USO DE ADICIONES A BASE DE MATERIALES NO CONVENCIONALES PARA AUMENTAR LA RESISTENCIA A FLEXIÓN DEL CONCRETO

M.I. Jesús Alexander Zea Estrada

Dr. Francisco Alberto Alonso Farrera

Dr. José Ernesto Castellanos Castellanos

M.I. José Francisco Grajales Marín

RESUMEN

 El crecimiento poblacional que ha venido desarrollando nuestro Estado, demanda la necesidad de vialidades y la modernización de las mismas. Se han presentado serios problemas tanto en el aumento del parque vehicular como en el deterioro de las vialidades. Los esfuerzos de flexión a los que está sometido los pavimentos de concreto hidráulico son uno de los más importantes a considerar en el desempeño del mismo. Por ello se ensayaron de acuerdo a la norma vigente varios especímenes elaborados con adiciones de materiales no convencionales; naturales, producto del reciclaje y otras de carácter experimental, y analizar cuáles de ellos proporcionan un aumento en la resistencia a flexión en el concreto, sin afectar las demás propiedades mecánicas y a su vez tomamos en cuenta las políticas sobre protección del medio ambiente y la adopción de sistemas para la sostenibilidad de la construcción, planteando como idea principal el reto del reciclado y aprovechamiento de materiales y evitar o disminuir el uso de adiciones prefabricadas.

 

INTRODUCCIÓN

A partir de los 70´s en España se empezó a utilizar los concretos reforzados con adiciones, de forma particular las fibras en campos muy diversos que van desde pavimentaciones, tableros de puentes, revestimiento de túneles, prefabricados de concreto etc. Dichas fibras sintéticas de elevadas prestaciones derivadas de polímeros ligeros como el polietileno, polipropileno, nylon, etc. tienen su aplicación fundamental en la reducción de grietas y a un mejor comportamiento mecánico del concreto.

El empleo y estudio de adiciones al concreto ha llevado al desarrollo y fabricación de tipos específicos de adiciones naturales, productos del reciclaje y prefabricadas que responden a diferentes necesidades. En los últimos años se han logrado grandes avances en la tecnología del concreto, así mismo en cuanto al propio concreto como material de construcción. Se han recurrido al uso de materiales prefabricados como lo son fibras de distinta naturaleza que por consiguiente aumentan considerablemente el comportamiento mecánico del concreto y en consecuencia una mayor resistencia a los esfuerzos por flexión.

Esta problemática también se observa en elementos como losas de entrepiso o azotea, diseñadas para trabajar a flexión, que por su peralte, esbeltez, longitud, peso propio y cargas vivas, así como otro tipo de solicitaciones distintas a las consideradas o no previstas en su diseño pueden presentar este problema, el cual se puede contrarrestar incrementando cantidades de acero (previo análisis y diseño) en nuevos elementos estructurales pero que redundaría en un incremento en el costo de los mismos.

Se proponen adicionar materiales de tipo natural, producto del reciclaje y de tipo experimental, entre los que destacan: aserrín, barras de plástico, cascarón de huevo, escombros de losas de concreto, granzón grava, granzón en polvo, llanta trituradas y sus residuos, maíz molido, plástico triturado (PET) en diferentes proporciones, entre otros, que puedan proporcionar un aumento en la resistencia a flexión en el concreto, sin afectar sus demás propiedades mecánicas.

 

MÉTODOS Y MATERIALES

 Se han propuesto para este proyecto de investigación, analizar diversos materiales no convencionales para adicionarlos al concreto, y así con ello conocer el comportamiento que estos aportan a la resistencia a la flexión y compresión del concreto, dichos materiales se enuncian a continuación: Aserrín, Barras de plástico, Cascaron de huevo, Escombro de losas de concreto, Granzón grava, Granzón en polvo, Llanta triturada, Maíz molido, Plástico triturado (PET) en diferentes cantidades. Los materiales que hemos elegido para su análisis, están considerados en nuestra vida diaria como desechos o materiales de uso común y productos del reciclaje, y que los podemos encontrar de forma fácil en nuestra región, por ello de ser positivo su comportamiento adicionado al concreto estaríamos contribuyendo con el medio ambiente y con la economía al reducir los costos de elaboración para un concreto resistente a la flexión, sin la necesidad de adquirir adiciones prefabricadas que aumentan considerablemente en el costo del concreto.

 Las consideraciones iniciales para la dosificación, utilizadas en la realización de la investigación en cuestión, fueron diseñadas usando el método propuesto por el ACI (Coronel & González, 2012). Se consideraron dos normas mexicanas, la NMX-C-160-ONNCCE-2004, que se refiere a la “Norma para la Elaboración y Curado en Obra de Especímenes de Concreto”, es decir tiene como objetivo el de establecer los procedimientos para elaborar y curar en obra especímenes cilíndricos y prismáticos de concreto, así también la NMX-C-191-ONNCCE-2004, que es la “Norma para la Determinación de la Resistencia a la Flexión del Concreto”; donde se tomarán como referencia los lineamientos sobre la determinación de la resistencia a la flexión del concreto usando una viga simple con carga en los tercios del claro, ambas normas emitidas por el Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C. (ONNCCE).

 Basándose en la norma sobre elaboración y curado en obra de especímenes de concreto para todas las vigas y cilindros realizados,  con la diferencia de que en cada uno de ellos, se fueron agregando cada una de las adiciones propuestas a la mezcla de concreto, motivo de esta investigación. Por ejemplo, en el caso de la adición de cascarón de huevo y para todas las demás adiciones, primero se pesó la cantidad propuesta a adicionar de cada material en estudio, luego se colocó en la  revolvedora con los demás agregados,  después de obtener una mezcla homogénea se procedió a vaciar la mezcla de concreto obtenida a los moldes respectivos, reiterando que el proceso es repetitivo para cada una de las adiciones propuestas.

 

 

RESULTADOS

 A continuación se presentan los resultados para la prueba a flexión y la de compresión. Cabe hacer mención que para nuestro caso en particular la prueba de compresión no resulta primordial pero una vez lista la mezcla para la prueba a flexión, objetivo esencial de esta investigación se aprovechó a efectuarlo con fines comparativos. También es importante mencionar que todos los datos obtenidos en los ensayos a flexión y compresión fueron comparados en función de los resultados arrojados por los especímenes de concreto normal (sin adiciones).

Comparativa de resultados a flexión de los especímenes ensayados

Figura 1. Comparativa de resultados a flexión de los especímenes ensayados

 

Informe de ensaye de vigas a flexión por medio de carga en los tercios del claro

Tabla 1. Informe de ensaye de vigas a flexión por medio de carga en los tercios del claro

 

Comparativa de resultados a compresión de los especímenes ensayados

Figura 2. Comparativa de resultados a compresión de los especímenes ensayados

 

Informe de pruebas de concreto hidráulico

Tabla 2. Informe de pruebas de concreto hidráulico

 

Es necesario y preciso comparar los resultados que arrojaron las pruebas de cada viga con adiciones de materiales no convencionales (naturales, productos del reciclaje y otras adiciones de carácter experimental) y compararlos con el resultado para el Módulo de Ruptura que se obtuvieron con las vigas de concreto normal, que para nuestro caso en específico son para los Módulos de Ruptura de 35.98 kg/cm2 (Muestra N° 1) y 35.71 kg/cm2 (Muestra N° 2). Así mismo elegimos y tomamos como referencia el Módulo de Ruptura de la Muestra N° 1 por ser el de mayor valor de las muestras mencionadas, respectivamente, por ello, aquel resultado que se aproxime a nuestra información comparativa, es el que al final determinaremos como la mejor adición. Posteriormente, se determinara si es factible considerar el hecho de que se ha creado un nuevo concreto ecológico elaborado a base de adiciones no convencionales.

Comparativa de resultados para valores menores y mayores respecto al concreto normal

Tabla 3. Comparativa de resultados para valores menores y mayores respecto al concreto normal

 

 

CONCLUSIONES

 Existen innumerables conclusiones y comentarios respecto a la investigación en cuestión, pero sabemos que como profesionales en el ramo de la Ingeniería Civil y, particularmente como constructores nos interesa saber cuáles de los materiales no convencionales que se propusieron y experimentaron pueden ser capaces  de igualar o mejorar la resistencia que brinda el concreto normal a flexión; además, se elaboraron cilindros de concreto con cada una de las adiciones propuestas, determinando así la resistencia a compresión que se tiene con las mismas, resaltando que para los fines de la presente investigación únicamente se realizaron de manera comparativa y práctica, dado que no es el objetivo esencial del tema en cuestión.

 En conclusión, se determinó que los mejores valores obtenidos en la realización de la presente investigación son las adiciones de: plástico triturado grueso (13 gr. y 240 gr.), granzón grava y la fibra sintética “Sika Fiber”. Por tal motivo, se recomienda la fabricación de elementos de concreto con las adiciones antes mencionadas, sometiendo a consideración las distintas características y condiciones para la obtención de cada uno de dichos materiales.

 Es importante señalar que para los fines de la presente investigación, no se tomaron en cuenta las propiedades físicas y químicas de los materiales que fueron seleccionados como adiciones al concreto, dado que pueden ser propuestas para líneas de investigación a futuro, teniendo como antecedentes los resultados de los materiales no convencionales que tuvieron un eficiente desempeño para los fines de la investigación.

 Así mismo se considera factible diseñar y elaborar elementos de concreto con adiciones de Plástico Triturado grueso (en particular para la proporción de 13 gr. por cada saco de cemento de 50 kg.) ya que son materiales de tipo reciclable y con ello tomamos en cuenta las políticas sobre protección al medio ambiente y coadyuvamos a la preservación del mismo, ya que puede considerarse como una aportación a los sistemas de sostenibilidad de la construcción.

 

 

REFERENCIAS

  1. Coronel, E. & González, A., (2012), Tesis: “Ensayo a flexión simple en vigas con adiciones”, México, para obtener el grado de licenciatura en ingeniería, de la Facultad de ingeniería de la UNACH.
  2. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. (2008, Diciembre). Determinación de la Resistencia a la Flexión del Concreto. El concreto en la obra; problemas, causas y soluciones, 16, pp.60-63. Nota: Tomado de la Norma NMX-C-191-ONNCCE-2004
  3. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. (2010, Noviembre). Elaboración y Curado en Obra de Especímenes de Concreto. El concreto en la obra; problemas, causas y soluciones, 39, pp.68-71. Tomado de la Norma NMX-C-160-ONNCCE-2004
  4. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. (2013, Diciembre). Determinación de la resistencia a la flexión usando una viga simple con carga en el centro del claro. El concreto en la obra; problemas, causas y soluciones, 76, pp.64-67. Nota: Tomado de la Norma NMX-C-191-ONNCCE-2004.
  5. Medina, E. (2013). Guía Laboratorio Mecánica de Materiales – FLEXIÓN. Octubre 23, 2013, de uindustrial Sitio web: http://www.udistrital.edu.co:8080/documents/19625/239908/ENSAYO+DE+FLEXION.pdf?version=1.0
  6. Mott R. Resistencia de Materiales Aplicada. Tercera Edición. Prectice-Hall Hispanoamericana SA. Mexico D.F., 640 páginas.
  7. National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA). (2014). Concrete in Practice, What, Why & How? CIP 24 – Sintetics Fibers for Concrete. Abril 19, 2015, de National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA) Sitio web: http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/24pr.pdf
  8. The Euclid Chemical Company México (EUCO). (2005, Agosto). Avances en la Tecnología de Adiciones para Concreto, Fibras Sintéticas Estructurales TUF-STAND SF. Construcción y Tecnología – IMCYC, Reportajes Técnicos Publicitarios, pp.28-29.

Deja un comentario