TEMAS: Empleo de la Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar (CBCA) como Sustituto Porcentual del Agregado Fino en la

Elaboración de concreto Hidráulico

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚDEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL

ALUMNO : Tony Fernando Sandoval Pinedo

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAa). Antecedentes y formulación del problema

El concreto se puede definir como un material compuesto que consiste en un medio de enlace dentro del cual se embeben partículas o fragmentos de agregado, para ello se utiliza un cemento hidráulico, agua, triturado y arena.

Por su condición de estar constituido por materiales abundantes a lo largo del planeta, de fácil obtención, económico y de uso muy difundido y aceptado, es difícil pensar en alternativas viables, al menos en un futuro próximo, que modifiquen sensiblemente el consumo de cemento y agregados.

Es dentro de este contexto que aparece la Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar (CBCA), la cual es un subproducto no metálico obtenido de la fabricación de azúcar. Su composición química tiene propiedades similares a la del cemento Portland, lo cual la hace un material de desecho altamente interesante para su uso de la fabricación del concreto, el cual en esta investigación va hacer utilizada como agregado fino (arena).

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAb). JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Se sabe que la durabilidad del concreto está ligada a la durabilidad individual de sus componentes y de estos, los áridos son los señalados como principales modificadores de esta.

La importancia de obtener concreto de resistencia estable, de durabilidad óptima, con las proporciones adecuadas dependiendo de la proveniencia del agregado, debido a que muchos de los bancos de materiales no cuentan con la calidad suficiente para fabricar un concreto con las características requeridas.

Por lo cual la razón principal del enfoque de esta investigación, es la implementación de la ceniza de bagazo de caña de azúcar (CBCA), como sustituto porcentual de árido fino en la elaboración de concreto, la cual ya se ha estudiado anteriormente en sustitución de cemento dando resultados favorables.

II. OBJETIVOSa). General

Evaluar el comportamiento mecánico y físico de un concreto hidráulico, influenciado por la sustitución porcentual del agregado fino, por un desecho agroindustrial como lo es la ceniza de bagazo de caña

de azúcar (CBCA.), proveniente del ingenio la Concepción, Ver., con relación a un concreto convencional.

b). Específicos

1. Desarrollar mejores características en la creación del concreto, Incrementando las resistencias mecánicas y de durabilidad haciendo uso de materiales de desecho agroindustrial, como la CBCA, en sustitución porcentual del árido fino.

2. Analizar la influencia que puede ejercer el diferente criterio de sustitución utilizado para remplazar los áridos finos convencionales, por la CBCA como árido sobre las propiedades del concreto diseñado.

3. Evaluar con base a los resultados obtenidos de las probetas, la factibilidad alternativa de utilizar la CBCA como sustituto de árido fino para concreto.

4. Reciclar un producto agroindustrial y darle uso en el área de la construcción como sustituto de árido fino (arena) en la fabricación del concreto.

III. HIPÓTESISHo: Es factible elaborar concreto hidráulico con características físicas y mecánicas adecuadas, empleando Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar (CBCA) como Sustituto Porcentual del Agregado Fino

Hi: No es factible elaborar concreto hidráulico con características físicas y mecánicas adecuadas, empleando Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar (CBCA) como Sustituto Porcentual del Agregado Fino

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION.

Origen y distribución de la materia prima

Actualmente en el ámbito de la construcción el concreto es uno de los materiales existentes con mayor demanda debido a la diversidad que este presenta. El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une los agregados, normalmente arena y grava, los cuales conforman el cuerpo del material, creando una masa que al endurecer forma una roca artificial.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICAANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION.

GENERALIDADES

El concreto es un material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento Portland, agua, agregados fino y grueso, y en algunos casos por aditivos.

Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos.

Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total del concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del concreto.

El diseño de las mezclas de concreto se basará en la relación agua-cemento necesaria para obtener una mezcla plástica y manejable según las condiciones específicas de colocación de tal manera que se logre un concreto de durabilidad, impermeabilidad y resistencia

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICACARACTERÍSTICAS.

ANTECEDENTES DEL CEMENTO

ORIGEN

CENIZA CALCINADA

VIENE

CAL PIEDRA CALIZA

CAL COMUN CAL HIDRAULICA

SÍLICE

ACTIVA

ALÚMINA

En 1860-1880 Le Chatelier investigo acerca del peso específico del cemento, Vicat acerca del fraguado, Abrahams acerca de la relación agua cemento, en USA se encuentra la PCA (asociación de Cemento Portland), en Suiza se encuentra las casas de aditivos (Sika y Toxement). En Mexico tenemos las cementeras: Cemex, Apasco, Cementos Cruz Azul, Moctezuma, Anahiac, Grupo Cementos de Chihuahua, entre otras.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICACARACTERÍSTICAS.

FABRICACION

Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio. Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. Durante esta reacción, llamada hidratación, el cemento se combina con agua para formar una pasta endurecida.

Los componentes básicos para la fabricación del cemento portland son el óxido de calcio, óxido de sílice, alúmina y el óxido de hierro. La materia prima necesaria para tener las cantidades correctas de los componentes básicos es una mezcla de materiales calcáreos (piedra caliza) y arcillosos.

HOMOGENIZACION

CLINKERIZACION ENFRIAMIENTO EMPAQUE Y

DISTRIBUCION

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA GRANULOMETRÍA DEL ÁRIDO FINO

La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un árido tal como se determinan por el análisis granulométrico. El tamaño de partícula del árido se determina por medio de mallas con abertura cuadrada. Las siete mallas para agregado fino, tienen aberturas que varían desde la malla No. 4 hasta la No. 200. Las trece mallas para el agregado grueso tienen aberturas que varían desde 3/8” hasta 4”.

Abertura de la Malla % Retenido acumulado límite inferior

% Retenido acumulado límite superior

No. 4 0 5No. 8 0 20

No. 16 15 50No. 30 40 75No.50 70 90

No. 100 90 98No. 200 100 100

Tabla 1. Límites granulométricos especificados para el árido fino, de acuerdo a la norma (NOM-C -111-ONNCCE).

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SUSTANCIAS NOCIVAS

La cantidad de sustancias nocivas en el agregado fino no excederá los límites.

En el caso de la arena artificial, si el material más fino que el de la malla 200 consiste en polvo de fractura, esencialmente libre de arcilla o esquisto, estos límites pueden incrementarse en 5 y 7% respectivamente.

Sustancia Porcentaje máximo en peso del total de la muestra

Arcilla y partículas disgregables 3.0 Material más fino que el tamiz 200 Concreto sujeto a abrasión Cualquier otro concreto

3.0A* 5.0A

Carbón y lignito: Cuando la apariencia del concreto es de importancia Cualquier otro concreto

0.5 0.1

Tabla 2. Límites de porcentajes de sustancias nocivas.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA IMPUREZAS ORGÁNICAS

La materia orgánica que se presenta en los agregados, especialmente en los finos consiste en tejidos animales y vegetales que están principalmente formados por carbono, nitrógeno y agua. Este tipo de materia al encontrarse en grandes cantidades afectan en forma nociva las propiedades del concreto, como la resistencia, durabilidad y buen desarrollo del proceso de fraguado.

El contenido de impurezas orgánicas se determina por medio de la prueba colorimétrica.Los agregados sujetos a la prueba de impurezas orgánicas y que produzcan un color más oscuro que el habitual deberán ser rechazados.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA MÓDULO DE FINURA

El módulo de finura denota la finura relativa de la arena, se define como una centésima de la suma de los porcientos retenidos acumulados hasta la malla #100 en la prueba de tamices de la arena. Es decir, es el índice aproximado que nos describe en forma rápida y breve la proporción de finos o de gruesos que se tiene en las partículas que lo constituyen. TIPO DE ARENA MÓDULO DE FINURA

Gruesa 2.9 – 3.2 gramos Media 2.2 – 2.9 gramos Fina 1.5 – 2.2 gramos Muy fina 1.5 gramos Tabla 3 Clasificación de la arena por módulo de finura

ÁRIDO GRUESO

El árido grueso consiste básicamente en grava, grava triturada, roca triturada, escoria de hornos de explosión, concreto de cemento hidráulico triturado o una combinación de lo anterior, de acuerdo con los requerimientos que estable esta norma (C-33).

ABERTURA DE LA MALLA

% RETENIDO ACUMULADO LIMITE INFERIOR

% RETENIDO ACUMULADO LIMITE SUPERIOR

1” 95 100¾” 60 80½” 25 603/8” 10 35No. 4 0 10

 

Tabla 4 Rangos óptimos de las diferentes gradaciones que conforman el árido

grueso, de acuerdo a la norma NMX-CC-111 “Especificaciones de los agregados”.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA PROCESO DE ELABORACIÓN y SISTEMA DE EXPLATACION

CANTERAS EN

TERRENOS HORIZONTAL

ES

• Las labores se inician en trinchera, hasta alcanzar la profundidad del primer nivel, ensanchándose a continuación el hueco creado y compaginando este avance lateral con la profundización.

COMO VENTAJAS DE ESTE TIPO DE

EXPLOTACIONES FIGURAN

• Permiten la instalación de un sistema de cintas transportadoras

COMO DESVENTAJAS

SE PRESENTAN

• La necesidad de efectuar el transporte ascendente de materiales y por tanto, contra pendiente.

• Mayor costo de dimensionamiento de sistemas de drenaje y bombeo.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA EFECTOS AMBIENTALES

MEDIO NATURAL EFECTO Aire calidad, gases, polvos,

contaminación sonora Suelo destrucción de suelos, erosión,

calidad, permeabilidad Agua calidad, contaminación de

acuíferos, inundaciones, cambio en los flujos de los caudales, interrupción de flujos de aguas subterráneas

Flora diversidad, especies endémicas, especies amenazadas o en peligro, estabilidad

Fauna destrucción directa, destrucción del hábitat, diversidad, especies endémicas o en peligro de extinción, estabilidad del ecosistema, cadenas tróficas, movimientos locales

Medio perceptual elementos paisajísticos, vistas panorámicas, naturalidad, cambios en las formas del relieve

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICAPRODUCCIÓN DE LA CAÑA DE AZÚCAR

La caña de azúcar es originaria de Nueva Guinea, de donde se distribuyó a toda Asia. Los árabes la trasladaron a Siria, Palestina, Arabia y Egipto, de donde se extendió por África. Colón la llevó a las islas del Caribe y de ahí pasó a América tropical.

PROCESO DE PRODUCCION

preparación del

terreno(arando la tierra)

corte y recolección muestreo pesado almacenamiento lavado de

caña

picado Extracción de jugo maceración

El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a una bagacera para que seque y luego se va a las calderas como combustible, produciendo el vapor de alta presión que se emplea en las turbinas de los molinos. La caña de azúcar se encuentra dentro del grupo más eficiente de convertidores de la energía solar que existen.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA (CBCA)

La caña de azúcar ha sido sin lugar a dudas uno de los productos de mayor importancia para el desarrollo comercial del continente americano y europea. El azúcar se consume en todo el mundo, puesto que es una de las principales fuentes de calorías en las dietas de todos los países. Lo cual provoca que el desperdicio se genere de manera importante (bagazo de caña).

La composición de la ceniza varía según la edad de la caña y edad, tipo de suelo y cantidad de fertilizantes.

La cantidad de ceniza en el bagazo depende de la influencia de los suelos que como material extraño se haya recogido durante la cosecha y del clima, sobre el rendimiento de la caña ya que ambos factores tienen un efecto significativo sobre la producción (Sánchez Aymaral). El contenido de ceniza de bagazo se considera moderado, en condiciones de poca lluvia son entre el 2% y el 4% del bagazo total. Un contenido superior al cinco por ciento en época de lluvia puede elevarse de manera considerable llegando a reportar valores extremos del 12 al 15%.

IV. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA (CBCA)

Composición Química de Cenizas de Bagazo de Caña de Azúcar (varios investigadores) Compuesto Investigadores Martirena Ganesan Oliveira SiO2 72.74 64.15 83.77 Al2O3 5.26 9.05 - Fe2O3 3.92 5.52 6.53 TiO2 0.32 - 1.16 CaO 7.99 8.14 1.18 MgO 2.78 2.28 - SO3 0.13 0.68 K2O 3.47 1.35 6.146 Na2O 0.84 0.92 P2O5 1.59 Perdida por ignición 0.77 4.9

Tabla 6 Composición química de cenizas de bagazo de caña de azúcar realizada por varios investigadores .

V. MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALES

Los materiales que se utilizarán se indican a continuación:

CEMENTO PORTLAND COMPUESTO (CPC) MATERIALES ÁRIDOS

• CARACTERIZACIÓN DEL ÁRIDO FINOo Porcentaje de absorcióno Masa específica saturada y superficialmente seca o Masa específica aparente seca (mes):

• CARACTERIZACION DEL ÁRIDO GRUESO Masa específica saturada y superficialmente seca

• MATERIALES AGROINDUSTRIALES DE SUSTITUCIÓN CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA (CBCA)

V. MATERIALES Y MÉTODOS METODOS

El proporciona miento de una mezcla es el proceso el cual consiste en calcular las cantidades de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Existen diferentes métodos de Diseños de Mezcla, algunos pueden ser muy complejos, como consecuencia a la existencia de diversos factores de los que dependen los resultados de dichos métodos, aun así se desconoce el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo existe la posibilidad de seleccionar alguno según sea la ocasión.

MATERIAL CARACTERÍSTICAS Cemento Tipo I (CPC 30 R cemento portland compuesto clase

30 resistencia rápida.) Grava Tamaño nominal ¾ (19mm)

Peso especifico seco en horno = 1283.3 kg/m3 % de absorción = 0.456 Peso volumétrico varillado = 2471.4 kg/m3

Arena Modulo de finura 2.7 Peso especifico seco en horno = 2660 kg/m3 % de absorción = 0.38

Agua Libre de sólidos en suspensión, sin olor Tabla 7.- Características de los materiales Material

V. MATERIALES Y MÉTODOS MÉTODO ACI PARA DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

El método de volúmenes absolutos consiste en una serie de pasos a seguir que a continuación se muestran: A) Condiciones y especificaciones:  B) Relación agua/cemento.  C) Tamaño del agregado grueso  D) Selección del revenimiento  E) Cálculo del agua de mezclado y el contenido de aire  F) Cálculo del contenido de cemento  H) Cálculo del contenido de agregado fino

V. MATERIALES Y MÉTODOS ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS DE ENSAYO

Para la elaboración de las probetas de concreto se utilizaron moldes cilíndricos de lámina rígida, con dimensiones de 15cm de diámetro y 30cm de altura, se limpiaron de tal forma que se les quitara los residuos para evitar la contaminación del concreto, así, como las imperfecciones que puedan generar en las probetas.

COLADO DE LAS PROBETAS

Una vez ya formada la mezcla para evitar la segregación, se depositó el concreto mezclado por la revolvedora en una carretilla limpia y húmeda, Inmediatamente se inició con el llenado de los moldes, siguiendo las especificaciones que establece la norma ASTM C31”Elaboración y curado en obra de especímenes de concreto para pruebas de compresión”. Así como para las pruebas de caracterización de concreto fresco.

CURADO DE LAS PROBETAS

El curado consiste en el mantenimiento de contenidos de humedad y de temperaturas satisfactorios en el concreto durante un periodo definido inmediatamente después de la colocación y acabado, con el propósito que se desarrollen las propiedades deseadas. Al mezclar cemento Portland con agua, se lleva acaso la reacción química denominada hidratación.

V. MATERIALES Y MÉTODOS ENSAYOS PRACTICADOS AL CONCRETO ENDURECIDO

1. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE Las mezclas de concreto se pueden diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura.

2. MÉTODO DE PRUEBA DE PERMEABILIDAD PARA EL CONCRETOLa permeabilidad, es la propiedad del concreto de poseer una baja permeabilidad a los fluidos; es una condición necesaria para el buen desempeño y durabilidad de las estructuras.

3. ENSAYO DE ABSORCIÓN CAPILARLa metodología de este ensayo se debe a la propuesta de Fagerlund, sustentada en la normativa sueca la cual describe la cinética de la absorción capilar de mortero y concretos a través de tres coeficientes. m = Resistencia a la penetración del agua. K = Coeficiente de absorción capilar. Єe = Porosidad efectiva.

4. ENSAYO DE ABSORCION DE AGUA (% DE ABSORCIÓN TOTAL)5. ENSAYO DE POROSIDAD

VI. CRONOGRAMA

ACTIVIDADESMESES

1 2 3 4 5    1.Investigación bibliográfica X X X X X    2. Ensayos y caracterización de la materia prima

X X          

3. Recoleccion de la materia primaa   X X        

4. Pruebas de evaluación de propiedades   X X X      5. Pruebas para determinación de propiedades físicas y mecánicas de las probetas

   X X X

   

6. Proceso de la información y tabulación de datos

X X X X   X  

7. Análisis de resultados, conclusiones y recomendaciones

    X X   X  

8. Elaboración del informe de tesis       X X X X

9. Sustentación         X   X

Cuadro 6. Cronograma de actividades del proyecto investigación.

VII. PRESUPUESTORUBROS MONTO TOTAL (Nuevos Soles)

Bienes y ServiciosMateria prima Material Agregado Movilidad local

850 400 250 200

Equipamiento de laboratorioMaterial de laboratorio: Probetas Estufa Mezcladora de trompo Equipo de absorción  Equipo de resistencia a la compresión Ensayo de porosidad Ensayo de permeabilidadCurado de probetas

2647 1174  618  96  60   234 65 190210

Incentivo a investigador 1 500 Monto total 5 000

Tabla 9. Presupuesto del proyecto de investigación.