Análisis de viabilidad para el uso de mortero celular en ...
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ANALISIS DE VIABILIDAD PARA EL USO DEL MORTERO CELULAR EN COLOMBIA A PARTIR DE LA REVISION DEL ESTADO DEL ARTE. DIANA LORENA MEDINA PIZA, SHIRLEY PAOLA YAÑEZ LOPEZ PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA - DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL AREA DE CONSTRUCCION BOGOTA D.C 2014
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ANALISIS DE VIABILIDAD PARA EL USO DEL MORTERO CELULAR EN
COLOMBIA A PARTIR DE LA REVISION DEL ESTADO DEL ARTE.
DIANA LORENA MEDINA PIZA, SHIRLEY PAOLA YAÑEZ LOPEZ
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE INGENIERIA - DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
AREA DE CONSTRUCCION
BOGOTA D.C
2014
ANALISIS DE VIABILIDAD PARA EL USO DEL MORTERO CELULAR EN
COLOMBIA A PARTIR DE LA REVISION DEL ESTADO DEL ARTE.
Presentado por:
Diana Lorena Medina Piza
C.C 1.018.433.706
Shirley Paola Yáñez López
C.C 1.090.457.854
Trabajo de Grado
Directora:
Adriana Gómez Cabrera
I.C., M.S.C
Evaluadores:
I.C Jesús Daniel Villalba
I.C Rodrigo Salamanca Correa
Pontificia Universidad Javeriana
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil
Bogotá
2014
Dedicatoria
A Dios y nuestras familias, gracias por contar con su compañía.
Agradecimiento
A todas aquellas personas que nos aportaron su conocimiento para el desarrollo de nuestro trabajo de grado, especialmente a la ingeniera
Adriana Gómez Cabrera
Tabla de Contenido
Tabla de Contenido ............................................................................................... 4
Lista de Tablas ...................................................................................................... 6
Lista de Figuras ..................................................................................................... 8
Lista de Gráficas ................................................................................................. 10
1 Introducción ................................................................................................. 11
2 Generalidades .............................................................................................. 14
2.1 Descripción del mortero celular ....................................................... 14
2.2 Materiales utilizados en la producción de mortero celular ............ 17
2.2.1 Agua ................................................................................................ 17
2.2.2 Cemento .......................................................................................... 18
2.2.3 Arena ............................................................................................... 18
2.2.4 Agente espumante ........................................................................... 19
2.3 Propiedades mecánicas, durabilidad y otras características ........ 22
2.3.1 Propiedades mecánicas ................................................................... 22
2.3.1.1 Densidad y resistencia a compresión ............................................. 22
2.3.1.2 Módulo de elasticidad. .................................................................... 26
2.3.1.3 Resistencia a la flexión ................................................................... 29
2.3.2 Durabilidad ....................................................................................... 29
2.3.2.1 Permeabilidad ................................................................................. 30
2.3.2.2 Resistencia a ambientes agresivos. ............................................... 30
2.3.2.3 Resistencia al fuego. ...................................................................... 30
2.3.3 Otras características ........................................................................ 31
2.3.3.1 Aislamiento térmico ........................................................................ 31
2.3.3.2 Propiedades acústicas .................................................................... 36
2.4 Diseño de mezcla del mortero celular ............................................. 38
2.5 Tecnología y proceso de fabricación del mortero celular ............. 45
2.5.1 Tecnologías para la producción de mortero celular. ........................ 45
Máquina generadora de mortero celular ..................................................... 45
Máquina generadora de espuma ................................................................ 47
Mezcladora con bomba neumática ............................................................. 48
2.5.2 Proceso de fabricación del mortero celular ...................................... 48
2.6 Aplicaciones a nivel mundial del mortero celular .......................... 50
2.6.1 Aplicaciones geotécnicas. ................................................................ 50
2.6.2 Aplicaciones hidráulicas. .................................................................. 53
2.6.3 Aplicaciones mineras. ...................................................................... 55
2.6.4 Aplicaciones estructurales. .............................................................. 56
2.6.5 Aplicaciones no estructurales. ......................................................... 58
2.6.6 Aplicaciones arquitectónicas. ........................................................... 59
2.7 Métodos de colocación del mortero celular .................................... 61
2.8 Normatividad a nivel mundial aplicable para la utilización de
mortero celular ................................................................................................. 62
2.9 Ventajas y desventajas de mortero celular. .................................... 63
2.9.1 Ventajas ........................................................................................... 63
2.9.2 Desventajas ..................................................................................... 63
3 Análisis de viabilidad técnica ..................................................................... 65
3.1 Disponibilidad de materiales necesarios para la producción de
mortero celular en Colombia. ......................................................................... 65
3.1.1 Arena. .............................................................................................. 65
3.1.2 Cemento. ......................................................................................... 73
3.1.3 Agente espumante ........................................................................... 74
3.2 Disponibilidad de tecnologías necesarias para la producción de
mortero celular en Colombia .......................................................................... 75
3.3 Posibles aplicaciones en Colombia del mortero celular de acuerdo
a la normatividad nacional .............................................................................. 76
4 Análisis de costos ........................................................................................ 80
4.1 Costos a nivel mundial de la tecnología necesaria para la
producción de mortero celular. ...................................................................... 80
4.2 Comparación de costos con productos similares en Colombia. .. 82
5 Conclusiones y recomendaciones ............................................................. 85
6 Referencias bibliográficas ........................................................................... 87
7 Anexos .......................................................................................................... 95
Lista de Tablas
Tabla 1: Especificaciones para cemento portland ................................................. 18
Tabla 2. Propiedades de la arena ......................................................................... 19
Tabla 3 Especificaciones ....................................................................................... 19
Tabla 4.Componentes para los diferentes tipos de agente espumante. ................ 21
Tabla 5. Resistencia a la compresión .................................................................... 24
Tabla 6. Recopilación de esfuerzo a compresión, densidad y mezcla usada por
autores. ................................................................................................................. 25
Tabla 7. Módulo de elasticidad variando su resistencia a la compresión y densidad.
.............................................................................................................................. 27
Tabla 8. Ecuaciones de predicción del módulo de elasticidad para el mortero
celular. ................................................................................................................... 28
Tabla 9. Relación entre resistencia a flexión y resistencia a compresión .............. 29
Tabla 10. Conductividad térmica para el mortero celular de acuerdo a su densidad.
.............................................................................................................................. 36
Tabla 11: Esquema utilizado para el cálculo de la dosificación ............................. 39
Tabla 12: Dosificación de materiales para 1 m3 de mortero celular ...................... 40
Tabla 13: Dosificación del mortero celular por m3 ................................................ 40
Tabla 14. Dosificación del mortero celular por m3 para una densidad de 1500
kg/ .................................................................................................................... 41
Tabla 15. Mezcla de proporciones arena-cemento ............................................... 42
Tabla 16. Ficha técnica de máquina generadora de mortero celular,
CONCELLMEX-PROF-CC-1000 ........................................................................... 46
Tabla 17. Ficha técnica máquina generadora de mortero celular, TURBOSOL-RC
800 ........................................................................................................................ 47
Tabla 18. Ficha técnica máquina generadora de espuma. .................................... 48
Tabla 19.Aplicaciones a nivel mundial del mortero celular. ................................... 60
Tabla 20. Normas para el empleo de mortero celular. .......................................... 62
Tabla 21. Especificaciones para las arenas en Colombia ..................................... 66
Tabla 22.Granulometría para una arena triturada. ................................................ 67
Tabla 23. Características de la arena triturada. ..................................................... 68
Tabla 24. Granulometría de arena de rio. ............................................................. 69
Tabla 25. Características de la arena de rio. ......................................................... 69
Tabla 26.Granulometría arena lavada cantera Zulia en Cúcuta. ........................... 70
Tabla 27.Características de arena lavada cantera Zulia en Cúcuta ...................... 70
Tabla 28. Granulometría arena triturada cantera Zulia en Cúcuta. ....................... 71
Tabla 29. Características arena triturada cantera Zulia en Cúcuta ....................... 71
Tabla 30. Comparación especificaciones para el cumplimiento de las arenas ..... 72
Tabla 31.Especificaciones para el cemento .......................................................... 73
Tabla 32.Especificaciones para la resistencia del mortero según las normas NTC
4050 y ASTM C91 ................................................................................................. 73
Tabla 33. Información técnica EUCOCELL 200 .................................................... 74
Tabla 34. Información técnica EUCOCELL 1000 .................................................. 74
Tabla 35.Especificaciones para aditivos incorporadores de aire para concreto. ... 75
Tabla 36. Código arancelario e impuesto de las máquinas. .................................. 76
Tabla 37.Especificaciones unidades de bloque de mortero. ................................. 77
Tabla 38. Tipos de mortero recomendados para cada una de las aplicaciones
según normatividad Colombiana. .......................................................................... 77
Tabla 39.Requerimientos para el contenido de aire y resistencia para los diferentes
tipos de morteros. .................................................................................................. 78
Tabla 40.Aplicaciones y tipos de mortero, y su resistencia mínima de acuerdo a la
NTC 3329 .............................................................................................................. 79
Tabla 41.Tabla de resumen resistencias máximas según literatura. ..................... 79
Tabla 42. Precios de maquinaria y agente espumante en otros países. ............... 80
Tabla 43. Precios de maquinaria y agente espumante en Colombia. ................... 81
Tabla 44. Precio por metro cubico del mortero seco ............................................. 82
Tabla 45. Precio del mortero celular con generadora de espuma ......................... 83
Tabla 46. Precio del mortero celular con maquina generadora de mortero celular 83
Lista de Figuras
Figura 1. Panteón de Agripa.................................................................................. 15
Figura 2. Sistema de poros con inclusión de aire. ................................................. 20
Figura 3. Influencia del contenido de aire en el módulo de elasticidad estático. ... 26
Figura 4. Correlación del módulo de elasticidad estático y la resistencia a
compresión. ........................................................................................................... 27
Figura 5. Resistencia al fuego ............................................................................... 31
Figura 6. Aislamiento térmico ................................................................................ 32
Figura 7. Influencia del agente espumante en la conductividad térmica. .............. 33
Figura 8. Conductividad térmica del mortero normal y celular. ............................. 34
Figura 9. Relación entre la conductividad térmica y la porosidad. ......................... 34
Figura 10.Efecto de la humedad en la conductividad térmica para diferentes
materiales de construcción. ................................................................................... 35
Figura 11. Aislamiento acústico ............................................................................. 37
Figura 12.a) Burbuja de mortero celular en condiciones adecuadas. b) Burbuja de
mortero celular en malas condiciones ................................................................... 38
Figura 13. Máquina generadora de mortero celular, CONCELLMEX – PROF-CC-
1000 ...................................................................................................................... 45
Figura 14. Máquina generadora de mortero celular con bomba neumática,
TURBOSOL– RC 800 ........................................................................................... 46
Figura 15. Máquina generadora de espuma modelo laboratorio. .......................... 48
Figura 16 Proceso de elaboración de mortero celular .......................................... 49
Figura 17. Reparación del costado derecho de un puente en Pakistán. ............... 51
Figura 18.Instalación de anillos de refuerzo en túneles. ....................................... 51
Figura 19. Sección trasversal de una estructura de pavimento. ............................ 52
Figura 20. Colocación capa base para la estructura de pavimento. ...................... 52
Figura 21. Relleno de muro de contención realizada por empresa Aerix ............. 53
Figura 22. Relleno de una tubería realizada por la empresa Aerix. ....................... 54
Figura 23. Canal drenaje longitudinal. ................................................................... 54
Figura 24. Recuperación de materiales. ................................................................ 55
Figura 25. Fundición de una cubierta. ................................................................... 56
Figura 26. Elaboración de bloques in situ ............................................................. 56
Figura 27.Muros de gran altura prefabricadas....................................................... 57
Figura 28. Elementos de sustitución del mortero convención con el mortero celular.
.............................................................................................................................. 57
Figura 29.Mueros pantallas torres de 24 pisos. ..................................................... 58
Figura 30. Fachada de un conjunto de casas de vivienda de interés social. ......... 59
Figura 31. Azulejos. ............................................................................................... 59
Figura 32. Bombeo de mortero celular para la nivelación de pisos ....................... 61
Figura 33. Bloques prefabricados de mortero celular ............................................ 62
Lista de Gráficas
Gráfica 1. Curva de reajuste de espuma en función de la densidad aparente. ..... 41
Gráfica 2. Dosificación propuesta Vs Dosificación ajustada .................................. 42
Grafica 3.Granulometría para una arena triturada ................................................. 68
Grafica 4. Granulometría de arena de rio. ............................................................. 70
Grafica 5.Granulometría de arena lavada cantera Zulia en Cúcuta ...................... 71
Grafica 6. Granulometría arena triturada cantera Zulia en Cúcuta ........................ 72
11
1 Introducción
El concreto es uno de los materiales más empleados por la industria de la
construcción alrededor de todo el mundo con cerca de seis mil millones de metros
cúbicos de concreto colocado cada año (Masloff & Palladino, 2012), siendo este
una de las materias primas más importantes para el desarrollo de cualquier obra;
por esto se han desarrollado múltiples estudios con el fin de crear nuevas mezclas
capaces de mejorar el comportamiento del concreto frente a diversos factores
externos que puedan afectarlo.
Así mismo, a medida que surge la necesidad de optimizar los tiempos y los
recursos en el sector de la construcción, este se ha visto en la obligación de crear
e implementar nuevas tecnologías con el fin de facilitar procesos constructivos y a
su vez efectuar el desarrollo de nuevos materiales los cuales posean propiedades
específicas de acuerdo a su finalidad.
Cuando se inició el año 2013, el gremio de la construcción tenía claro que este iba
a ser uno de los motores más sólidos de la economía(CAMACOL, 2014, p. 6),si
bien lo afirma un estudio realizado por el DANE denominado ―Avance producto
interno bruto‖, en el cual se menciona que Colombia se encuentra en una etapa
donde la construcción es uno de los sectores con mayor impacto, debido a que se
ha convertido durante estos últimos años en una de las actividades con mayor
dinamismo económico, esto gracias al hecho de que el producto interno bruto ha
ganado mayor importancia después de la crisis de 1999; soportado en el hecho de
que importantes cifras demuestran que desde el año 2006 el sector de la
construcción no registraba crecimiento por encima del 20%(«DANE», 2013), lo
que representa un aumento en la producción y el desarrollo de este sector.
Sin embargo, a pesar del gran crecimiento que ha impuesto el PIB a lo largo de los
últimos años, la evolución y desarrollo de nuevas tecnologías para la optimización
de los tiempos empleados en los sistemas constructivos en especial los costos
involucrados en este, no ha tenido un gran avance, esto debido al poco aporte que
se le dan a la ciencia, la tecnología e Innovación y como consecuencia de esto el
desarrollo económico avanza de manera lenta (CONSEJO PRIVADO DE
COMPETITIVIDAD, 2013).
Según el académico, Joseph Gyourko, profesor de Wharton Bussines School,
quien estuvo en Colombia a finales del pasado mes de agosto durante el
Congreso Colombiano de la Construcción, en nuestro país se evidencia un
enorme mercado inmobiliario potencial. La actual escala de producción aún está
por debajo de países demográficamente similares, y ,adicionalmente a eso
12
Colombia tiene características que favorecerán el consumo y garantizaran el
crecimiento sectorial (CAMACOL, 2014, p. 23).El sistema de información geo-
referenciado de Camacol publicó las cifras sobre las ventas de vivienda en
Colombia entre noviembre del 2012 y octubre del 2013, estos resultados muestran
cifras históricas donde se registra un incremento del 14% frente a las ventas
registradas en el mismo periodo del año anterior. Esto refleja el buen momento
por el que atraviesa el gremio de la construcción, el cual espera no solo tener un
crecimiento económico y generación de empleo, sino también impulsar estrategias
y acciones en pro del fortalecimiento de la actividad.(CAMACOL, 2014, p. 12)
Frente a todo lo expuesto anteriormente y en complemento, existen diferentes
puntos de vista relacionado con las implicaciones del reciente deterioro industrial
colombiano y uno de los temas de mayor trascendencia son las implicaciones que
tiene el cambio tecnológico sobre el crecimiento económico (Villamil, 2003).
Con respecto a la innovación y el desarrollo de morteros aligerados como lo es el
mortero celular, aunque en el país este mortero no es de amplio uso, en otros
países su aplicación es muy frecuente puesto que este trae consigo ventajas que
comparado con los morteros convencionales utilizados en obra , podría traer una
relación costo-beneficio considerable.
Algunas de estas ventajas incluye la reducción de los costos indirectos al requerir
menos maquinaria para la colocación, ya que este es auto-compactable por lo que
no necesita ni vibrador ni compactador (LAVALLEE, 2008), si bien esta dicho que
el mortero celular posee propiedades que permiten la optimización de tiempos y
de costos hechos respaldados por estudios alrededor del mundo que soporten la
viabilidad de este.
Una característica del mortero celular es la auto-compactación, por lo tanto no es
necesario el uso de vibradores y compactadores; aunque esta propiedad causa un
impacto representativo en cualquier proceso constructivo.
La característica principal de este tipo de mortero es su baja densidad, esto debido
a la inclusión de aire que puede variar entre un 10% y un 70% de la mezcla sin
embargo hay que tener en cuenta que a pesar de sus múltiples beneficios el factor
mencionado con anterioridad puede llegar a comprometer variables como la
resistencia a la compresión y la durabilidad.(Panesar, 2013a), por esto es
necesario tener claro un diseño de mezcla dependiendo de los requerimientos de
las normas para la aplicación a la cual se quiera emplear.
En Colombia no es muy conocida esta tecnología, por lo que cabe preguntar ¿Por
qué no implementarlo?, si a pesar de lo anterior sabemos las ventajas que traería
este tipo de mortero en el proceso constructivo. Sin embargo, es importante tener
13
en cuenta las influencias que pueden tener la disminución en el rendimiento del
mortero celular en algunas propiedades como la resistencia a compresión(Cellular
Concrete Solution, 2014), y determinar las posibles aplicaciones que este tipo de
tecnología puede tener en Colombia de acuerdo a nuestra normatividad.
El propósito de este documento es el estudio de las propiedades, usos,
aplicaciones y costos del mortero celular en otros países mediante el apoyo de
investigaciones y así poder hacer un análisis de viabilidad de este tipo de mortero
en Colombia; además de esto tener, un conocimiento aproximado de la inversión
que se debe hacer para adquirir y comercializar la maquinaria y las materias
primas necesarias para la producción del mortero celular.
No obstante, es importante realizar una línea de investigación en este tema, que
desde sus inicios remota a 1920 (Cellular Concrete Solution, 2014) y desde
entonces no ha tenido un gran avance en nuestro país.
14
2 Generalidades
2.1 Descripción del mortero celular
El mortero celular a nivel mundial es muy reconocido y empleado en varios tipos
de obras por sus múltiples ventajas a la hora de usarlo, este se compone de
cemento, agua, agregados y de espuma que se mezcla con el mortero (Panesar,
2013b).
Una de las características de este tipo de mortero es que no contiene fase de
agregado grueso, sin embargo, muestra gran variación en sus propiedades, las
cuales dependen de su microestructura y composición, que están influenciados
por el tipo de aglutinante utilizado, los métodos de formación de poros y el
curado(Narayanan&Ramamurthy,2000), este a diferencia del mortero
convencional posee una inclusión de espuma la cual debe ser firme y estable, de
manera que resista la presión del mortero hasta que este tome su forma inicial y
se forme un fuerte esqueleto de motero alrededor del vacío lleno de aire
(Ramamurthy, Kunhanandan Nambiar, & Indu Siva Ranjani, 2009a).
Ahora bien este tipo de mortero se ha desarrollado debido a la necesidad de
buscar la reducción de peso, al hacer un estudio realizado sobre efectos del
mortero celular en procesos industriales ,encontraron una forma muy eficaz de
reducir el mismo mediante la introducción de huecos estables dentro de la
endurecida pasta de cemento.(Doniec, 2008)
Si bien se sabe que el mortero celular es de reciente conocimiento en Colombia y
de amplio uso en el mundo su historia se remonta a la época de los Romanos
puesto que fueron los primeros en utilizar el concepto de mortero liviano, como se
puede evidenciar en la Figura 1 en Italia, el cual disminuye gradualmente de peso
a medida que se incrementa su altura hasta llegar a la cúpula compuesta de
cemento y piedra pómez. (Rengifo & Yupangi, 2013)
15
Figura 1. Panteón de Agripa
Fuente:(Álvarez, 2007)
A pesar de que el mortero celular fue desarrollado hace más de sesenta años, su
impacto no fue de mayor trascendencia por la dificultad del proceso inicial y su
costo.
Sabiendo que los romanos fueron los primeros en emplear y desarrollar este tipo
de tecnología no en muchas estructuras fueron empleadas y su continuo
desarrollo se vio truncado debido a los inconvenientes que representaba su
elaboración y su colocación.
A pesar de que fueron pioneros en introducir el termino aligerante en su sistema
constructivo el concepto de espuma no se vendría desarrollando sino hasta
mediados de la década de los treinta, la escoria espumosa de los altos hornos se
introdujeron en Inglaterra, desde entonces se ha usado como agregado de peso
ligero. Antes de la última guerra mundial , el concreto a base de espuma se
utilizaba en el Reino Unido, principalmente en la fabricación de bloques de
bloques para muros que no fueran de carga.(Luzardo & Arraga, 2004)
Por lo que también se sabe, el mortero celular o también conocido como mortero
aireado fue desarrollado en Suecia en la primera mitad del siglo XX, más
precisamente en los años 20, cuando se instaló la primera planta para producir
elementos prefabricados livianos con la marca YTONG.(Silva, 2009)
Las mejoras de sus propiedades condujeron al desarrollo de unidades reforzadas,
hoy en día más de la mitad de la producción de concreto aireado en Suecia, se
hace de esta forma.
En Estados Unidos el desarrollo en gran escala del concreto ligero fue más rápido
que en ninguna otra parte del mundo, debido principalmente a que el enorme
16
tamaño de este país origina altos costos de transporte para mover materiales
pesados a través de grandes distancias para llegar a los sitios de obra; este factor
también debe ser a los costos de la mano de obra relativamente altos.(Luzardo &
Arraga, 2004)
Este material ha sido usado intensamente en Europa durante los últimos 80 años,
en el Medio Oriente desde hace unos 40 años, en Estados Unidos se fabrica
industrialmente desde mediados de los años 90 y en Australia y Sudamérica se
han instalado plantas para producir este tipo de unidades livianas de hormigón
bajo licencia de las casas matrices Hebel, Celcon, Xella, etc. desde hace 20 años
(Silva, 2009).
En el caso de Chile este material se utilizó inicialmente en los años 50 como
núcleo de paneles prefabricados, con lo cual se lograba disminuir el peso del muro
y mejorar las condiciones de aislación, a su vez la primera planta de producción de
hormigón celular se instaló en el año 1958 bajo la firma Sihl-Púmex, quienes
fabricaban paneles prefabricados curados al vapor utilizando en su proceso de
producción cemento portland, cenizas volcánicas y un agente espumógeno con el
cual se obtenía la estructura celular.
Posteriormente, a mediados de la década del 90 se inició la importación de
unidades para albañilería y finalmente desde el año 2000 estas unidades se
fabrican en el país. Actualmente existen dos plantas productoras pertenecientes a
las firmas Xella (Hebel) y Celcon, las que en conjunto producen 105.000 m3/año,
pero con un potencial instalado capaz de producir 200.000 m3/año (Silva, 2009).
En Venezuela se emplea el mortero celular para vivienda industrializada, losas de
pavimentación y rellenos, el mortero celular en el país pese a que es más
económico, es vendido más costoso que el mortero convencional, ya que, son
explotadas sus propiedades físicas como aislantes térmicos o acústicos y la auto
nivelación. (Luzardo & Arraga, 2004)
Cabe resaltar, que el mortero celular no es el único compuesto celular utilizado en
la construcción. A continuación se presenta en la Figura 2 de forma esquemática
la clasificación general de los concretos celulares.
17
Figura 2. Esquema de clasificación de los concretos celulares.
Fuente: (Acosta López, 2003)
La diferencia entre estos dos grupos de concretos celulares la define el sistema de
porosidad que presentan y el tamaño de los poros. La estructura porosa de los
microporitos se debe al tipo de mortero usado, el cual debe ser un material
sumamente diluido y de fraguado rápido, de tal manera que el aire entre a los
poros de la mezcla cuando esta empieza a fraguar. Los concretos aireados como
ya se mencionó anteriormente se producen por la inclusión de burbujas
microscópicas de manera manual (Acosta López, 2003).
Los concretos espumosos y gaseosos se usan con este término “Concreto”,
aunque en sentido estricto, este término es inadecuado ya que no presentan
agregado grueso (Doniec, 2008). Por lo tanto, la forma correcta de llamar este tipo
de materiales es mortero espumoso o gaseoso, y de manera general mortero
celular.
2.2 Materiales utilizados en la producción de mortero celular
2.2.1 Agua
El agua es uno de los materiales más importante para el mortero celular, la calidad
y el criterio de la potabilidad de esta no es absoluto.
El agua con pH de 6 a 8 que posee ligeramente ácido es inofensivo, sin embargo
si contiene agua húmica u otro compuesto orgánico puede afectar negativamente
el endurecimiento del hormigón, la presencia de algas en el agua de mezcla se
traducirá en arrastre de aire y por consiguiente pérdida de fuerza.
18
La consistencia del agua no afecta a la eficiencia de aditivos incorporadores de
aire. El uso del agua de mar como agua de mezcla debe ser considerado. El agua
de mar tiene, por lo general, un total salinidad de alrededor de 3,5 por ciento.
Puede causar en términos de resistencia una pérdida gradual en la resistencia. El
agua de mar también contiene una gran cantidad de cloruros que puede causar la
corrosión. Así que el agua de la mezcla deberá ser clara y aparentemente limpio.
(Gelim & Ali, 2011)
2.2.2 Cemento
Basados en las ASTM 150 el cemento portland tipo I, II, III deberá cumplir con las
especificaciones designadas en la Tabla 1, donde se hace mención de las
características propis para este tipo de cemento , también se permite el uso de
bloques de cemento Pozzolins y materiales cementoso.
Tipo I: Se emplea cuando no se requieren de propiedades específicas
Tipo II: Se emplea especialmente cuando se desea resistencia moderada a los
sulfatos o cuando se requiere calor moderado de hidratación.
Tipo III: Se emplea cuando se requiera alta resistencia inicial.
Tabla 1: Especificaciones para cemento portland
Resistencia a la compresión (Mpa)
Tipo de cemento
I II III
1 Día
12.0
3 Días 12.0 10.0 24.0
7 Días 19.0 17.0
Fuente: (ASTM C 150, 2007)
2.2.3 Arena
La calidad del diseño de mezcla depende entre otros factores de las propiedades
inherentes a la arena escogida, estas a su vez dependen del lugar donde se
extraiga y de las especificaciones dadas para la elaboración de la mezcla.
A pesar, que para la elaboración del diseño de mezclas existen métodos
estandarizados, la procedencia de los materiales involucrados en este define en
gran medida el resultado final con las propiedades deseadas por lo que el volumen
de cada material es variable dependiendo del lugar donde se elabore, en la Tabla
2 se muestran algunas de las características que debe tener estas arenas.
19
Tabla 2. Propiedades de la arena
Tipo Procedencia Densidad (kg/m3)
Absorción (%)
Módulo de finura
De rio Banco "La
poza" 2580 1.6 3.14
Fuente: (Acosta & González, 2003)
La mezcla estará constituido por arena de rio, de mina o proveniente de piedras
trituradas; puede emplearse arena de mar siempre y cuando cumpla con las
especificaciones y se demuestre, en un laboratorio que los porcentajes de sales
presentes no afectan la calidad del mortero ni hace incompatible la presencia de
armaduras. Las arenas micáceas no son aceptables y deberán evitarse .(Luzardo
& Arraga, 2004)
Las arenas deben estar constituidas por granos limpios y duros, provenientes de
minerales estables. La cantidad de sustancias deletéreas en el agregado no
deberá exceder los límites prescritos en la Tabla 3.
Tabla 3 Especificaciones
CARACTERISTICAS Máximo porcentaje en peso de la
muestra total
Partículas desmenuzables 1
Material más fino que tamiz 200 3
Mortero expuesto a abrasión 3
Partículas en suspensión 3
Carbón y lignito 0.5
Cloruros 0.1
Sulfatos 1
Fuente: (Luzardo & Arraga, 2004)
Las características de la Tabla 3 están determinadas por la norma CCCA. (Comité
Conjunto del Concreto Armado.).Siendo estas normas Venezolanas.
2.2.4 Agente espumante
El papel de los agentes de formación de espuma en el mortero celular es crear
pequeñas burbujas de aire mediante la reducción de la tensión superficial de una
solución y el aumento de la estabilidad de las burbujas de aire.(Panesar, 2013b)
Este es el material que hace diferente al mortero convencional, proporcionándole
ligereza y aportando propiedades termo acústicas y de fuego, este agente también
se le llama agente incorporador de aire.
20
Cuando los agentes espumantes son incorporados en el agua de la mezcla, este
va a producir cavidades de burbujas discretas que se incorporan en la pasta de
cemento. Las propiedades del hormigón espumado dependen principalmente de la
calidad de la espuma y la dosis de la misma(Gelim & Ali, 2011).
Existen dos tipos de agente espumante:
1. Sintético: El cual es adecuado para densidades de 1.000 kg/m3 superiores
o iguales.
2. Proteína: Adecuada para densidades de 400 kg/m3 a 1.600 kg/m3.
Las espumas de base de proteínas-tienen un peso equivalente alrededor de 80
g/lt. Estos agentes espumantes provienen de las proteínas animales de cuerno, la
sangre, los huesos de las vacas, los cerdos y otros restos de los cadáveres de
animales. Esto conduce no sólo a considerables variaciones en la calidad, debido
a las diferentes materias primas empleadas, sino que también a un muy intenso
hedor de esos agentes espumantes (Gelim & Ali, 2011).
Ambos tipos de agentes reducen la tensión superficial de la solución, que facilita la
formación de burbujas de aire estables. Los agentes espumantes sintéticos son
una sustancia que son anfiprótica, defínase esta como las sustancias que poseen
la capacidad de dar o recibir un protón, y además es fuertemente hidrófilo
refiriéndose a este como el comportamiento de toda molécula que posee afinidad
por el agua, por lo que fácilmente se disuelven en agua produciendo burbujas de
aire. Sin embargo, cuando se realice la inclusión del agente sintéticos en el
mortero, que es un ambiente químico complejo, la compatibilidad de tensoactivo y
partículas de cemento es fundamental para arrastrar eficazmente el contenido de
aire deseado y la microestructura de mortero (Panesar, 2013b)
Figura 3. Sistema de poros con inclusión de aire.
Fuente :(Narayanan & Ramamurthy, 2000)
21
Sin embargo, a pesar de que los dos tipos de espumas proporcionan a la mezcla
las características apropiadas, se ha encontrado en los orígenes microscópicos
que la estabilidad de esta es muy diferente.
Para la espuma sintética, la interacción de repulsión entre las capas adsorbidas
ofrece una película fina y una espuma estable, mientras que, para la espuma de
proteína el mecanismo para la estabilización está relacionada con el confinamiento
de los agregados dentro de las películas delgadas, atrapado allí cuando las
burbujas entran en contacto (Saint-Jalmes, Peugeot, Ferraz, & Langevin, 2005).
En la Tabla 4 se muestran los componentes que manejan algunos de los
productos manufacturados por la empresa canadiense AERIX INDUSTRIES, estos
se manejan de a acuerdo con la aplicación que se quiera realizar, esto teniendo en
cuenta que pertenecen a los agentes espumantes sintéticos.
Tabla 4.Componentes para los diferentes tipos de agente espumante.
Producto (Aerix
Industries, 2013)
Componentes
AERFLOW Water
Sodium Alpha Olefin Sulfonate
2-Butoxyethanosl
AQUAERIX Water
2-Methoxymethylethoxy propanol
Propietary mixure of syntetic detergents
ARX-Trasnport-iX
Water
Hexylene Glycol
Propietary mixure of syntetic detergents
AERLITE Wather
Propietary mixure of syntetic detergents
Protein hidrolysate
Hexylene Glycol
Ferrous Sulfate
Zinc Oxide
MEARLCRETE Wather
Protein hidrolysate
Hexylene Glycol
Inorganic salts-Mixure
Ferrous Sulfate
Zinc Oxide
22
2.3 Propiedades mecánicas, durabilidad y otras características
A diferencia de mortero convencional, el mortero celular no puede ser sometido a
ningún tipo de compactación o vibraciones puesto que esto puede afectar la
densidad de diseño. Por lo tanto en estado fresco las propiedades más
importantes son la fluidez y la auto compactación.
Estas dos propiedades se evalúan en términos de consistencia y en términos de
estabilidad del mortero celular, que se ve afectada por el contenido de agua en la
base de la mezcla, cantidad de espuma añadida junto con los otros componentes
de la mezcla (Kunhanandan Nambiar & Ramamurthy, 2008).
La consistencia de la mezcla, definida como la relación de sólidos de agua para
alcanzar la densidad de diseño, a que la cual se le añade la espuma, es un factor
importante que afecta a la estabilidad de la mezcla, esta consistencia depende
principalmente del tipo de relleno, por lo que la consistencia de la mezcla se
reduce considerablemente cuando se añade espuma. Esta reducción en la
consistencia del mortero celular es probablemente debido a la reducción de
peso.(Ramamurthy et al., 2009a)
2.3.1 Propiedades mecánicas
2.3.1.1 Densidad y resistencia a compresión
La resistencia a la compresión es una de las más importantes y útiles propiedades
para el concreto, como material de construcción, el concreto es empleado para
resistir esfuerzos a compresión. Si bien, en los lugares donde la resistencia a la
tracción o la resistencia al corte son de primordial importancia, la resistencia a la
compresión se utiliza para estimar y confirmar la resistencia para la cual fue
estimada. (Abd elaty, 2014)
Si bien, es sabido que, inmediatamente después de mezclar el cemento con el
resto de materiales, el proceso de hidratación se lleva a cabo, por lo que el
mortero seria el compuesto resultante de la hidratación y su proceso da al
concreto su resistencia.(Gambhir, 2013)
El cemento mezclado con el resto de los materiales desarrolla su resistencia con
la hidratación continua a diferentes tiempos de riego. El rango en el que el mortero
gana fuerza es más rápido al principio y la velocidad de ganancia de la misma
disminuye con la edad.(Abd elaty, 2014)
La densidad o peso específico del cemento es la relación existente entre la masa
de una cantidad dada y el volumen absoluto de esa masa, en realidad el peso
23
específico del cemento no indica directamente la calidad del mismo, pero a partir
de él se pueden deducir otras características cuando se analiza en conjunto con
otras propiedades.(GUZMAN, 2001)
El concreto celular al poseer inclusión de espuma dentro de su estructura hace
que este sea liviano por lo que su densidad es más baja y varía dependiendo del
porcentaje de inclusión y de la finalidad última, por lo que varios autores han
examinado la resistencia a la compresión y densidad del hormigón celular.
Kearsley y Wainwright estudiaron la resistencia a la compresión demostrando que
esta es una función de la densidad seca y disminuye fuertemente con una
disminución en la densidad. Sin embargo, Wee examinó la interacción entre el
contenido de espuma, la compresión a la resistencia y densidad, y reveló que el
aumento del contenido de espuma no aumenta el tamaño del vacío, pero aumenta
el número de huecos por unidad de volumen, y por lo tanto disminuye la densidad
sin pérdida sustancial en la resistencia a la compresión.
Su trabajo propone que una vez que se sobrepasa el contenido óptimo de
espuma, los espacios de aire comienzan a fusionarse y el tamaño de los vacíos
aumenta, y que a su vez reduce la fuerza tensoactiva. Se encontraron además
que la inclusión de vacíos de aire en el concreto de espuma tiene un efecto mayor
en la compresión que en el módulo elástico.(Wee, Tiong-Huan, Tamilselvan, &
Lim, 2006)
Ahora bien algo más complejo que la relación fuerza-densidad del mortero celular
es la implicación del calor de hidratación ya que en este influyen varios factores y
se ve afectado por más parámetros, la capacidad calorífica por unidad de volumen
es influenciada en gran medida por la densidad y el tipo de cantidad de agregado,
este último con una variación más amplia en el mortero celular en comparación
con el mortero convencional (Tarasov, Kearsley, Kolomatskiy, & Mostert, 2010).
Por ende el mortero celular posee densidad variable en relación con la cantidad de
agente airéate empleado y, por consiguiente, adquiere diferentes resistencias
como se muestra en la Tabla 5. Y así por su ligereza, resistencia adecuada,
elevado poder aislante térmico y acústico, facilidad de colocación, de cortar, es
empleado para diferentes usos (Gete, 1955).
24
Tabla 5. Resistencia a la compresión
Densidad (Kg/m3)
Resistencia a compresión (Mpa)
400 1.3 - 2.8
500 2.0 - 4.4
600 2.8 - 6.3
700 3.9 - 8.5 Fuente: (Narayanan & Ramamurthy, 2000)
Debido a la diversidad de materiales en los diferentes países, cada uno de los
materiales utilizados en las mezclas poseen diferentes propiedades lo cual varía el
resultado de resistencias como se observa en la Tabla 6.
25
Tabla 6. Recopilación de esfuerzo a compresión, densidad y mezcla usada por autores.
Fuente :(Ramamurthy, Kunhanandan Nambiar, & Indu Siva Ranjani, 2009b)
S/C W/C F/C
McCormick 335-446 0.79-2.8 0.35-0.57 800-1800 1.8 -17.6
Tam et al. 390 1.58-1.73 0.6-0.8 1300-1900 1.81-16.72
Regan y Arasteh 0.6 0.45-0.6 800-1200 4-16
Van Deijk Cemento -arena 280-1200 016-10 (91 dias )
ACI 523, 1r-1992 Cemento 240-640 0.48-3.1
Cemento -arena 400-560 0.9-1.72
Hunaiti 3 1667 12.11
Kaersley y Booyens Cemento- reemplazo ceniza volante 1000-1500 1.8-19.9
Durack y Weiqing 270-398 1.23-2.5 0.61-0.82 982-1185 1-6
137-380 0.48-0.7 1.48-2.5 541-1003 3-15 (77 dias)
Aldridge Cemento -arena 400-1600 0.5-10
Kearsley y Wainwright Cemento- reemplazo ceniza volante 1000-1500 2-18
193-577 0.6-1.17
Tikalsky et al. Cemento 490-660 0.71-2.07
149-420 0.4-0.45
Cemento- reemplazo ceniza volante 1230-1500 0.23-1.1
57-149 0.5-0.57
Jones y McCarthy 300 1.83-3.17 0.5 1000-1400 1-2
1.11-1.56 1.22-2.11 1000-1400 3.9-7.3
Jones y McCarthy 500 1.5-2.3 0.3 1400-1800 10-26
500 0.65-0.83 1.15-1.77 1400-1800 20-43
Nambiar y Ramamurthy Cemento -arena (medina ) 800-1350 1-7
Cemento -arena (fina) 800-1350 2-11
Cemento- reemplazo ceniza volante 650-1200 4-19
S/C: Arena - cemento , F/C: Cemento - ceniza volante ; W/c: Agua -cemento
Resistencia a la
compresión (28 dias)Densidad kg/m3
Proporción Proporción de cemento (kg/m3)Autor
26
2.3.1.2 Módulo de elasticidad.
El módulo de elasticidad es un parámetro fundamental en el diseño estructural de
concretos para determinadas tensiones y desplazamientos. Este parámetro se
mide normalmente a través de muestras sometidas a compresión uniaxial
(Galobardes, Cavalaro, Aguado, & García, 2014).
El módulo de elasticidad estático del mortero celular es significativamente menor
que el concreto de peso normal. Los valores oscilan desde 1 a 8 Kn/mm2 para
densidades entre 500 y 1500 Kg/m3, respectivamente (Ramamurthy et al., 2009b).
En un estudio realizado, se fallaron dos especímenes a 7 y 28 días de edad. Se
observó, como se muestra en la Figura 4, que mientras aumenta el porcentaje de
aire en la mezcla el módulo de elasticidad estático disminuye debido al cambio en
la densidad de este y por lo tanto de su resistencia a compresión. El módulo de
elasticidad estático y la resistencia a compresión están directamente relacionados
y esto lo podemos observar en la Figura 5 donde la regresión lineal de la línea de
tendencia muestra que el módulo de elasticidad está relacionado con la raíz
cuadrada de la resistencia a compresión del mortero celular (Panesar, 2013b).
Figura 4. Influencia del contenido de aire en el módulo de elasticidad estático.
Fuente: (Panesar, 2013b)
27
Figura 5. Correlación del módulo de elasticidad estático y la resistencia a compresión.
Fuente: (Panesar, 2013b)
Tabla 7. Módulo de elasticidad variando su resistencia a la compresión y densidad.
Densidad (Kg/m3)
Resistencia a compresión (Mpa)
Módulo de elasticidad (Kn/mm2)
400 1.3 - 2.8 0.18 - 1.17
500 2.0 - 4.4 1.24 - 1.84
600 2.8 - 6.3 1.76 - 2.64
700 3.9 - 8.5 2.43 - 3.58
Fuente: (Narayanan & Ramamurthy, 2000)
La mayoría de las fórmulas para calcular el módulo de elasticidad en función de la
resistencia a compresión del mortero celular se encuentran resumidas en la Tabla
8, algunos valores del módulo de elasticidad del mortero celular se muestran en la
Tabla 7 donde varían de acuerdo a su resistencia a compresión y densidad.
28
Tabla 8. Ecuaciones de predicción del módulo de elasticidad para el mortero celular.
Autor y año Módulo de Elasticidad Notación
α - Densidad seca al horno [ ], S Resistencia a
la compresión [ ]
S Resistencia a la compresión [ ]
Fuerza del prisma en [ ]
(Narayanan & Ramamurthy,
2000)
Densidad seca en [ ], Resistencia a
compresion en [Mpa], k Es un coeficiente que oscila
desde 1.5 a 2.0
(ρ- y son constantes, ρ Densidad seca en [ ], E
es en Mpa
(Tada, 1986)
W Densidad desde 200 a 800
(«Ratioanl Proportioning of
Preformed Foam Cellular
Concrete», 1967) √
Ecuación de Pauwn, W Densidad del mortero celular
[ ]
(M, R & McCarthy, 2005) F´c Resistencia a la compresión [ ][ ]
29
2.3.1.3 Resistencia a la flexión
La relación entre la fuerza a flexión y la fuerza a comprensión del mortero celular
está entre 0.25-0.3532. Los valores de resistencia a la tracción del mortero que
contiene espuma son inferiores a los morteros de peso equivalente convencional.
Este aumento es atribuido al mejoramiento de la capacidad entre la partícula de
arena y la fase de pasta. (M, R & McCarthy, 2005)
Este ensayo, depende en gran parte del método de curado que se le realice a la
muestra(Pan Pacific Engineering PTY, 2014), así como en cualquier otro ensayo el
curado es de vital importancia. En algunos casos, y por la dificultad que se
presenta al realizar el ensayo a flexión debido a que este es muy sensible a las
condiciones de prueba, solo se realiza el ensayo compresión y con estos factores
ya estudiados se determina la resistencia a flexión, en este caso, del mortero
celular (Narayanan & Ramamurthy, 2000). A continuación en la Tabla 9 un
resumen de las diferentes relaciones determinadas por algunos autores.
Tabla 9. Relación entre resistencia a flexión y resistencia a compresión
Autor Relación
(Legatski, 1994) 0.1 - 0.15
(Narayanan & Ramamurthy, 2000) 0.22 - 0.27
cita 2 de la 26 0.15 - 0.35
(Pan Pacific Engineering PTY, 2014) < 0.25
Muchos códigos de diseño, usan el módulo de rotura como la resistencia a la
fisuración y está en función de la resistencia a compresión del mortero
celular.(Raphael, 1984) El módulo de rotura, se puede estimar aproximadamente
con la fórmula:(Narayanan & Ramamurthy, 2000)
Ecuación 1
Donde Fc es la resistencia a compresión en Mpa.
2.3.2 Durabilidad
La durabilidad es la capacidad de un material para resistir los efectos de los
agentes del medio ambiente que lo rodean (Navais & Yahia, 1988). A continuación
se presentan algunas propiedades del mortero celular que permiten determinar la
durabilidad de este.
30
2.3.2.1 Permeabilidad
La absorción de agua del mortero celular, como en la mayoría de sus propiedades,
depende directamente de la densidad de este. Mientras la densidad disminuye la
absorción de agua también lo hace, esto se le atribuye a la pasta de cemento y no
a la espuma, los poros artificiales generados por la inclusión de espuma no están
interconectados entre sí, así que no toman parte de la absorción de agua. Por lo
tanto a menor densidad, mayor cantidad de espuma y menor volumen de pasta de
cemento. Esta absorción de agua, no es posible presentarla de manera porcentual
para el mortero celular, debido a las grandes diferencias en los rangos de
densidad. El coeficiente de permeabilidad es directamente proporcional a la
unidad de peso del mortero celular e inversamente proporcional al tamaño del
poro (Ramamurthy et al., 2009b).
La sortividad es el transporte del agua en materiales porosos, este fenómeno se
da por capilaridad y se basa en la teoría del flujo insaturado. Se ha demostrado,
que la transmisión de agua en los materiales se ve mejor explicada por la
sortividad que por la permeabilidad. La sortividad del mortero celular depende
directamente del tipo de poros, su estructura y la permeabilidad del material
(Ramamurthy et al., 2009b).
2.3.2.2 Resistencia a ambientes agresivos.
El mortero celular no presenta reacción de ácidos y sulfatos durante su exposición,
esto lo muestra un estudio realizado en un plazo de 12 meses en Escocia, por lo
tanto el mortero celular tiene una buena resistencia a la agresividad de ataques
químicos (Jones & McCarthy, 2005).
Factores como la resistencia a la compresión, profundidad de la penetración
inicial, absorción y velocidad de absorción son las variables importantes en la
producción de mortero celular que es resistente a los ciclos de congelación y
descongelación (Tikalsky, Pospisil, & MacDonald, 2004). Por este motivo, en
países como Noruega y Rusia, países con fríos extremos, hacen uso de este tipo
de mortero. La práctica en Suecia demuestra que el concreto celular soporta
adecuadamente la lluvia aplicando solamente pintura, exceptuando algunos
materiales que en condiciones extremas también fallarían (Cervantes, 2008).
2.3.2.3 Resistencia al fuego.
El mortero celular se adapta bien a las aplicaciones corta fuego por ser un material
incombustible y tener un bajo coeficiente de conductividad térmica (YTONG,
31
2014), como lo muestra la Figura 6. Otra de las razones por las cuales el mortero
celular presenta un buen desempeño en la resistencia al fuego es porque su
material es relativamente homogéneo a diferencia del concreto normal por la
presencia del agregado grueso (Narayanan & Ramamurthy, 2000).
Figura 6. Resistencia al fuego
Fuente: (YTONG, 2014)
Según Mazhar ul Haq y Alex Liew, una pared de mortero celular con una densidad
de 1.100 Kg/m3 y un espesor de aproximo de 13 a 15 centímetros puede estar
expuesta al fuego de 5 a 7 horas; esta misma resistencia la puede obtener una
pared de mortero celular con 400 Kg/m3 con tan solo 10 centímetros de espesor
(Haq & Liew, 2014).
2.3.3 Otras características
2.3.3.1 Aislamiento térmico
El mortero celular tiene excelentes propiedades de aislamiento térmico debido a
su microestructura celular.(Ramamurthy et al., 2009b) La acción de agente
espumante en la mezcla crea un gran números de alveolos que contienen millones
de micro células de aire, regularmente repartidos, no comunicados entre sí,
lográndose una vez fraguado un material termoaislante diez veces mayor que el
hormigos convencional (Rengifo & Yupangi, 2013).
32
Figura 7. Aislamiento térmico
Fuente: (Rengifo & Yupangi, 2013)
Adicionalmente, la trasmisión de calor a través del mortero celular es muy
reducida, esto debido a la presencia de pequeñas y finas retículas de cemento
fraguado que contienen aire encerrado en burbujas con un volumen lo
suficientemente pequeño como para no se produzca transmisión de calor por
convección. Así, la transmisión de calor a través de ellas ha de producirse por
conducción, lo que hace que la temperatura exterior tenga que recorrer un camino
muy largo y complejo a través de la matriz sólida (García, 2014).
Como en la mayoría de las propiedades mecánicas y de durabilidad del mortero
celular, la conductividad térmica depende de la densidad, el contenido de
humedad y de los componentes del material, así como la cantidad de poros y su
distribución (Bave, 1980), por lo tanto, entre más finos sean los poros mejor es el
aislamiento, ya que la conductividad térmica como se mencionó anteriormente
está influenciada por el contenido de humedad. Tan solo el aumento del 1% de la
humedad en la masa hace que la conductividad térmica aumente en un orden
aproximado del 42% a comparación de un mortero convencional.(Narayanan &
Ramamurthy, 2000).
Teniendo en cuenta la influencia de los parámetros se encontró la ecuación para
determinar la conductividad térmica del mortero celular (Yang & Lee, 2015):
Ecuación 2
= Valor de referencia de la conductividad térmica (1 W / mK)
= Valor de referencia para el volumen de espuma (1000%)
= Tasa de volumen de la espuma
33
= Densidad seca del mortero celular endurecido
= Valor de referencia para la densidad seca del mortero celular endurecido
(1000 ).
El directamente encargado de variar la densidad de la matriz solida es el agente
espumante, ya que la inclusión de este es el que hace la diferencia con respecto al
mortero convencional. Por lo tanto, el tipo de agente espumante influye
inminentemente en la conductividad térmica, esta depende de la densidad
aparente de la espuma y por supuesto del mortero celular. Estas dos
características son directamente proporcionales en cuanto a la relación que tienen
entre ellas. A menor densidad aparente, menor es la conductividad térmica. Esto
se ve reflejado en el estudio realizado por el departamento de ingeniería civil de la
Universidad de Toronto Figura 8, donde las espumas sintéticas (B,C) tienen una
tasa de aumento de la conductividad térmica considerablemente menor en
relación a la tasa de conductividad térmica de las espumas de proteína animal (A)
.(Panesar, 2013b)
En relación a lo anterior, y teniendo en cuenta la temperatura de las muestras, la
imagen muestra las conductividades terminas del mortero celular y el concreto
convencional a diferentes temperaturas.
Figura 8. Influencia del agente espumante en la conductividad térmica.
Fuente: (Panesar, 2013b)
34
Figura 9. Conductividad térmica del mortero normal y celular.
Fuente: (Kim, Jeon, & Lee, 2012a)
Figura 10. Relación entre la conductividad térmica y la porosidad.
Fuente: (Kim et al., 2012a)
La porosidad de la matriz sólida, está muy relacionada con su densidad. Es
evidente que el aumento de la densidad se produce por una disminución en el
contenido de aire, y por lo tanto, disminución en la porosidad de la matriz
sólida.(Panesar, 2013b). La conductividad térmica, disminuye linealmente mientras
la porosidad aumenta
35
Figura 10, lo que afecta la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad
dinámico.(Kim et al., 2012a)
Figura 11.Efecto de la humedad en la conductividad térmica para diferentes materiales de
construcción.
Fuente :(Fraunhofer, 2001)
Los procesos de transmisión del calor y humedad en los edificios suelen ser
fuertemente acoplados. Esto es evidente en el efecto de la humedad sobre
aislamiento térmico de los componentes de una construcción. Como se puede
evidenciar en la Figura 11 esta muestra el aumento en la conductividad de calor
de tres materiales de construcción diferentes dependiendo del contenido de
humedad presente en cada uno de ellos.
Mientras que la conductividad térmica de materiales minerales, tales como el
mortero, aumenta linealmente con respecto al contenido de humedad, la
conductividad térmica de la espuma de poliestileno muestra un aumento
ligeramente progresiva. Sorprendentemente, sólo se necesita un contenido de
humedad muy bajo para aumentar la conductividad de calor de la lana mineral.
Esto es debido a la redistribución de humedad pronunciada por difusión de vapor
en la lana mineral cuando se aplica un gradiente de temperatura a través de la
muestra. Estos son los llamados efectos de calor latente no estacionario, debido a
los cambios de fase de la humedad en el material. Estos efectos de calor latente
36
por lo general son de corta duración y sólo no tienen nada que ver con la
verdadera conductividad térmica del material aislante (Fraunhofer, 2001).
Para finalizar esta característica del mortero celular, se muestran algunos valores
de la conductividad térmica en la
Tabla 10.
Tabla 10. Conductividad térmica para el mortero celular de acuerdo a su densidad.
Autor y año Densidad (kg/m3) Conductividad térmica (W/m°C)
(Gete, 1955) 300 0.05
(Gete, 1955) 350 0.068
(Gete, 1955) 400 0.074
(Narayanan & Ramamurthy, 2000)
400 0.07 - 0.11
(Gete, 1955) 500 0.092
(Narayanan & Ramamurthy, 2000)
500 0.08 - 0.13
(Gete, 1955) 600 0.1
(Narayanan & Ramamurthy, 2000)
600 0.11 - 0.17
(Gete, 1955) 700 0.12
(Narayanan & Ramamurthy, 2000)
700 1.13 - 0.21
(Gete, 1955) 800 0.15
(Gete, 1955) 900 0.16
(Gete, 1955) 1000 0.182
(Gete, 1955) 1100 0.25
(Gete, 1955) 1200 0.27
(Gete, 1955) 1300 0.31
2.3.3.2 Propiedades acústicas
La porosidad del mortero celular hace de este un material con buena absorción de
energía acústica aparte de ser aislante acústico. Hay que tener en cuenta que no
es lo mismo absorción sonora que aislante acústico, los materiales absorbentes
sirven para limitar el efecto de resonancia del ruido mientras que el aislante
acústico caracteriza la transmisión del ruido de un espacio a otro.(Rengifo &
Yupangi, 2013) .
37
La pérdida de transmisión (TL) del sonido transmitido por el aire, depende de la ley
de masas, esta depende de la frecuencia y la densidad superficial del componente
(Narayanan & Ramamurthy, 2000). Es decir, la pérdida de transmisión acústica se
ve afectada por el gama de frecuencias y la masa del material (Kim et al., 2012a).
Una manera de estimar la pérdida de transmisión acústica es:
Ecuación 3
Siendo f la frecuencia y m la masa (Kim, Jeon, & Lee, 2012b).
De acuerdo con la Ecuación 3, la reducción del 50% de la densidad del mortero
puede lograr una disminución de la perdida de transmisión acústica de 6
decibeles. Sin embargo, este valor puede no ser tomado en cuenta si la masa por
unidad de área (m) es lo suficientemente alta comparada con el valor absoluto de
la transmisión acústica. Además, debido al alto espesor de las probetas, la
absorción de energía acústica debe tenerse en cuenta, y por lo tanto, la ecuación
x no sería útil (Kim et al., 2012b).
Figura 12. Aislamiento acústico
Fuente: (Rengifo Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013)
Para que esta propiedad sea efectiva es necesario que la inclusión del agente
espumante se realice de manera correcta y de esta forma asegurar que la burbuja
sea de buena calidad y se cumpla con las especificaciones necesarias de lo
contrario como se observa en la Figura 13 el 40% de las burbujas están rotas,
deformes y de tamaño heterogéneo, si la propiedad tensoactiva no es la
especificada se formaran burbujas que al romperse conformaran un conglomerado
38
de cemento con grandes oclusiones de aire, perdiéndose la absorción de las
ondas (García, 2014).
La primera consecuencia de lo anterior es que el mortero se decanta hacia el
fondo, resultando un mortero heterogéneo, con densidad y propiedades
discontinuas entre la superficie y el fondo, es decir, habrá una cantidad de mortero
en el fondo y poca superficie, por lo que además supone un elevado consumo del
cemento (García, 2014).
Figura 13.a) Burbuja de mortero celular en condiciones adecuadas. b) Burbuja de mortero
celular en malas condiciones
Fuente: (García, 2014)
2.4 Diseño de mezcla del mortero celular
Hasta ahora, solo se ha hablado de las características del mortero celular y sus
materiales. Si bien ya se mencionó anteriormente, el mortero celular es un mal
llamado concreto celular, debido a su composición, este se conforma de agua,
cemento, agregado fino y aire (Doniec, 2008). Diferentes estudios realizados a lo
largo de su historia han dado a conocer que se puede obtener un mortero celular
variando la cantidad de aire en la mezcla (Al Bakri Abdullah et al., 2012).
El diseño de mezcla se realiza por el método gravimétrico (ASTM C138, 2014),
llamado así ya que este se enfoca en el peso específico inicial del mortero y no en
la dosificación de cada uno de sus componentes (Rengifo & Yupangi, 2013). Este
se realiza, calculando la cantidad de mortero convencional y respectivamente la
cantidad de espuma para un diseño de 1 de mortero celular, con diferentes
masas unitarias.(Acosta López, 2003) Es decir, el cálculo se hace con respecto a
39
la masa unitaria del mortero convencional que es en promedio
.(Acosta
López, 2003)
A continuación se muestra la dosificación del mortero celular con una densidad de
.
, de mortero convencional.
, de mortero celular.
Ecuación 4
Ecuación 5
Según lo anterior, se calcula el volumen de mortero convencional necesario para 1
de mortero celular y a su vez el volumen de espuma necesaria dependiendo de
la densidad requerida.
Tabla 11: Esquema utilizado para el cálculo de la dosificación
Mortero Convencional 0.667
Relleno (Espuma) 0.333
Fuente: (Acosta López, 2003)
Para determinar las cantidades de los materiales del mortero convencional se
realizaron los siguientes cálculos:
40
Para realizar la corrección del agua, se tiene en cuenta el tipo de arena con la que
se está trabajando (Tabla X). En este caso la arena tiene una absorción de 1.6 %.
Para finalizar, se calcula la cantidad de espuma de acuerdo a la dosificación
realizada, del tipo y por supuesto la densidad de esta. Este tipo de aditivo
espumante con densidad de 90
proviene de los cuernos y las patas de la
ternera, es una proteína animal que se da mediante la hidrolización (agua-
proteína) de los restos animales. Aunque este tipo de espuma suene extraña, no
causa ninguna reacción química en el concreto, es biodegradable y no es
tóxica.(Acosta López, 2003)
El resumen de las proporciones teóricas de los materiales se muestra en la Tabla
12.
Tabla 12: Dosificación de materiales para 1 m3 de mortero celular
Masa Unitaria (Kg/m3) Cemento (Kg) Agua (Lt) Arena (Kg) Espuma (Kg)
800 400 94 311 58
1200 400 144 667 42
1500 400 182 933 30
1800 400 219 1200 18
2200 400 270 1555 2
Fuente:(Acosta López, 2003)
Los diseños de mezclas están sujetos a muchas variables como la densidad del
mortero celular, la relación agua-cemento, la relación arena- cemento, y las
características de los materiales como la densidad de la espuma. Un diseño de
mezcla realizado en el año 2003, muestra las dosificaciones ya corregidas y hace
una comparación importante de la variabilidad entre los datos teóricos y los
experimentales (Rengifo & Yupangi, 2013). Con el fin de relacionar el diseño de
mezcla anterior, se va mantener la densidad requerida del mortero celular
(
para esta dosificación.
Tabla 13: Dosificación del mortero celular por m3
Material Dosificación
41
Espuma 320.9 Lt
Cemento 447.4 Kg
Arena 894.7 Kg
Agua 210.3 Lt
Agua/cemento C Arena Espuma
1.85 1 2 1.09
Fuente:(Rengifo & Yupangi, 2013)
Teniendo en cuenta que todas las cantidades consideradas en el diseño de
mezcla son teóricas es necesario hacer una corrección en el volumen de la
espuma. Según estudios realizados teórica y experimentalmente la espuma sufre
un cambio volumétrico debido a que producir este tipo de mortero el cemento sufre
una serie de cambios químicos adicionales al mortero convencional y está sujeto a
muchos agentes externos como su manipulación, medio ambiente, entre
otros.(Rengifo & Yupangi, 2013) Esta corrección se muestra en la Gráfica 1.
Gráfica 1. Curva de reajuste de espuma en función de la densidad aparente.
Fuente: (Rengifo & Yupangi, 2013)
Comparando la dosificación del mortero celular sin ajustar con la dosificación
modificada por la curva de reajuste en función a la densidad Gráfica 2 se obtiene
la Tabla 14.
Tabla 14. Dosificación del mortero celular por m3 para una densidad de 1500 kg/
Material Dosificación Propuesta Dosificación ajustada
Espuma 320.9 Lt 487.8 Lt
y = 0,0003x2 - 0,6573x + 365,2
0
20
40
60
80
100
120
1000 1200 1400 1600 1800
% E
spu
ma
Densidad aparente [kg/m3]
Reajuste de espuma
42
Cemento 447.4 Kg 447.4 Kg
Arena 894.7 Kg 894.7 Kg
Agua 210.3 Lt 241.8 Lt
Fuente: (Rengifo & Yupangi, 2013)
Gráfica 2. Dosificación propuesta Vs Dosificación ajustada
Fuente : (Rengifo & Yupangi, 2013)
La empresa LiteBuilt, como distribuidor de la maquina generadora de espuma y a
su vez de tal aditivo, nos muestra específicamente las cantidades necesarias de
arena, cemento y agua que se deben usar para 1 m3 de mortero celular. Los
cálculos de la Tabla 15 se realizaron teniendo en cuenta una relación agua/
cemento aproximada entre 0.4 y 0.5 (Pan Pacific Engineering PTY, 2014).
Tabla 15. Mezcla de proporciones arena-cemento
3:01
2:01
1:01
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Espuma Cemento Arena Agua
Dosificación Propuesta 320,9 447,4 894,7 210,3
Dosificación Ajustada 487,8 447,4 894,7 241,8
43
Densidad
Kg/m3
Arena
Kg
Cemento
Kg
Arena
Kg
Cemento
Kg
Arena
Kg
Cemento
Kg
Solo
Cemento Kg
1600 1148 383
1400 1005 335
1200 861 287 756 378
1100 790 263 693 347
900
630 315
800
567 284 412 412
700
366 366 581
600
320 320 498
500
275 275 415
400
332
300
249
Fuente: (Pan Pacific Engineering PTY, 2014)
44
Tabla. Dosificación para 1 de mortero celular
Autor y año
Densidad
( )
Cemento
Agua
Arena
Espuma
a/c
(Tikalsky et al., 2004) 497 311 141 - 44.3 0.45
(Tikalsky et al., 2004) 629 420 168 - 39.4 0.4
(Tikalsky et al., 2004) 631 411 186 - 38.5 0.44
(Tikalsky et al., 2004) 678 149 190 - 35.8 0.42
(Acosta & González, 2003) 800 400 94 311 58 0.23
(Jones & McCarthy, 2005) 1000 300 150 550 24.9 0.5
(Acosta & González, 2003) 1200 400 144 667 42 0.36
(Jones & McCarthy, 2005) 1200 300 150 750 21.1 0.5
(Jones & McCarthy, 2005) 1400 300 150 950 17.7 0.5
(Acosta & González, 2003) 1500 400 182 933 30 0.45
(Acosta & González, 2003) 1800 400 219 1200 18 0.54
(Acosta & González, 2003) 2200 400 270 1555 2 0.67
45
2.5 Tecnología y proceso de fabricación del mortero celular
2.5.1 Tecnologías para la producción de mortero celular.
Las máquinas generadoras de mortero celular o de espuma varían sus
características entre uno y otro fabricante. A continuación se va a mostrar la
maquinaria necesaria para generar mortero celular ya sea en obra o en
laboratorio.
Máquina generadora de mortero celular
La generadora de mortero celular de alta productividad Figura 14 es una maquina
diseñada para la producción de mortero celular mezclando cemento, agua, arena y
espuma. El sistema consiste en un generador de espuma y una mezcladora
montados en una base de acero. El mecanismo de mezclado consiste en tornillos
multidireccionales que se encargan de mezclar uniformemente el mortero y la
espuma en un tiempo aproximado de 4 a 6 minutos.(CONCELLMEX, 2014)
Este equipo tiene una ventaja y es que permite con un solo ajuste en el indicador
digital, automatizar la densidad del mortero celular requerida.(CONCELLMEX,
2014) Como ya se comentó, la productividad de estas máquinas puede variar
dependiendo de su fabricante y el tamaño de la misma.
Figura 14. Máquina generadora de mortero celular, CONCELLMEX – PROF-CC-1000
Fuente: (CONCELLMEX, 2014)
46
Tabla 16. Ficha técnica de máquina generadora de mortero celular, CONCELLMEX-PROF-
CC-1000
Generador de mortero
Peso 900 Kg
Medidas 1.7 m (Altura) 2.5 m (Largo)
1.2 m (Prof.)
Capacidad de concreto celular 2 -3 m3/hr
Volumen operativo del mezclador 1000 Lt
Presión de aire operativa en el mezclador 0.8 atmosferas
Presión de aire operativa en el generador de espuma 6 atmosferas
Voltaje 220 V
Rango de densidad del mortero celular obtenido 350-1200 kg/m3
Rango de ajuste de la densidad de la espuma 20-200 gr/litro
Fuente : (CONCELLMEX, 2014)
La máquina generadora de mortero celular, en algunos casos, y depende de los
fabricantes, no solo elaborar mortero celular sino también bombearlo, facilitando
así la colocación. En la Figura 15 se presenta un equipo de avanzada tecnología,
fabricado en Italia, que genera y bombea mortero celular o liviano.(Gete, 1955)
Figura 15. Máquina generadora de mortero celular con bomba neumática, TURBOSOL– RC
800
Fuente: (Gete, 1955)
47
Tabla 17. Ficha técnica máquina generadora de mortero celular, TURBOSOL-RC 800
Generador de mortero
Peso 780 Kg
Medidas 1.5 m (Altura) 2 m (Largo) 1 m
(Prof.)
Capacidad de concreto celular 10 m3/hr
Capacidad Útil 1000 Lt /m3
Potencia 14 KW
Distancia de Bombeo Horizontal 80 m Vertical 20 m
Fuente: (Gete, 1955)
Máquina generadora de espuma
La máquina generadora de espuma con ayuda del compresor se encarga de
inyectar presión de manera que el aire comprimido actúe con la mezcla
produciendo así la espuma.(Rengifo & Yupangi, 2013) En ella se coloca agua y el
aditivo espumante en las proporciones que el distribuidor o bajo normas se
permita.
Este equipo modelo laboratorio Figura 16 es autosuficiente, móvil y solo necesita
de un operario, es fácil de manejar y su diseño es versátil. Una característica de
este equipo es la productividad que oscila entre 3 y 4 m3/h de espuma (Concretos
Celulares Ltda, 2014), la cual puede ser un factor importante a la hora de escoger
esta maquinaria ya que de esto depende también la producción del mortero
celular.
Es importante aclarar que para la producción de este tipo de mortero esta máquina
es indispensable, la inclusión de la espuma a la mezcla de mortero convencional
es la que hace la diferencia de esta nueva tecnología. Es decir, se puede producir
un mortero celular en obra o en laboratorio con un mortero convencional y una
maquina generadora de espuma.
48
Figura 16. Máquina generadora de espuma modelo laboratorio.
Fuente : (Concretos Celulares Ltda, 2014)
Tabla 18. Ficha técnica máquina generadora de espuma.
Generador de Laboratorio
Peso 150 Kg
Medidas 1.5 m (Altura) 1 m (Largo) 0.6 m (Prof.)
Energía 220 Trifásica 220 Monofásica
Volumen del tanque aditivos 200 Lt
Utilizar con mezclador 200 Litros 400 Litros
Producción 3-4 m3 xHora
Garantía 1 año
Fuente: (Concretos Celulares Ltda, 2014)
Mezcladora con bomba neumática
La mezcladora con bomba neumática es una mezcladora de eje horizontal con
una capacidad de 400 litros de mezcla, la cual es capaz de bombear el mortero
celular con una densidad máxima de 1.200 kg/m3 hasta una altura de 20 m y una
distancia de 80 metros en dirección horizontal.(Concretos Celulares Ltda, 2014)
2.5.2 Proceso de fabricación del mortero celular
La producción de mortero celular se hace por medio de la inclusión de cierto
porcentaje de aire a la mezcla de mortero convencional. Este puede ser comprado
y colocado por contratistas especializados (Cellular Concrete Solution, 2014) , o
49
producido en obra por medio de una maquina generadora de espuma y el mortero
convencional.
Determinar la densidad aparente del mortero celular, dependiendo del uso
que se le quiera dar (Rengifo Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013), que
puede estar en el rango de 160 -1600 kg/m3 según diferentes autores
(«Cellular Concrete, LLC; Patent Issued for Lightweight Drainable Cellular
Concrete», 2014).
Elegir de tipo de cemento a usar, dependiendo del uso, agresividad del
medio y condiciones climáticas (Rengifo Cuenca & Yupangui Cushicondor,
2013).
Determinar la relación agua/ cemento, teniendo en cuenta la manejabilidad
de la mezcla y el tipo de arena a usar.
Establecer la cantidad o porcentaje de arena por medio de la corrección de
la curva granulométrica (Rengifo Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013).
Calcular las cantidades de agua, cemento, arena y espuma, esto se realiza
para un metro cubico de mortero celular.
Mezclar hasta producir el mortero convencional, posteriormente se incluye
la espuma en la mezcla,
Se funde la probeta para el laboratorio o se coloca según su aplicación en
obra.
Para ensayos de laboratorio se curan las probetas como es convencional.
En el proceso de fabricación hay que tener en cuenta la calidad del agente
espumante, ya que se corre el riesgo de debilitar las paredes de las burbujas de
aire y a la hora de bombear la espuma esta puede ser muy inestable (Rengifo
Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013). A continuación se presenta el proceso de
producción del mortero celular para muestras de laboratorio.
Figura 17 Proceso de elaboración de mortero celular
Fuente: (Rengifo Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013)
En la figura se muestra de manera resumida el proceso de producción y los
materiales requeridos para el mortero celular.
50
Figura 18. Materiales y producción del mortero celular.
Fuente: (Gelim & Ali, 2011)
2.6 Aplicaciones a nivel mundial del mortero celular
2.6.1 Aplicaciones geotécnicas.
Relleno de zanjas y excavaciones sin requerimiento de equipo de
compactación o rellenos fluidos de densidad y resistencia controlada
(Luzardo & Arraga, 2004).
Fundamentos para las carreteras y aceras (Haq & Liew, 2014).
Cama para detención de aviones (Haq & Liew, 2014).
Reparación de puentes como se observa en la Figura 19 se evidencia la el
uso de este material para un puente en Pakistán.(Haq & Liew, 2014).
51
Figura 19. Reparación del costado derecho de un puente en Pakistán.
Fuente: (Haq & Liew, 2014)
Rellenos para los anillos de los túneles.
El material de mortero celular es de peso ligero y altamente fluido, permitiendo de
esta manera que el material para llenar completamente el espacio anular sea
fácilmente bombeado a bajas presiones (Aerix Industries, 2014).
El material ligero tiene potencial reducido para dañar el forro de revestimiento
deslizante. La fuerza y la densidad del mortero celular puede ser personalizado
para satisfacer los requisitos del proyecto, y el material tiene una contracción de
menos de 0,3%. El uso de este para llenar el espacio anular puede acomodarse a
cualquier diámetro de una tubería, y la instalación es rápida, fácil y segura para el
medio ambiente como se muestra en la Figura 20 (Aerix Industries, 2014)
Figura 20.Instalación de anillos de refuerzo en túneles.
Fuente: (Aerix Industries, 2014)
52
Modificación de la Sub-rasante.
El uso del mortero celular es apropiado para la modificación de la subrasantes
cuando los suelos existentes son indeseables para la construcción ver estructura
mostrada en la Figura 21.
Como una alternativa más de excavación y sustitución de suelos pobres con
mejores suelos, una capa de mortero celular se coloca sobre los suelos pobres y
de esta forma se reducirán las cargas muertas verticales, y aumentara la
capacidad de soporte y la estabilidad con la adición de un peso mínimo. La capa
de mortero celular también mejora la estabilidad en las zonas sísmicas, y ofrece
cualidades aislantes (Aerix Industries, 2014).
Como capa de base de soporte en pavimentos y áreas deportivas sobre suelos de
baja capacidad portante (Luzardo & Arraga, 2004).
Figura 21. Sección trasversal de una estructura de pavimento.
Fuente: (LAVALLEE, 2008)
Figura 22. Colocación capa base para la estructura de pavimento.
Fuente: (Aerix Industries, 2014)
53
Approach de puentes y deslizamientos de tierra
El mortero celular es ideal para la construcción o rehabilitación de approach
puentes. El uso de este material como una sub-base permanente reduce la carga
en este La facilidad de colocación, durabilidad y longevidad del material hace que
sea una gran alternativa para los suelos compactados u otros métodos de
construcción tradicionales (Aerix Industries, 2014).
Rellenos de muros de contención
La colocación de hormigón celular detrás de un muro de contención reducirá la
carga lateral en la pared en comparación con materiales de relleno alternativos. El
relleno puede ser diseñado para la permeabilidad deseada como se muestra en la
Figura 23 (Aerix Industries, 2014).
La reducción de las cargas laterales y alturas de colocación permite a los
ingenieros de diseño a ser más agresivo, mientras que el mantenimiento de un
factor de seguridad satisfactorio (Aerix Industries, 2014).
Figura 23. Relleno de muro de contención realizada por empresa Aerix
Figura: (Aerix Industries, 2014)
2.6.2 Aplicaciones hidráulicas.
Relleno de tuberías y tanques de almacenamiento enterrados o en desuso
ver Figura 24 una aplicación de la empresa Canadiense (Luzardo & Arraga,
2004).
54
Figura 24. Relleno de una tubería realizada por la empresa Aerix.
Fuente: (Aerix Industries, 2014)
Zanjas de drenaje
La construcción de trincheras de drenaje es muy común en piedra y mortero
convencional por lo que es lenta y el trabajo es intenso. Sin embargo con el
sistema y la implementación de mortero celular la forma seria sencilla, la
inclinación se trabajaría con tres metros de pendiente trabajada a lo largo de la
excavación del canal .por lo que se trabajaría con una fuerza y densidad
especificada, derramado el material alrededor de las inclinaciones y dejando
endurecer como se muestra en la Figura 25 (Zhang & Gjvorv, 1991).
Figura 25. Canal drenaje longitudinal.
Fuente: (Zhang & Gjvorv, 1991)
55
2.6.3 Aplicaciones mineras.
Transporte de materiales sólidos, tales como colas de minas, minerales
finos, arenas y residuos triturados.
El proceso ofrece una alternativa menos costosa y ambientalmente segura de los
métodos de transporte tradicionales.
Ya sea por medio de tubería o al vacío este sistema de transporte utiliza hasta un
95% menos de agua y suspende las partículas del tizón durante el transporte sin
ninguna segregación, lo que resulta una velocidad más baja, menos abrasión y
desperdicio mínimo, por lo que a velocidades más bajas, el patrón de flujo cambia
de turbulento a flujo laminar que reduce la demanda de energía y permite una
gama más amplia de bombas que pueden ser utilizados para el transporte de los
residuos (Aerix Industries, 2014).
Recuperación de suelo explotado
Para entregar cementada o compactada de relleno en los huecos de subsidencia y
otras aberturas relacionados con minas activas y abandonadas. Agujeros de
barrenas, grietas, cuevas de intersección, ejes, portales y socavaciones se pueden
llenar con colas de hormigón ligero celular que incorporan, multas trituradora,
cenizas volantes, y los materiales gruesos de hasta 3/4 ". Las tuberías, líneas de
decantación y alcantarillas, tanques y galerías transportadoras y tubos también se
pueden llenar de forma rápida y económicamente (Aerix Industries, 2014).
Figura 26. Recuperación de materiales.
Fuente: (Aerix Industries, 2014)
56
2.6.4 Aplicaciones estructurales.
Realización de cubiertas y cielo rasos.
En la Figura 27 se muestra que este material se puede aplicar sobre membranas
de techo existentes, galvanizado ventilado o no ventilada cubierta de acero,
hormigón prefabricado o colado in situ u hormigón estructural, mejorar el
diafragma de cizalla que proporciona resistencia adicional a las fuerzas de
cizallamiento resultantes del viento o de la actividad sísmica.
Puede ser bombeada a más de 500 pies verticalmente y más de 1.000 pies
horizontalmente (Aerix Industries, 2014).
Figura 27. Fundición de una cubierta.
Fuente: (Aerix Industries, 2014)
Bloques ligeros para edificios de gran altura ver Figura 28 (Haq & Liew,
2014).
Figura 28. Elaboración de bloques in situ
Fuente: (Haq & Liew, 2014)
57
Paneles y paredes divisorias de diversas dimensiones, ya sea prefabricado
o vertido en el lugar ver Figura 29 (Haq & Liew, 2014).
Figura 29.Muros de gran altura prefabricadas.
Fuente: (Haq & Liew, 2014)
Sustitución de láminas de metal en el exterior en edificios de metal (Zhang
& Gjvorv, 1991).
Figura 30. Elementos de sustitución del mortero convención con el mortero celular.
Fuente: (Zhang & Gjvorv, 1991)
La Figura 30 representa un proceso binario, en el cual el más delgado de 7,62 mm
[3/8 "] acabado de color contendría una densidad en el intervalo de 1522 kg / m a
58
1762 kg / m [95 libras / pie a 110 lb / ft]. Y la segunda densidad después de la
primera sería una 1041 kg / m [65 libras / pies] de densidad térmica. Dos ventajas
principales con sistema están [1] Ahorro en la coloración, ya que sólo se
encapsula en esta área delgada, y no a través de toda la mezcla. [2] La
conductividad térmica a través de los dos miembros de reducir los costos para
calentar o enfriar dentro de la estructura. El sistema binario reduce el peso del
material además de la disminución del peso estructural todavía el mantenimiento
de media o alta Mpa [psi] (Zhang & Gjvorv, 1991).
Secciones de relleno vacío y relleno entre las vigas de pisos suspendidos
(Haq & Liew, 2014).
Muros pantalla para edificaciones de gran altura (Haq & Liew, 2014).
Figura 31.Mueros pantallas torres de 24 pisos.
Fuente: (Haq & Liew, 2014)
2.6.5 Aplicaciones no estructurales.
Aplicaciones de insonorización (Haq & Liew, 2014).
Barreras de sonido en las carreteras (Haq & Liew, 2014).
Pre-fundido / fachadas de paredes exteriores in situ para todos los tamaños
de edificios (Haq & Liew, 2014).
59
Figura 32. Fachada de un conjunto de casas de vivienda de interés social.
Fuente: (Haq & Liew, 2014)
2.6.6 Aplicaciones arquitectónicas.
Azulejos.
Unidades de junta.
Mortero decorativo.
Figura 33. Azulejos.
Fuente: (Haq & Liew, 2014)
60
En la Tabla 19 , se muestra de manera resumida cada una de las aplicaciones que
puede tener el mortero celular dependiendo del campo en el cual se quiera ser
empleado.
Tabla 19.Aplicaciones a nivel mundial del mortero celular.
Campo Aplicaciones
Geotécnicas
Relleno de zanjas y excavaciones sin requerir equipo
de compactación o rellenos fluidos de densidad y
resistencia controlada.
Fundamentos para las carreteras y aceras.
Cama para detención de aviones.
Reparación de puentes.
Rellenos para los anillos de los túneles.
Modificación de la subrasante.
Como capa de base de soporte en pavimentos y áreas
deportivas sobre suelos de baja capacidad portante.
Approach de puentes y deslizamientos de tierra.
Rellenos de muros de contención.
Hidráulicas
Relleno de tuberías y tanques de almacenamiento enterrados en desuso.
Zanjas de drenaje.
Mineras
Transporte de materiales sólidos. Recuperación.
Estructurales
Techos.
Bloques ligeros para edificios de gran altura
Paneles y paredes divisorias de diversas dimensiones, ya sea prefabricado o vertido en el lugar.
Sustitución de láminas de metal en el exterior en edificios de metal.
Secciones de relleno vacío y relleno entre las vigas de pisos suspendidos.
Muros pantalla para edificaciones de gran altura.
No
estructurales
Aplicaciones de insonorización.
Barreras de sonido en las carreteras. Pre-fundido / fachadas de paredes exteriores in situ
para todos los tamaños de edificios.
Arquitectónicas
Azulejos.
Unidades de junta.
Mortero decorativo.
61
2.7 Métodos de colocación del mortero celular
El mortero celular se instala generalmente por bombeo Figura 34. La estructura
celular inteligente del concentrado de espuma no se ven afectados a la hora de
bombear el mortero (Cellular Concrete Solution, 2014), la alta estabilidad y rigidez
de la estructura de la espuma no permite que esta se desintegre (Haq & Liew,
2014). El bombeo puede realizarse con éxito hasta 152 metros en sentido vertical
y 1524 metros en sentido horizontal Cellular Concrete Solution, 2014), estas
distancias están en función de las características técnicas de la bomba neumática,
ya sea independiente o adherida a la maquina generadora de mortero celular.
Figura 34. Bombeo de mortero celular para la nivelación de pisos
Fuente: (Turbosol, 2014)
El método de colocación del mortero celular depende directamente de las
aplicaciones que se le vayan a dar a este. Si se quiere realizar un elemento
prefabricado tal y como se muestra en la Figura 35, no es necesario hacer la
instalación por bombeo y por lo tanto no es indispensable la bomba neumática en
la máquina generadora de concreto celular.
62
Figura 35. Bloques prefabricados de mortero celular
Fuente: (Turbosol, 2014)
Esta tecnología no se limita a algún método de instalación ya que por su alta
manejabilidad el mortero celular permite adecuarse a cualquier otro tipo de
colocación que se realice con el mortero convencional.
2.8 Normatividad a nivel mundial aplicable para la utilización de mortero
celular
En la Tabla 20 se muestra las normas bajo las cuales el mortero celular se
estandariza.
Tabla 20. Normas para el empleo de mortero celular.
NORMA TITULO
ASTM 495 Standard Test Method for Compressive Strength of Lightweight Insulating Concrete.
ASTM 796 Standard Test Method for Foaming Agents for use in Producing Cellular Concrete Using Preformed Foam.
ASTM C869
Standard Specification for Foaming Agents Used in Making Preformed Foam for Cellular Concrete.
ASTM C138
Standard method for density (Unit Weight), yield, and air content (Gravimetric) of concrete.
63
2.9 Ventajas y desventajas de mortero celular.
2.9.1 Ventajas
No es tóxico y es biodegradable (LAVALLEE, 2008).
Generalmente de menor costo que otros métodos de reducción de carga
(LAVALLEE, 2008)
Fácil colocación por bomba o gravedad (LAVALLEE, 2008).
Duradero y no corrosivo (LAVALLEE, 2008)
Resistencia al fuego (Haq & Liew, 2014).
Nivelación automática (LAVALLEE, 2008)
Absorbe las ondas de choque (LAVALLEE, 2008)
Puede tener una amplia gama de densidades (LAVALLEE, 2008).
Alta resistencia al congelamiento y descongelamiento (LAVALLEE, 2008).
Cien por ciento de compactación para llenar los espacios totalmente sin
contracción (LAVALLEE, 2008).
Más ligero y más fuerte que suelo compactado (Anderson, Bartlett,
Dickerson, & Poepsel, 2014).
Efectos de la inercia sísmica se reduce debido a la disminución de peso, así
como la estabilidad sísmica mejorada debido al comportamiento de bloque
de la estructura de retención compactado (Anderson et al., 2014).
Prevé reducir enormemente los asentamientos, especialmente en
combinación con la mejora del suelo superficial.
Ahorro de costes de hasta un 30% con respecto al convencional colado en
sitio las paredes con tirantes y el suelo (Anderson et al., 2014).
Posee excelente trabajabilidad (Haq & Liew, 2014).
Proporciona un excelente aislamiento para el calor y el sonido (Haq & Liew,
2014).
Se puede aplicar con todos los acabados de superficie: pintura, mosaicos,
membranas bituminosas, alfombras, etc (Haq & Liew, 2014).
2.9.2 Desventajas
Se requiere que el curado del mortero celular sea en cámaras herméticas
muy resistentes y de elevado precio, especialmente si se trata de fabricar
elementos de grandes dimensiones (Rengifo Cuenca & Yupangui
Cushicondor, 2013).
Es necesario establecer un sistema de producción más regularizado, ya
que cualquier otro factor influye en las propiedades físicas y mecánicas del
producto final (Rengifo Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013).
64
El mortero celular produce mayor deformación que el mortero convencional,
esto se debe a que presentan módulos de elasticidad bajos (Rengifo
Cuenca & Yupangui Cushicondor, 2013).
65
3 Análisis de viabilidad técnica
3.1 Disponibilidad de materiales necesarios para la producción de mortero
celular en Colombia.
3.1.1 Arena.
Bogotá por su área de trabajo y por su localización, se constituye en una zona de
intereses para la exploración y explotación de materiales de construcción como
arenas, gravas, arcillas y materiales de recebo (Montoya & Reyes, 2005).
Por lo que es necesario resaltar el tipo de arenas con la que se cuenta en Bogotá,
las arenas son extraídas de las formaciones Tierna, Cacho, Regadera y Tilatá. Se
pueden separar 4 zonas con gran aporte de arenas y relacionadas a unidades lito
estratigráficas diferentes: La primera está en el flanco occidental del sinclinal de
Checua, donde se explotan arenas de la Formación Cacho, en al menos 9
canteras; la segunda en los alrededores de Chocontá y Villapinzón con 16
canteras en la Formación Tilatá y 3 en la Formación Regadera; la tercera, al
oriente del Municipio de Gachancipá sobre la Formación Arenisca Tierna, con
explotaciones en 19 canteras y la cuarta, al sur-occidente de Bogotá, en el sector
de Mondoñedo (Formación Tierna) y Sibaté-Soacha (Formación Tierna y Arenisca
la Guía de la Formación Guaduas)(Montoya & Reyes, 2005).
Estas son algunas de las arenas que se pueden encontrar en Bogotá, según la
Tabla 22 y la Tabla 24 son arenas trituradas y de rio respectivamente cuyos límites
de granulométricos cumplen con las especificaciones de la norma técnica
Colombiana NTC 174 en el segundo caso, la norma que rige los limites es la ET
600-05 especificaciones para pavimentos de losas de concreto hidráulico del IDU,
puesto que está destinada para el uso de subrasante.
Todas las características de las arenas presentadas en la Tabla 23, en la Tabla
25, en la Tabla 27 y por último en la Tabla 29, cumplen de la misma forma con las
especificaciones mostradas en la Tabla 21 correspondiente a la NTC 174 en la
cual se establecen los requisitos de gradación y de calidad para los agregados
finos.
De igual manera se puede decir que las Gráfica 3, la Gráfica 4, la Gráfica 5, y la
Gráfica 6, cumplen con los límites de granulometría presentadas en la NTC 174.
Cabe resaltar que esta norma es adecuada para asegurar materiales satisfactorios
para uso en la mayoría de concretos, sin embargo se pueden necesitar mayores o
menores restricciones para ciertas obras o regiones (NTC 174, 2000).
66
Tabla 21. Especificaciones para las arenas en Colombia
Partículas deleznables (%)
3
Pasa tamiz 200 5
Módulo de finura 3.1>M.F>2.3
Material orgánico MO<5
Fuente: (NTC 174, 2000)
67
Tabla 22.Granulometría para una arena triturada.
Fuente: (Agea, 2014)
Masa seca total de muestra (g)
2155 Masa seca inicial después de la lavada./Tamiz N°200 (g)
N° TAMIZ Tamiz Tamiz (mm) Masa retenida (g) % Retenido % Acumulado
- 3" 75 - - -
- 2 1/2 " 63 - - -
- 2" 50 - - -
- 1 1/2 " 37 - - -
- 1" 25 - - - - 3/4" 19 - - -
- 1/2" 12.5 - - -
- 3/8" 9.5 - - -
1 1/4" 6.3 - - -
2 N°4 4.75 269.1 12.5 12.5
3 N°8 2.36 591.6 27.5 39.9
4 N°10 2 - - 39.9
5 N°16 1.18 371.7 17.2 57.2
6 N°30 0.6 196.4 9.1 66.3
7 N°40 0.425 - - 66.3
8 N°50 0.3 227.4 10.6 76.9
9 N°80 0.18 - - 76.9
10 N°100 0.15 103.2 14.1 90.9
11 N°200 0.075 107.6 5 95.9
FONDO - 0.4
Masa seca final después de la gradación(g) 2067.4
68
Gráfica 3.Granulometría para una arena triturada
Fuente: (Agea, 2014)
Tabla 23. Características de la arena triturada.
MÓDULO DE FINURA 3.44
Equivalente de arena 66%
Perdida de agregado fino 4.2
Absorción 2.99
Vacíos suelto (%) 44.04
Vacíos compactado (%) 35.01
Materia Orgánica 1
Índice azul metileno 5
Partículas deleznables (%) 0.136
Pasa tamiz 200 4.1
Fuente: (Agea, 2014)
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Po
rce
nta
je q
ue
pas
a (%
)
Tamiz PORCENTAJE QUE PASA
69
Tabla 24. Granulometría de arena de rio.
Fuente: (Agea, 2014)
Tabla 25. Características de la arena de rio.
MÓDULO DE FINURA 3.01
Pasa tamiz 200 0.8
Fuente: (Agea, 2014)
CRITERIO ET 600-05
N° TAMIZ
Tamiz Tamiz (mm) Masa
retenida (g) % Retenido
% Acumulado
% Pasa % Máximo % Mínimo
- 6" 150 - - - - - -
- 5" 125 - - - - - -
- 4" 100 - - - - - -
- 3" 75 - - - - - -
- 2 1/2 " 63 - - - - - -
- 2" 50 - - - - - -
- 1 1/2 " 37 - - - - - -
- 1" 25 - - - - - -
- 3/4" 19 - - - - - -
- 1/2" 12.5 - - - - - -
- 3/8" 9.5 - - - - - -
1 1/4" 6.3 - - - 100 100 100
2 N°4 4.75 31.3 3.2 3.2 96.8 100 85.0
3 N°8 2.36 156.9 15.9 19.1 80.9 80.0 60.0
4 N°16 1.18 187.1 18.9 38.0 62.0 65.0 45.0
5 N°30 0.6 203.4 20.6 58.6 41.4 55.0 30.0
6 N°50 0.3 264.5 26.8 85.4 14.6 35.0 15.0
7 N°100 0.15 111.6 11.3 96.7 3.3 20.0 2.0
8 N°200 0.075 25.2 2.5 99.2 0.8 5.0 0.0
FONDO - 0.1 0.0 99.2
70
Gráfica 4. Granulometría de arena de rio.
Fuente: (Agea, 2014)
Tabla 26.Granulometría arena lavada cantera Zulia en Cúcuta.
ABERTURA DEL
TAMIZ Masa
retenida (g)
Porcentaje retenido
(%)
Porcentaje retenido
acumulado (%)
Porcentaje pasa (%)
NORMA LIMITES
N° TAMIZ
TAMIZ (mm) Inferior Superior
1 1/2" 12.5 0 0 0 100 100 100 2 3/8" 9.5 2 0.2 0.2 99.8 95 100 3 N°4 4.76 138 14.7 14.9 85.1 85 100 4 N°8 2.38 130 13.8 28.7 71.3 70 97 5 N°10 1.19 138 14.7 43.4 56.6 50 85 6 N°30 0.6 162 17.2 60.6 39.4 25 63 7 N°50 0.3 154 16.4 77 23 8 32 8 N°100 0.15 116 12.3 89.3 10.7 1 11 9 N°200 0.075 80 8.5 97.8 2.2 0 5
FONDO
20 2.1 100 0
Fuente:(CTZ, 2014)
Tabla 27.Características de arena lavada cantera Zulia en Cúcuta
Módulo de finura 3.1
Materia orgánica 3
Humedad (%) 6.38
PH 6
Pasa tamiz 200 2.1
Fuente:(CTZ, 2014)
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Po
rce
nta
je q
ue
pas
a (%
)
Tamiz
Porcentaje que pasa Limite maximo Limite minimo
71
Gráfica 5.Granulometría de arena lavada cantera Zulia en Cúcuta
Fuente:(CTZ, 2014)
Tabla 28. Granulometría arena triturada cantera Zulia en Cúcuta.
Fuente:(CTZ, 2014)
Tabla 29. Características arena triturada cantera Zulia en Cúcuta
Módulo de finura 3
Materia orgánica 3
Humedad (%) 3.09
PH 6
Pasa tamiz 200 6.4
Fuente:(CTZ, 2014)
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Po
rce
nta
je (
%)
Tamiz LIMITE INFERIOR PORCENTAJE QUE PASA LIMITE SUPERIOR
ABERTURA DEL TAMIZ Masa
retenida (g)
Porcentaje retenido
(%)
Porcentaje retenido
acumulado (%)
Porcentaje pasa (%)
NORMA
N° TAMIZ
TAMIZ (mm) Límite Inferior
Límite superior
1 1/2" 12.5 0 0 0 100 100 100 2 3/8" 9.5 0 0 0 100.0 95 100 3 N°4 4.76 122 12.6 12.6 87.4 85 100 4 N°8 2.38 140 14.44 27.0 73.0 70 97 5 N°10 1.19 144 14.83 41.9 58.1 50 85 6 N°30 0.6 164 16.9 58.8 41.2 25 63 7 N°50 0.3 158 16.3 75.1 24.9 8 32 8 N°100 0.15 136 14 89.1 10.9 1 11 9 N°200 0.075 44 4.5 93.6 6.4 0 5
FONDO
62 6.4 100 0
72
Gráfica 6. Granulometría arena triturada cantera Zulia en Cúcuta
Fuente:(CTZ, 2014)
Tabla 30. Comparación especificaciones para el cumplimiento de las arenas
ESPECIFICACIONES NTC174
ESPECIFICACIONES AST C33
Partículas deleznables (%)
3 3
Pasa tamiz 200 5 5-3
Módulo de finura 3.1>M.F>2.3 3.1>M.F>2.3
Material orgánico MO<5
Las normas técnicas Colombianas (NTC) están hechas en base con las normas
publicadas por la American Society for Testing and Materials (ASTM) por lo que
las especificaciones para los materiales son similares, en la Tabla 30 los
estándares para que cumplan las normas para las arenas son iguales en el caso
del porcentaje de material pasa tamiz 200 la norma ASTM permite que si no se da
el dato o si no se dispone de él, se le aplique el 3%.
Por lo anterior y teniendo en cuenta la comparación de las características de las
arenas presentadas con anterioridad frente a las especificaciones dadas por la
normatividad Colombiana y la normatividad Americana la cual es bajo la que se
rige la elaboración del mortero celular se puede decir que Colombia si posee
arenas con las características apropiadas para la elaboración de la misma.
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10
Po
rce
nta
je (
%)
Tamiz POECENTAJE QUE PASA LIMITE SUPERIOR LIMITE INFERIOR
73
3.1.2 Cemento.
Para la elaboración del mortero celular se permite el uso del cemento portland
cuyas especificaciones se encuentran y se explican en la Tabla 31.
Tabla 31.Especificaciones para el cemento
NTC 121 ASTM C1157
ARGOS CEMEX
Fraguado inicial, mínimo (min) 45 45 70 100-180
Fraguado final , máximo (min) 480 420 330 180-260
Expansión en Autoclave (%) 0.8 0.8 0.8 0-0.2
Expansión en agua (%) - 0.02 0.02
Resistencia a la compresión a los 3 días (Mpa)
8 10 21 12.75 - 18.63
Resistencia a la compresión a los 7 días (Mpa)
15 17 28 16.67 - 23.54
Resistencia a la compresión a los 28 días (Mpa)
24 28 36 24.02 - 29.42
En la Tabla 31, por un lado se muestran las especificaciones que posee el
cemento para la elaboración del mortero celular según la normatividad Americana
ASTM C1157. Standard Performance Specification for Hydraulic Cement,
simultáneamente se presenta la comparación de las especificaciones que tiene la
norma Colombiana para este mismo tipo de cemento, en este caso la estandariza
la NTC 121. Especificación de desempeño para cemento hidráulico, para los dos
tipos de cementos presentados tanto el de Argos como el de Cemex, los cementos
cumplen con las especificaciones mostradas en las dos normas.
En la Tabla 32 se muestran las especificaciones que debe tener el mortero, tanto
para las normas americanas como para las normas colombianas, esto sujeto a la
aplicación para la cual se quiera emplear.
Tabla 32.Especificaciones para la resistencia del mortero según las normas NTC 4050 y
ASTM C91
N S M
Resistencia a la compresión a los 7 días (Mpa)
3.5 9 12.5
Resistencia a la compresión a los 28 días (Mpa)
6.2 14.5 20
Fuente: (NTC 4050, 1996)
Para el caso de la NTC 4050 la norma aplica para los tres tipos de cementos
empleados para la preparación del cemento para mampostería
74
3.1.3 Agente espumante
Para el caso del agente espumante en Colombia, no existe normatividad única que
estandarice la producción ni las especificaciones con las propiedades físicas y
químicas. Sin embargo, existen empresas que proveen del producto basándose en
las especificaciones de la normatividad Americana ASTM C796 Standard test
method for foaming agents for use in producing celular concrete using preformed
foam,
En Colombia una de las principales empresas que distribuyen este tipo de agente
espumante es la empresa Euclid Chemical Toxement, esta maneja dos tipos de
agentes espumantes.
El primero se denomina EUCOCELL 1000: Más que una espuma es un
aditivo líquido diseñado para la fabricación de morteros fluidos, con altos
contenidos de aire, baja densidad y resistencia a la compresión (Toxement,
2014), en la Tabla 33 se encuentran algunas de las propiedades que
maneja Toxement para este producto.
El segundo se denomina EUCOCELL 200. Este a diferencia del primero,
está diseñado para la fabricación de mezclas cementicias fluidas, con
contenidos de aire ocluidos estabilizados, de baja densidad y resistencia a
la compresión (Toxement, 2014), en la Tabla 34 se encuentran algunas de
las propiedades que maneja Toxement para este producto.
Tabla 33. Información técnica EUCOCELL 200
Apariencia Liquido
Color Rojo
Densidad (Kg/l) 1.05 +/- 0.005
Contenido de cloruros Ninguno
Contenido de azucares
Ninguno
Fuente: (Toxement, 2014)
Tabla 34. Información técnica EUCOCELL 1000
Apariencia Liquido
Color Transparente
Densidad (Kg/l) 1.04 +/- 0.01
PH 7 +/- 1
Contenido de cloruros Ninguno
Fuente: (Toxement, 2014)
75
A pesar de que Colombia no maneja una norma específica para este tipo de
aditivos, si existe una bajo la cual están normalizados los aditivos incorporados en
el concreto, en la Tabla 35 se muestran las condiciones que debe cumplir un
concreto con algún tipo de aditivo incorporador de aire.
Tabla 35.Especificaciones para aditivos incorporadores de aire para concreto.
Exudación No debe exceder la del concreto preparado con el aditivo de
referencia en más del 2%
Tiempo de fraguado No debe diferir en +/- 1h y 15min del concreto preparado con el aditivo de
referencia.
Resistencia a la compresión
No debe ser menor que el 90 % de la un concreto similar, esto aplica para
un concreto de cualquier edad.
Fuente: (NTC 3502, 1993)
Es importante aclarar que el agente espumante que se emplea en Colombia es
sintético y que no se aplica de forma directa sobre la mezcla, este necesita
obligatoriamente de la máquina para generar la espuma y de esta forma ser
incluido a la mezcla.
3.2 Disponibilidad de tecnologías necesarias para la producción de mortero
celular en Colombia
De acuerdo a la tecnología necesaria para la producción de mortero celular, se
presentan algunos equipos como la maquina generadora de mortero celular,
máquina generadora de espuma y mezcladora con bomba neumática. Para esta
investigación se tienen disponibles cinco proveedores de diferentes países los
cuales nos presentan los equipos que en el momento tienen disponibles, su ficha
técnica y precios.
La máquina generadora de espuma la cual es indispensable para la producción de
mortero celular no existe actualmente en el mercado nacional, por lo tanto para
implementar esta tecnología en Colombia es necesario importarla, al igual que las
otras máquinas que hacen parte del proceso de producción de este tipo de
76
mortero, como lo es la maquina generadora de mortero celular y la mezcladora
con bomba neumática.
En términos generales gran parte de la maquinaria necesaria para fabricar mortero
celular tiene que ser importada de países como México, Argentina, Brasil e Italia, y
según el tipo de proveedor depende el acuerdo de compra que se realice, es decir,
si el precio de la maquina incluye el traslado a donde se requiera la maquina en
Colombia y la nacionalización de la misma. En el caso en que el proveedor de la
maquinaria no se encargue de ingresarla y legalizarla en el país (Colombia), se
debe identificar el tipo de aranceles e impuestos de importación que sean
pertinentes, lo cuales se clasifican principalmente en el tipo de maquinaria y los
acuerdos o tratados de importación que Colombia tenga con el país de origen de
la maquinaria.
A continuación en la Tabla 36 se muestran los códigos arancelarios para cada
equipo y sus respectivos impuestos.
Tabla 36. Código arancelario e impuesto de las máquinas.
Maquina Código arancelario Arancel IVA
Maquina generadora de mortero celular 84.74.31.10 0% 16%
Maquina generadora de espuma 84.14.30.99 0% 16%
Mezcladora con bomba neumática 84.13.19.00 0% 16%
Nota: datos suministrados por la empresa SERINCE S.A
3.3 Posibles aplicaciones en Colombia del mortero celular de acuerdo a la
normatividad nacional
En Colombia es muy limitado el uso que se le ha dado al mortero celular debido al
poco conocimiento sobre este y, mayormente como adaptar este tipo de mortero a
las especificaciones Colombianas para sus diversos usos.
En la Tabla 37 se encuentran las resistencias que deben tener los bloques de
mortero según la NTC 3356, esto dada las recomendaciones para la elaboración
de casas establecidos en la NSR -10 en el titulo D.
77
Tabla 37.Especificaciones unidades de bloque de mortero.
TIPO DE MORTERO
RESISTENCIA A LA COMPRESION
(Mpa)
RETENCION MINIMA DE AGUA
(%)
M 17.5 75
S 12.5 75
N 7.5 75
Fuente: (NTC 3356, 2000)
En la Tabla 38 y en la Tabla 39 se muestra según la normatividad Colombiana las
condiciones bajo las cuales deben clasificar los morteros para cumplir con los usos
establecidos en ella, esto teniendo en cuenta que cada área de la construcción
está bajo modificaciones según la necesidad de resistencia que se requiera para
cierto tipo de obras especiales.
Tabla 38. Tipos de mortero recomendados para cada una de las aplicaciones según
normatividad Colombiana.
TIPO DE MORTERO
LOCALIZACION PARTE DE LA CONSTRUCCION
RECOMENDADO
ALTERNATIVA
Exterior , arriba del nivel de
terreno
Muro portante N S o M
Muro no portante O (B) N o S
Antepecho N S
Exterior, a nivel o por debajo del
nivel de terreno
Muro de fundación S (C ) M o N (C )
Muro de contención
Pozos de inspección
Pavimentos
Caminos y patios.
Interior Muro de carga tabiques no portantes
N S o M
Tabiques no portantes O N
Interior o exterior Reparación o acabado
Fuente: (NTC 3329, 2004)
B: El mortero tipo O es recomendado para ser usado cuando la mampostería no
tiene riesgos de congelamientos, cuando se satura o cuando no va a estar sujeto a
fuertes vientos o a otras cargas laterales significativas. El mortero tipo N o S debe
ser usado en otros casos.
C: La mampostería expuesta a condiciones ambientales en usan superficie
nominal horizontal extremadamente vulnerable a la alteración por exposición a la
intemperie. El mortero para dicha mampostería debe ser seleccionado con debida
precaución.
78
Tabla 39.Requerimientos para el contenido de aire y resistencia para los diferentes tipos de
morteros.
MORTERO Tipo Resistencia a la compresión
(Mpa)
Mínimo de retención de
agua (%)
Máximo aire
contenido (%)
Cemento - cal M 17.2 75 12
S 12.4 75 12
N 5.2 75 14 ( C)
O 2.4 75 14 ( C)
Mortero M 17.2 75 12
S 12.4 75 12
N 5.2 75 14 ( C)
O 2.4 75 14 ( C)
Cemento de mampostería
M 17.2 75 18
S 12.4 75 18
N 5.2 75 20(D)
O 2.4 75 20(D)
Fuente: (NTC 3329, 2004)
C: Cuando el refuerzo estructural esta embebido a un mortero de cemento-cal, el
máximo contenido de aire debe ser 12%.
D: Cuando el refuerzo estructural esta embebido en un mortero de cemento con
mampostería, el máximo contenido de aire debe ser 18%.
En la Tabla 39, según la normatividad Colombia se muestran las especificaciones
que debe tener un mortero que dentro de sus materiales contenga aditivos
incorporadores de aire, sin embargo para la comparación del mortero celular frente
a las especificaciones Colombianas es permitido realizarlo directamente con el del
cemento según sus aplicaciones.
79
Tabla 40.Aplicaciones y tipos de mortero, y su resistencia mínima de acuerdo a la NTC 3329
Aplicación Tipo de cemento
Max resistencia a la compresión
(Mpa) Muro portante N 5.2
Muro no portante O (B) 2.4
Antepecho N 5.2
Muro de fundación S (C ) 12.4
Muro de contención S (C ) 12.4
|Pozos de inspección S (C ) 12.4
Pavimentos S (C ) 12.4
Caminos y patios. S (C ) 12.4
Muro de carga tabiques no portantes
N 5.2
Tabiques no portantes O 2.4
Tabla 41.Tabla de resumen resistencias máximas según literatura.
Autor Max resistencia a la compresión (Mpa)
Narayanan & Ramamurthy
8.5
McCormick 1.8 -17.6
Tam et al. 1.81-16.72
Regan y Arasteh
4-16
Hunaiti 12.11
Kaersley y Booyens
1.8-19.9
Jones y McCarthy
20-43
En la Tabla 41 se muestra de manera resumida las resistencias que deben ser
adquiridas por el mortero según sea el uso que se le valla a dar, esto teniendo en
cuenta la norma NSR-10 y las especificaciones para los morteros de la NTC 3329,
en la Tabla 41 se muestra un resumen a lo largo de toda literatura investigada de
las resistencias más altas a las que puede ser diseñado el mortero celular , esto
con el fin de compararlo con las resistencias exigidas en Colombia y realizar el
comprobante de que se puede emplear esta tecnología como material para las
aplicaciones presentadas en la Tabla 40.
80
4 Análisis de costos
4.1 Costos a nivel mundial de la tecnología necesaria para la producción de
mortero celular.
Al generar una comunicación directa con los fabricantes de las máquinas
necesarias para la producción de mortero celular, se lograron evidenciar los
diferentes precios para la máquina generadora de mortero celular, máquina
generadora de espuma, mezcladora con bomba neumática y el agente
espumante.
La máquina generadora de mortero celular se encuentra en un rango de precio
entre $ 43’750.000 COP y $ 106’570.816 COP, la maquina generadora de espuma
con un valor de $ 20’000.000 COP, la mezcladora con bomba neumática con un
precio de $ 34’500.000 COP, estos dos últimos precios según Grupo Concretos
Celulares como única empresa cotizada para estos equipos, por último el agente
espumante que varía en su precio desde $ 3.000 COP hasta $ 20.000 COP. Hay
que tener en cuenta que los precios de todas estas maquinarias a excepción de
los equipos de GRUPOS CONCRETOS CELULARES son en sus respectivos
países, es decir, no está incluido el flete de la maquinaria e impuestos de
importación. La Tabla 42 muestra en resumen los precios de las máquinas y el
agente espumante con sus respectivas empresas y país de procedencia.
Tabla 42. Precios de maquinaria y agente espumante en otros países.
Empresa País
Maquina generadora de mortero celular
[und]
Maquina generadora de espuma [und]
Mezcladora con bomba neumática
[und]
Agente espumante
Grupo Concretos Celulares
Brasil
Brasil
$ 20'000.000 $ 34'500.000 $ 20.000
[Kg]
Concellmex México $ 50'045.277
$ 9'128.272
$ 9.600 [Lt]
$ 82'513.867
Laston Italiana SPA
Italia $ 47'217.591
$ 3.300 [Kg]
Turbosol Argentina $ 112'293.340 [Incluye bomba
neumática]
81
Nota: la tasa representativa del mercado usada para calcular los precios de la
tabla anterior fue de $ 2165.15, la cual corresponde a la proyección de la primera
semana de diciembre.
Según la agencia de aduanas SERINCE S.A, los precios de la maquinaria y el
agente espumante en Colombia son los mostrados en la Tabla 43. Los precios
fueron calculados teniendo en cuenta diferentes factores como impuestos, gastos
logísticos, agente de aduana, acarreos internos e imprevistos.
Tabla 43. Precios de maquinaria y agente espumante en Colombia.
Empresa Pais
Maquina generadora de mortero celular
[und]
Maquina generadora de espuma [und]
Mezcladora con bomba
neumática [und]
Agente espumante
Grupo Concretos Celulares
Brasil
Brasil
$ 20'000.000 $ 34'500.000 $ 20.000
[Kg]
Concellmex México $ 68'908.273
$ 13'073.199
$ 16.410 [Lt]
$ 112'355.729
Laston Italiana
SPA
Italia $ 66'695.112
$ 7.130 [Kg]
Turbosol Argentina $155'142.877
[Incluye bomba neumática]
Nota: la tasa representativa del mercado usada para calcular los precios de la
tabla anterior fue de $ 2165.15, la cual corresponde a la proyección de la primera
semana de diciembre.
Lo primero que se debe evaluar para determinar la maquinaria necesaria para
elaborar mortero celular es la demanda de este material, es decir, si se conoce la
cantidad de mortero celular requerido, se logra establecer puntualmente las
especificaciones técnicas que deben tener los equipos involucrados en la
elaboración de este tipo de mortero, de tal manera que no se generen sobrecostos
en el metro cubico de mortero celular producido.
En base a lo anteriormente explicado, es importante para la elaboración del
presente documento determinar la diferencia de costos entre las diferentes
maquinas presentadas en la Tabla 43, ya que dependiendo del país de origen de
82
cada equipo el costo del mismo puede presentar variaciones. Situación similar
ocurre con las especificaciones técnicas de los equipos, debido a que si el equipo
es más sofisticado y productivo el valor tiende a ser superior. Por ejemplo, la
maquina generadora de espuma como se muestra en X presenta una diferencia
aproximada de $ 7’000.000 COP, lo cual se debe a que el equipo de menor precio
proveniente de México no posee el compresor de aire que requiere para trabajar
mientras que la maquina proveniente de Brasil si cuenta con este equipo.
Por otra parte, la maquina generadora de mortero celular presenta una diferencia
considerable en su precio de aproximadamente $ 86’000.000 COP. El precio de la
maquina está sujeto a la productividad y dimensiones de la misma, como se
mencionó la maquina generadora de mortero celular cuenta con el generador de
espuma y la mezcladora, ya que la maquina se encarga directamente de dosificar
los materiales. La gran brecha que presenta el costo de la maquina generadora de
mortero celular se debe a que el equipo proveniente de Argentina tiene un costo
de $ 155’142.877 COP, esta cuenta con una bomba neumática la cual facilita la
colocación del mortero celular en obra.
4.2 Comparación de costos con productos similares en Colombia.
El objetivo de este subcapítulo es determinar aproximadamente el precio por
metro cubico del mortero celular en Colombia, teniendo en cuenta los diseños de
mezcla establecidos en el numeral 2.4 del presente documento. Para esto se
investigaron los precios de productos similares al mortero celular los cuales este
podría reemplazar. En la Tabla 44 se muestra el precio del mortero seco por metro
cubico, el cual varia respecto a su resistencia a compresión.
Tabla 44. Precio por metro cubico del mortero seco
Empresa Resistencia a
compresión [Mpa] Precio por
metro cubico
7.35 $ 296.475
Cemex Colombia
12.26 $ 315.534
17.16 $ 332.475
83
Tabla 45. Precio del mortero celular con generadora de espuma
Resistencia a compresión [Mpa]
Precio por metro cubico
7.35 $270.573
12.26 $346.019
17.16 $366.574
Tabla 46. Precio del mortero celular con maquina generadora de mortero celular
Resistencia a compresión [Mpa]
Precio por metro cubico
7.35 $259.087
12.26 $334.533
17.16 $355.088
Teniendo en cuenta que el precio por metro cubico del mortero celular varía de
acuerdo a su resistencia, se estimaron los precios para este produciéndolo por
medio de la maquina generadora de espuma y la maquina generadora de mortero
celular. En el primer caso, para el precio del mortero celular teniendo en cuenta la
maquina generadora de espuma como se muestra en la Tabla 45 se tuvieron en
cuenta ítems como materiales necesarios (cemento, agua, arena y espuma),
mezcladora, maquina generadora de espuma, oficial y ayudante. Para el segundo
caso visto en la Tabla 46, se tuvieron en cuenta los mismos materiales pero ya
que la maquina generadora de mortero celular incluye el generador de espuma y
se dosifica de acuerdo a la densidad requerida solo es necesario que participe un
operario. Los precios utilizados para el cálculo fueron obtenidos de Construdata.
El comportamiento de precios para el mortero celular se debe a la cantidad de
materiales usados para cada resistencia, es decir, a mayor resistencia, mayor
densidad y por lo tanto aumenta la cantidad de cemento, arena y agua, también a
este se le atribuye la inversión de la maquinaria usada, para la maquina
generadora de espuma se tuvo en cuenta $ 1.000 COP por metro cubico y para la
maquina generadora de mortero celular $ 4.000 COP. Para observar de manera
más clara la diferencia en el costo del mortero celular para diferentes resistencias
se muestra la Grafica 7. A pesar de que el costo del mortero celular está por
encima del mortero convencional para algunas resistencias es importante resaltar
que este material debido a su auto compactación no requiere de un personal que
al colocarlo lo nivele o lo compacte mientras que el mortero convencional a pesar
de su menor precio si requiere de una cuadrilla adicional para su instalación.
84
Grafica 7. Comparación de precios del mortero celular.
$100.000
$150.000
$200.000
$250.000
$300.000
$350.000
$400.000
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0
PR
ECIO
[C
OP
]
RESISTENCIA [MPA]
Mortero convencional
Mortero Celular-Generador de espuma
Mortero celular - Maquina generadora de mortero celular
85
5 Conclusiones y recomendaciones
La construcción es uno de los principales sectores contribuyentes al producto
interno bruto del país, sin embargo de acuerdo con lo establecido a lo largo del
documento, todavía existen limitantes para el desarrollo de innovaciones en el
sector como por ejemplo nuevos materiales que mejoren la eficiencia de los
sistemas constructivos.
Ahora bien como el objetivo principal de este trabajo de grado es analizar la
viabilidad del uso de mortero celular en Colombia a partir de la revisión del estado
del arte, se tuvieron en cuenta factores que determinarán la viabilidad de esta
tecnología en Colombia como lo son los costos involucrados para el proceso de
elaboración y colocación, así como la normatividad y las especificaciones
necesarias para las diferentes aplicaciones.
Con base en los resultados obtenidos se logró determinar que es viable el uso de
mortero celular en Colombia debido a que su precio no varía considerablemente
en cuanto al convencional pero si son muchas las ventajas que este traería al
gremio constructor. Aunque en este estudio no se tuvo en cuenta la mano de obra
requerida para esta actividad, de acuerdo con lo establecido en el estado del arte
es posible concluir, que no representa valores altos ya que el mortero celular es
autocompactante y no requiere una nivelación posterior a su colocación. Además
de esto, puede representar ventajas adicionales como son reducir el peso muerto
de la estructura debido a su baja densidad.
En cuanto a la disponibilidad de materiales necesarios para la fabricación de
mortero celular descritos con anterioridad en el capítulo 3.1, es posible concluir
que en Colombia se encuentra la arena, el cemento y el agente espumante,
cumpliendo los anteriores con las especificaciones descritas en las normas
técnicas colombianas (NTC) analizadas con anterioridad en el capítulo
correspondiente. Por otra parte la revisión del estado el arte incluye diferentes
diseños de mezcla para el mortero celular en los cuales no es muy clara la
dosificación de la espuma debido a que no se ha establecido de manera puntual la
cantidad que produce cierta cantidad de aditivo, como recomendación se plantea
un estudio que muestre de manera precisa la cantidad de aditivo que se debe usar
por metro cúbico de mortero celular de acuerdo a la cantidad de espuma que se
requiera para obtener una densidad específica. En el presente estudio este agente
espumante se cuantificó de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.
86
Para hacer posible la producción del material es necesaria la máquina generadora
de espuma o bien sea la máquina generadora de mortero celular, la cual
actualmente no es comercializada en Colombia pero es posible su importación,
para esto se recomienda hacer un estudio detallado de la demanda de mortero
celular para así poder determinar qué tipo de maquinaria se requiere teniendo en
cuenta su productividad sin generar sobrecostos, ya que como se estableció en el
documento dependiendo de las especificaciones técnicas del equipo el precio de
este podría variar considerablemente.
De igual forma en el capítulo 3.3 Posibles aplicaciones en Colombia del mortero
celular de acuerdo a la normatividad nacional, múltiples aplicaciones encontradas
en el estudio del estado arte son viables en Colombia, cabe resaltar que existen
normas específicas para ciertos tipos de áreas en la construcción diferentes a la
NTC, por ejemplo, las especificaciones para el área de pavimentos son las normas
del Instituto de desarrollo urbano (IDU), las especificaciones para el diseño de
acueducto y alcantarillado según la empresa de acueducto y alcantarillado de
Bogotá (EAAB) son las normas sistec (NS), en las cuales se es flexible o en su
defecto no posee restricción alguna para las resistencias solicitadas para cada
aplicación en específico descritas en el capítulo 2.6, estas son directamente
responsabilidad del criterio del ingeniero a cargo del proyecto, como
recomendación sería conveniente elaborar ensayos de laboratorio previos a la
implementación de mortero celular en diferentes obras para confirmar que este
material si cumple los requisitos técnicos teniendo en cuenta nuestra normatividad.
87
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