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Entrega Final
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residuos de llantas
Resumen— Este trabajo se pretende identificar el efecto que tiene el tamaño de las microesferas sobre las propiedades de
dicho concreto, a partir de diferentes mezclas preparadas modificando el tamaño de las mismas para analizar así la resistencia a
la compresión. Logrando la relación más adecuada de los residuos.
Palabras Claves—Microesferas de vidrio – Concreto – Residuo de llantas – Concretos modificados – Propiedades mecánicas – Materiales
reciclados – Porosidad –.
L a demanda de concreto de alta resistencia ha aumentado en los últimos años, acorde con el aumento de los proyectos de
construcción modernos tales como puentes, edificios de gran altura, plataformas marinas y estructuras subterráneas, entre
otras, por tanto, mejorar el rendimiento y las propiedades física y mecánicas de la concreta mejora la vida útil de las estructuras.
[1]
La mejora en las propiedades del concreto se posibilita gracias a la reducción de la porosidad y de las micro fisuras en el concreto
y la zona de transición entre los diferentes componentes de la matriz. La incorporación de diferentes materiales puzolánicos
reactivos (por ejemplo, escoria de alto horno, cenizas volantes y humo de sílice) es de gran importancia en el diseño de concretos
de alta resistencia. La elevada actividad puzolánica del humo de sílice mejora la resistencia del concreto de forma más eficaz
debido a su alta superficie específica, además mejora la unión entre la pasta y los agregados. [2] Sin embargo, el uso de humo de
sílice disminuye las características de trabajabilidad del hormigón y aumenta la tendencia a desarrollar grietas en edades
tempranas debido a la contracción autógena. Shaikh y colaboradores, reportaron que las cenizas volantes con partículas más finas,
tiene mayor actividad puzolánica y mejora las características de resistencia a edades tempranas del mortero y el hormigón. Sin
embargo, la morfología de las cenizas volantes más finas obtenidas por trituración mecánica ya no es esférica, lo que significa
que las cenizas volantes ya no pueden actuar como cojinetes, aumentando así la viscosidad de la pasta y reduciendo la
trabajabilidad del hormigón.[3]
Las microesferas de vidrio actúan como material cementante suplementario en concretos de alto rendimiento. De hecho, se ha
aumentan la resistencia a la compresión, mejoran la trabajabilidad de las mezclas. De la misma manera, el uso de elementos que
se pueden reciclar de las llantas que no se encuentran en uso, para la preparación de concretos modificados disminuye su
densidad, pero también disminuyen la resistencia a la compresión.[4] Diferentes reportes de concretos modificados con
incorporación combinada de microesferas y llantas, han mostrado un efecto sinérgico positivo entre estos dos materiales.[4][5]
Dados los requerimientos de alto rendimiento de concreto, además de los problemas asociados con la adición de materiales
contaminantes y de las afectaciones del tamaño de las partículas en las propiedades de los concretos modificados, en este trabajo
se plantea la siguiente hipótesis: Se espera que la incorporación de microesferas con diferentes tamaños de partícula en concretos
modificados con residuos de llantas, permita mejorar la resistencia mecánica.
Los distintos agregados denominados áridos, son una una mezcla de partículas provenientes sea de forma natural o artificial, que
pueden ser transformados o producidos con las especificaciones que están entendidas entre los límites determinados en la NTC
174. Para Silvestre (2016a) los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con 2
residuos de llantas
85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclados y endurecidos, en las proporciones de la
mezcla y la economía. [5]
Algunos estudios han reportado la utilización del caucho de llanta como sustituto parcial o completo de los agregados finos y
gruesos esto se logra mediante la gradación y correcta granulometría que permite la sustitución de estos por caucho, los valores
de sustitución del agregado fino por caucho han ido desde 5 % hasta el 100 % mientras que otros estudios las colocan como
adiciones a los concreto sin variar los porcentajes de agregados y pasta de cemento.[7]
Se han realizado diversos estudios para determinar cada una de las características del concreto ya sean en su estado fresco o
endurecido con adiciones de caucho, las cuales remplazan principalmente el agregado fino con caucho granulado esto debido que,
durante el proceso de molinada mecánico las partículas de caucho mayormente tienen una gradación similar a las del agregado
fino. [6]
De acuerdo a Toutanji35, el resultado del reemplazo del agregado grueso por 25%, 50%, 75% y 100% de triturado de llanta causa
pérdidas en la resistencia a la compresión de 39%, 56% 69 y 75% respectivamente, el autor enfatiza que la manera en que se
comporta no es constante y demuestra un comportamiento parecido al de una parábola.
Se identificó que el mejor resultado con relación a la resistencia a la compresión fue la mezcla con las características C30%/70%
la cual presenta un mayor porcentaje en adición de caucho fino por agregado fino, con un valor de 2244 Psi un 39% menos que la
mezcla acostumbrada a sus 28 días de edad, de igual forma la combinación concreto-caucho demuestra una variedad de sus
agregados, no se mostró segregación del agregado y el caucho se combinó casi uniformemente en todos los compuestos
ensayados.[7]
Teniendo como base el estudio de la literatura científica, y acompañado por la dirección del profesor Julián David Puerto Suarez;
el ingeniero Gómez, sustituyó el 5 % del peso del cemento con microesferas para analizar los cambios producidos en las
propiedades en estado fresco y endurecido de cada una de las mezclas de concreto.
Para el análisis anterior se tomó una mezcla referencia, es decir, sin sustituciones y otra con las microesferas; identificó los
materiales utilizados y calibró el diseño de la mezcla del concreto hidráulico autocompactante, ya que este debido a sus
componentes consigue ocupar los espacios vacíos sin que sea necesario el proceso de vibración, y al mismo tiempo compactarse
bajo su propio peso. Con esta mezcla se verificaron las características en estado fresco y endurecido. En el primer caso se
identificó que las microesferas ocasionaron un aumento de las propiedades, lo que quiere decir que al disminuir la cantidad de
cemento en 5 % empezó a presentar un comportamiento más fluido, permitiéndole asentarse con mayor facilidad.
Las microesferas son de color blanco, granulado compuestas por vidrio sódico, cálcico y boro silicato con una densidad de
0.6g/cc en forma esférica con paredes delgadas utilizadas para la construcción, con un rango de tamaño aproximado de partículas
(D50micrones) 10-19 y con una resistencia de 186.1 Mpa. pueden ser utilizadas como material de relleno de baja densidad. [10]
Para caracterizar microesferas de vidrio huecas (HGMS) estos incluyen propiedades de densidad, resistencia, térmicas y
eléctricas.
La densidad es una propiedad importante del HGMS junto con la resistencia al colapso isostático, para fines de formulación
la densidad real es el parámetro de densidad más apropiado. Este es el peso de la muestra por el volumen ocupado solo por
las partículas.[11]
Caracterización térmica: suelen exhibir temperaturas de transición vítrea (ablandamiento) de alrededor de 600°C o menos.
La conductividad térmica y es una función de su volumen hueco y espesor de pared.[11]
Propiedades eléctricas y dieléctricas, el volumen vacío proporciona propiedades dieléctricas útiles y se caracterizan
típicamente por un bajo dieléctrico.[11]
El concreto está integrado por arenas y gravas donde también se reconocen agregados y se clasifican en fino y gruesos, el agua
con el cemento crea una pasta del mismo, al poco tiempo gracias a la hidratación sufre un proceso de endurecimiento, que es algo
muy normal su reacción entre estos dos elementos. Su fabricación permite una estabilidad en todas las propiedades mecánicas y
de resistencia, y a un bajo costo.[12]
La cantidad de uso que se le da al concreto en todas las obras civiles, donde encontramos muros, vigas de varias clases, columnas
con diferentes componentes dependiendo de su uso, losas y entre muchas más. Existen diferentes tipos de concreto dependiendo
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con 3
residuos de llantas
de sus componentes donde los cuales son modificados según la necesidad entre esos encontramos: concreto simple, concreto
ciclópeo, concreto reforzado concreto ligero, concreto de Cascote, concreto pesado o denso.[12]
Según los reportes por cada año se generan un poco más de 1.500 millones de llantas para desecho en todo el mundo y se espera
que la demanda actual de llantas se aprecie en un 4% alcanzando los 3.000 millones de unidades en el año 2019. La
contaminación negra creada por estos desechos obstinadamente biodegradables representa una amenaza para el medio ambiente.
[13] La gran mayoría de las llantas cuando cumplen su vida útil en los vehículos son desechadas produciendo daños a los
ecosistemas que conocemos y la contaminación está llegando a su punto crítico.
La incorporación del triturado de llanta como agregados finos en la mezcla permite alcanzar óptimas condiciones por sus
propiedades estáticas, dinámicas mecánicas y de durabilidad. Existen variedad de tamaños neumático fino, neumático mediano y
neumático grande, por ejemplo, en el tamaño mediano tienen son similares al de la grava. Estos triturados son utilizados como
rellenos leves detrás de muros de contención y estribos de puentes. Hacen que las mezclas sean más ligeros y livianos.[14]
[15]
IV. OBJETIVOS
Objetivo general
- Evaluar el efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con residuos de llantas
tradicional.
Objetivos Específicos
- Caracterizar los materiales precursores para la preparación de los concretos tradicionales y modificados
- Diseñar mezclas de concreto con sus respectivas características y con modificación de microesferas y residuos de llanta,
- Preparar especímenes cilíndricos de concreto tradicional y modificado.
- Estimar las propiedades de los concretos preparados en estado fresco y endurecido.
V. METODOLOGIA
i. Especificación de los elementos precursores para la elaboración de los concretos tradicionales y modificados
Se realizará de agregado gruesos y fino acorde a la norma técnica colombiana, los procedimientos se describen en la tabla 1
CARACTERISTICA NORMA
Establece el asentamiento del concreto NTC 396
Concreto fresco. Toma de muestras NTC 454
Refrentando de especímenes cilindros de concreto NTC 504
Especificaciones de los agregados para concreto NTC 174
Agua para elaboración de concreto NTC 3459
Concretos. Método de ensayo para el análisis por tamizado de los agregados NTC 77
finos y gruesos
Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto NTC 673
Granulometría, absorción de los agregados, densidad de los agregados, masa NTC 176 - 237
unitaria suelta y compacta
Tabla N°1
ii. Diseño de las mezclas de concreto convencional y con reemplazos del 20% de microesferas y residuos de llanta,
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con 4
residuos de llantas
Para obtener los resultados de los ensayos se diseñara la mezcla de concreto tradicional tal como lo describe la norma técnica
colombiana para (NTC 3318) para alcanzar a los 28 días una resistencia a la compresión de 21 MPa y con una proporción de
agua y cemento aproximado de 0.5. A partir de la mezcla tradicional (M0), se diseñaran, 4 mezclas, 1 residuos de llantas (5% en
peso, de reemplazo de los agregados finos) y las 5 restantes con una adición de 5% en peso de microesferas, con tamaños de
particular de 200 µm, 500 µm y 1000 µm.
Para la producción de la mezcla tradicional, previamente se humedece el agregado grueso con la intención de que su saturación se
dé bajo la condición de superficialmente seco, en un primer momento se mezcla la arena, el agregado grueso y el triturado de
llanta hasta lograr la mezcla unificada. Luego se adiciona el cemento, 76 % de agua y se mezcla durante unos 5 minutos, cuando
todos los materiales estén perfectamente mezclados se incorporan las microesferas de vidrio (esto para los modelos con
microesferas) y el 24% de agua restante. antes de introducir los materiales se debe humedecer la concretadora. Mientras se
elaboran las mezclas, en un inicio se procede a mezclar los agregados gruesos y los agregados finos, con el fin de lograr una
mezcla fluida y homogénea. Las mezclas con modificación se organizan de forma similar a la mezcla tradicional, adicionando las
microesferas de vidrio y el triturado de llanta, junto con los demás agregados. En cada una de las mezclas se debe identificar el
asentamiento para evaluarlo como lo especifica la norma técnica colombiana NTC 396. Se elaborarán un total de 25 probetas
cilíndricas (5 por cada mezcla) con unas dimensiones de 300mm de alto y 150mm de diámetro como está plasmado en la norma
técnica colombiana NTC 550. Antes de la elaboración de los modelos, internamente los moldes se deben recubrir con un ligero
desmoldante para evitar que el concreto se adhiera directamente en los moldes. Luego de transcurrir 24 horas los modelos deben
estar libres de contaminantes y a una temperatura ambiente, se desmontan para sumergirlos en un depósito de agua verificando la
temperatura aproximada de 23°C iniciando con el ciclo de curado por un tiempo de 28 días según lo establece la norma técnica
colombiana.
iv. Evaluación de las propiedades para concretos preparados de en estado endurecido y fresco.
La evaluación de las propiedades del cemento en estado endurecido y fresco. Se realizará las recolecciones y la recopilación de
otros proyectos de investigación anteriores, las especificaciones y componentes generales del concreto y sus normas.
Se definirá la mezcla de referencia con una resistencia a la compresión entre 21 y 28 MPa mediante la preparación de mezclas
con diferentes dosificaciones y así mismo las mezclas con las nuevas adicciones, al obtener las mezclas definidas se proseguirá a
realizar ensayos en el laboratorio según la NTC 237 la resistencia a la compresión NTC 722, asentamiento del concreto NTC 396
para obtener así los resultados del laboratorio y proceder a analizar sus datos mediante tablas y gráficos que permitan comparar
los resultados de cada una de las mezclas en comprensión
Para el diseño de la mezcla guía del concreto que corresponde al convencional con una resistencia de 3500 Psi. Cuando se utiliza
un prototipo de forma cilíndrica. Se determina el volumen del molde preferiblemente metálico para la producción de los cilindros
en concreto bajo las medidas de 20cm de alto y 10 cm de diámetro respectivamente.
V =π R2∗h
Resistencia a la compresión NTC 722, se evaluara el esfuerzo máximo que puede soportar bajo una carga calculando mediante la
siguiente formula. f cr=f'c+t
t = constante que depende de la proporción de pruebas que puede caer por debajo de valor f'c
DISEÑO DE MEZCLA
Radica en seleccionar los materiales (cemento, agregados y agua) y definir las cantidades respectivas que permitan crear un
concreto lo más económicamente posible, y con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada
adquiera las propiedades de resistencia, durabilidad, peso unitario, estabilidad del volumen y apariencia adecuados. Estas
proporciones dependen de las propiedades y características de los ingredientes usados, las propiedades particulares bajo los cuales
el concreto será producido y colocado.
Procedimiento de diseño.
Elaboración De Especímenes De Concreto Y Curado - NTC 550. Se considerarán sus propiedades Según el comité 211 de la
ACI43, de medirán sus propiedades mediante ensayos de asentamiento del cono de Abras, se utilizará un molde hecho en lámina
que cumpla con las dimensiones ya establecidas. que nos permitirá establecer la oposición que presenta el concreto a
experimentar deformaciones.
Método De Ensayo Para Determinar La Resistencia A La Compresión De Especímenes De Cilindro De Concreto – NTC 673 Se
realizará por ensayo de comprensión mediante las maquinas universal la cual aplicará una carga sobre la superficie superior o
diametral del cilindro, dicha carga se mide en KN con una rata 1.03 mm/min. contando con los equipos del laboratorio de la
Universidad Cooperativa de Colombia.
F
f ' c=
A
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con 6
residuos de llantas
Tabla N°2
Tabla N°3
Tabla N°4
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con 7
residuos de llantas
Impactos esperados
VII. CRONOGRAMA
N° de
Meses Producto obtenido
Actividad Objetivo/Activida
d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1
0 1 2
Supervisar
continuamente los Documentación final de los
1 artículos x x x x x x x x x x x x
relacionados con resultados con la
el tema de bibliografía actualizada
investigación
Caracterizar los
elementos que Documento escrito con el
2 componen el análisis y resultados de la
concreto tradicional x x caracterización
Estudio de las
propiedades
morfológicas,
estructurales y Informe técnico con las
3 granulares de las x x propiedades de los
microesferas de materiales
vidrio y residuos de
llanta
los resultados
en un evento
científico
Tabla N°6
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con residuos
de llantas
VIII. PRESUPUESTO
FUENTES UCC
RUBROS TOTAL
Especie Efectivo
SOFTWARE $0 $0 $0
VIAJES $0 $0 $0
SALIDAS DE CAMPO $0 $0 $0
PUBLICACIONES Y PATENTES $0 $0 $0
Dedicación
Horas/Semana
Formación Académica FUENTES UCC
Investigador/ Coinvestigador
Total
Especi Efectiv
e o
Tabla N°8
Evaluación del efecto del tamaño de microesferas de vidrio en concretos modificados con residuos
de llantas
Equipos
Recursos
Equipo Justificación Total
Especie Efectivo
Las mezclas deben ser homogéneas y
Mezcladora para concretos fluidas para la elaboración de los $95.000 $0 $95.000
cilindros.
Los softwares necesarios para la
evaluación de datos y simulaciones
Equipos de computación con $250.000 $0 $250.000
requieren un equipo capaz de
procesadores de alta gama.
procesarlos de manera rápida y
efectiva.
TOTAL $345.000
Tabla N°9
Materiales y suministro
Materiales Justificación Total efectivo
La elaboración de los cilindros de
Cemento, agregados finos, agregados
concreto son necesarios para la $130.000
gruesos.
evaluación de resultados.
TOTAL $195.000
Tabla N°10
Servicios técnicos
TOTAL $400.000
Tabla N°11
14
IX. REFERENCIAS
[1] J. Wawrzeńczyk, A. Molendowska,“Effect of Ground Granulated Blast Furnace Slag and Polymer Microspheres on
Impermeability and Freeze-thaw Resistance of Concrete,” Procedia Eng, vol 161 pp. 79–84, 2016, doi:
10.1016/j,proeng,2016,08.501.
[2] Q. Wang, D. Wang, “The role of fly ash microsphere in the microstructure and macroscopic properties of high-strength
concrete,” Cem. Concr. Compos., vol. 83, pp. 125–137, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.07.021.
[3] D. Oreshkin, V. Semenov,“Properties of Light-weight Extruded Concrete with Hollow Glass Microspheres,” Procedia
Eng., vol. 153, pp. 638–643, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.214.
[4] B. G. Rojas, Y. Jhon, and E. Lisset, “Sustitución de los áridos por fibras de caucho de neumáticos reciclados en la
elaboración de concreto estructural en himbote-2015,” Universidad Nacional del Santa, 2015. Accessed: Apr. 27, 2021.
[Online]. Available: http://repositorio.uns.edu.pe/handle/UNS/2717.
[5] J. P. Valencia, A. M. González Mesa, O. F. Arbeláez-Pérez, “Properties of modified concrete with crumb rubber: Effect of
the incorporation of hollow glass microspheres,” Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia, no. 98, pp. 59–68, Apr. 2020, doi:
10.17533/udea.redin.20200473.
[6] M. Soto Londoño Juan Pablo Marín Rincón, “ANÁLISIS DEL CONCRETO CON CAUCHO COMO ADITIVO PARA
ALIGERAR ELEMENTOS ESTRUCTURALES AUXILIARES DE INVESTIGACIÓN.”
[7] “‘DISEÑO DE UN MATERIAL ECOLÓGICO PARA CONSTRUCCIÓN MEDIANTE LA ADICIÓN DE CAUCHO DE
LLANTA AL CONCRETO.’”
[8] repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/15486/1/Tesis (accessed Apr. 13, 2021).
[9] “Concreto con microesferas de vidrio es más fluido - UNIMEDIOS: Universidad Nacional de Colombia.”
https://agenciadenoticias.unal.edu.co/detalle/article/concretoconmicroesferasdevidrioesmasfluido.html (accessed Apr. 27,
2021).
[10] “Microesferas de vidrio 3M Serie iM30K.” https://www.3m.com.co/3M/es_CO/p/d/v000193993/ (accessed Apr. 13, 2021).
[11] “ProQuest Ebook Central - Reader.” https://ebookcentral.proquest.com/lib/ucooperativa-ebooks/reader.action?
docID=2038906&query=hollow+glass+microspheres (accessed Apr. 13, 2021).
[12] “Libro de Concreto Jose Dias Farfan - Free Download PDF.” https://kupdf.net/download/libro de concreto jose dias
farfan_5db05ce9e2b6f5be342c5d52 (accessed Apr. 13, 2021).
[13] ISO, “Bases de Datos Universidad Cooperativa de Colombia,” ICONTEC, 2019. https://bbibliograficas.ucc.edu.co/login?
qurl=https://www.sciencedirect.com%2Fscience%2Farticle%2Fpii%2FS2352710220336469 (accessed Apr. 13, 2021).
[14] A. Hamdi, G. Abdelaziz, and K. Z. Farhan, “Scope of reusing waste shredded tires in concrete and cementitious composite
materials: A review,” Journal of Building Engineering, vol. 35. Elsevier Ltd, p. 102014, Mar. 01, 2021, doi:
10.1016/j.jobe.2020.102014.
[15] A. Duda, T. Siwowski, “Pressure evaluation of bridge abutment backfill made of waste tyre bales and shreds: Experimental
and numerical study,” Transp. Geotech., vol. 24, p. 100366, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2020.100366.
15