Desarrollo de mezclas de concreto con residuos de plásticos EPS y PET en concreto convencional (página 2)

• Se colocan las botellas plásticas en la banda transportadora para ser llevadas hasta la trituradora, que es la encargada de hacer la molienda del plástico, con partículas que rondan un diámetro de 12 mm.

• Luego se empacan en sacos según la cantidad solicitada por el cliente.

Los clientes más importantes son a nivel de Centroamérica, donde lo convierten nuevamente en resinas para ser utilizado en diferentes aplicaciones como la producción de fibra textil empleada en la fabricación de ropa, llaveros y portavasos.

Figura 15. Unidad de reciclado de Coca-Cola Femsa

Fuente: Autora

Diseño de prototipos

Información

Se realiza el diseño de la mezcla patrón, siguiendo los parámetros del estudio con base en la dosificación por volumen 1:1,5:1,5 y con una resistencia a compresión de 400 kg/cm².

Los agregados por utilizar son piedra quinta de 16 mm como agregado grueso, arena de río esmeralda como agregado fino y el cemento es MC/A-AR de Holcim.

Asentamiento

Según la tabla 10, el valor sería de "150 mm".

Tabla 10. Asentamientos recomendados para varios tipos de construcción

Fuente: Kosmatka et al., 2004

Tamaño máximo del agregado

Tomando como referencia los requisitos granulométricos para agregados gruesos y la granulometría obtenida en el laboratorio de PC -que se puede observar en los anexos de la granulometría de agregado grueso-, se determina de que el tamaño máximo del agregado (TMA) es de " TMA: 19 mm".

Cantidad de agua y aire

De acuerdo con la tabla 11, para un concreto sin aire incluido, con un asentamiento de 150 mm y un TMA de 19 mm, se puede indicar: "La cantidad de agua: 216 litros/m³; Contenido de aire 2 %/m³".

Tabla 11. Requisitos aproximados de agua de mezcla y contenido de aire para diferentes asentamientos y tamaños máximos nominales del agregado

Fuente: Kosmatka et al., 2004

Relación agua cemento

A partir de la tabla 12, teniendo la resistencia a compresión, la cual es de 400 kg/cm², y un concreto sin aire incluido, se obtiene una relación de agua cemento de "a/c=0,578".

Tabla 12. Dependencia entre la relación agua-cemento y la resistencia a compresión

Fuente: Kosmatka et al., 2004

Cemento MC/A-AR

Teniendo el dato de volumen de agua, este se divide por la relación de agua cemento y se obtiene el valor del cemento.

Cada saco de cemento pesa 50 kg, siendo el peso total del cemento de 411 kg al utilizarse una "cantidad de 8 sacos de cemento"; entonces se cuenta con un "peso de 400 kg con el desperdicio incluido".

Piedra

Teniendo el tamaño máximo del agregado "TMA: 19 mm", un módulo de finura "MF: 3,15" y un "Peso unitario de 1610 kg/m³" que se obtiene del peso de

la piedra quinta de 16 mm envarillada –esto se encuentra en los anexos-, se emplea la información de la tabla 13 para obtener el factor necesario con el fin de conocer el peso de la piedra.

Tabla 13. Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto

Fuente: Kosmatka et al., 2004

Se interpola y se obtiene el factor de "0,585".

Se suman todos estos valores y se obtiene el volumen bruto de arena 1:

El diseño de mezcla sin corrección de agua se puede observar en la tabla

14.

Tabla 14. Diseño de mezcla sin corrección de agua

Diseño final de la mezcla patrón con la corrección de agua

Porcentaje aportado de piedra

A partir de esta información, se puede conocer la cantidad de agua real requerida para el diseño.

Según los datos del agua aportada por la piedra y la arena y la cantidad correcta de agua, se realiza el diseño de la piedra y la arena.

Con esta información ya se tiene el diseño de mezcla de concreto convencional, conocida como mezcla patrón con la corrección de agua, lo cual se aprecia en la tabla 15.

Tabla 15. Diseño de mezcla con corrección de agua

Procedimiento de pruebas experimentales.

Cantidad de agregado PET y EPS y densidades esperadas

Se analizó la cantidad de porcentaje de agregado plástico para utilizarse en cada mezcla, el mismo se observa en la siguiente tabla:

Tabla 16. Cantidad de EPS y PET por 1m³

Fuente: Autora

Se realizó el cálculo de las densidades de todos los diseños de mezcla, para poder comparar los resultados con los obtenidos al realizar los ensayos en el laboratorio de PC. Los datos conseguidos se aprecian en la tabla 17.

Tabla 17. Densidades del concreto esperadas de diseños de mezclas

Fuente: Autora

En la tabla que se muestra a continuación, se observa la cantidad exacta empleada de materiales en los diferentes diseños de mezcla.

Precio de los diseños de mezcla

En la tabla 20 se indican los precios de los materiales de los diseños de mezcla/m³, los mismos se presentan sin impuestos de venta y transporte.

Los precios de PET se brindaron por la empresa de la Unidad de Reciclaje de Coca-Cola, ubicada en San Miguel de Naranjo, Alajuela. Fueron proporcionados por Harry Vargas, jefe de la institución.

Los precios de EPS fueron brindados por el Departamento de Ventas de la empresa PANACOR, ubicada en el Coyol de Alajuela; la cotización se adjunta en los anexos.

Cantidad de ensayos para cada prueba de laboratorio

Las características de las probetas por utilizar para los ensayos se encuentran descritas en la norma ASTM C31, la cual indica el procedimiento para la elaboración de la mezcla, los materiales, los moldes y las dimensiones adecuadas con el propósito de lograr resultados precisos.

Se realizaron inicialmente las pruebas de asentamiento, densidad del concreto y contenido de aire; seguidamente el moldeo de los cilindros para ser ensayados a compresión y ruptura según los parámetros de días establecidos.

La cantidad de cilindros para ensayarse a compresión se distribuyó así:

• Un cilindro de cada mezcla para ser ensayado a una edad de tres días.

• Dos cilindros de cada mezcla para ser ensayados a una edad de 14 días.

• Tres cilindros de cada mezcla para ser ensayados a una edad de 28 días.

Por lo tanto, se realizaron en total 42 especímenes.

En el ensayo de ruptura se emplearon 2 cilindros de cada mezcla para ensayarse a veinte ocho días por lo que para este ensayo se elaboraron un total de 14 cilindros.

Proporcionamiento y pesado de los materiales

Se elaboraron siete tipos de mezclas de concreto, tres con agregado PET, tres con agregado EPS y una con agregados convencionales, que servirá como parámetro de comparación para el control de calidad de la mezcla y comportamiento del concreto.

Para las mezclas que tienen los otros dos materiales (PET, EPS), se utilizó la misma base de agregados, agua y cemento, que en la mezcla patrón, pero las proporciones se basaron en el peso del cemento para el PET y en el volumen del concreto para el EPS, de acuerdo con el material necesario para la elaboración de todos los especímenes de los ensayos por realizar.

El cálculo de la cantidad de los materiales se efectuó como un porcentaje de tal manera que la mezcla patrón no se viera muy afectada por la adición de los mismos y para observar los efectos y reacción en la mezcla. Se pesaron el cemento, la piedra, la arena, el agua y los materiales no convencionales en una balanza electrónica con una capacidad en kilogramos y aproximación a 0,1 kg.

Figura 16. Material EPS

Fuente: Autora

Figura 17. Material PET

Fuente: Autora

Mezclado de los materiales

El mezclado de los materiales se llevó a cabo en una mezcladora de concreto de dos sacos de capacidad.

El procedimiento inició luego de haber pesado los agregados por utilizar en la mezcla. Inicialmente se introdujeron los agregados de gruesos a finos; se mezclaron durante 30 segundos, en este tiempo se agregó el PET o EPS según correspondía; después se detuvo para agregar el cemento y se mezcló durante un 1 minuto a 1:30 minuto; se detuvo, se le añadió el agua y se encendió durante 7 minutos más hasta que la mezcla se observó completamente homogénea.

Luego de que la mezcla estuviera lista para utilizarse, se procedió a realizar la prueba de asentamiento, luego la de densidad del concreto y contenido de aire y, por último, se hizo el llenado de los cilindros para efectuar la prueba de compresión y ruptura.

Figura 18. Mezclado de los materiales

Fuente: Autora

Procedimientos de pruebas experimentales

Asentamiento

Luego de tener la mezcla completamente homogénea y recién mezclada, se llevó a cabo el ensayo de asentamiento según la norma ASTM C143, esta es la prueba más sencilla de todas, pero una de las más importantes al indicar la trabajabilidad para determinar el uso del concreto y la necesidad de utilizar adictivos en el mismo. Se realizó para todos los diseños de mezcla y el procedimiento fue el siguiente:

• Se humedeció el molde y después se colocó sobre la superficie plana, este se sostuvo firmemente en su lugar parándose con los pies sobre los dos apoyos que tiene el cono y se llenó el molde inmediatamente con el concreto en tres capas con el mismo volumen.

• La primera capa se llenó un tercio del volumen del molde, se debió varillar 25 veces con la varilla inclinada ligeramente alrededor de la mitad de los golpes cerca del perímetro y luego en forma espiral hacia el centro de manera uniforme sobre toda la sección transversal de la capa. La segunda capa se llenó a dos tercios y se varilló 25 veces uniformemente, penetrando la primera capa levemente. Después se llenó la última capa hasta el borde superior del molde, se golpeó 25 veces uniformemente, el exceso de concreto alisó la superficie de concreto por medio de un movimiento de rodar la varilla; se retiró el exceso de concreto que quedó alrededor del molde.

• Se removió el molde, levantándolo cuidadosamente en un tiempo de 5 ± 2 segundos, en un movimiento firme y continuo hacia arriba. Todo este procedimiento duró de 2 minutos a 2.30 minutos dentro de lo indicado en la norma.

• Inmediatamente se midió el asentamiento presentado del concreto, lo cual es la diferencia de la altura del molde con la altura del centro original de la superficie de concreto. La forma de hacerlo es poniendo la varilla sobre el molde y midiendo esta distancia con una cinta métrica.

Figura 19. Ensayo de asentamiento

Fuente: Autora

Densidad del concreto

Después de haber llevado a cabo el ensayo de asentamiento, se realizó la densidad del concreto según la norma ASTM C138, esta indicó la disminución porcentual en la densidad del concreto con la adición del agregado no convencional. Se efectuó de la siguiente manera.

• Se humedeció el recipiente, lo cual está normado en la ASTM C138, y se pesó en una balanza. Este se llenó inmediatamente con el concreto en tres capas; la primera capa a un tercio del total del molde, se debió varillar 25 veces repartiéndolos de forma uniforme sobre toda la sección transversal de la capa y se golpeó el molde suavemente a los lados de 10 a 15 veces con el mazo, dependiendo del diseño de la mezcla. Para las otras dos capas superiores se varilló y se penetró aproximadamente 2,54 cm la capa anterior; además, se golpeó cada capa de 10 a 15 veces con el mazo para cerrar los huecos que deja el varillado y que salga el aire atrapado. En la última capa se evitó sobrellenar el recipiente.

• Después de tener el recipiente lleno, se removió el exceso de concreto de la superficie y suavemente con la placa de perfilado, se dejó lleno y nivelado.

• Después de enrazado, se limpió el concreto alrededor y se pesó en la balanza, con esto se calculó la densidad del concreto.

Figura 20. Ensayo de la densidad de concreto

Fuente: Autora

Contenido de aire

Con el mismo concreto y recipiente utilizados para la densidad del concreto, se procedió con el ensayo de contenido de aire según indica la norma ASTM C231. Se efectuó como se muestra a continuación.

• Se limpiaron bien los bordes y la cubierta, se colocó la tapa sobre el recipiente y se verificó que esta quedara cerrada herméticamente y estuviera ensamblado el aparato.

• Se cerró la válvula de aire y se abrieron las llaves de desagüe. Se usó un recipiente para poder inyectar agua a través de una de ellas, hasta que el agua saliera por el otro desagüe.

• Se movió suavemente hasta que saliera todo el aire por la llave de desagüe.

• Se cerró la válvula de escape y se bombeó aire hasta que el indicador de presión llegara a la línea de presión inicial; se dejaron pasar unos segundos para que el aire comprimido se enfriara y se estabilizara el indicador de presión inicial.

• Se bombeó aire nuevamente hasta que el medidor estuviera de nuevo en cero, se cerraron las dos llaves de desagüe, se abrió la válvula de aire, se

golpeó ligeramente para equilibrar la presión interna y se leyó el porcentaje de contenido de aire.

Figura 21. Ensayo del contenido de aire

Fuente: Autora

Moldeo de cilindros

Los moldes utilizados fueron de 20 cm de altura, están hechos de hierro forjado no absorbente y a prueba de agua, se encuentran cortados longitudinalmente para poder abrirlos con el propósito de un fácil desencofrado; además poseen tornillos y mariposas para cerrarlos y abrirlos con toda facilidad. En la parte superior tienen una placa que sirve como base y para permitir el molde de los cilindros también tienen un sellador adecuado, así como grasa o cera para prevenir la pérdida de agua del concreto.

Antes de verter el concreto en el molde, se engrasó para evitar adherencia del concreto y lograr un desencofrado más fácil. El proceso de moldeo se realizó bajo la norma ASTM C-31 de la siguiente manera:

• Se efectuó en una superficie rígida y nivelada; se vertió el concreto en el cilindro, en dos capas de igual volumen.

• La primera capa se varilló 25 veces en forma uniforme sobre la sección transversal del molde y después se golpeó de 10 a 15 veces con el mazo el molde dependiendo de la mezcla de concreto, para liberar las burbujas de aire que pudieran haber quedado atrapadas en la mezcla.

• La segunda capa se varilló 25 veces penetrando aproximadamente 2,54 cm la primera capa, se golpeó con el mazo de 10 a 15 veces, luego se removió el exceso de concreto y se le dio el acabado al cilindro enrasándolo con la espátula. Se taparon para que no perdieran agua y se colocaron en un lugar fresco y nivelado.

Figura 22. Moldeo de los cilindros

Fuente: Autora

Desencofrado y marcación de cilindros

Después de 24 horas de haber moldeado los cilindros, se procedió a desencofrarlos. Se abrieron los moldes para que el cilindro saliera sin ninguna complicación y se marcaron los cilindros por medio de un código que se les asignó para llevar el control de cada diseño de mezcla y saber el momento de los ensayos a compresión y ruptura.

Figura 23. Desencofrado y marcación de cilindros

Fuente: Autora

Curado de cilindros

Después de desencofrar los cilindros y haberlos marcado, se designó un recinto que se llenó de agua para el proceso del curado de los especímenes de concreto, de tal manera que quedaran totalmente sumergidos y los mismos fueron retirados el día en el que se iban a ensayar.

Este proceso es de gran importancia para garantizar la calidad del concreto y evitar daño en este para obtener así los resultados que se esperan en su comportamiento en cuanto a la resistencia y la reacción química entre el agua y el cemento, ya que la falta de la misma puede ocasionar contracción temprana, produciéndose fisuras. La falta del curado también puede afectar en la durabilidad del concreto.

Figura 24. Curado de cilindros

Fuente: Autora

Ensayo a compresión

Luego de tener los cilindros en el recinto de curado, se realizó el ensayo a compresión según la norma ASTM C39, en el Laboratorio de Productos de Concreto. A continuación se explica el proceso:

• Primeramente se retiraron los cilindros del recinto de curado, para su debida falla, según la edad establecida del ensayo

• Luego se colocaron y apalancaron los especímenes en la máquina pulidora de cilindros por ambos lados. Para que ningún extremo del espécimen se excediera.

• Luego se ubicaron en la máquina para ensayar concreto en el Laboratorio de Productos de Concreto.

Figura 25. Ensayo a compresión

Fuente: Autora

Figura 26. Ensayo a compresión

Fuente: Autora

Ensayo de ruptura

Este ensayo de ruptura se realizó solo para 28 días y los cilindros utilizados tenían medidas de 30 cm de alto y 15 cm de diámetro. Se llevó a cabo bajo la norma ASTM C496 de la siguiente manera:

• Se realizó el marcado de los cilindros, luego se tomaron las medidas de los cilindros, el diámetro y alto de cada uno de ellos para determinar el área de falla.

• Se posicionaron los alineadores y la barra de carga suplementaria, luego se verificó que estuvieran en el centro donde se colocaría el cilindro de concreto.

• Se ubicaron los alineadores y la barra rígida en la máquina de ensayo de compresión; se seleccionó la velocidad de la falla, la misma fue de 14,27 kg/cm³/seg, y seguidamente indicó el resultado de falla.

Figura 27. Ensayo de ruptura

Fuente: Autora

CAPÍTULO 5: ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la siguiente tabla se pueden observar los materiales por utilizar para los diferentes diseños de mezclas usados en este proyecto. El EPS es directamente porcentual con el volumen de concreto y el PET con la cantidad de cemento MC/A- AR; los agregados y el cemento se utilizaron según el diseño de mezcla calculado y el agua aumentó 17 litros/m³.

Tabla 22. Cantidad de materiales para los diseños de mezclas /m³

Fuente: Autora

Datos obtenidos de los ensayos de laboratorio

Los datos indicados a continuación se obtuvieron de los ensayos realizados bajo las normas ASTM y con el asesoramiento de técnicos especializados.

Asentamiento

En el siguiente gráfico se analizará la mezcla patrón versus los diseños de mezcla con agregado EPS y PET, para conocer acerca del comportamiento de estas mezclas.

Figura 28. Asentamiento vs porcentaje de adición de EPS

Fuente: Autora

Fuente: Autora

Figura 29. Asentamiento vs porcentaje de adición de PET

En el diseño de mezcla con adición del 10 % de EPS, el asentamiento disminuyó al 50 % del valor de la mezcla patrón, por lo cual aún es aceptable, trabajable, no presenta segregaciones y es fácil de compactar. Por otra parte, en las mezclas con un contenido de 20 % y 40 %, el asentamiento disminuyó un 90 %, observándose muy rígida y seca, lo cual provocó que su compactación y moldeo fuera más difícil.

En el diseño con 10 % de agregado PET, su disminución de asentamiento fue del 60 %, siendo una mezcla aceptable. Sin embargo, con un contenido de 20

% y 30 %, su disminución resultó del 96 %, por lo tanto la trabajabilidad en estas mezclas fue relativamente baja, ya que el PET tuvo como acción envolver la muestra y sostener con mayor firmeza los agregados y con esto se presentó menor asentamiento en estas, como se aprecia en las siguientes imágenes.

Figura 30. Asentamiento del diseño de la mezcla con EPS

Fuente: Autora

Figura 31. Asentamiento del diseño de la mezcla con PET

Fuente: Autora

A partir de los datos obtenidos y expuestos anteriormente, las mezclas con 10 % EPS y PET son diseños óptimos, con buena trabajabilidad, compactación y moldeo; en los demás diseños la disminución del asentamiento es directamente afectada por el aumento porcentual del agregado plástico, lo cual influye en la trabajabilidad, colocación y plasticidad del concreto sin tener segregaciones en las mezclas, esto ocurre porque la mezcla mantuvo la misma cantidad de agregados y al momento de adicionar el EPS y el PET, la cantidad de agua fue menor y por esto se produjo la poca manejabilidad de las mezclas.

La manera de solucionar este problema sería aumentando la cantidad de agua, teniendo en cuenta que la resistencia de la mezcla disminuye. Otro modo es utilizando un aditivo para optimizar los inconvenientes presentados sin afectar la resistencia final de la mezcla. En ambos casos se lograrían mezclas con agregados plásticos con excelentes características plásticas, trabajables y de fácil colocación en las obras.

Densidad de concreto

La siguiente gráfica muestra la relación teórica y real alcanzada para la densidad de los diseños de mezcla.

Figura 32. Densidad del concreto real y esperado vs el porcentaje de adición de EPS

Fuente: Autora

Según los datos obtenidos, al adicionar el EPS la densidad esperada y real es muy similar porque el material añadido a la mezcla tiene menor peso que los agregados convencionales, logrando una disminución de un 9 % para un contenido de 10 %, un 16,5 % para un contenido de 20 % y un 28 % para un contenido de 40

% de EPS.

Figura 33. Densidad del concreto real y esperado vs el porcentaje de adición de PET

Fuente: Autora

En los diseños con agregados PET, las densidades disminuyen un 5 % para un contenido de 10 %, un 8 % para un contenido de 20 % y un 13 % para un contenido de 30 % de PET.

Los valores reales no fueron similares a los calculados teóricamente, debido a que las partículas de plásticos se aglomeraron entre sí en el concreto fresco, produciendo mayor cantidad de espacio entre las partículas de la mezcla, lo cual no suma peso al determinar el resultado final, por esto el resultado real es menor al esperado.

En la siguiente gráfica se aprecia que la suma de la densidad esperada con el contenido de aire y se establece que los valores alcanzados en el laboratorio se aproximan más a los recalculados.

Figura 34. Densidad del PET esperada más el contenido de aire vs el porcentaje de adición de PET

Fuente: Autora

Los datos de la figura anterior indican que la reducción de la densidad se debe al menor peso unitario de los agregados plásticos. La disminución mayor se observa en las mezclas con EPS, siendo el material que aporta mayores beneficios al momento de la implementación de concreto liviano. En el caso del PET, los agregados se aglomeran entre sí, produciendo mayor cantidad de vacíos y menor disminución de la densidad del concreto fresco.

Contenido de aire

El contenido de aire de la mezcla aumenta conforme incrementa el porcentaje de agregado plástico, lo cual se aprecia a continuación.

Figura 35. Contenido de aire vs el porcentaje de adición de EPS y PET

Fuente: Autora

En el caso de EPS, el aumento fue de 157 % con un contenido de 10 %, un 265 % con un contenido de 20 % y un 500 % con un contenido de 30 % de EPS. En cuanto a la adición de PET, aumenta un 70 % con un 10 % de contenido, un 220

% con un contenido de 20 % y un 970 % con 30 % de PET.

En EPS, el aumento del contenido de aire se debe a que este actúa como agregado grueso, aumentando así la cantidad de vacíos en la mezcla y en PET tiende a aglomerarse entre sí y es donde pueden llegar a ocurrir las fallas, considerando que el plástico no absorbe ni aporta agua.

Resistencia a compresión

Inicialmente se observa el comportamiento de la mezcla patrón, seguido por los resultados logrados de las demás mezclas con EPS y PET. Se incluye la falla de la mezcla patrón con el fin de comparar esta con los resultados de los agregados con adiciones de plástico.

En la mezcla patrón la falla ocurre por las grietas verticales que van de extremo a extremo del cilindro, las cuales son muy pronunciadas y profundas.

Figura 36. Resistencia a compresión de la mezcla patrón

Fuente: Autora

La siguientes gráficas describen el comportamiento de las mezclas con adición de EPS y PET, a lo largo del tiempo.

Se incluyen las tres mezclas con adiciones y la mezcla patrón con el propósito de que sea visible la diferencia del comportamiento de cada una.

Figura 37. Resistencia a compresión de las mezclas con EPS vs el porcentaje de edad del cilindro

Fuente: Autora

Figura 38. Resistencia a compresión de las mezclas con PET vs el porcentaje edad del cilindro

Fuente: Autora

Figura 39. Resistencia a compresión a 28 días vs el porcentaje de adición de EPS y PET

Fuente: Autora

Los resultados obtenidos de los ensayos se comparan con los de la mezcla patrón, concluyendo que la mezcla con plástico EPS disminuyó de un 50 % a un 83

% su resistencia a compresión, conforme aumenta el porcentaje de agregado; mientras que la mezcla con PET disminuyó de un 30 % a 60 %.

En cuanto a la evolución del aumento de la resistencia respecto al tiempo, la mezcla patrón aumentó un 46,5 % del día 3 al 14 y en el lapso de 14 a 28 días incrementó 10,8 %.

Respecto a las mezclas con materiales plásticos, en el caso de EPS se obtuvo un aumento de un 55 % a un 15 % según el tiempo transcurrido, de la misma forma el PET incrementó de 39 % a 4,5 %, lo cual se aprecia en las figuras 37 y 38 respectivamente.

En las siguientes imágenes se presentan las fallas de los cilindros con contenido de EPS.

Figura 40. Resistencia a compresión del diseño de mezcla EPS

Fuente: Autora

Según las imágenes anteriores de las mezclas con adición de EPS, sus extremos están intactos, la falla son las grietas verticales que se observan muy leves conforme aumenta el porcentaje de plástico, debido a que las perlas de EPS absorben parte de la energía aplicada al cilindro, lo cual permite que su agrietamiento sea menor, teniendo en cuenta que también la resistencia a compresión disminuye porcentualmente.

Seguidamente se muestran las imágenes de las fallas de los cilindros con agregado plástico PET.

Figura 41. Resistencia a compresión del diseño de mezcla PET

Fuente: Autora

A partir de las imágenes de los resultados de los ensayos de compresión de los diseños con agregado PET, las fallas son grietas muy poco visibles en el cilindro. La posible causa es la concentración de esfuerzos del plástico que actúan como microfibras, lo cual hace que la compactación del concreto sea mayor, y menor la visibilidad de sus grietas.

Como resultado final de este ensayo, en los diseños de mezcla con la adición de los agregados plástico, se redujo sustancialmente la resistencia a compresión según se añadía más porcentaje de materiales no convencionales; esto sucedió porque la cantidad de cemento y agua disminuyó significativamente en la mezcla, como se detalla en la siguiente gráfica. Esta reducción de contenido influye de manera directa en el comportamiento del concreto, el cual reacciona igual químicamente al contacto con el agua, ya que el mismo es inversamente proporcional a la cantidad de agua y cemento, para que todos los agregados se compacten, no se segreguen, trabajen de la forma más adecuada entre sí y alcancen los valores de resistencia necesarios.

Figura 42. Cantidad de cemento y agua /m³ vs el porcentaje de adición de EPS y PET

Fuente: Autora

En la siguiente gráfica se observa que varía la resistencia a compresión a los 28 días, lo cual es proporcional a la cantidad de cemento y agua como se observó anteriormente.

Figura 43. Cantidad de cemento y agua /m³ vs la resistencia a compresión a 28 días

Fuente: Autora

Resistencia a ruptura

Este ensayo se realizó a los 28 días e inicialmente se puede apreciar el comportamiento de la mezcla patrón, seguido por los resultados obtenidos de la adición de los agregados de plástico EPS y PET.

En la siguiente figura se muestra la falla de la mezcla patrón con el fin de comparar esta con las obtenidas de los agregados con adiciones de plástico.

Figura 44. Resistencia a ruptura de las mezclas diseño y la mezcla patrón

Fuente: Autora

De acuerdo con la figura 44, los agregados de la mezcla patrón quedaron muy uniformes y no se percibe segregación del material en la mezcla. Al momento de fallar, se obtuvo un valor mayor al requerido, como se indica en la siguiente gráfica.

Figura 45. Resistencia a ruptura, margen mínimo y máximo vs el porcentaje de adición de EPS

Fuente: Autora

Según el gráfico, la resistencia a ruptura disminuye un 20 % a un 65 % conforme se agrega más porcentaje de EPS. Además, se presenta muy homogénea y sus partículas se compactan muy bien entre sí. En la siguiente figura, el agregado plástico no se acumula en un solo punto y sus partículas están uniformemente distribuidas; de la misma manera, el cilindro no sufre una ruptura total como sucede en la mezcla patrón.

Figura 46. Resistencia a ruptura, falla en los cilindros con EPS

Fuente: Autora

Figura 47. Resistencia a ruptura, distribución de sus partículas con EPS

Fuente: Autora

Figura 48.Resistencia a ruptura, margen mínimo y máximo vs el porcentaje de adición PET

Fuente: Autora

En el anterior gráfico comparativo, el PET se comporta bajo los márgenes. En cuanto a la resistencia a ruptura, disminuye de un 27 % a un 49 %; comparado con la mezcla patrón, se encuentra bajo los márgenes establecidos. Se presenta homogénea, sin segregaciones y uniforme en el cilindro. Se observa una excelente compactación ya que actúa como fibras que suspenden y mantienen unidos los agregados entre sí, provocando con esto menos visibilidad de fisuras como se indica a continuación.

Figura 49. Resistencia a ruptura, falla de cilindros con PET

Fuente: Autora

Figura 50. Resistencia a ruptura, distribución de sus partículas con PET

Fuente: Autora

Según los datos anteriores, el comportamiento del concreto en este ensayo estuvo dentro de los márgenes señalados. Sus partículas no presentaron segregaciones, las mismas se mantuvieron en suspensión y unidas entre ellas.

También se aprecia a que mayor cantidad de EPS y PET, la ruptura del cilindro no era total, porque los agregados plásticos absorben gran parte de la energía aplicada en los especímenes.

Precio de las mezclas

En los siguientes gráficos se aprecia la diferencia de precio al utilizar las mezclas convencionales en comparación con los diseños con agregados plásticos EPS y PET, con el objetivo de considerar su uso tomando en cuenta los aspectos económico y ambiental.

Figura 51. Precio vs el porcentaje de adición de EPS y PET

Fuente: Autora

Respecto a EPS, con el 10 % de adición aumenta 1 %, y con 20 % y 40 % disminuye 7 % y 15 % correspondientemente. En el caso de PET, el aumento de precio es bastante, el cual va desde 10 % a 26 % conforme es mayor el porcentaje de material.

A partir de estos datos se puede deducir que el costo con EPS es manejable y aceptable a nivel del sector construcción y aporta beneficios ambientales al país; en cambio, con PET el costo aumenta de tal forma que el utilizarlo sería como

aporte ambiental para mitigar un la contaminación producida por las botellas plásticas.

CAPÍTULO 6:

Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones

Se observa que en los diseños con 10 % de EPS y PET, el comportamiento es óptimo para la construcción; no obstante, en los demás diseños se observó que el asentamiento, la trabajabilidad, la plasticidad, la colocación y el acabado del concreto en estado fresco se reducen conforme el porcentaje aumenta, debido a la disminución de la cantidad de agua en la mezcla, lo cual influye en los parámetros mencionados. Por lo tanto, se debe utilizar un aditivo plastificante con el fin de solucionar los problemas presentados en los diseños sin disminuir la resistencia a compresión y poder obtener finalmente mezclas con características aptas para ser utilizadas en el sector de la construcción.

La densidad del concreto disminuye conforme el porcentaje de agregado plástico incrementa, pues los materiales adicionados tiene menor peso, la reducción es mayor en las mezclas con adición de EPS, al ser de un 9 % a un 28

%; mientras que en las mezclas con PET su disminución es de un 5 % a un 13 %, teniendo como particularidad que esta reducción no es directamente proporcional al agregado plástico, sino a la aglomeración de sus partículas entre sí, las cuales provocan el aumento de contenido de aire en el concreto fresco y donde se podrá producir la falla.

Fue posible observar la disminución porcentual de la resistencia a compresión de los diseños de mezcla conforme aumenta la cantidad de agregados plásticos. En el caso de EPS, reduce de un 50 % a 83 %, mientras que con PET disminuyó de un 30 % a 60 %, porque la cantidad de cemento y agua es menor en la mezcla. Estos parámetros son importantes para poder activar la reacción química de la mezcla y que se compacte y resista como su diseño lo solicite.

De esta forma, los agregados plásticos absorben la energía aplicada en el concreto debido a fuerzas externas, teniendo como beneficio mejor control de agrietamiento y sus fisuras son más superficiales y menos visibles.

Los valores de ruptura se encuentran bajo los márgenes establecidos, estos se relacionan con la resistencia la compresión. Se observó la distribución uniforme de sus partículas, las cuales son envueltas y sostenidas sin segregarse.

El costo de los diseños con adición de EPS va en decrecimiento de un 7 % a 15 %, lo cual permite que sea una mezcla utilizable en el sector construcción al poderse obtener beneficios en el aspecto ambiental y reducción de su peso estructural. En cambio, en los diseños con agregados PET, aumenta de 10 % a 26

%, por lo tanto su beneficio es solo para mitigar ambientalmente el daño ocasionado por el hombre al planeta Tierra.

El tema de la recolección y reutilización de los desechos en Costa Rica cada vez es de mayor importancia para las personas y empresas como Coca Cola Femsa, las cuales aportan y realizan campañas y actividades para mejorar la contaminación del medio ambiente.

Recomendaciones

Se recomienda continuar con la investigación y realizar las pruebas experimentales con las mezclas diseñadas anteriormente con EPS y PET, adicionándoles un aditivo plastificante para obtener mejor trabajabilidad sin la necesidad de alterar la relación agua/cemento y provocar la disminución de la resistencia en las mezclas.

Respecto a los diseños de mezcla con 10 % y 20 % de adición de EPS, se deberían aprovechar sus beneficios en cuanto a la disminución de su peso estructural y precio en la mezcla ya que reduce la cantidad de agregado convencional. Su resistencia disminuye, pero es aceptable para la utilización en elementos de concreto según su solicitud.

Las mezclas con materiales de reciclaje estudiadas presentan características aptas para usos de concreto no estructural y poseen como ventaja ser un método de mitigación de daños ambientales producidos por los desechos sólidos y que el sector de la construcción aprovecharía.

Investigar y evaluar la posibilidad de bombear los diseños de mezcla con agregados con EPS y PET para que los mismos puedan ser utilizables para la colocación en sitio.

Realizar futuros trabajos modificando la cantidad de cemento, agua y aditivos para mejorar y obtener las propiedades aptas de trabajabilidad y resistencia de las mezclas, aprovechando el beneficio de la disminución de la densidad.

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ANEXO 1

ANEXO 2

ANEXO 3

ANEXO 4

Agradecimientos

Primeramente a Dios, por cuidar e iluminar mi camino para poder concluir esta etapa de mi vida, su bendición me guio y protegió en todo este proceso.

A mi madre, Doris Corrales Ruiz, quien fue la persona más importante e incondicional en todo este proceso; me apoyó, ayudó, aconsejó y alentó en todos los momentos y circunstancias para seguir siempre adelante con el fin de alcanzar esta y cualquier meta que me proponga en mi vida.

A mi hija, Ximena Gutiérrez Vásquez, que fue mi mayor aliento y motivación día tras día para seguir adelante hasta llegar al final de mi carrera.

A mi novio, Marco Vega Barrantes, quien supo aconsejarme, tranquilizarme, entenderme, apoyarme, amarme y tenerme paciencia en todo este proceso.

A la Universidad Latina Sede Heredia, a la facultad de Ingeniería Civil y a todas las personas que conocí ahí, profesores y amigos; por proporcionarme un equilibrio entre estudio y compañerismo que jamás olvidaré.

A la empresa Productos de Concreto, por su colaboración para el desarrollo de este trabajo en sus instalaciones.

A mis profesores miembros del tribunal, Ing. Andrés Reyes e Ing. Minor Murillo, por su apoyo, asesoría, colaboración y seguimiento en el desarrollo del presente trabajo.

A la empresa en la que laboro, La Tienda Publicitaria, y a John Ortiz, por el apoyo incondicional durante el proceso de mis estudios, así como en la realización y desarrollo de este proyecto.

Dedicatoria

El presente trabajo de graduación se lo dedico inicialmente a Dios, quien es el dueño de la sabiduría e inteligencia, a quien le debo todo lo que me rodea.

También a mi madre Doris Corrales Ruiz y a mi hija Ximena Gutiérrez Vásquez, las cuales son las mujeres de mi vida y mis mayores motivaciones para alcanzar esta meta, las que más me apoyaron con palabras, detalles, afecto, amor, paciencia, cariño, fuerza y consejos durante todo este largo proceso.

A mi novio, Marco Vega Barrantes, por su apoyo y comprensión incondicional en este proceso y en la realización de este proyecto.

A John Jairo Ortiz, persona que me aconsejó, guio y apoyó durante toda la carrera, del quien he aprendido mucho y le debo gran parte de mi formación laboral.

A mi familia en general, por el apoyo y las palabras de aliento que cada uno de ellos me dieron para seguir adelante hasta el final.

UNIVERSIDAD LATINA DE COSTA RICA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA INGENIERÍA CIVIL

Licenciatura en Ingeniería Civil Tesis de grado

Heredia, 2016

Autor:

Estefanía Vásquez Corrales.