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An�lisis del hormig�n hidr�ulico aplicando polvo de neum�ticos reciclado para el uso en pavimentos r�gidos

 

Analysis of hydraulic concrete applying recycled tire dust for

the use of rigid pavements

 

An�lise de concreto hidr�ulico aplicando p� de pneu reciclado para uso em pavimentos r�gidos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: evelez7986@utm.edu.ec

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas �

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 23 de julio de 2022 *Aceptado: 18 de agosto de 2022 * Publicado: 28 de septiembre de 2022

 

 

1. Ingeniero Civil, Cursante de la Maestr�a con Trayectoria de Investigaci�n, Menci�n Vialidad, Gobierno Provincial de Manab�, Analista 1 Investigador Independiente, Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.
2. Ingeniero Civil, Profesor Titular, Doctor en Ciencias Universidad Tecnol�gica de La Habana "Jos� Antonio Echeverr�a" CUJAE, Profesora del Departamento de Construcciones Viales de la Facultad de Ingenier�a Civil, Cuba.

 

 

 

 

 

Resumen

Los pavimentos de hormig�n hidr�ulico com�nmente se usan para la construcci�n de zonas de carga, estacionamientos, terminales de camiones, entre otros; debido a su perdurabilidad y a que requieren menos reparaciones. Actualmente el polvo de neum�tico es adicionado a esta mezcla para mejorar sus propiedades. En este sentido, la investigaci�n tiene como objetivo analizar las caracter�sticas f�sico-mec�nicas del hormig�n hidr�ulico para el uso de pavimentos aplicando polvo de neum�ticos reciclados y agregados de la cantera MEGAROCK de Portoviejo. El enfoque del estudio es cuantitativo, con dise�o experimental y tipo de investigaci�n de campo y descriptivo. Se dise�aron tres mezclas con 4%, 7% y 10% de polvo de neum�ticos fuera de uso (NFU) y la mezcla de hormig�n tradicional, a las cuales se le aplicaron los ensayos al agregado grueso de contenido de humedad, granulometr�a, peso unitario, gravedad espec�fica y absorci�n, y al agregado fino, contenido de humedad, granulometr�a, peso unitario, gravedad espec�fica y absorci�n. �Los resultados mostraron que todas las muestras estudiadas cumplen las especificaciones requeridas en las normas NTE INEN 1 573. Con la adici�n de NFU, los valores de la resistencia a comprensi�n y flexi�n disminuyen en relaci�n al dise�o de mezcla convencional del hormig�n hidr�ulico; sin embargo, a pesar de la disminuci�n de resistencias hasta el 10% de adici�n, �sta cumple con las normas t�cnicas, siendo la mejor opci�n para un nuevo dise�o de pavimento. Como conclusi�n, se obtuvo una mezcla de hormig�n hidr�ulico con adici�n de NFU, el cual es un nuevo material con resistencia aceptable seg�n las normas y requerimientos que se establecen para la construcci�n y aplicaci�n de pavimentos r�gidos.

Palabras claves: Hormig�n; Hidr�ulico; Neum�tico; Mezcla; Reciclado.

 

Abstract

Hydraulic concrete pavements are commonly used for the construction of loading areas, parking lots, truck terminals, among others; due to their durability and the fact that they require fewer repairs. Currently tire dust is added to this mixture to improve its properties. In this sense, the research aims to analyze the physical-mechanical characteristics of hydraulic concrete for the use of pavements by applying recycled tire powder and aggregates from the MEGAROCK quarry in Portoviejo. The focus of the study is quantitative, with an experimental design and type of field and descriptive research. Three mixes were designed with 4%, 7% and 10% of tire dust out of use (NFU) and the traditional concrete mix, to which tests were applied to the coarse aggregate of moisture content, granulometry, unit weight , specific gravity and absorption, and to fine aggregate, moisture content, granulometry, unit weight, specific gravity and absorption. The results showed that all the samples studied meet the specifications required in the NTE INEN 1 573 standards. With the addition of NFU, the compressive and flexural strength values ​​decrease in relation to the conventional mix design of hydraulic concrete; however, despite the decrease in resistance up to 10% addition, it complies with technical standards, being the best option for a new pavement design. In conclusion, a mixture of hydraulic concrete with the addition of NFU was obtained, which is a new material with acceptable resistance according to the standards and requirements established for the construction and application of rigid pavements.

Keywords: Concrete; Hydraulic; Tire; Mixture; Recycling.

 

Resumo

Os pavimentos hidr�ulicos de concreto s�o comumente utilizados para a constru��o de �reas de carga, estacionamentos, terminais de caminh�es, entre outros; devido � sua durabilidade e ao fato de exigirem menos reparos. Atualmente, o p� de pneus � adicionado a esta mistura para melhorar suas propriedades. Nesse sentido, a pesquisa visa analisar as caracter�sticas f�sico-mec�nicas do concreto hidr�ulico para uso de pavimentos atrav�s da aplica��o de p� de pneu reciclado e agregados da pedreira MEGAROCK em Portoviejo. O foco do estudo � quantitativo, com desenho experimental e tipo de pesquisa de campo e descritiva. Foram projetadas tr�s misturas com 4%, 7% e 10% de p� de pneu fora de uso (NFU) e a mistura tradicional de concreto, �s quais foram aplicados os testes de agregado gra�do de teor de umidade, granulometria, peso unit�rio, gravidade espec�fica e absor��o , e para agregado mi�do, teor de umidade, granulometria, peso unit�rio, gravidade espec�fica e absor��o. Os resultados mostraram que todas as amostras estudadas atendem as especifica��es exigidas nas normas NTE INEN 1 573. Com a adi��o do NFU, os valores de resist�ncia � compress�o e flex�o diminuem em rela��o ao dimensionamento convencional da mistura de concreto hidr�ulico; no entanto, apesar da diminui��o da resist�ncia em at� 10% de adi��o, atende �s normas t�cnicas, sendo a melhor op��o para um novo dimensionamento de pavimento. Em conclus�o, obteve-se uma mistura de concreto hidr�ulico com adi��o de NFU, que � um novo material com resist�ncia aceit�vel de acordo com as normas e requisitos estabelecidos para a constru��o e aplica��o de pavimentos r�gidos.

Palavras-chave: Concreto; Hidr�ulico; Pneu; Mistura; Reciclando.

 

Introducci�n

La industria de la construcci�n ha sido uno de los focos m�s contaminantes del planeta, acarreando impactos negativos en el ambiente, esto se debe al empleo significativo de recursos naturales, generando un volumen elevado de desperdicios contaminantes (Dom�nguez et al., 2019). Por ello, es que actualmente investigadores, profesionales, estudiantes, organizaciones p�blicas y privadas, entre otras, procuran obtener el desarrollo sustentable y sostenible a trav�s de investigaciones, con la finalidad de mitigar dichos impactos de la construcci�n.

En la actualidad, muchos de los estudios est�n fundamentados en la implementaci�n de materias primas y reciclaje para el correcto y adecuado uso en la construcci�n, las cuales tienen como objetivo: brindar calidad del producto y que garanticen comportamientos adecuados en el medio ambiente en que se utilicen.

Uno de los materiales de construcci�n producto de la combinaci�n de materias primas, es el hormig�n, siendo uno de los elementos constructivos m�s vers�tiles que existe. En la vialidad, uno de los m�s utilizados es el hormig�n hidr�ulico, por su durabilidad. En este sentido nace la necesidad de dise�ar novedosas alternativas, como es el adicionar nuevos materiales, con el prop�sito de optimizar sus propiedades f�sicas y mec�nicas tales como durabilidad, ductilidad, dureza, entre otras.

Nazco (2016) explica que, el hormig�n hidr�ulico se caracteriza primordialmente por su resistencia mec�nica a compresi�n. Tiene una propiedad duradera, por lo tanto, es resistente y adem�s podr�a ser m�s impermeable. Esto significa que, el dise�o de mezcla del hormig�n hidr�ulico debe poseer determinadas propiedades tanto en estado fresco como endurecido, y que represente el menor costo de producci�n posible.�

La empresa de la construcci�n en la b�squeda de nuevos materiales y aditivos, busca alternativas para disminuir esta contaminaci�n y solventar las necesidades generales, sobre todo las sociales y ambientales, transformando estructuras civiles para el bienestar colectivo y medioambiental. Por ello, actualmente, se est�n haciendo m�ltiples investigaciones utilizando materiales de desechos, para la elaboraci�n de mezclas de concreto hidr�ulico y ayudando a disminuir la cantidad de residuos s�lidos en el planeta, reduciendo la cantidad de elementos naturales a extraer, garantizando as� los recursos no renovables (Paricagu�n y Mu�oz, 2019). �Es esencial el empleo de estos residuos, ya que es necesario e imprescindible el proceso de concientizaci�n ambiental, para reducir, transformar y reciclar este tipo de material, donde el proceso de descomposici�n dura mucho tiempo. Lector (2017), tambi�n plantea sobre la utilizaci�n de estos materiales en el concreto hidr�ulico, tanto para reducir los costos econ�micos y transformar las propiedades del concreto con m�ltiples beneficios en la construcci�n, y contribuir a la eliminaci�n de residuos y reducir la contaminaci�n ambiental. P�rez y Arrieta (2017), explican que al incorporar el caucho reciclado aparece la porosidad en la muestra y la adherencia disminuye por la baja absorci�n de agua, es decir, no se entrelaza lo necesario a la mezcla en estado fresco, esto se debe porque el caucho tiene la caracter�stica de experimentar deformaciones el�sticas antes de la falla.

Un material muy contaminante y desechado por los seres humanos son los neum�ticos. La National Geographic (2019), en estudios recientes revela que �los fragmentos de pl�stico degradado procedentes del desgaste de los neum�ticos invaden el medio ambiente, mares incluidos�. El uso de neum�ticos crece diariamente debido al aumento del parque automotor en el mundo, produciendo grandes problemas ambientales al momento de desecharlos, debido a que los mismos terminan en r�os, quebradas, mares y s�lo peque�os porcentajes son reciclados.

En el Ecuador, se desechan cerca de 2,4 millones de neum�ticos de diversos tipos (El Universo, 2018). Del mismo modo, Saltos et al. (2015) manifiestan que, un porcentaje menor de los neum�ticos son reutilizados para el reencauchado, mayormente en transporte de carga pesada; un mayor porcentaje de estos, son incinerados y la otra parte consignada en rellenos sanitarios a cielo abierto, amenazando de manera inminente al medio ambiente y ocasionando riesgos a la salud.�

Por lo que hay que buscar formas de reciclaje de estos materiales, aparte de la utilizaci�n de ellos en parques infantiles, zonas deportivas, como materiales de construcci�n y como componente en mezclas para obtener mejor resistencia en ciertos productos y esta implementaci�n ha aumentado a trav�s de los a�os.

En este contexto, Saltos et al. (2017), indican en su estudio que la creaci�n del dise�o de hormig�n con part�culas provenientes de neum�ticos, implic� que un material, aunque puede ser hasta 20 por ciento m�s costoso, resulta altamente rentable, dado a que su duraci�n puede ser cinco veces mayor.

En relaci�n a lo planteado, es necesario que se realice un estudio para el dise�o de hormig�n hidr�ulico, utilizando part�culas de neum�ticos reciclado, para disminuir la contaminaci�n producida por estos en el ambiente. Por tanto, esta investigaci�n tiene como objetivo analizar las caracter�sticas f�sico-mec�nicas del hormig�n hidr�ulico aplicando polvo de neum�ticos reciclados y agregados de la cantera MEGAROCK de Portoviejo para reducir la contaminaci�n ambiental por la acumulaci�n de neum�ticos fuera de uso.

 

Materiales y m�todos

El enfoque de la presente investigaci�n ser� cuantitativo, debido a que, se realizaron ensayos t�cnicos en el hormig�n. Por otro lado, el m�todo empleado fue el inductivo, ya que permite utilizar el razonamiento para obtener conclusiones precisas, en funci�n de los resultados. Tal como refieren Hern�ndez y Mendoza (2018), donde se establecen como caracter�sticas de este enfoque los datos num�ricos, el an�lisis estad�stico y la representatividad de resultados. L�gicamente, se realiz� una investigaci�n documental para establecer los estudios y ensayos adecuados.

El dise�o de la investigaci�n es experimental, de acuerdo con Hern�ndez y Mendoza (2018), se manipulan y prueban tratamientos, est�mulos, influencias o intervenciones, que son las variables independientes, para observar sus efectos sobre otras variables, las dependientes en una situaci�n que requiere control.

En cuanto al tipo de investigaci�n es descriptivo. Es de campo dado que son estudios efectuados "en una situaci�n real o natural en la que el investigador manipula una o m�s variables independiente" (Hern�ndez y Mendoza, 2018). La investigaci�n descriptiva, consiste en la caracterizaci�n de un hecho, fen�meno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los resultados de este tipo de investigaci�n se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se refiere (Nicomedes, 2018). En este sentido, se recopil� la informaci�n bibliogr�fica sobre el hormig�n, polvo neum�tico reciclado dem�s agregados y normas para el correcto dise�o de las mismas. Se describiron los procesos que se realizaron para el dise�o del hormig�n convencional, con resistencia a la compresi�n de f�c 400 kg/cm², para luego establecer comparaciones con el hormig�n al que se le adicione el polvo neum�tico reciclado.

As� tambi�n, las t�cnicas que se presentaron en la investigaci�n son: los ensayos t�cnicos, la observaci�n, el procesamiento y an�lisis de datos. Los instrumentos a utilizar y para poder obtener resultados te�ricos y t�cnicos confiables se utilizar�n los diferentes equipos de laboratorio necesarios para obtener los resultados, as� como dos softwares, los cuales son: Microsoft Word para la informaci�n te�rica y la presentaci�n de los resultados t�cnicos; y, Microsoft Excel para poder tabular los resultados de los ensayos los cuales permitir�n presentar resultados �ptimos y sintetizados.

 

An�lisis y discusi�n de Resultados

Al realizar el an�lisis de las caracter�sticas f�sico-mec�nicas del hormig�n hidr�ulico aplicando polvo de neum�ticos reciclados y agregados de la cantera MEGAROCK de Portoviejo se obtuvieron los siguientes resultados:

 

Agregado grueso

Para la caracterizaci�n del agregado grueso que se utilizar� en el dise�o de mezcla se adquiri� el material de la cantera MEGAROCK ubicada en la ciudad de Portoviejo, la misma que cumple con las normativas ASTM C 33 e INEN 872. A la muestra del agregado grueso seleccionado se le efectu� el ensayo de contenido de humedad evaporable de los agregados, de acuerdo a la Norma ASTM C566-19, obteniendo los siguientes resultados:

 

Figura 1: Contenido de humedad del agregado grueso

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

En relaci�n al an�lisis granulom�trico de este agregado seg�n la norma ASTM C136, el m�dulo de finura- MF es de 6.57, cumpliendo con las especificaciones, como se muestra en la tabla 2.

 

Figura 2: Granulometr�a agregado grueso

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Para la determinaci�n del peso unitario suelto y compactado de los agregados, se emplearon las especificaciones ASTM C29 C29M � 17a, se obtuvo que la densidad aparente suelta promedio es de 1321 kg/m³; la densidad aparente varillada promedio es de 1491 kg/m³ y la densidad relativa es de 2.52 kg/m³ (Tabla 3).

 

Figura 3: Peso Unitario Agregado Grueso

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Para determinar la gravedad espec�fica y absorci�n del agregado grueso se utiliz� la metodolog�a ASTM C127-15, resultando que la gravedad especifica fue 2.75 kg/m³, y el porcentaje de absorci�n de 3.4%. Los resultados se encuentran en la tabla 4.

 

 

 

 

Figura 4: Gravedad espec�fica y absorci�n del agregado grueso

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Agregado fino

De igual manera, el agregado fino para dise�ar el hormig�n hidr�ulico procede de la cantera MEGAROCK, por lo que tambi�n se le aplicaron m�todos de laboratorio para determinar sus caracter�sticas f�sicas. Se le determin� el contenido de humedad, mediante el m�todo ASTM C566-19, resultando con 8% de humedad (ver tabla 5).

 

Figura 5: Contenido de humedad del agregado fino

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Con respecto a la granulometr�a, se emple� la norma ASTM C136, el MF es de 2.23, es decir, una arena gruesa, como se muestra en la tabla 6.

 

Figura 6: Granulometr�a Agregado Fino

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Para la determinaci�n del peso unitario suelto y compactado del agregado fino, se hizo mediante el ASTM C29 / C29M � 17a, resultando que la densidad aparente suelta promedio es de 1334 kg/m³; la densidad aparente varillada promedio es de 1464 kg/m³ y la densidad relativa es de 2.58 kg/m³, como se observa en la Tabla 7.

 

Figura 7: Densidad relativa del agregado fino

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Se calcul� la gravedad espec�fica y la absorci�n del agregado fino, mediante la prueba est�ndar ASTM C128-15, resultando igual a 2.69 kg/m³ y el porcentaje de absorci�n de 1.70%. En la tabla 8 se aprecian el desglose de los resultados:

 

Figura 8: Gravedad Espec�fica y Absorci�n del Agregado Fino

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Luego de obtener los resultados de los agregados a la mezcla del concreto hidr�ulico (dise�o comprobado referencia ACI 211.1), se procedi� a realizar el dise�o de mezcla con resistencia de 400 kg/cm², resultado una muestra buena, cohesiva, con un slump obtenido de 6.5� y 0.99 de rendimiento (ver tabla 9).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 9: Dise�o de mezclas de concreto

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

En relaci�n al c�lculo del porcentaje de sustituci�n de NFU con el agregado fino, se presenta en la siguiente tabla:�

 

Figura 10: Porcentaje de sustituci�n de NFU con agregado fino

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Luego de obtener el dise�o de mezcla de concreto hidr�ulico se procedi� a realizar las briquetas, y completada la edad de cada uno de ellos, se procedi� a medir la masa, altura, di�metro promedio; a calcular el �rea, volumen, densidad y asentamiento, como se aprecia en la tabla 11.

 

 

 

Figura 11: Propiedades f�sicas de probetas cil�ndricas de hormig�n hidr�ulico

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

Obtenido el dise�o de mezcla de concreto hidr�ulico se procedi� a realizar el ensayo a las probetas de la resistencia a la compresi�n, con la adici�n del NFU del 0%, 4%, 7% y 10%, obteni�ndose que todas las muestras estudiadas cumplen con las normas NTE INEN 1 573 (ver tabla 12).

 

Figura 12: Resistencias a la compresi�n de probetas cil�ndricas de hormig�n hidr�ulico

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

A continuaci�n, se muestran los resultados a trav�s de una gr�fica a los 7 d�as adicionando el porcentaje de NFU. En la gr�fica 1, se puede observar que a medida que se le sustituye el porcentaje de NFU por el agregado fino la resistencia a compresi�n del hormig�n hidr�ulico va disminuyendo.

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

Figura 13: Resistencia a compresi�n del hormig�n hidr�ulico con NFU a los 7 d�as

 

En la figura 2, se exhiben los resultados de la resistencia a la compresi�n del hormig�n hidr�ulico con las distintas dosificaciones de NFU a los 14 d�as, donde su comportamiento es similar al estudiado a los 7 d�as, es decir, la resistencia disminuye al adicionarle m�s cantidad de NFU. En todos los casos a los 14 d�as la resistencia es superior que a los 7 d�as de ensayo.�

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

Figura 14: Resistencia a compresi�n del hormig�n hidr�ulico con NFU a los 14 d�as

 

En cuanto a las roturas de viguetas a la flexi�n, el resultado se encuentra en la tabla 13.

 

Figura 15: Ensayo de roturas de viguetas a la flexi�n

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

 

El comportamiento de las muestras ensayadas indica que a medida se aumenta el porcentaje de NFU, la resistencia disminuye, sin embargo, cumple con las especificaciones NTE INEN 1 573 (Ver figura 3).

 

Fuente: Elaboraci�n propia, 2022.

Figura 16: Comportamiento del ensayo de roturas de viguetas a la flexi�n

 

Discusi�n

Las caracter�sticas f�sicas de los agregados de la cantera MEGAROCK de Portoviejo, utilizados para esta investigaci�n cumplieron con las especificaciones t�cnicas, defini�ndolo como agregados de calidad.�

En las muestras ensayadas de hormig�n hidr�ulico a analizar, se emple� la misma cantidad de cemento, agregado grueso y agua, y en las probetas con NFU se reemplaz� parte de los agregados finos seg�n su porcentaje. Como se observa en las gr�ficas 1, 2 y 3, el comportamiento mec�nico est� directamente vinculado a la cantidad de NFU en la mezcla. La dosificaci�n de mezcla, va presentando mejor comportamiento a medida que aumenta la edad de los cilindros de muestra.�

En el ensayo de resistencia a compresi�n del hormig�n hidr�ulico con NFU a los 7 y 14 d�as, el comportamiento es similar, a medida que se le adiciona el porcentaje de NFU, la resistencia fue disminuyendo. Sin embargo hasta la adici�n de NFU del 10% los resultados fueron favorables, ya que cumplen con la normativa NTE INEN 1 573. De acuerdo a Paredes (2021), la disminuci�n de resistencia a compresi�n al adicionarle el caucho influye en el aumento de relaci�n A/C, esto se debe que la arena que absorb�a agua ya no lo hace al ser sustituida por el NFU.

Del mismo modo, en la evaluaci�n del comportamiento del ensayo de roturas de viguetas a la flexi�n, a medida que se le adicionaba el porcentaje de NFU, la resistencia disminuye, es decir, es inversamente proporcional. No obstante, hasta la adici�n del 10% de NFU, el esfuerzo a flexi�n cumple con las especificaciones t�cnicas. Forigua y Pedraza (2014), revelan que estos agregados son sensibles a la dosificaci�n de este material.

Este hormig�n hidr�ulico con la adici�n de hasta el 10% de NFU, se debe emplear en pavimentos cuya carga y resistencia a la compresi�n sea menor o igual a 400 kg/cm². Los materiales a utilizar deben ser ensayados previamente, y que sean de la m�s alta calidad, para que el pavimento perdure con el tiempo. �

 

Conclusiones

En esta investigaci�n se obtuvo un hormig�n hidr�ulico con adici�n de polvo de neum�ticos reciclados, que contribuy� a obtener un nuevo material, con resistencia aceptable seg�n las normas y requerimientos que se establece para la construcci�n y su aplicaci�n.

Luego de la adici�n de NFU, los valores de la resistencia de la comprensi�n y flexi�n disminuyeron, con respecto a la muestra del dise�o de mezcla original del hormig�n hidr�ulico, es decir, sin agregarle NFU (la cual sigue siendo el de mayor resistencia). A pesar de la disminuci�n de resistencias, hasta el 10% de adici�n cumple con las normas t�cnicas, es decir, es posible dise�ar un hormig�n con sustituci�n del agregado fino Neum�ticos Fuera de Uso hasta un 10% de adici�n de estos. ���

 

Referencias

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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