregado

9,500 mm→0,00 %

4,750 mm →0,00 %

2,360 mm →0,00 %

1,180 mm →15,00 %

0,600 mm →25,00 %

0,300 mm →30,00 %

0,150 mm →20,00 %

0,075 mm →10,00 %

B1

A1B1R1A

A1B1R1B

A1B1R1C

A2B1R1A

A2B1R1B

A2B1R1C

A3B1R1A

A3B1R1B

A3B1R1C

A1B1R2A

A1B1R2B

A1B1R2C

A2B1R2A

A2B1R2B

A2B1R2C

A3B1R2A

A3B1R2B

A3B1R2C

A1B1R3A

A1B1R3B

A1B1R3C

A2B1R3A

A2B1R3B

A2B1R3C

A3B1R3A

A3B1R3B

A3B1R3C

A1B1R4A

A1B1R4B

A1B1R4C

A2B1R4A

A2B1R4B

A2B1R4C

A3B1R4A

A3B1R4B

A3B1R4C

A1B1R5A

A1B1R5B

A1B1R5C

A2B1R5A

A2B1R5B

A2B1R5C

A3B1R5A

A3B1R5B

A3B1R5C

9,500 mm →3,00 %

4,750 mm →38,89 %

2,360 mm →19,22 %

1,180 mm →6,11 %

0,600 mm →8,33 %

0,300 mm →18,33 %

0,150 mm →3,89 %

0,075 mm →2,22 %

B2

A1B2R1A

A1B2R1B

A1B2R1C

A2B2R1A

A2B2R1B

A2B2R1C

A3B2R1A

A3B2R1B

A3B2R1C

A1B2R2A

A1B2R2B

A1B2R2C

A2B2R2A

A2B2R2B

A2B2R2C

A3B2R2A

A3B2R2B

A3B2R2C

A1B2R3A

A1B2R3B

A1B2R3C

A2B2R3A

A2B2R3B

A2B2R3C

A3B2R3A

A3B2R3B

A3B2R3C

A1B2R4A

A1B2R4B

A1B2R4C

A2B2R4A

A2B2R4B

A2B2R4C

A3B2R4A

A3B2R4B

A3B2R4C

A1B2R5A

A1B2R5B

A1B2R5C

A2B2R5A

A2B2R5B

A2B2R5C

A3B2R5A

A3B2R5B

A3B2R5C

121

En la experimentación realizada, cada lote de mezcla se elaboró en un orden

aleatorio, como se indica en la Tabla A24.

Tabla A 24. Orden seguido para la elaboración de adoquines de las distintos lotes de

elaboración

Orden en la

fabricación

Tipo de

mezcla

Orden en la

fabricación

Tipo de

mezcla

Orden en la

fabricación

Tipo de

mezcla

1ro A3B1R2 11mo A2B1R2 21ro A3B2R5

2do A1B2R2 12mo A2B2R3 22do A3B2R4

3ro A2B1R3 13ro A3B2R1 23ro A2B1R4

4to A2B2R1 14to A1B1R2 24to A1B2R4



7mo A1B2R3 17mo A1B2R1 27mo A2B1R5

8vo A1B1R3 18vo A2B1R1 28vo A1B1R5

9no A3B2R2 19no A2B2R4 29no A3B1R5

10mo A2B2R2 20mo A1B1R4 30mo A1B2R5

Para establecer las dosificaciones de los componentes que conforman las

distintas mezclas para la experimentación, se plantean una serie de condiciones

que deben cumplir y al modelizarlas forman un sistema de 3 ecuaciones con tres

incógnitas. Las mismas que se describen a continuación:

[1]

[2]

[3]

122

Donde:

XA = cantidad de agregado para la mezcla (g)

YC = cantidad de cemento para la mezcla (g)

ZH2O = cantidad de agua para la mezcla (g)

V = volumen de un lote para fabricar 3 adoquines, 10*20*8*3= 4 800 cm3

ρA = densidad del agregado = 2,490 g/cm3

ρC = densidad del cemento = 2,878 g/cm3

ρH2O = densidad del agua = 1,000 g/cm3

%C = fracción de cemento respecto al total de sólidos: 0,1; 0,15; 0,20

w/C = relación agua/cemento seleccionada = 0,38

Ejemplo de cálculo para una mezcla A2B2:

XA

2,490+

YC

2,878+

ZH20

1,000=4 800

YC

XA+YC

= 0,15

ZH20

YC

= 0,38

Entonces resolviendo el sistema de ecuaciones a través de la rutina SOLVER de

EXCEL de Microsoft por aproximaciones sucesivas se obtiene:

XA = 9 057 g

YC = 1 598 g

ZH2O = 607 g

Para encontrar las cantidades que corresponden a cada tamaño de la distribución

granulométrica; se sigue el siguiente procedimiento:

Para la fracción retenida en malla de 9,500 mm 3,0 % 0,03*9 057= 271,7 g

Para la fracción retenida en malla de 4,750 mm 38,9 % 0,389*9 057= 3 522,1 g

Para la fracción retenida en malla de 2,360 mm 19,2 % 0,192*9 057= 1 740,9 g

123

Para la fracción retenida en malla de 1,180 mm 6,1 % 0,061*9 057= 553,5g


Para la fracción retenida en malla de 0,300 mm 18,3 % 0,183*9 057= 1 660,4g



Para las cantidades de agua en cada mezcla, se realiza la corrección con

respecto a la absorción del agregado, por lo que la cantidad adicional de agua

que se añade se obtiene: al multiplicar la cantidad de agregado, por el resultado

de la resta del porcentaje de absorción reportada del material como agregado

fino, menos el porcentaje de humedad presente en el material, en este caso el

material se encuentra seco, por lo que se considera igual a cero.

Un ejemplo de cálculo de la cantidad de agua requerida de la mezcla A2B2 se

presenta a continuación:

Agua adicional por absorción del agregado

+H2O=XA*(% Ab- %HA

100)=9057*(

2,37-0

100)=214,7

Donde:

+H2O = cantidad de agua adicional por absorción del agregado (g)

XA= masa de agregado presente en la mezcla (g)

%Ab = porcentaje de absorción del agregado

%HA = porcentaje de humedad del agregado

Las dosificaciones obtenidas se presentan a continuación en la Tabla A 25.

124

Tabla A 25. Orden de elaboración y composición de cada mezcla para la fabricación de adoquines

Concentración de Cemento

10 % 15 % 20 %


Repeticiones R1 R2 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5

Orden en la fabricación 15º 14º 8º 19º 27º 18º 11º 3º 22º 26º 5º 1º 6º 25º 29º

Cemento (g) 1 106 1 598 2 057

Agua (g) 420+235,8 607+214,7 782+195

Agregado B1 (g) 9 950 9 057 8 227

9,500 mm 0,0 % 0 0 0

4,750 mm 0,0 % 0 0 0

2,360 mm 0,0 % 0 0 0

1,180 mm 15,0 % 1 492 1 359 1 234

0,600 mm 25,0 % 2 487 2 264 2 057

0,300 mm 30,0 % 2 985 2 717 2 468

0,150 mm 20,0 % 1 990 1 811 1 645

0,075 mm 10,0 % 995 906 823


Repeticiones R1 R2 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5

Orden en la fabricación 17º 2º 7º 23º 30º 4º 10º 12º 24º 28º 13º 9º 16º 20º 21º

Cemento (g) 1 106 1 589 2 057

Agua (g) 420+235,8 607+214,7 782+195

Agregado B2 (g) 9 950 9 057 8 227

9,500 mm 3,0 % 298 272 247

4,750 mm 38,9 % 3 869 3 522 3 199

2,360 mm 19,2 % 1 913 1 741 1 581

1,180 mm 6,1 % 608 553 503

0,600 mm 8,3 % 829 755 686

0,300 mm 18,3 % 1 824 1 660 1 508

0,150 mm 3,9 % 387 352 320

0,075 mm 2,2 % 221 201 183

125

AN

EX

O V

II

DIM

EN

SIO

NE

S D

E A

DO

QU

INE

S F

AB

RIC

AD

OS

Tab

la A

26.

Med

icio

nes

tom

adas

a lo

s ad

oqui

nes

fabr

icad

os c

on la

mez

cla

tipo

A1B

1

A

DO

QU

INE

S F

AB

RIC

AD

OS

CO

N L

A M

EZ

CL

A T

IPO

A1B

1

A1B

1R1A

A

1B1R

1B

A1B

1R1C

A

1B1R

2B

A1B

1R

2A

A1B

1R2C

A

1B1R

3A

A1B

1R

3B

A1B

1R3C

A

1B1R

4A

A1B

1R4B

A

1B1

R4C

A

1B1R

5A

A1B

1R5B

A

1B1

R5C

ES

PE

SO

R

(mm

)

N°1

83

,25

82,2

5 82

,35

82,6

5 x

82,0

5 81

,60

80,4

0 81

,60

83,4

0 82

,05

84,5

0 84

,75

86,5

0 83

,50

N°2

83

,90

81,4

0 82

,00

82,9

0 x

81,5

0 82

,50

80,4

5 80

,60

82,1

0 81

,55

83,6

5 84

,45

84,5

0 84

,20

N°3

83

,20

81,9

5 81

,75

83,1

0 x

81,6

5 82

,40

80,4

0 80

,80

82,2

0 81

,95

83,4

0 83

,95

85,3

0 83

,85

N°4

82

,90

82,6

0 82

,30

83,3

0 x

82,0

5 81

,80

80,6

0 81

,60

83,2

5 81

,75

84,3

0 83

,15

87,0

0 84

,15

Ē

83,3

1 82

,05

82,1

0 82

,99

x 81

,81

82,0

8 80

,46

81,1

5 82

,74

81,8

3 83

,96

84,0

8 85

,83

83,9

3

LA

RG

O

(m

m)

N°1

20

2,00

20

1,50

20

2,00

20

1,50

x

202,

00

201,

52

201,

00

201,

50

202,

00

202,

00

201,

50

201,

50

201,

50

202,

00

N°2

20

2,50

20

1,50

20

1,50

20

2,00

x

201,

50

201,

50

201,

00

201,

50

202,

00

201,

50

201,

50

201,

50

201,

50

202,

00

Ḹ

202,

25

201,

50

201,

75

201,

75

x 20

1,75

20

1,51

20

1,00

20

1,50

20

2,00

20

1,75

20

1,50

20

1,50

20

1,50

20

2,00

AN

CH

O

(m

m)

N°1

10

2,10

10

2,35

10

1,35

10

1,60

x

102,

30

101,

60

101,

45

101,

40

102,

65

100,

95

101,

95

102,

00

102,

11

102,

65

N°2

10

2,95

10

3,05

10

3,10

10

3,00

x

103,

90

103,

05

103,

30

102,

85

104,

55

102,

05

104,

25

102,

60

103,

05

103,

60

N°3

10

1,35

10

1,40

10

1,70

10

1,35

x

102,

30

101,

35

101,

55

101,

50

102,

65

101,

15

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2R5A

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5B

A2B

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(mm

)

N°1

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,95

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,80

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,40

79,9

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,15

82,3

0 81

,70

79,6

0 79

,85

N°2

83

,50

80,0

5 79

,15

80,5

5 80

,75

80,6

5 80

,95

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0 79

,35

79,9

5 80

,25

82,0

5 81

,60

79,8

0 80

,75

N°3

84

,30

80,0

0 78

,30

81,1

5 80

,85

80,6

5 81

,35

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0 79

,25

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,95

82,5

0 81

,50

80,0

0 80

,55

N°4

83

,95

80,2

0 78

,10

81,4

5 80

,60

80,7

0 81

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0 79

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80,3

5 80

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82,7

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79,8

0 79

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Ē

83,8

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1 82

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79,3

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9 82

,39

81,6

0 79

,80

80,2

8

LA

RG

O

(mm

)

N°1

20

1,50

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

1,50

20

1,50

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

1,50

20

2,00

20

2,00

20

2,00

N°2

20

2,00

20

1,50

20

2,00

20

2,00

20

1,50

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

1,50

Ḹ

201,

75

201,

75

202,

00

202,

00

201,

50

201,

75

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

201,

75

202,

00

202,

00

201,

75

AN

CH

O

(mm

)

N°1

10

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10

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10

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10

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10

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10

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N°2

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10

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10

1,80

N°3

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10

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10

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10

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10

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Ā

103,

52

101,

40

101,

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101,

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40

101,

73

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13

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37

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35

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1 0

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0 0

0,5

0 0

0 0

0,5

0 0

0

132

Tab

la A

29.

Med

icio

nes

tom

adas

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s ad

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nes

fabr

icad

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on la

mez

cla

tipo

A2B

2 (continuación…

)

N°4

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0 0

0 0

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0 1

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0,5

0,5

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0 0

0 0

Val

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val

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N 1

488

V

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EN

148

8

133

Tab

la A

30.

Med

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tom

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3B

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1R5A

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A3B

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(mm

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N°1

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,50

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0 81

,30

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5 80

,55

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0 80

,80

80,6

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N°2

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,10

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,00

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,50

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5 81

,20

N°3

81

,10

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80,2

5 78

,45

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0 80

,75

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0 80

,80

80,6

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,60

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5 80

,35

80,0

5 81

,05

N°4

81

,05

80,5

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0 81

,80

80,0

0 81

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80,1

5 81

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80,3

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0 80

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,05

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3 80

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6 80

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5 80

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80,9

0

LA

RG

O

(mm

)

N°1

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20

2,00

20

1,00

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20

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20

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20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

N°2

20

1,00

20

1,50

20

1,50

20

1,00

20

1,00

20

1,50

20

1,00

20

1,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

Ḹ

201,

00

201,

75

201,

25

201,

00

201,

00

201,

00

201,

50

201,

50

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

AN

CH

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(mm

)

N°1

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1,50

10

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10

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N°2

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2,30

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3,00

10

2,95

10

2,85

N°3

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1,35

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1,05

10

1,05

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10

1,95

10

1,65

10

2,05

10

1,90

Ā

101,

93

102,

00

101,

55

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38

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38

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70

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30

102,

05

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m)

N°1

0

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0 0

0 0

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N°3

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0 0

0 0

1 0

0 0,

5 0,

5 0

0,5

0 0,

5

134

Tab

la A

30.

Med

icio

nes

tom

adas

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mez

cla

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A3B

1 (continuación…

)

N°4

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0 0,

5 0

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0

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Val

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148

8

135

Tab

la A

31.

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2R6A

A

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A3B

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R

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)

N°1

82

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5 55

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,05

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5 81

,50

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0 79

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,35

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0 78

,50

N°2

82

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5 80

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5 78

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N°3

82

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0 79

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5 78

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N°4

81

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6 80

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5 79

,23

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8 79

,78

78,1

5

LA

RG

O

(mm

)

N°1

20

2,00

20

1,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,50

20

3,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

N°2

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

1,00

20

2,50

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,50

20

2,00

20

2,00

20

2,00

20

2,00

Ḹ

202,

00

201,

50

202,

00

201,

50

202,

25

202,

00

202,

25

202,

50

202,

00

202,

00

202,

25

202,

00

202,

00

202,

00

202,

00

AN

CH

O

(mm

)

N°1

10

1,40

10

1,70

10

1,00

10

1,80

10

2,15

10

2,20

10

1,40

10

1,40

10

0,95

10

1,30

10

1,35

10

0,85

10

1,55

10

1,55

10

2,10

N°2

10

3,15

10

3,00

10

1,00

10

4,75

10

4,05

10

4,40

10

1,40

10

1,55

10

2,15

10

2,35

10

2,45

10

2,20

10

2,85

10

2,25

10

2,70

N°3

10

1,30

10

1,55

10

1,00

10

1,85

10

1,85

10

2,25

10

1,00

10

1,15

10

0,60

10

2,20

10

1,15

10

1,40

10

1,60

10

1,80

10

1,85

Ā

101,

95

102,

08

101,

00

102,

80

102,

68

102,

95

101,

27

101,

37

101,

23

101,

95

101,

65

101,

48

102,

00

101,

87

102,

22

ES

CU

AD

RÍA

(m

m)

N°1

0

0 0

0 0

0 0

0,5

0,5

0 1

0 0,

5 0

0

0 0,

5 0

0 0,

5 0,

5 0

0 0

0 0

0 0

0 0

N°2

1

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0,

5 0

0 0

0

0 0

0 0,

5 1

0,5

0 0

0 0

0 0

0 0

0,5

N°3

1

0 0

0 0

0 0,

5 0,

5 0

0 0

0,5

0 0

0

0 0

0 0

1 0,

5 0

0 0

0 0

0 0

0 0,

5

N°4

0,

5 0

0 0

0 0

0 0,

5 0

0 0

0,5

0,5

0 0

0 0

0 0,

5 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0,

5

136

Tab

la A

31.

Med

icio

nes

tom

adas

a lo

s ad

oqui

nes

fabr

icad

os c

on la

mez

cla

tipo

A3B

2

(continuación…

)

N°5

0

0 0

0 0

0 0

0,5

0 0

0,5

0 0

0 0

0 0,

5 0

0 0,

5 0

0 0

0 0,

5 0

0 0

0,5

0

N°6

0,

5 0

0 0

0 0

0 0,

5 0,

5 0

0,5

0 0,

5 0

0,5

0 0,

5 0

0 0

0 0

0 0

0,5

0 0

0 0

0

Val

or =

val

or p

rom

edio

fue

ra d

e es

peci

fica

cion

es d

e la

nor

ma

INE

N 1

488

V

alor

= v

alor

pro

med

io d

entr

o de

esp

ecif

icac

ione

s de

la n

orm

a IN

EN

148

8

137

ANEXO VIII

TRATAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LOS ADOQUINES

FABRICADOS

Las Tablas A32, A33, A34, A35, A36, A37 provienen de los informes entregados

por el “Laboratorio de Materiales de construcción de la PUCE” de los ensayos de

resistencia a la compresión realizados a las muestras de los lotes de adoquines

fabricados.

Ejemplo de cálculo, adoquín A1B1R1C:

Resistencia =177,00 kN

20703,00 mm2*1000

mm2MPa

kN = 8,55 MPa

Resistencia Corregida = Resistencia*factor forma=8,55 MPa*1,11=9,5 MPa

El factor de forma para los adoquines fabricados es establecido en la norma INEN

1488 y es igual a 1,1.

Tabla A 32. Resultados de la determinación del esfuerzo a la compresión, en adoquines fabricados con la mezcla tipo A1B1

SUPERFICIE DE RODAMIENTO

CARGA MÁXIMA (ESFUERZO)

RESISTENCIA RESISTENCIA CORREGIDA

Adoquines (mm2) (kN) (MPa) (MPa)

A1B1R1C 20 703,00 177,00 8,55 9,5

A1B1R2B 20 703,00 154,00 7,44 8,3

A1B1R2C 20 703,00 182,00 8,79 9,8

A1B1R3A 20 703,00 124,00 5,99 6,7

A1B1R3B 20 703,00 141,00 6,81 7,6

A1B1R4A 20 703,00 202,00 9,76 10,8

A1B1R4B 20 703,00 211,00 10,19 11,3

A1B1R4C 20 703,00 241,00 11,64 12,9

A1B1R5A 20 703,00 139,00 6,71 7,5

A1B1R5C 20 703,00 173,00 8,36 9,3

A1B1 PROMEDIO 9,37

138






A1B2R1A 20 502,00 212,00 10,34 11,5

A1B2R1B 20 502,00 239,00 11,66 12,9

A1B2R2A 20 502,00 135,00 6,58 7,3

A1B2R2C 20 502,00 276,00 13,46 14,9

A1B2R3B 20 502,00 285,00 13,90 15,4

A1B2R3C 20 502,00 217,00 10,58 11,8

A1B2R4A 20 502,00 218,00 10,63 11,8

A1B2R4B 20 502,00 229,00 11,17 12,4

A1B2R4C 20 502,00 233,00 11,36 12,6

A1B2R5C 20 502,00 240,00 11,71 13,0

A1B2 PROMEDIO 12,36






A2B1R1A 20 301,00 298,00 14,68 16,3

A2B1R1C 20 301,00 284,00 13,99 15,5

A2B1R2B 20 301,00 332,00 16,35 18,2

A2B1R2C 20 301,00 392,00 19,31 21,4

A2B1R3A 20 301,00 256,00 12,61 14,0

A2B1R3B 20 301,00 339,00 16,70 18,5

A2B1R3C 20 301,00 273,00 13,45 14,9

A2B1R4C 20 301,00 254,00 12,51 13,9

A2B1R5B 20 301,00 308,00 15,17 16,8

A2B1R5C 20 301,00 261,00 12,86 14,3

A2B1 PROMEDIO 16,39

139






A2B2R1A 20 604,00 506,00 24,56 27,3

A2B2R1B 20 604,00 366,00 17,76 19,7

A2B2R2A 20 604,00 458,00 22,23 24,7

A2B2R2B 20 604,00 320,00 15,53 17,2

A2B2R2C 20 604,00 389,00 18,88 21

A2B2R3A 20 604,00 333,00 16,16 17,9

A2B2R3C 20 604,00 497,00 24,12 26,8

A2B2R5A 20 604,00 347,00 16,84 18,7

A2B2R5B 20 604,00 325,00 15,77 17,5

A2B2R5C 20 604,00 405,00 19,66 21,8

A2B2 PROMEDIO 21,26






A3B1R1A 20 703,00 316,00 15,26 16,9

A3B1R1B 20 703,00 297,00 14,35 15,9

A3B1R1C 20 703,00 454,00 21,93 24,3

A3B1R2A 20 703,00 360,00 17,39 19,3

A3B1R2B 20 703,00 394,00 19,03 21,1

A3B1R2C 20 703,00 400,00 19,32 21,5

A3B1R3A 20 703,00 389,00 18,79 20,9

A3B1R3B 20 703,00 357,00 17,24 19,1

A3B1R3C 20 703,00 458,00 22,12 24,6

A3B1R5C 20 703,00 355,00 17,22 19,1

A3B1 PROMEDIO 20,27

140






A3B2R3A 20 301,00 600,00 29,56 32,8

A3B2R3B 20 301,00 673,00 33,15 36,0

A3B2R3C 20 301,00 546,00 26,90 29,9

A3B2R4A 20 301,00 663,00 32,66 36,3

A3B2R4C 20 301,00 596,00 29,36 32,6

A3B2R5A 20 301,00 605,00 29,80 33,1

A3B2R5C 20 301,00 620,00 30,54 33,9

A3B2R6A 20 301,00 727,00 35,81 39,8

A3B2R6B 20 301,00 688,00 33,89 37,6

A3B2R6C 20 301,00 737,00 36,30 40,3

A3B2 PROMEDIO 35,23

Para calcular la resistencia de los adoquines fabricados por cada tipo de mezcla,

se seguirá con el procedimiento descrito en la norma INEN 1485 (INEN 1485,

1987, pp. 2-3)

Siendo:

S = desviación estándar (MPa);

fi = la resistencia a la compresión de las muestras (MPa);

fm = media aritmética promedio de las resistencias a la compresión de cada una

de las muestras (MPa).

S=

La resitencia caracteristica fk se calcula por la con la fórmula: fk=(fm -1,64S)

141

Tabla A 38. Datos para el cálculo de resistencia media de los adoquines fabricados con cada mezcla

A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2

nº fi (MPa)

(fi-fm)2 fi (MPa)

(fi-fm)2 fi

(MPa) (fi-fm)2

fi (MPa)

(fi-fm)2 fi

(MPa) (fi-fm)2

fi (MPa)

(fi-fm)2

1 9,50 0,02 11,50 0,74 16,30 0,01 27,30 36,48 16,90 11,36 32,80 5,90

2 8,30 1,14 12,90 0,29 15,50 0,79 19,70 2,43 15,90 19,10 36,00 0,59

3 9,80 0,18 7,30 25,60 18,20 3,28 24,70 11,83 24,30 16,24 29,90 28,41

4 6,70 7,13 14,90 6,45 21,40 25,10 17,20 16,48 19,30 0,94 36,30 1,14

5 7,60 3,13 15,40 9,24 14,00 5,71 21,00 0,07 21,10 0,69 32,60 6,92

6 10,80 2,04 11,80 0,31 18,50 4,45 17,90 11,29 21,50 1,51 33,10 4,54

7 11,30 3,72 11,80 0,31 14,90 2,22 26,80 30,69 20,90 0,40 33,90 1,77

8 12,90 12,46 12,40 0,00 13,90 6,20 18,70 6,55 19,10 1,37 39,80 20,88

9 7,50 3,50 12,60 0,06 16,80 0,17 17,50 14,14 24,60 18,75 37,60 5,62

10 9,26 0,01 13,00 0,41 14,30 4,37 21,80 0,29 19,10 1,37 40,30 25,70

∑fi 93,66 123,60 163,87 212,61 202,71 352,26

fm (MPa) 9,37 12,36 16,39 21,26 20,27 35,23

∑(fi-fm)2 33,35 43,42 52,30 130,26 71,72 101,48

S 1,92 2,20 2,42 3,81 2,82 3,36

fk 6 9 12 15 16 30

142

ANEXO IX

INFORMES DE ENSAYOS SOBRE LA DETERMINACIÓN DE

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LOS ADOQUINES

FABRICADOS

143

144

145

146

147

148

149

Documents

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