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SUSTITUCIÓN EXPERIMENTAL DEL AGREGADO GRUESO DE ORIGEN PÉTREO,
POR AGREGADO GRUESO PRODUCTO DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y
DEMOLICIÓN EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ, PARA LA ELABORACIÓN DE
CONCRETO HIDRÁULICO
Álvaro José Palomino Pinzón
20132579070
Álvaro Camilo Maldonado Guinea
20132579001
Universidad Distrital Francisco José De Caldas
Facultad Tecnológica
Ingeniería Civil
Bogotá D.C. 2018
SUSTITUCIÓN EXPERIMENTAL DEL AGREGADO GRUESO DE ORIGEN PÉTREO,
POR AGREGADO GRUESO PRODUCTO DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y
DEMOLICIÓN EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ, PARA LA ELABORACIÓN DE
CONCRETO HIDRÁULICO
Álvaro José Palomino Pinzón
20132579070
Álvaro Camilo Maldonado Guinea
20132579001
Trabajo de Grado Para Optar el Título de Ingeniero Civil
Director De Proyecto
Ing. Víctor Hugo Díaz Ortiz
Universidad Distrital Francisco José De Caldas
Facultad Tecnológica
Ingeniería Civil
Bogotá D.C. 2018
NOTA DE ACEPTACIÓN
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Firma de director de Tesis
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Firma de Jurado
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Firma de Jurado
Ciudad y fecha (día, mes, año):
Dedicatoria
Álvaro Palomino
Dedico este trabajo Primero a Dios Padre, a mi padre Alvaro Palomino Villarreal QEPD,
a mi Abuela Rosalba Fontecha, a mi Madre Alexandra Pinzón Fontecha y a mis
hermanos Camilo A. Palomino Pinzón, Guillermo Palomino Pinzón y Gustavo
Palomino Ariza, que me formaron con valores, respeto, educación y honestidad, a mis
profesores y amigos que siempre me han acompañado en los momentos más difíciles y
emotivos a lo largo de mi vida.
Camilo Maldonado
Dedico este proyecto principalmente a Dios, también a mi familia que siempre esta
apoyándome durante cada adversidad y a todas las personas que aportaron a lo largo
de este camino; aun así esto solo es un inicio para grandes cosas alcanzar durante
todo el recorrido que espero poder dar en mi carrera.
Agradecimientos
Queremos agradecer a todas aquellas personas y entidades que contribuyeron directa
o indirectamente a la realización de esta investigación.
A nuestro tutor, el Ingeniero Víctor Hugo Díaz por su ayuda, paciencia, orientación y
por el apoyo que tuvo en este trabajo mancomunado.
A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por el apoyo prestado a lo largo de
toda nuestra formación académica y profesional.
A nuestras familias, por haber contribuido y apoyado desde nuestros inicios de
formación académica y para la vida.
1. Tabla de contenido
2. Abstract ............................................................................................................................................ 8
3. Resumen .......................................................................................................................................... 8
4. Introducción ................................................................................................................................... 9 4.1. Aspectos generales ............................................................................................................................ 9 4.2. Justificación ....................................................................................................................................... 10 4.3. Descripción ........................................................................................................................................ 11
5. Objetivos ........................................................................................................................................ 12 5.1. Objetivo General .............................................................................................................................. 12 5.2. Objetivo Especifico .......................................................................................................................... 12
6. Marco Normativo ........................................................................................................................ 13 6.1. Normas que rigen a los materiales y a los ensayos a ejecutar. ....................................... 13 6.2. Normas que rigen el uso y disposición de los RCD en Colombia. ................................... 13 6.3. Resolución 1472 De 2017 ............................................................................................................. 13 6.4. Resolución 1115 De 2012 ............................................................................................................. 14 6.5. Resolución 2397 De 2011 ............................................................................................................. 15
7. Marco referencial o Estado del Arte .................................................................................... 15
8. Marco Conceptual ....................................................................................................................... 18 8.1. Concreto Hidráulico........................................................................................................................ 18
9. Marco Teórico .............................................................................................................................. 20 9.1. Propiedades Mecánicas ................................................................................................................. 20 9.2. Resistencia a la compresión ........................................................................................................ 20 9.3. Resistencia a la Flexión ................................................................................................................. 22 9.4. Módulo de Elasticidad .................................................................................................................... 23
10. Metodología ............................................................................................................................. 24 10.1. Actividades de la investigación .................................................................................................. 24
10.1.1. Visita, selección de material RCD a utilizar y clasificación ................................................... 24 10.1.2. Selección de diseño de mezclas a usar con este material ...................................................... 24 10.1.3. Realización de las probetas de concreto ...................................................................................... 25 10.1.4. Desarrollo curvas de resistencia vs tiempo ................................................................................ 25 10.1.5. Análisis de las curvas ............................................................................................................................ 25 10.1.6. Análisis de precios unitarios ............................................................................................................. 25 10.1.7. Análisis de los resultados obtenidos .............................................................................................. 26
11. Desarrollo de la metodología............................................................................................. 26 11.1. Caracterización de los Agregados .............................................................................................. 27
11.1.1. Caracterización del agregado grueso de RCD............................................................................. 27 11.1.2. Clasificación de los residuos de construcción y demolición ................................................ 29 11.1.3. Caracterización del agregado grueso natural............................................................................. 33 11.1.4. Caracterización del agregado fino................................................................................................... 36 11.1.5. Cemento Portland .................................................................................................................................. 39
11.2. Dosificación de mezclas de concreto hidráulico De Peso Normal ................................. 40 11.2.1. Información requerida para el diseño de mezclas ................................................................... 41
11.2.1.1. Métodos de diseño de mezclas ....................................................................................................................... 41 11.2.1.2. Método de la ACI ................................................................................................................................................... 42
11.2.1.3. Pasos para encontrar las cantidades reales a utilizar .......................................................................... 44 11.2.1.4. Selección de diseño de mezclas a usar con este material ................................................................... 44
11.3. Realización de las probetas de concreto ................................................................................. 45 11.3.1. Parámetros a tener presente previo a la ejecución ................................................................. 45
11.4. Desarrollo curvas de Resistencia vs Tiempo ......................................................................... 46 11.5. Análisis de las curvas ..................................................................................................................... 51 11.6. Análisis de los precios unitarios ................................................................................................ 57 11.7. Análisis de los resultados obtenidos ............................................................................................. 61
12. Conclusiones ............................................................................................................................ 63
13. Bibliografía ............................................................................................................................... 65 Imágenes
Imagen 1. Proyección de producción de RCD del sector público en Bogotá D.C. .................................................. 17 Imagen 2. Producción de Concreto Premezclado...................................................................................................................... 17 Imagen 3. Concreto hidráulico .............................................................................................................................................................. 19 Imagen 4. Resistencia a la compresión del concreto ............................................................................................................... 22 Imagen 5. Esfuerzo Vs Deformacion. ............................................................................................................................................... 23 Imagen 6. Esquema de una planta de procesamiento de RCD. ........................................................................................ 28 Imagen 7. Agregado grueso producto de RCD lavado ........................................................................................................... 31 Imagen 8. Curva granulométrica agregado grueso producto de RCD............................................................................ 33 Imagen 9. Agregado grueso natural .................................................................................................................................................. 34 Imagen 10. Curva granulométrico agregado grueso natural ................................................................................................ 36 Imagen 11. Agregado fino ....................................................................................................................................................................... 37 Imagen 12. Curva granulométrica agregado fino ....................................................................................................................... 38 Imagen 13. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza
sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD. ............. 48 Imagen 14. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza
sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD. .......... 49 Imagen 15. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 75% por material granular tipo RCD. .......... 50 Imagen 16. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza
sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 100% por material granular tipo RCD. ....... 51 Imagen 17. Resistencia a la compresión (MPa) vs Tiempo (Días .................................................................................... 51 Imagen 18. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas .............. 52 Imagen 19. Distribución normal para las resistencias de las probetas (MPa) ...................................................................... 53 Imagen 20. Identificación de la probabilidad para que una probeta fallada este sobre la garantía de
cumplir la resistencia de diseño al realizar mezclas con las mismas dosificaciones .............................................. 54 Imagen 21. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas .............. 55 Imagen 22. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra vs los teóricos ................... 57 Imagen 23. Comparativa de los costos de producción ........................................................................................................... 60
Tablas
Tabla 1. Clasificación de los residuos de construcción y demolición RCD .................................................................. 30 Tabla 2. Caracterización del agregado grueso de RCD ......................................................................................................... 31 Tabla 3. Resultados de gradación agregado RCD .................................................................................................................... 32 Tabla 4. Caracterización del agregado grueso natural ........................................................................................................... 34 Tabla 5. Resultados de gradación agregado grueso natural ............................................................................................... 35
Tabla 6. Caracterización del agregado fino “Arena de Rio” .................................................................................................. 36 Tabla 7. resultados de gradación agregado fino ........................................................................................................................ 38 Tabla 8. Clasificación de los agregados pétreos. ....................................................................................................................... 39 Tabla 9. Características físico-mecánicas del cemento Cemex tipo I. ........................................................................... 40 Tabla 10. volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto 𝑏𝑏𝑜 .................................................. 43 Tabla 11. Proporciones de los materiales de la mezcla en peso y en volumen para 1,00 m3 de concreto
............................................................................................................................................................................................................................... 43 Tabla 12. Dosificación de mezcla para cada porcentaje de sustitución de RCD ...................................................... 45 Tabla 13. Resumen resultados de laboratorio ............................................................................................................................. 47 Tabla 14. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD. ................................................................................... 47 Tabla 15. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD. ................................................................................ 48 Tabla 16. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 75% por material granular tipo RCD. ................................................................................ 49 Tabla 17. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 100% por material granular tipo RCD. ............................................................................. 50 Tabla 18. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos para establecer una
desviación estándar de la muestra. ................................................................................................................................................... 53 Tabla 19. Dosificación de las mezclas que cumplen con el valor mínimo aceptado para resistencias sin la
cantidad de datos suficientes para establecer una desviación estándar confiable ................................................. 54 Tabla 20. Proyección de resistencias a la compresión para los fallos en las edades de 7 y 14 días. .......... 55 Tabla 21. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra. ........................................ 57 Tabla 23. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso de origen natural “Muestra
patrón” ................................................................................................................................................................................................................ 58 Tabla 24. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción
de sustitución del 50%. ............................................................................................................................................................................. 59 Tabla 25. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción
de sustitución del 75%. ............................................................................................................................................................................. 59 Tabla 26. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción
de sustitución del 100%. .......................................................................................................................................................................... 60
8
2. Abstract
The project consists in the determination of the viability of an experimental mixture for
the partial or total replacement of coarse aggregate of stone origin, from the use of
construction and demolition waste (hereinafter RCD), generated in the Treatment
Center, use and Disposal of Construction and Demolition Waste (RCD) of the company
RECICLADOS INDUSTRIALES DE COLOMBIA SAS in the city of Bogotá D.C.
Where the selection of the coarse aggregate product of RCD is made, after this it is
taken to the INGEYMA LTDA laboratory, where the tests to the gross aggregate of RCD
are made; With the results obtained from granulometry and making use of the mixture
design used as a standard sample, which was developed by the ACI method with
coarse aggregate of natural origin, hydraulic concrete samples are made, substituting
coarse aggregate of natural origin for coarse aggregate product of the crushing of RCD
in determined percentages of 50%, 75% and 100%, where the resistance to the effort of
the compression will be reviewed at 7, 14 and 28 days, likewise the analysis of the
information obtained by means of a comparative analysis of the theoretical mechanical
properties of the mixture of aggregate concrete of stony origin in relation to the mixture
of concrete made with coarse aggregate from the use of RCD, where economic viability
is established through the analysis of unit prices APUS , Taking as a principle the
Sustainable Construction and the use of the RCD produced in Bogotá D.C.
3. Resumen
El proyecto consiste en la determinación de la viabilidad de una mezcla experimental
para la sustitución parcial o total de agregado grueso de origen pétreo, a partir del uso
de residuos de construcción y demolición (en adelante RCD), generados en el Centro
de tratamiento, aprovechamiento y disposición de Residuos de Construcción y
Demolición (RCD) de la empresa RECICLADOS INDUSTRIALES DE COLOMBIA SAS
en la ciudad de Bogotá D.C.
9
Donde se realiza la selección del agregado grueso producto de RCD, posterior a esto
se lleva al laboratorio INGEYMA LTDA, donde se realizan los ensayos al agregado
grueso de RCD; con los resultados obtenidos de granulometría y haciendo uso del
diseño de mezcla empleado como muestra patrón, el cual fue desarrollado por el
método ACI con agregado grueso de origen natural, se elaboran muestras de concreto
hidráulico, sustituyendo el agregado grueso de origen natural por agregado grueso
producto de la trituración de RCD en porcentajes determinados de 50%, 75% y 100%,
donde se revisara la resistencia al esfuerzo de la compresión a los 7, 14 y 28 días, así
mismo se realiza el análisis de la información obtenida mediante un análisis
comparativo de las propiedades mecánicas teóricas de la mezcla de concreto de
agregado de origen pétreo con relación a la mezcla de concreto elaborada con
agregado grueso a partir del aprovechamiento de RCD, donde se establece la
viabilidad económica por medio del análisis de los precios unitarios APUS, Tomando
como principio la Construcción Sostenible y el aprovechamiento de los RCD producidos
en Bogotá D.C.
4. Introducción
4.1. Aspectos generales
La construcción tradicional marca la importancia del uso de agregados de origen
natural y en los diseños de mezcla de concreto hidráulico aceptados por la normativa
técnica colombiana se hace uso de estos, teniendo en cuenta la cantidad
indiscriminada de residuos de democión y construcción RCD que se generan día a día,
con el reemplazo de las vías en mal estado, de edificios de mayor capacidad, de
puentes más largos y anchos, entre otras actividades que reflejan el desarrollo de las
sociedades, hace que se busque la manera de mitigar la explotación de recursos no
renovables en canteras de montaña y de rio, para la consecución de los agregados
pétreos, no obstante siguiendo estudios anteriores en diferentes partes del mundo y de
diferentes autores, proponemos usar agregado grueso producto de RCD para la
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elaboración de mezclas de concreto hidráulico sustituyendo de manera total o parcial el
agregado grueso.
El presente estudio tiene como fin determinar la viabilidad técnica y económica del uso
de agregado grueso producto de RCD en estado de saturación de agua, reemplazando
parcial o totalmente el agregado grueso de origen natural en la elaboración de mezclas
de concreto hidráulico con resistencia de 3000 Psi.
4.2. Justificación La determinación experimental del comportamiento técnico y económico, de una
mezcla de concreto hidráulico elaborada a partir de la sustitución parcial o total de
agregado grueso de origen pétreo, por agregados producto de RCD principalmente de
la demolición de estructuras de concreto hidráulico, generados en la ciudad de Bogotá
D.C, llevados a un Centro de tratamiento, aprovechamiento y disposición de RCD de
Reciclados Industriales de Colombia, con esta mezcla se pretende establecer la
viabilidad técnica y económica, con el fin de aportar información al sector público y
privado, la cantidad necesaria de RCD que se podría aprovechar, según el
comportamiento estructural del agregado grueso producto de RCD y los costos
generados por el mismo, para la elaboración de concreto hidráulico.
El estudio genera un punto de comparación y discusión técnico y económico, con el fin
de disminuir el uso de agregados gruesos de origen pétreo, por el uso de agregados
gruesos a partir de la trituración de RCD, y la disminución de impactos ambientales
generados de la extracción de los mismos.
Debido a las investigaciones realizadas por los autores (Pérez & Caicedo, 2014)
usando RCD de la ciudad de Cali y (Agreda & Moncada, 2015) utilizaron RCD de la
ciudad de Bogotá D.C, donde estos determinan que los agregados productos de los
RCD tienen alto contenido de material cerámico y mortero adherido, dichos agregados
presentan mayor gravedad específica y absorción con respecto a los agregados de
origen pétreo, por esta razón de forma experimental, se saturara el agregado grueso a
11
reemplazar en proporciones de 70 y 100 por ciento, con una relación A/C de 0.68,
partiendo del diseño de la mezcla patrón y de los estudios de dichos autores, con el fin
de contrarrestar los altos índices de absorción al momento de elaborar la mezcla.
Desde el punto de vista socio-ambiental, se busca la reducción en los costos de
producción del concreto hidráulico y una alternativa eficaz para la sustitución parcial o
total de agregado grueso de origen pétreo, construyendo de una manera sostenible en
beneficio de los ecosistemas y la sociedad.
4.3. Descripción
Durante los últimos años se ha venido observando el proceso de construcción de la
ciudad de Bogotá D.C., donde se continúan realizando construcciones de tipo artesanal
con materiales provenientes de explotación como lo son los agregados y la arcilla de
los mampuestos; esto debido quizás a la falta de conciencia de las personas respecto
al daño que se le hace la naturaleza o la falta de ideas al momento de pensar en otro
tipo de sistema de construcción que pueda ser económicamente más accesible o
ambientalmente sostenible.
Con el análisis se busca generar un mayor interés en las nuevas edificaciones donde
se pueden reducir los impactos ambientales en gran proporción al utilizar este
agregado que puede suplir funciones primordiales como lo son en el diseño de
concretos usados en obra garantizando de igual forma los parámetros solicitados por
los diseños estructurales.
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5. Objetivos
5.1. Objetivo General
Determinar experimentalmente la viabilidad técnica y económica de la sustitución
parcial o total de agregado grueso de origen pétreo, por agregado grueso producto de
la trituración de los residuos de construcción y demolición (RCD), generados en Bogotá
D.C, para la elaboración de concreto hidráulico.
5.2. Objetivo Especifico
Caracterizar los RCD del Centro de tratamiento, aprovechamiento y disposición
de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) de Reciclados Industriales de
Colombia SAS, provenientes de la ciudad de Bogotá D.C, principalmente los
residuos de demolición de estructuras de concreto hidráulico.
Elaborar muestras de concreto hidráulico, sustituyendo el agregado grueso de
origen natural por RCD en porcentajes de 50, 75 y 100, disponiéndolas en
probetas con las dimensiones establecidas por la normativa vigente.
Trazar una curva de resistencia a la compresión de las muestras de concreto
hidráulico por medio de los resultados obtenidos al fallarlos a los 7, 14 y 28 días.
Análisis comparativo de la curva de resistencia teórica para una mezcla de
concreto elaborada con agregado grueso de origen pétreo con las mezclas
elaboradas a partir de la sustitución parcial o total de agregado grueso a partir
de RCD.
Evaluar los precios unitarios de la elaboración de concreto hidráulico con
agregado grueso de origen pétreo, respecto al concreto hidráulico con agregado
grueso producto de los RCD.
Analizar la información obtenida para determinar la viabilidad técnica y
económica de la mezcla experimental, para la sustitución parcial o total de
agregado grueso de origen pétreo, a partir del uso de RCD.
13
6. Marco Normativo
6.1. Normas que rigen a los materiales y a los ensayos a ejecutar.
Las siguientes Normas técnicas Colombianas (NTC), a las cuales se hace referencia en
el presente documento, y que se encuentran en el titulo c de la NSR, forman parte
integrante del mismo:
NTC 121 Especificación de desempeño para cemento hidráulico (ASTM C1157)
NTC 174 Especificaciones de los agregados para concreto (ASTM C33)
NTC 504 Refrentado de especímenes cilíndricos de concreto (ASTM C617)
NTC 550 Elaboración y curado de especímenes de concreto en obra (ASTM
C31)
NTC 673 Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de concreto (ASTM
C39)
6.2. Normas que rigen el uso y disposición de los RCD en Colombia. Acorde al uso indiscriminado de agregados pétreos de origen natural a nivel mundial, la
organización mundial establece principios y normas en cada uno de los países y
estados, por esta razón en la constitución política de la Republica de Colombia, se
expiden a lo largo del territorio nacional por los diferentes departamentos y municipios
para el manejo de los RCD, por lo anterior se mencionan algunas de estas.
6.3. Resolución 1472 De 2017 Esta rige a nivel nacional, en la cual se reglamenta la gestión integral de los residuos
generados en las actividades de construcción y demolición RCD y se dictan otras
disposiciones. Esta aplica a todas las personas naturales y jurídicas que generen,
recolecten, transporten, almacenen, aprovechen y dispongan RCD de las obras civiles
o de otras actividades conexas.
Adicionalmente, esta norma brinda lineamientos para el aprovechamiento y disposición
final de los RCD, mediante la implementación de instrumentos y reglas para las
instalaciones de gestión de RCD como los puntos limpios y plantas de
14
aprovechamiento, en donde se llevarán a cabo la separación y el almacenamiento
temporal con las condiciones mínimas de operación. Así mismo, se establecen los
criterios ambientales para la localización y operación de los sitios de disposición final
de RCD.
6.4. Resolución 1115 De 2012 Por medio de la cual se establece el Plan de Gestión de RCD en obra para la ciudad de
Bogotá D.C, a través del control ejercido sobre los grandes generadores y/o
poseedores de RCD, por medio de registro y obtención de un PIN en la Secretaria
Distrital de Ambiente, por única vez, donde se deberá llevar un control de forma
mensual dispuestos y aprovechados y los respectivos certificados, para las obras que
contengan y/o generen volúmenes de RCD mayores a 1.000 m3 o que su área
construida supere los 5.000 m2, previo al inicio de actividades, se deberá elaborar,
registrar y anexar en dicha Secretaria.
“Artículo 4, De Las Entidades Públicas Y Constructoras. Dentro del marco de la
Gestión Integral de los Residuos de la Construcción y Demolición- RCD-, a partir de
agosto del año 2013, las Entidades Públicas y Constructoras que desarrollen obras de
infraestructura y construcción al interior del perímetro urbano del Distrito Capital
deberán incluir desde la etapa de estudios y diseños los requerimientos técnicos
necesarios con el fin de lograr la utilización de elementos reciclados provenientes de
los Centros de Tratamiento y/o Aprovechamiento de RCD legalmente constituidos y/o la
reutilización de los generados por las etapas constructivas y de desmantelamiento, en
un porcentaje no inferior al 5%, Cada año dicho porcentaje aumentará en cinco
(5) unidades porcentuales hasta alcanzar mínimo un 25%.
En caso de agotamiento comprobado de las reservas de material o que la obra o
proyecto no pueda cumplir por razones técnicas con dichos porcentajes deberá, previo
al inicio de obra, presentar informe técnico a la Secretaría Distrital de Ambiente, que
sustente amplia y suficientemente su no cumplimiento por parte del responsable del
15
proyecto., del total de volumen o peso de material usado en la obra a construir por la
entidad anualmente”.
6.5. Resolución 2397 De 2011 Por medio de la cual se regula el tratamiento y aprovechamiento de escombros en el
Distrito Capital. Toda entidad pública que realice obras de infraestructura al interior del
perímetro urbano deberá realizar estudios y diseños para lograr la utilización de
elementos reciclados que vienen de los centros de tratamiento y aprovechamiento de
escombros legalmente constituidos.
7. Marco referencial o Estado del Arte
Los residuos procedentes de la construcción de nuevas edificaciones, la demolición de
inmuebles antiguos y los derivados de pequeñas obras de reforma, forman la categoría
denominada Residuos de Construcción y Demolición (RCD). La generación y gestión
de estos residuos constituye un problema ambiental grave, que pueden provocar
la contaminación del agua, suelo o aire, afectar a los ecosistemas y a la salud humana.
La preocupación en torno a la cantidad de RCD que se generan y a su impacto sobre el
medio ambiente es creciente. Por ese motivo, las administraciones públicas de muchos
países están revisando las políticas relativas de cómo deben gestionarse estos
residuos. (BARRIENTOS F.).
A pesar de todos los problemas que los RCD pueden ocasionar y las dificultades que
plantea su tratamiento, cuando los residuos se gestionan de forma adecuada se
convierten en recursos o subproductos, que contribuyen al ahorro de materias
primas, a la conservación de los recursos naturales, del clima y, por ende, al desarrollo
sostenible, de acuerdo con los principios de la economía circular.
16
La forma de estimar los residuos generados por las actividades de construcción y
demolición varía significativamente de unos lugares a otros, como se explica a
continuación.
En Estados Unidos, la USEPA (US Environmental Protection Agency) estima la
cantidad de RCD generados en una región concreta sólo a partir de la superficie
construida, pero sin tener en cuenta si el edificio es residencial o no, ni si las obras son
de construcción de obra nueva, rehabilitación o demolición, lo que influye en el tipo y
cantidad de residuos producidos.
Otro caso interesante es Brasil, ya que es un país emergente, pero con una legislación
en cuanto a los RCD muy similar a la europea, en concreto a la portuguesa. En este
país, el sector de la construcción civil es un importante generador de residuos y las
leyes nacionales obligan a los constructores a responsabilizarse de los residuos
generados en sus obras, planificando la gestión de los mismos. Una parte muy
importante de esta gestión es la previsión de los residuos que se van a generar,
diferenciando por tipo de residuo (ladrillo, madera, cristal, etc.) ya que cada uno
necesitará un espacio adecuado para su depósito y será tratado de una manera
diferente.
Además, en la actualidad en Bogotá DC, Como se observa en la siguiente imagen los
mayores generadores de residuos en las entidades públicas de Bogotá, en su orden
son el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) y la Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá (EAAB). Para el año 2018 se estima que las entidades públicas del distrito
generarán cerca de 3.111 m3 de RCD y estas cantidades se mantienen en continuo
crecimiento año tras año.
17
Imagen 1. Proyección de producción de RCD del sector público en Bogotá D.C.
Fuente: Adaptada de UAESP 2015.
Por otra parte, según el DANE en los últimos 12 meses de junio de 2016-junio de 2017,
la producción de concreto premezclado alcanzó los 7286,6 m3, lo que significó una
disminución del 13,5% con relación al mismo periodo anterior, tal y como se puede
observar en la Figura 1. Para el sector vial se estima que el consumo de concreto
hidráulico para los proyectos de cuarta generación de concesiones que se está
llevando a cabo en Colombia entre el año 2015 al 2020 será de alrededor de los
12.153.858 m3 y para los agregados pétreos se espera una demanda de 75 millones
de toneladas desde el 2015 al 2020, adicionando aproximadamente 15 mil toneladas al
año. La creciente demanda de concreto en Colombia generará un aumento en la
explotación de agregados y con esto una mayor afectación al medio ambiente.
Imagen 2. Producción de Concreto Premezclado
Fuente: DANE 2017
18
Tomando como referencia a los autores Lasso Aguirre A.L., & Misle Rodrigo R (2012).
Autores de la “Evaluación Técnica, Económica e Institucional de la Gestión de
Residuos de Construcción y Demolición en Bogotá D.C.” Si se logra mejorar la gestión
de los residuos de construcción y demolición (RCD), se disminuye la afectación
ambiental generada por los diversos procesos de explotación de materiales pétreos en
ríos y canteras ubicadas en las periferias de la ciudad.
Se podrá reutilizar en sitio, recursos cuya obtención se vuelve cada vez más lejana y
costosa y se disminuirá la disposición final en sitios que pueden ser mejor
aprovechados y que afectan el paisaje citadino, de esta forma estamos aportando un
grano de arena, en la construcción de una manera sostenible en beneficio de los
ecosistemas y la sociedad.
Conjuntamente es importante resaltar la importancia del estudio realizado por Cortes,
E.A. y Perilla J.E. (2014), sobre el estudio comparativo de las propiedades físico-
mecánicas de las 4 marcas de cemento portland tipo I más usado en Bogotá, Argos,
Boyacá, Cemex y Tequendama, de donde se selecciona el cemento Cemex tipo 1,
debido a que tiene la finura más elevada de dicho estudio, esto hace que tenga un
mejor comportamiento mecánico, respecto a los demás cementos.
Otros estudios realizados por diferentes autores con la participación de entes de
reconocimiento nacional e internacional ver en el anexo 1. “Estado del Arte”
8. Marco Conceptual
8.1. Concreto Hidráulico
El concreto es una mezcla de materiales; principalmente cemento, agregado y agua
que tiene como característica el endurecimiento con el tiempo; de esta forma puede
recopilar los trozos pétreos del agregado en la pasta de la mezcla mediante la
utilización de agua, el cual tiene como objetivo dar fluidez a la mezcla además de
reaccionar con ella con el fin de lograr el endurecimiento. Sus propiedades físicas,
19
químicas y mecánicas proporcionan un material homogéneo que puede resistir
considerables esfuerzos a la compresión y así este pueda ser utilizado en elementos
estructurales.
Imagen 3. Concreto hidráulico Fuente: Proyecto Bambú ciudad verde 2017
“El concreto posee diferentes propiedades durante el proceso de cambio, este se va
manifestando cuando hay disminución gradual de la fluidez y manejabilidad, existen
tres etapas fundamentales y esenciales; en la primera en donde el concreto es un
material blando y maleable, la segunda etapa es el tiempo de fraguado o
endurecimiento del concreto, en este se evidencia el incremento progresivo de la
rigidez y la tercera etapa corresponde al endurecimiento que lo conduce a la
adquisición de propiedades mecánicas y de otra índole, cuyo desarrollo suele
representarse mediante la evolución de la resistencia a compresión”. (SANCHEZ,
1996)1
1 SANCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996. 349p.
20
9. Marco Teórico
9.1. Propiedades Mecánicas “El concreto posee diferentes propiedades durante el proceso de cambio, este se va
manifestando cuando hay disminución gradual de la fluidez y manejabilidad, existen
tres etapas fundamentales y esenciales; en la primera en donde el concreto es un
material blando y maleable, la segunda etapa es el tiempo de fraguado o
endurecimiento del concreto, en este se evidencia el incremento progresivo de la
rigidez y la tercera etapa corresponde al endurecimiento que lo conduce a la
adquisición de propiedades mecánicas y de otra índole, cuyo desarrollo suele
representarse mediante la evolución de la resistencia a compresión”.2
9.2. Resistencia a la compresión La resistencia a la compresión es una característica mecánica principal del concreto.
Se puede definir como la capacidad que tiene para soportar una carga en un área
2 Sánchez de Guzmán. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá d.c: bhandar editores ltda. 1996. 349p
PR
OP
IED
AD
ES
DE
L
CO
NC
RE
TO
HID
RA
ULIC
O
MECANICAS
Resistencia a la compresion.
Resistencia a la flexion.
Modulo de Elasticidad.
FISICAS
Consistencia o Fluidez.
Segregacion.
Exudacion.
Estabilidad.
21
determinada, y se expresa en términos de esfuerzo, la mayoría de las veces en
kg/cm2, MPa y libras por pulgada cuadrada (Psi).
Para determinar la resistencia teórica se emplea la teoría de Slater, esta se puede
emplear para saber la resistencia a la compresión del concreto a edad de 28 días),
conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 24 horas, 7 días y 14 días, en
unidades de Mega pascales (MPa).
Ecuación para determinar la resistencia a la compresión (f´c) teorica, a la edad de 28
días, conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 24 horas (f´c24 horas).
𝑓´𝑐28 = 6,56𝑓´𝑐24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠0,82
Ecuación para determinar la resistencia a la compresión (f´c) teorica, a la edad de 28
días, conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 7 días (f´c7).
𝑓´𝑐28 = 2,25𝑓´𝑐70,93
Ecuación para determinar la resistencia a la compresión (f´c) teorica, a la edad de 28
días, conociendo la resistencia a la compresión a la edad de 14 días (f´c14).
𝑓´𝑐28 = 𝑓´𝑐14 + 1,45𝑓´𝑐140,5
El ensayo implementado comúnmente sirve para determinar la resistencia a la
compresión, este ensayo se realiza sobre probetas cilíndricas elaboradas en moldes
especiales que tienen 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. Las normas NTC 550 y 673
son las que rigen los procedimientos aceptados para la elaboración de los cilindros y
ensayo de resistencia a la compresión respectivamente.
Generalmente el diseñador estructural proporciona la especificación de la resistencia a
la compresión del concreto (F’c) en sus memorias de cálculo y en los planos de diseño;
22
la cual utilizo como base para estimar el dimensionamiento y el esfuerzo de cada uno
de los elementos estructurales del proyecto; cuando se obtengan resistencias menores,
el factor de seguridad disminuirá para este elemento; para evitar esta problemática que
puede ocurrir por los diferentes materiales o procedimientos ejecutados para realizar la
mezcla, esta deberá dosificarse de tal manera que se obtengan resistencias mayores
en el promedio (F’cr) que a F’c.
Imagen 4. Resistencia a la compresión del concreto
Fuente: Propia
9.3. Resistencia a la Flexión Resistencia a la flexión o módulo de rotura y debido a su naturaleza, el concreto
hidráulico es frágil ante los esfuerzos a flexión, por esta razón esta propiedad mecánica
generalmente no se tiene en cuenta en el diseño de las estructuras verticales
convencionales. “La tracción tiene que ver con el agrietamiento del concreto, a causa
de la contracción inducida por el fraguado o por los cambios de la temperatura”
(SANCHEZ, 1996), cumpliendo estos factores se generan esfuerzos internos de flexión.
Para calcular el módulo de rotura (MR) teórico se emplea la siguiente expresión,
cuando se conoce la resistencia a la compresión a la edad de 28 días (f´c28).
𝑀𝑅28 = 0,392 (𝑓´𝑐282)
13⁄
23
9.4. Módulo de Elasticidad El módulo de elasticidad o (módulo de Young) es la aplicación de la Ley de Hooke, de
un material es la relación entre el esfuerzo al que está sometido el material y su
deformación unitaria. Esta hace referencia a la rigidez del material ante una carga
impuesta sobre el mismo. Cuando la relación entre el esfuerzo y la deformación unitaria
a que está sometido el material es lineal, constante y los esfuerzos aplicados no
alcanzan el límite de proporcionalidad, el material tiene un comportamiento elástico que
cumple con dicha Ley.
Aplicación de la ley de Hooke o módulo de elasticidad:
Imagen 5. Esfuerzo Vs Deformacion. Fuente: https://www.fisicarecreativa.com/papers_sg/papers_sgil/Docencia/elasticidad1.pdf
Para determinar el “módulo de elasticidad secante (o módulo de Young) y la relación de
Poisson de cilindros de concreto normalizados y núcleos de concreto, cuando éstos se
hallan bajo esfuerzos de compresión longitudinal. Las definiciones de módulo de
elasticidad secante y de relación de Poisson, se encuentran en las definiciones de la
NTC 4525 (ASTM E6). (NTC 4025, 2006).
Para calcular el módulo de elasticidad (Ec) se emplea la siguiente expresión, cuando se
conoce la resistencia a la compresión a la edad de 28 días (f´c28) en MPa para
concretos de peso normal.
24
𝐸𝑐 = 4700 √𝑓´𝑐28
Ver ANEXO 2 “Propiedades físicas del concreto”
10. Metodología
Para el desarrollo del proyecto se lleva a cabo una metodología de tipo cuantitativa, en
la que se seguirán diferentes pasos utilizando las bases teóricas adquiridas e
investigadas donde posterior a esto se realizaran ensayos de laboratorio y un análisis a
los resultados obtenidos.
10.1. Actividades de la investigación
10.1.1. Visita, selección de material RCD a utilizar y clasificación Teniendo una base clara de los antecedentes de nuestra investigación, se procederá a
realizar una visita al Centro de tratamiento, aprovechamiento y disposición de Residuos
de Construcción y Demolición (RCD) denominado RECICLADOS, INDUSTRIALES DE
COLOMBIA SAS; en donde se usara los residuos productos de la demolición de
estructuras de concreto hidráulico con el fin de aprovecharlos en la investigación; todo
esto con la información que se pueda investigar con los asesores y personal de la
compañía, logrando así poder seleccionar el material más adecuado para el análisis;
además de esto se realizaran ensayos de laboratorio en donde se clasificara el material
según sus características físicas y su granulometría.
10.1.2. Selección de diseño de mezclas a usar con este material Conociendo el material analizar y las diferentes metodologías de diseño que se pueden
emplear, se procede a escoger un diseño en el cuál se pueda utilizar este material
(RCD) con el fin de aplicarlo a la investigación experimental propuesta, tomando RCD
en proporciones del 50, 75, y 100 por ciento con relación al agregado grueso propuesto
por este diseño, partiendo de las conclusiones a las que llegaron los investigadores
(Pérez & Caicedo, 2014) y (Agreda & Moncada, 2015) usando RCD de las ciudades de
25
Cali y Bogotá D.C respectivamente; teniendo como principio el uso de agregado grueso
saturado producto de RCD.
10.1.3. Realización de las probetas de concreto Teniendo las dosificaciones necesarias de los agregados se realizarán ensayos con
probetas de concreto, en donde se seguirán parámetros establecidos por la NTC-550 y
se realizara el fallo de los mismos a la edad de 7, 14 y 28 días; esto con el fin de
obtener resultados confiables y representativos de cada uno de los ensayos a realizar.
10.1.4. Desarrollo curvas de resistencia vs tiempo Conociendo la resistencia de cada uno de estos ensayos, se realizará el trazo de la
curva de comportamiento (Esfuerzo de fallo vs tiempo) para cada una de las
variaciones realizadas al diseño original utilizado, en donde se observará las
principales características de crecimiento de resistencia durante el tiempo.
10.1.5. Análisis de las curvas Al tener las diferentes curvas, se realizará un análisis comparativo de esta propiedad
mecánica del concreto con la curva representativa teórica que se produce al utilizar un
agregado grueso de origen pétreo además de identificar algunas otras características
como lo son el comparar estos resultados con otros que hayan sido producidos bajo la
misma dosificación además de también poder comparar los resultados con las
diferentes proyecciones que pueden estimarse al realizar fallos a los 7 y 14 días.
10.1.6. Análisis de precios unitarios De manera paralela se realizarán cotizaciones de los materiales utilizados y se
procederá a desarrollar un APU para cada uno de los dos posibles procedimientos
ejecutados; cuando se implementa agregado pétreo en su totalidad o cuando realiza
una sustitución parcial o total del agregado por medio del producto de los RCD.
26
10.1.7. Análisis de los resultados obtenidos Conociendo los resultados del análisis al comparar la propiedad mecánica del material
y al conocer la influencia en costos generados por el mismo en los diferentes casos
expuestos, se podrá hacer un análisis general para así poder determinar la viabilidad
técnica y económica de la mezcla experimental, para la sustitución parcial o total de
agregado grueso de origen pétreo, a partir del uso de RCD.
11. Desarrollo de la metodología
Con los marcos conceptuales, teóricos, estudio de estado del arte y normativa
plasmada descritos en el proyecto, se da inicio al desarrollo de la metodología
propuesta.
Inicialmente se encuentra un proyecto en ejecución perteneciente a lugares aledaños a
ciudad de Bogotá en donde se puede realizar las actividades propuestas además de
encontrar un laboratorio certificado que nos de la total garantía de que las pruebas y
ensayos realizados cumplen con todos los parámetros que la norma nos exige.
Las obras en mención se llaman Caobo y Bambú ubicadas en Ciudad Verde,
pertenecientes a la constructora Tenco S.A.; estos proyectos manejan un sistema
constructivo de mampostería estructural y cuentan con el equipo necesario para poder
ejecutar cada una de las actividades que se desean desarrollar en campo como lo son
la toma de muestras con un laboratorio que cuenta con el equipo adecuado para su
desarrollo y un patio de mezclas activo que sirva para la ejecución del diseño de
mezclas utilizado con los agregados existentes en obra y la sustitución parcial o total
por un material granular producto de RCD, del Centro de tratamiento, aprovechamiento
y disposición de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) denominado
RECICLADOS, INDUSTRIALES DE COLOMBIA SAS ver anexo 3 “Visita y selección
de material RCD a utilizar”
27
El laboratorio seleccionado se llama Ingeyma LTDA. Que para mayor facilidad y
confiabilidad con los resultados es un laboratorio certificado que cuenta con el equipo
necesario para el desarrollo de ensayos de agregado, cuentan con vehículos de
transporte en condiciones de movilizar probetas realizadas en obra y todo lo necesario
para el fallo de probetas de concreto siguiendo los parámetros de la normativa vigente.
“Anexo 4. Certificación del laboratorio”
11.1. Caracterización de los Agregados
11.1.1. Caracterización del agregado grueso de RCD
El agregado grueso producto de RCD usado en esta investigación procede de la planta
de aprovechamiento y disposición final ubicado en Bogotá DC, el cual fue debidamente
seleccionado y triturado por la empresa Reciclados Industriales de Colombia. Este
material sustituirá un 50%, 75% y 100% de agregado grueso natural, previamente a
esto el agregado se saturará con agua con el fin de contrarrestar los altos índices de
absorción que presenta el agregado reciclado, debido a los residuos de cemento
adherido que este contiene.
Previo a estudios realizados de absorción “Según normas europeas (UNE y EHE),
normas japonesas y normas Belgas el rango encontrado para el agregado grueso es de
0,8% a 13% con un valor medio de 5,6%”.3
También presenta un elevado coeficiente de los ángeles ya que en la realización del
ensayo se elimina el mortero adherido que queda adherido al agregado, además de la
pérdida de peso propia del agregado natural. “Debido a que no se conoce la
procedencia del agregado los valores recomendados para el coeficiente de los ángeles
son menores a 34%”4
3 Sánchez, Martha y Alaejos María del Pilar. Estudio sobre las propiedades del árido reciclado. Utilización en hormigón estructural.
Revista. 2001. 4 González, B. Hormigones con Áridos Reciclados Procedentes de Demoliciones: Dosificaciones, Propiedades mecánicas y
comportamiento estructural al cortante. Tesis Doctoral. 2002.
28
Para procesar los RCD se emplea el siguiente procedimiento: primero ingresan los
camiones tipo volqueta, de origen de las diferentes obras de demolición que se realizan
en la ciudad, se procede a una inspección visual de la mezcla, posteriormente a esto se
pesa y se determina el uso o tratamiento que se le dará al residuo. De esta forma se
establece la cantidad y el costo de la gestión que se requiere para dar cumplimiento a
la resolución 1115 de 2012.
Dicho esto, por (CASTAÑO & MISSLE, 2013), “Una vez el residuo es aceptado, pasa a
la zona de descarga para la separación por medios manuales o mecánicos de los
distintos componentes, para posteriormente introducirla a la línea de trituración y
separación, compuesta por machacadora de mandíbulas, triaje manual, sistemas de
cribado y zona de acopio final por fracciones granulométricas”. Estos agregados
pueden ser empleados en constitución de bases, subbases, agregados pétreos para
mezclas de concreto hidráulico se muestra el esquema de una planta de procesamiento
de RCD.
Imagen 6. Esquema de una planta de procesamiento de RCD.
Fuente: Gestión de residuos de construcción y demolición (RCD) en Bogotá. perspectivas y limitantes, (Castaño, Rodríguez, Lasso, Cabrera, Ocampo, 2013)
29
11.1.2. Clasificación de los residuos de construcción y demolición
“Los residuos no peligrosos según la definición de residuos sólidos del Decreto 2981 de
2013, se dividen en aprovechables y no aprovechables. Los RCD resultan de las
actividades de la construcción (demolición, excavación, construcción y/o reparaciones
de las obras civiles) o de otras actividades conexas complementarias o análogas y de
estos no existe una clasificación definida en la normatividad nacional. Por ello, a
continuación, se presenta una clasificación que da pautas para diferenciar los residuos
que tienen un potencial para su aprovechamiento y los que por un inadecuado manejo
pueden perder este potencial”.5 (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2015)
GRUPO CLASE COMPONENTES
I-Residuos mezclados. 1. Residuos Pétreos. Concretos, cerámicos, ladrillos, arenas, gravas, cantos,
bloques o fragmentos de roca, baldosín, mortero y
materiales inertes que no sobrepasen el tamiz # 200 de
granulometría.(1)
II-Residuos de material
fino.
1. Residuos finos no
expansivos
Arcillas (caolín), limos y residuos inertes, poco o no
plásticos y expansivos que sobrepasen el tamiz # 200 de
granulometría.(1)
2. Residuos finos
expansivos
Arcillas (montmorillonitas) y lodos inertes con gran
cantidad de finos altamente plásticos y expansivos que
sobrepasen el tamiz #200 de granulometría.
III-Otros Residuos. 1. Residuos no pétreos Plásticos, PVC, maderas, cartones, papel, siliconas,
vidrios, cauchos.(1)(2)
2. Residuos de carácter
metálico
Acero, hierro, cobre, aluminio, estaño y Zinc.
3. Residuos orgánicos de
pedones
Residuos de tierra negra.
4. Residuos orgánicos de
cespedones
Residuos vegetales y otras especies bióticas.
5 Alcaldia Mayor de Bogota DC, Guia para la elaboración del plan de gestión de residuos de construcción y demolición-RCD en la Obra.
Gestion Integral de RCD. Secretaria Distrital de Ambiente, Bogota D.C. 2015
30
IV. Residuos peligrosos 1. Residuos corrosivos,
reactivos, radioactivos,
explosivos, tóxicos,
patógenos (biológicos)
Desechos de productos químicos, emulsiones, alquitrán,
pinturas, disolventes orgánicos, aceites, resinas,
plastificantes, tintas, betunes, barnices, tejas de asbesto,
escorias, plomo, cenizas volantes, luminarias, desechos
explosivos, y los residuos o desechos incluidos en el
Anexo I y Anexo II o que presenten las características de
peligrosidad descritas en el Anexo III del Decreto 4741
de 2005.
V-Residuos especiales No definida Poliestireno-Icopor, cartón-yeso (drywall), llantas entre
otros.
VI-Residuos
contaminados con otros
residuos
1. Residuos
contaminados con
residuos peligrosos
Materiales pertenecientes a los grupos anteriores que se
encuentran contaminados con residuos peligrosos.
Estos deben ser dispuestos como residuos peligrosos.
No definida Residuos contaminados con otros residuos, que hayan
perdido las características propias para su
aprovechamiento.
VII- Otros residuos No definido Residuos que por requisitos técnicos no es permitido su
reúso en las obras.
Tabla 1. Clasificación de los residuos de construcción y demolición RCD Fuente: Decretos 838 de 2005, 4741 de 2005, 2981 de 2013.
De acuerdo al Sistema internacional unificado de clasificación de suelos (Unified Soil
Classification System -USCS-), la diferencia entre los residuos y materiales gruesos y
los finos se establece por el paso de la malla o tamiz # 200 de granulometría
(0,075mm), al igual que sus propiedades para usos de construcción.
Es de considerar que las lutitas o rocas arcillosas de tamaño semejante a un residuo
pétreo que se presentan en algunas partes de la ciudad, tienen propiedades
expansivas que no permiten emplearlas para el uso de las cimentaciones en la
construcción por su composición (mezcla de arcillas y limos expansivos).
Después del proceso de la obtención del agregado grueso producto de RCD de la
planta de tratamiento de Reciclados Industriales, el material es transportado al
laboratorio Ingeyma Ltda. para la realización de ensayos con el fin de obtener las
características físicas este material en donde se obtienen los resultados de la tabla 2.
31
Características físicas del agregado de RCD:
Tabla 2. Caracterización del agregado grueso de RCD
Fuente: Propia
Los resultados obtenidos que se reflejan en la Tabla 2 de TMN, Masa unitaria suelta,
masa unitaria compacta, Densidad aparente seca, absorción y contenido de lodos.
Muestran valores que no cumplen los parámetros permitidos para el uso en el diseño
de concreto según la normativa vigente para lo cual es necesario mejorar este material
si se desea utilizar en algún diseño.
En la imagen 8 se observa el agregado grueso producto de RCD, después de lavado
retirando las impurezas y el cemento adherido, para la realización de la presente
investigación donde se sustituirán en porcentajes de 50%, 75% y 100% del agregado
grueso de origen natural.
Imagen 7. Agregado grueso producto de RCD lavado
Fuente: Propia
PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO DE “RCD”
RESULTADO OBTENIDO
Parámetros de aceptación
Valoración del agregado
TMN (pulg) 1,00 (19.1-50.8)mm
Grava Cumple
Masa Unitaria Suelta (g/cm3) 1,20 - -
Masa Unitaria Apisonada (g/cm3) 1,32 - -
Gravedad especifica aparente seca (g/cm3)
2,22 2-3 Cumple
Absorción (%) 5,65 Menor a 1.5 No cumple
Contenido de lodos. 3,66 0-5 Cumple
32
En la Tabla 3 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría por
tamizado del agregado grueso tipo RCD Anexo 5. “Resultado de laboratorios de
Análisis físicos de los agregados”, según los criterios de la NTC 174 el material es
apto para la elaboración del concreto, ya que la grava entra en la denominación 56 y se
encuentra bajo los parámetros establecidos para este material en donde se puede
también observar que el porcentaje de gravas para la muestra corresponde al 95.81%
de la muestra; según la clasificación del sistema de unificación de clasificación del
suelo:
% 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑎𝑠 = 100 − 4.19 = 95.81%
𝐶𝑢 =𝐷60
𝐷10=
23.45
7.30= 3.21
𝐶𝑐 =𝐷302
𝐷60 ∗ 𝐷10=
11.87
23.45 ∗ 7.30= 0.82
Lo que indica que es una grava pobremente gradada GP generando mala manejabilidad
Tabla 3. Resultados de gradación agregado RCD
Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda.
De acuerdo a las especificaciones de NTC 174 el agregado grueso producto de RCD
cumple con los estándares para la utilización en el diseño del concreto hidráulico como
se muestra en la imagen.
33
Imagen 8. Curva granulométrica agregado grueso producto de RCD
Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda. Este agregado de RCD se clasifica:
GRUPO CLASE COMPONENTES
I-Residuos mezclados. 1. Residuos Pétreos. Concretos, cerámicos, ladrillos, arenas, gravas, cantos,
bloques o fragmentos de roca, baldosín, mortero y materiales
inertes que no sobrepasen el tamiz # 200 de granulometría.
Fuente: Propia
11.1.3. Caracterización del agregado grueso natural “Material granular, como la arena, grava, la piedra triturada o la escoria de alto horno
usado para elaborar concreto o mortero”6 Conocidos también como áridos o inertes,
son fragmentos o granos, usualmente pétreos, cuyo objetivo es reducir los costos de la
mezcla y adicionarle ciertas características favorables, entre las cuales se puede
observar la disminución de la retracción de fraguado o retracción plástica.
Después del proceso de la obtención del agregado grueso utilizado por la constructora
TENCO S.A y al laboratorio Ingeyma Ltda. Donde se realizan los ensayos pertinentes
con el fin de obtener las características físicas este material en donde se obtienen los
resultados de la tabla 4.
6 Norma técnica colombiana 385 pág. 2, Segunda actualización, 2010
34
Características físicas del agregado grueso natural:
Tabla 4. Caracterización del agregado grueso natural
Fuente: Propia
Los resultados obtenidos que se reflejan en la Tabla 4 de TMN, Masa unitaria suelta,
masa unitaria compacta, Densidad aparente seca, absorción y contenido de lodos;
donde se observan valores permitidos teniendo como referente la normativa vigente.
En la imagen 6 se observa el agregado grueso de origen natural, usado para la
presente investigación en donde será reemplazado en porcentajes de 50%, 75% y
100% por agregado tipo RCD.
Imagen 9. Agregado grueso natural
Fuente: Propia
En la Tabla 10 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría
por tamizado del agregado grueso natural Anexo 5. “Resultado de laboratorios de
Análisis físicos de los agregados”, según los criterios de la NTC 174 el material es
apto para la elaboración del concreto, ya que la grava entra en la denominación 7 y se
PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO NATURAL
RESULTADO OBTENIDO
Parámetros de aceptación
Valoración del agregado
TMN (pulg) 3/8 (4.76-19.1)mm
Gravilla Cumple
Masa Unitaria Suelta (g/cm3) 1,45 - -
Masa Unitaria Apisonada (g/cm3) 1,58 - -
Gravedad especifica aparente seca (g/cm3)
2,63 2-3 Cumple
Absorción (%) 1,66 Menor a 1.5 Cumple
Contenido de lodos. 0,32 0-5 Cumple
35
encuentra bajo los parámetros establecidos para este material; en donde se puede
también observar que el porcentaje de gravas para la muestra corresponde al 96.48%
de la muestra; según la clasificación del sistema de unificación de clasificación del
suelo:
% 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑎𝑠 = 100 − 3.52 = 96.48%
𝐶𝑢 =𝐷60
𝐷10=
8.53
5.19= 1.64
𝐶𝑐 =𝐷302
𝐷60 ∗ 𝐷10=
6.532
8.53 ∗ 5.19= 0.96
Lo que indica que es una grava pobremente gradada GP generando mala manejabilidad
Tabla 5. Resultados de gradación agregado grueso natural
Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda.
De acuerdo a las especificaciones de NTC 174 el agregado grueso natural cumple con
los estándares para la utilización en el diseño del concreto hidráulico como se muestra
en la imagen.
36
Imagen 10. Curva granulométrico agregado grueso natural
Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda.
11.1.4. Caracterización del agregado fino Para la presente investigación se utilizó arena de rio como agregado fino usado por la
constructora TENCO S.A y al laboratorio Ingeyma Ltda. Donde se realizan los ensayos
pertinentes con el fin de obtener las características físicas este material en donde se
obtienen los resultados de la tabla 4.
Características físicas del agregado fino “arena de rio”:
Tabla 6. Caracterización del agregado fino “Arena de Rio”
Fuente: Propia
PROPIEDADES FISICAS DEL AGREGADO FINO
RESULTADO OBTENIDO
Parámetros de aceptación
Valoración del agregado
Masa Unitaria Suelta (g/cm3) 1,48 -
Gravedad especifica aparente seca (g/cm3)
2,65 2-3 Cumple
Absorción (%) 0,40 0-5 Cumple
Contenido de lodos. 1,67 0-5 Cumple
Color de Materia Orgánica 1,00 1-5 Cumple
37
Los resultados obtenidos que se reflejan en la Tabla 6 de módulo de finura, Masa
unitaria suelta, masa unitaria compacta, gravedad especifica aparente seca, absorción
contenido de lodos y color de materia orgánica, muestran valores permitidos teniendo
como referente la normativa vigente.
Imagen 11. Agregado fino
Fuente: Propia
En la Tabla 7 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría por
tamizado del agregado fino Anexo 5. “Resultado de laboratorios de Análisis físicos
de los agregados”, según los criterios de la NTC 174 el material es apto para la
elaboración del concreto, ya que la grava entra en la denominación arena de rio y se
encuentra bajo los parámetros establecidos para este material; en donde se puede
también observar que el porcentaje de arenas para la muestra corresponde al 92.72%
de la muestra; según la clasificación del sistema de unificación de clasificación del
suelo:
% 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎𝑠 = 94.39 − 1.67 = 92.72%
𝐶𝑢 =𝐷60
𝐷10=
1.018
0.313= 3.252
𝐶𝑐 =𝐷302
𝐷60 ∗ 𝐷10=
0.5712
1.018 ∗ 0.313= 1.023
Lo que indica que es una arena pobremente gradada SP generando mala manejabilidad
38
Tabla 7. resultados de gradación agregado fino
Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda.
De acuerdo a las especificaciones de NTC 174 el agregado grueso natural cumple con
los estándares para la utilización en el diseño del concreto hidráulico como se muestra
en la imagen.
Imagen 12. Curva granulométrica agregado fino
Fuente: Laboratorio Ingeyma Ltda.
Metodología para la elaboración de los ensayos en el Anexo 5. “Resultado de
laboratorios de Análisis físicos de los agregados”.
Ver anexo 6 “Ensayos para determinar las propiedades físicas de los agregados”
Clasificación de los agregados pétreos para concreto hidráulico.
39
Tabla 8. Clasificación de los agregados pétreos. Fuente: SANCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996
11.1.5. Cemento Portland
Es uno de los productos más utilizados en la construcción convencional “Se obtiene por
la pulverización del Clinker portland con la adición de una o más formas de sulfato de
calcio. Se pueden adicionar diferentes productos siempre que su colocación no afecte
las propiedades del cemento resultante”7 ; para la presente investigación se utilizó
cemento Cemex tipo “1”8 debido a los resultados del estudio realizado por Cortes, E.A.
y Perilla J.E. (2014)9, donde determinaron que el cemento Cemex tipo I, tiene una
finura más elevada con relación a otros cementos del mercado, permitiendo que el
proceso de hidratación sea más eficiente, ya que al ser una partícula de cemento tan
pequeña permite que se hidrate por completo, dando mejores características
mecánicas, específicamente en la resistencia a la compresión en edades tempranas.
7 Norma técnica colombiana 31 pág. 2, Segunda actualización, 2010 8 SANCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996
“destinado a obras de concreto en general, al que no se le exigen propiedades especiales…” 9 Cortes, E.A. y Perilla J.E. (2014). Estudio comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales
portland tipo I
40
No obstante, cumple con los parámetros establecidos por la NTC 121 ver Anexo 7.
“NTC 121 Cemento Portland especificaciones físicas y mecánicas” para la
elaboración del concreto hidráulico.
En la tabla 9, se encuentran las Características Fisico-mecanicas del cemento Cemex
tipo I.
Tabla 9. Características físico-mecánicas del cemento Cemex tipo I.
Fuente: Cortes, E.A. y Perilla J.E. (2014). Estudio comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales portland tipo I, Tabla 16, pag.55
11.2. Dosificación de mezclas de concreto hidráulico De Peso Normal
“El concreto debe dosificarse con el fin de obtener una resistencia promedio a la
compresión y al mismo tiempo satisfacer los criterios de durabilidad” manual
supervisión técnica;
La dosificación de mezclas de concreto hidráulico, llamado comúnmente diseño de
mezclas es un proceso que consiste de la relación de pasos dependientes entre sí.
Elección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados pétreos, agua
y/o aditivos).
Determinar las cantidades relativas “dosificación” para producir mezclas tan
económicas como sea posible, en condiciones óptimas de trabajabilidad,
resistencias a compresión y durabilidad apropiada.
Esta dosificación dependerá de cada ingrediente en particular, los cuales a su vez
dependerán de la aplicación o del uso particular del concreto; también podrían ser
41
considerados otros criterios, por ejemplo, minimizar la contracción y el asentamiento o
de ambientes químicos especiales; aun así siempre cada dosificación debe
proporcionar:
Manejabilidad y consistencia para que el concreto pueda correr fácilmente en la
formaleta y junto al refuerzo, en las condiciones de que disponga el proyecto
para su colocación, sin generar segregación o exudación excesivas.
Resistencia a las condiciones donde sea expuesto en cada uno de los
proyectos.
Cumplimiento a las especificaciones de diseño.
11.2.1. Información requerida para el diseño de mezclas
11.2.1.1. Métodos de diseño de mezclas
“Es un proceso que consiste en la selección de los ingredientes disponibles (cemento,
agregados, agua y aditivos) y la determinación de sus cantidades relativas para
producir, tan económicamente como sea posible, concreto con el grado requerido de
manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de
resistencia, durabilidad, peso unitario, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas.
Estas proporciones dependen de las propiedades y características de los ingredientes
usados, de las propiedades particulares del concreto especificado, y de las condiciones
particulares bajo las cuales el concreto será producido y colocado”10 la información
requerida más relevante para el diseño de una mezcla de concreto es:
Análisis granulométrico de los agregados.
Pesos unitarios de los agregados.
Pesos específicos de los agregados y del cemento.
Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados.
Tipo de cemento.
10 SANCHEZ, Diego. Diseño de mezcla de concreto. En: Tecnología del concreto y del mortero. 5 ed. Bogotá D.C.: 2001. Editorial:
Biblioteca de la construcción P. 221.
42
Relación agua/cemento.
Contenido de aire.
Entre los métodos analíticos más importantes para la elaboración de mezclas de
concreto, se encuentran el método ACI, el método de Fuller-Thompson, el método de
Bolomey, para ver estos últimos métodos a emplear para el diseño de mezclas de
concreto hidráulico ver Anexo 8. “Métodos de diseño de mezclas”
11.2.1.2. Método de la ACI
Este método se emplea cuando los agregados cumplen con las recomendaciones
granulométricas ASTM C33, y este consiste en hallar el volumen de agregado grueso
por metro cúbico de concreto; para esto se emplea la tabla 5, que representa el
volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.
Posteriormente se allá el volumen del agregado grueso (bo´) por metro cubico de
agregado grueso, la cual se obtiene dividiendo la masa unitaria compacta (MUC) y la
densidad aparente de la grava (dg):
bo´ =𝑀𝑈𝐶
𝑑𝑔
Al obtener el valor de volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
(b/bo) y el volumen de partículas de agregado grueso por metro cúbico, se determina el
volumen total de agregado grueso (B) que posee la mezcla para un metro cúbico. Esto
se hace multiplicando los valores hallados en la tabla 10 y de la ecuación de volumen
de partículas del agregado grueso:
B = (𝑏
𝑏𝑜) ∗ bo´
43
AXIMO TAMAÑO NOMINAL DE AGREGADOS
VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO SECADO EN HORNO POR UNIDAD DE VOLUMEN DE
CONCRETO PARA DIFERENTES MODÚLOS DE FINURA DE AGREGADO FINO
MODULO DE FINURA
PULGADAS mm 2,40 2,60 2,80 3,00
3/8 9,51 0,50 0,48 0,46 0,44
1/2 12,5 0,59 0,57 0,55 0,53
3/4 19,1 0,66 0,64 0,62 0,60
1 25,4 0,71 0,69 0,67 0,65
1 1/2 38,1 0,75 0,73 0,71 0,69
2 50,8 0,78 0,76 0,74 0,72
3 76,1 0,82 0,80 0,78 0,76
6 152,4 0,87 0,85 0,83 0,81
Tabla 10. volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto (𝑏
𝑏𝑜)
Fuente: NIÑO HERNÁNDEZ, Jairo René. Tecnología del Concreto – Materiales, Propiedades y Diseño de Mezclas, Tomo 1, Tercera edición.
Después de calcular el volumen de grava, cemento, agua y aire, faltaría el volumen del
agregado fino (arena); éste se calcula restando el volumen total de los ingredientes
conocidos (grava, cemento, agua y aire) por el volumen requerido de arena; esto se
puede observar en la tabla 11:
MATERIAL PESO W (Kg/m3)
DENSIDAD APARENTE (Kg/m3)
VOLUMEN V V (a3/m3)
Agua K/W 1000 Vw
Aire 0 0 Va
Cemento W/c dc Vc
Agregado Grueso
Wg dg Vg
Agregado Fino
Wf df Vf
Total Wt 1,00 m3
Tabla 11. Proporciones de los materiales de la mezcla en peso y en volumen para 1,00 m3 de concreto Fuente: NIÑO HERNÁNDEZ, Jairo René. Tecnología del Concreto – Materiales, Propiedades y Diseño de Mezclas, Tomo 1, Tercera edición.
Debido a los resultados de laboratorio obtenidos del agregado grueso producto de RCD
se emplea este método ya que la granulometría del mismo cumple lo establecido en la
44
NTC 174, respecto a la granulometría de los agregados pétreos, por esta razón se
hace la sustitución parcial o total del agregado grueso natural por agregado grueso de
RCD del diseño de mezcla usado como muestra patrón.
11.2.1.3. Pasos para encontrar las cantidades reales a utilizar
Podemos resumir la secuencia del diseño de mezclas de la siguiente manera:
Elección de la resistencia promedio ( f¨cr).
Elección del Asentamiento (Slump)
Selección del tamaño máximo del agregado grueso.
Estimación del agua de mezclado y contenido de aire.
Selección de la relación agua/cemento (a/c).
Cálculo del contenido de cemento.
Estimación del contenido de agregado grueso y agregado fino.
Ajustes por humedad y absorción.
Cálculo de dosificación en peso.
Cálculo de dosificación en volumen.
Cálculo de cantidad real a utilizar
11.2.1.4. Selección de diseño de mezclas a usar con este material
Tomando como base el diseño de mezclas para concreto de 3000 Psi utilizado
actualmente por el proyecto Caobo y desarrollado por el laboratorio utilizado Ingeyma
“Anexo 9. Diseño de Caobo mezclas proyecto” en donde se utiliza el procedimiento de
la ACI para determinar la dosificación del material; se realiza la sustitución total o
parcial del agregado grueso donde la cantidad del material a usar varia con relación a
la masa unitaria suelta de los agregados.
45
Tabla 12. Dosificación de mezcla para cada porcentaje de sustitución de RCD Fuente: Propia.
11.3. Realización de las probetas de concreto
11.3.1. Parámetros a tener presente previo a la ejecución Con base a las dosificaciones del diseño de mezclas, se da inicio al desarrollo de las
diferentes probetas a ensayar en donde estos se van a identificar de la siguiente
manera:
- Se maneja un testigo desarrollado por la obra donde se utiliza agregado grueso
100% natural y será una muestra testigo al vaciado de un elemento real del
proyecto en mención siendo esta la muestra patrón.
- Se realizar dos probetas para las edades 7, 14 y 28 días para un total de 6
testigos para cada una de las muestras de ensayo.
- Se efectúan ensayos con la variación al agregado grueso en las siguientes
proporciones:
o Utilizando 50% agregado grueso natural y 50% agregado grueso RCD
o Utilizando 25% agregado grueso natural y 75% agregado grueso RCD
o Utilizando 0% agregado grueso natural y 100% agregado grueso RCD
Ver anexo 10 “Preparación de las mezclas según diseño” y anexo 11 “Verificación
de los parámetros establecidos por la NTC 150” para la elaboración de las probetas.
MezclaRelación
A/C
Agua
(Kg)Cemento (Kg)
Arena de rio
(m3)
Grava natural
(m3)
Grava
RCD
(m3)
Muestra Patron 0% RCD 0,68 240 353 0,67 0,48% ---
Muestra 50% RCD 0,68 240 353 0,67 0,24% 0,29
Muestra 75% RCD 0,68 240 353 0,67 0,12% 0,43
Muestra 100% RCD 0,68 240 353 0,67 --- 0,57
Diseño de mezcla para un m3 para cada porcentaje de sustitución de RCD
46
11.4. Desarrollo curvas de Resistencia vs Tiempo Se reciben los resultados de las muestras por parte del laboratorio Ingeyma “Anexo 13.
Resultados de ensayos a compresión” en donde se observa que el ensayo se realizó
bajo los parámetros de la NTC 673 del 2010 (Características a tener “Anexo 12”) y se
anexa una tabla donde se plasman las diferentes características de los cilindros
ensayados:
1. Se enumeran los cilindros fallados en el informe entregado.
2. Se da a conocer el tipo de mezcla a ensayar (A) perteneciente a concreto
3. Se relaciona el número de la muestra con el que se identifica al laboratorio con
el fin de diferenciar las características del cilindro fallado (1001-1002-1003).
4. Se relaciona la probeta fallada según la identificación individual de cada muestra
(A, B fallo a 7 días – C, D fallo a 14 días – E, F fallo a 28 días)
5. Se da a conocer la fecha de vaciado de cada una de las muestras ensayadas
(13-12-17) y fecha de ensayo (según la edad de fallo).
6. Se registra la resistencia con la que se solicitó comparar los cilindros enviados
para fallar (21MPa).
7. Se menciona la edad a la cual se realiza el fallo de los cilindros (7-14-28 días).
8. Se registra el diámetro del cilindro a fallar (varia por cada cilindro fallado)
9. Se registra la longitud del cilindro a fallar en donde según la formaleta utilizada
debe ser mayor o igual a 300 mm.
10. Se calcula el área de la cara donde se aplica la carga del ensayo.
11. Se registra el valor de la carga máxima soportada por el cilindro al momento de
realizar el ensayo.
12. Se da a conocer la resistencia a la compresión obtenida en donde según los
parámetros de la norma se calculan al dividir la carga soportada por el cilindro
sobre el área del cilindro fallado.
13. Se registra el tipo de falla que presento el cilindro al momento de sobrepasar la
carga máxima establecidos por la misma NTC 673
47
14. Se da a conocer el porcentaje de avance de cada uno de los cilindros fallados
según la resistencia con la que se solicitó comparar el elemento (Mayor a 100%
si la resistencia es mayor a 21 MPa).
15. Se registra la localización de las muestras falladas (Muestra 100% RCD –
Muestra 75% RCD Muestra 50% RCD).
En la siguiente tabla se registran los datos proporcionados por el laboratorio en sus
informes con el fin de realizar un resumen de los mismos:
Tabla 13. Resumen resultados de laboratorio
Fuente: Propia
Se traza la curva representativa de la resistencia a la compresión para cada uno de los
ensayos realizados.
Tabla 14. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD. Fuente: Propia
FechaResis.
(MPa)Descripción
Número
de Muestra
Edad (7-
14)
Probeta
A (MPa)
Probeta
B (MPa)
Resisten
(MPa)
Porcent
(%)
12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (1 de 3) 7 23,8 24,5 24,15 115%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (1 de 3) 7 14,3 13,9 14,1 67%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (1 de 3) 7 23,4 24,0 23,7 113%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (1 de 3) 7 25,0 25,2 25,1 120%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (2 de 3) 14 27,0 26,1 26,55 126%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (2 de 3) 14 17,5 15,5 16,5 79%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (2 de 3) 14 26,0 27,9 26,95 128%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (2 de 3) 14 26,7 27,7 27,2 130%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (3 de 3) 28 27,7 26,9 27,3 130%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (3 de 3) 28 19,2 19,8 19,5 93%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (3 de 3) 28 28,7 30,8 29,75 142%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (3 de 3) 28 30,3 31,0 30,65 146%
FechaResis.
(MPa)Descripción
Número
de Muestra
Edad (7-
14)
Probeta
A (MPa)
Probeta
B (MPa)
Resisten
(MPa)
Porcent
(%)
12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (1 de 3) 7 23,8 24,5 24,15 115%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (2 de 3) 14 27,0 26,1 26,55 126%12-13-17 21 Muestra 0% RCD A (3 de 3) 28 27,7 26,9 27,3 130%
48
Imagen 13. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 0% por material granular tipo RCD.
Fuente: Propia
El tipo de falla predominante en cada una de las probetas ensayadas según la
valoración dada en el anexo 13, es la 4 (Falla diagonal) donde según esta información
las características de la probeta y del método de falla van al límite según los
requerimientos de la NTC 673 constatando además el buen procedimiento al momento
de realizar la probeta testigo.
Se traza la curva representativa de la resistencia a la compresión para cada uno de los
ensayos realizados.
Tabla 15. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD.
Fuente: Propia
FechaResis.
(MPa)Descripción
Número
de Muestra
Edad (7-
14)
Probeta
A (MPa)
Probeta
B (MPa)
Resisten
(MPa)
Porcent
(%)
12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (1 de 3) 7 14,3 13,9 14,1 67%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (2 de 3) 14 17,5 15,5 16,5 79%12-13-17 21 Muestra 50% RCD B (3 de 3) 28 19,2 19,8 19,5 93%
49
Imagen 14. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 50% por material granular tipo RCD.
Fuente: Propia
El tipo de falla predominante en cada una de las probetas ensayadas según la
valoración dada en el anexo 13, es la 4 (Falla diagonal) donde según esta información
las características de la probeta y del método de falla van al límite según los
requerimientos de la NTC 673 constatando además el buen procedimiento al momento
de realizar la probeta testigo.
Tabla 16. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 75% por material granular tipo RCD. Fuente: Propia
FechaResis.
(MPa)Descripción
Número
de Muestra
Edad (7-
14)
Probeta
A (MPa)
Probeta
B (MPa)
Resisten
(MPa)
Porcent
(%)
12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (1 de 3) 7 23,4 24,0 23,7 113%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (2 de 3) 14 26,0 27,9 26,95 128%12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (3 de 3) 28 28,7 30,8 29,75 142%
50
Imagen 15. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 75% por material granular tipo RCD.
Fuente: Propia
El tipo de falla predominante en cada una de las probetas ensayadas según la
valoración dada en el anexo 13, es la 4 (Falla diagonal) donde según esta información
las características de la probeta y del método de falla van al límite según los
requerimientos de la NTC 673 constatando además el buen procedimiento al momento
de realizar la probeta testigo.
Tabla 17. Resumen de resistencias de concreto cuando se realiza una sustitución parcial del agregado
grueso en una proporción de 100% por material granular tipo RCD. Fuente: Propia
FechaResis.
(MPa)Descripción
Número
de Muestra
Edad (7-
14)
Probeta
A (MPa)
Probeta
B (MPa)
Resisten
(MPa)
Porcent
(%)
12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (1 de 3) 7 25,0 25,2 25,1 120%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (2 de 3) 14 26,7 27,7 27,2 130%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (3 de 3) 28 30,3 31,0 30,65 146%
51
Imagen 16. Curva representativa de la resistencia a la compresión de concreto cuando se realiza sustitución parcial del agregado grueso en una proporción de 100% por material granular tipo RCD.
Fuente: Propia
11.5. Análisis de las curvas
Se realiza una comparación de las tres curvas generadas con los ensayos realizados
en la investigación, con el fin de poder analizar los resultados obtenidos al realizar las
sustituciones parciales o totales del agregado grueso de origen natural con el agregado
grueso tipo RCD.
Imagen 17. Resistencia a la compresión (MPa) vs Tiempo (Días) Fuente: Propia
52
Según los resultados obtenidos se pueden evidenciar que manejar un agregado RCD
saturado genera un mejor comportamiento si se disminuye la cantidad de material de
origen natural.
Se observa el histograma de la siguiente imagen con los resultados obtenidos por la
investigación y por cada una de las probetas utilizadas en el proyecto caobo en ciudad
verde; en donde se utiliza el diseño con el agregado normal.
Imagen 18. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas
Fuente: Propia
En donde el valor medio de la resistencia de cada uno de los elementos es de 25,5
MPa consolidando así que se genera una mejor relación del agregado cuando se utiliza
mayor proporción de agregado ya sea RCD o Natural en un 75 % de las muestras
realizadas por la investigación.
53
Imagen 19. Distribución normal para las resistencias de las probetas (MPa) Fuente: Propia
Al realizar el trazo de la distribución normal Grafica 19 de los datos históricos como los
generados por nuestra investigación, se busca poder encontrar la probabilidad
existente para que un elemento que se quiera vaciar en el futuro con estas
características de agregado cumpla con los parámetros establecidos por la NSR-10
“Tabla C.5.3.2.2 Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay
datos disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra”
Tabla 18. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos para establecer una desviación estándar de la muestra.
Fuente: Propia.
Ya que nuestra resistencia de diseño es de 21 MPa y la resistencia mínima requerida
para cuando no existen datos suficientes para estimar una desviación estándar es de
29 Mpa los únicos resultados que pueden considerarse con una garantía adecuada son
Resistencia
especificada a la
compresión, Mpa
Resistencia promedio
requerida a la
compresión, Mpa
Fc < 21 Fc=Fc+7
21<Fc<35 Fc=fc+8,3
Fc>35 Fcr=1,10Fc+5
54
los presentados a 28 días cuando se realiza variación del agregado natural en
proporciones del 75% y 100%.
Tabla 19. Dosificación de las mezclas que cumplen con el valor mínimo aceptado para resistencias sin la cantidad de datos suficientes para establecer una desviación estándar confiable
Fuente: Propia.
En donde además al calcular la probabilidad según la distribución normal esta se
encuentra en un rango del 17,88% valores que solo se pudieron obtener al realizar la
mezcla con agregado de origen RCD
Imagen 20. Identificación de la probabilidad para que una probeta fallada este sobre la garantía de cumplir la resistencia de diseño al realizar mezclas con las mismas dosificaciones
Fuente: Propia
Utilizando las ecuaciones para proyectar la resistencia a compresión de los testigos
que se encuentran fallados a las edades de 7 y 14 días, se realiza comparativo con
resultados obtenidos a la edad de 28 días.
FechaResis.
(MPa)Descripción
Número
de Muestra
Edad (7-
14)
Probeta
A (MPa)
Probeta
B (MPa)
Resisten
(MPa)
Porcent
(%)
12-13-17 21 Muestra 75% RCD C (3 de 3) 28 28,7 30,8 29,75 142%12-13-17 21 Muestra 100% RCD D (3 de 3) 28 30,3 31,0 30,65 146%
55
Tabla 20. Proyección de resistencias a la compresión para los fallos en las edades de 7 y 14 días. Fuente: Propia.
Imagen 21. Histograma de resistencias para las probetas falladas (MPa) vs Numero de probetas
Fuente: Propia
Se evidencia que los resultados obtenidos por la investigación son
significativamente más bajos respecto a los proyectados por las ecuaciones
dadas aun cuando las condiciones de curado y en general del ensayo se
consideran fueron adecuadas para el desarrollo de las actividades, además que
56
a medida que el concreto va adquiriendo mayor edad estas predicciones
matemáticas se hacen más precisas y se van acercando a la verdadera
resistencia de la mezcla de concreto.
Se puede observar que para un diseño de concreto el comportamiento al
sustituir el agregado de origen natural con el agregado tipo RCD genera una
excelente conducta en la resistencia proporcionando resistencias altas en cada
una de las edades de fallo.
La pendiente de crecimiento en cada uno de los ensayos es similar a partir de
los 7 días de fallo lo que sugiere que la variación existente es presentada debido
a una inadecuada trabajabilidad del material en la adquisición de la resistencia
inicial de los cilindros con agregado natural y tipo RCD en proporciones del 50%.
Al relacionar las resistencias obtenidas al utilizar el material RCD y las
resistencias obtenidas por el diseño original con agregado natural, se puede
observar que existe una mejor relación cuando el agregado usado no se
distribuye de manera equitativa con el otro si no que se utiliza más proporciones
uno sobre el otro esto puede suceder probablemente por la variación en la
dosificación de los agregados para este tipo de diseño usado.
Dando uso a la teoría del módulo de elasticidad y módulo de rotura, se aplican las
ecuaciones para la estimación del modulo de elasticidad y Modulo de rotura o flexión,
donde se obtienen los siguientes resultados de las probetas falladas en la
investigación, tomando como referente los valores teóricos en condiciones ideales:
57
Tabla 21. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra. Fuente: Propia.
Imagen 22. Determinación de los módulos de Rotura y Elasticidad para cada muestra vs los teóricos
Fuente: Propia
Se observa que las mezclas con mayor cantidad de agregado grueso de RCD
tienen un mejor comportamiento mecánico, al incrementar la resistencia a la
compresión F´c, esto produce que tenga un mayor módulo de elasticidad y a su
vez mayor módulo de rotura siendo estos directamente proporcionales, por ende
dichas mezclas tienen la capacidad de tener una mayor deformación con
relación a las mezclas de agregado grueso natural, como lo demuestra la
comparación con los módulos de Rotura y Elasticidad teóricos.
11.6. Análisis de los precios unitarios Para realizar el análisis de precios unitarios, primero se determinó si es factible
desarrollar la mezcla de concreto hidráulico sustituyendo el agregado grueso de origen
58
natural por agregado grueso producto de RCD saturado, lo cual se pudo corroborar con
los resultados de las características físicas para el agregado RCD.
De acuerdo al tipo de diseño que se utilizó para la realización de la mezcla patrón de
concreto hidráulico por el método de la ACI, en el cual los agregados se proporcionan
por peso y no por volumen.
Esta sustitución se realiza de acuerdo al peso requerido de grava y se modifica de
acuerdo a la masa unitaria suelta del agregado a emplear.
En las siguientes tablas se realiza el análisis de precios unitarios para cada uno de los
ensayos realizados y en las dosificaciones estimadas; en donde se realiza una
sustitución parcial o total del agregado grueso de origen natural por agregado grueso
producto de RCD con precios de agregados del año 2018.
Tabla 23. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso de origen natural “Muestra
patrón” Fuente: Propia
59
Tabla 24. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción
de sustitución del 50%. Fuente: Propia
Tabla 25. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción
de sustitución del 75%. Fuente: Propia
60
Tabla 26. APU de mezcla de concreto de 3000 psi con agregado grueso producto de RCD en proporción
de sustitución del 100%. Fuente: Propia
Imagen 23. Comparativa de los costos de producción
Fuente: Propia
De acuerdo a los datos obtenidos en el desarrollo de la investigación, se determina que
el uso de agregado grueso producto de RCD en condiciones de saturación para la
elaboración de mezclas de concreto hidráulico es viable económicamente y además se
puede minimizar el uso de agregado grueso de origen natural; esto debido a que los
61
costos de producción de la mezcla son menores si se utiliza agregado grueso de origen
RCD.
Al hacer la sustitución del agregado natural por agregado de tipo RCD, se debe tener la
claridad que la masa unitaria suelta que posean los agregados a usar harán variar de
manera directa los costos de la mezcla; para este caso es necesario usar una mayor
cantidad de agregado RCD aun así por la diferencia en los costos por metro cubico
sigue siendo más rentable el uso de este tipo de agregado.
11.7. Análisis de los resultados obtenidos
De acuerdo a los resultados obtenidos, se establece que la mezcla más indicada para
usar es la que tiene la sustitución del 100% de agregado grueso de RCD en
condiciones de saturación siempre que solo se analice la resistencia obtenida a
compresión, debido a que esta mezcla presenta la resistencia a la compresión más alta
que la muestra patrón con uso de agregado de origen natural, a su vez es más
económica como lo determino los costos de producción a raíz del análisis de precios
unitarios realizados en la presente investigación, haciendo de esta una mezcla indicada
para la elaboración de estructuras de concreto hidráulico con resistencias de 21 MPa.
Se sugiere utilizar 75% de material RCD con el fin de mejorar las características del
agregado y así este contenga una mejor manejabilidad al reducir su porcentaje de
absorción, además de mejorar la densidad del material y disminuir gran variedad de
poros por su valor bajo.
Se debe tener cuidado al momento de trabajar con diferentes tipos de agregado, esto
debido a que al utilizar como sustitución material RCD en proporción del 50% genera
un beneficio económico comparado con la dosificación usada cuando se utiliza
solamente agregado de origen natural pero su comportamiento mecánico no es el
esperado; generando así que no sea una dosificación viable al momento de producir
concreto hidráulico.
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Después de revisar diferentes investigaciones con uso de RCD en concretos
hidráulicos y con los resultados obtenidos se establece que saturar los agregados
gruesos productos de RCD, aparentemente disminuyen el contenido de material
adherido mejorando significativamente las propiedades mecánicas del concreto como
lo son la resistencia a flexión al mejorar la adherencia de las partículas, además de
poder observar una mejora en la resistencia a la compresión de las mezclas de
concreto hidráulico donde se sustituye en cantidades superiores el agregado natural
por agregado de RCD y se obtienen valores satisfactorios.
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12. Conclusiones
El material seleccionado cumple con las características apropiadas para la
investigación según las características de los materiales RCD; según los
ensayos realizados no es adecuado utilizar como agregado grueso en el diseño
de mezclas, esto sin una previa mejoría de sus características físicas en donde
es importante garantizar el cumplimiento de estas mismas según la normativa
vigente con el fin de obtener concretos que cumplan con los mejores parámetros
al momento de ser utilizados en algún proyecto.
Al realizar las probetas con cada una de las diferentes sustituciones en las
proporciones dadas del agregado grueso de origen natural por agregado grueso
de RCD saturado, se determina que es indispensable seguir los parámetros
establecidos por la norma en la realización de toma de muestras y en la
dosificación del material; esto debido a que el generar algún cambio en el
procedimiento puede afectar los resultados y el análisis de las muestras; por
este motivo se buscó trabajar con un laboratorio certificado que pudiera
garantizar los ensayos realizados al agregado y a las probetas generadas en el
laboratorio de obra.
La resistencia obtenida por cada una de las dosificaciones empleadas genera un
comportamiento del que se puede resaltar el incremento a la resistencia de
compresión cuando contiene un mayor porcentaje del material RCD en la
mezcla.
La resistencia a la compresión de la mezcla con agregado RCD saturado posee
un ligero mejor comportamiento respecto al presentado por la muestra patrón
con agregado de origen natural siempre y cuando la dosificación de este no sea
equitativa; ya que su comportamiento se ve afectado probablemente por la
variación en la cantidad de agregado utilizado en la dosificación de la mezcla
con esta característica donde la trabazón de las partículas de agregado no
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parece ser la misma que cuando se utiliza mayor proporción de alguno de los
dos agregados utilizados.
Existe una mejor relación de costos cuando se utiliza agregados RCD con las
propiedades físicas mostradas por nuestro material en la mezcla de concreto
hidráulico; debido a que el valor unitario del metro cubico es mucho más
económico y sin importar que este posea un menor rendimiento en la
dosificación respecto al agregado de origen natural del análisis, su valor al
momento de trabajarlo será menor que al utilizar material de origen natural.
Es viable trabajar con los agregados de origen RCD saturados de manera
técnica como económica siempre que se controlen bien las dosificaciones
estipuladas para que se generen adecuadas características físicas de los
agregados además de que no exista ese equilibrio entre el agregado natural y el
agregado tipo RCD donde según los resultados la resistencia no es la adecuada,
ya que podría presentarse un inadecuado comportamiento del concreto
hidráulico en cuanto a su resistencia a la compresión generando así posibles
afectaciones a la estructura.
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