Tiles made of cement-based mortars containing pozzolans for use in

Utilización de morteros de base cementicia que contienen
puzolanas para la elaboración de tejas de uso en viviendas de
interés social
Tiles made of cement-based mortars containing pozzolans for
use in social housing
Rosana Méndez
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón. Universidad Politécnica de Valencia
[email protected]
Mª Victoria Borrachero
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón. Universidad Politécnica de Valencia
[email protected]
Jordi Payá
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón. Universidad Politécnica de Valencia
[email protected]
José María Monzó
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón. Universidad Politécnica de Valencia
[email protected]
Resumen:
Para mejorar la precaria calidad de muchas de las viviendas autoconstruidas se requieren
materiales y tecnologías apropiados. Además, el cemento Portland es un material muy costoso
en muchos países, en especial para el sector con menores recursos, que suele ser el sector
mayoritario. Por este motivo, se han realizado investigaciones tratando de reducir los
contenidos de cemento Portland en morteros y hormigones mediante la incorporación de
puzolanas, materiales de bajo coste económico y ecológico, y fácilmente accesibles en
muchos países en vías de desarrollo, consiguiendo mejorar algunas propiedades de los
morteros originales. Se han estudiado morteros en las que se ha sustituido hasta un 30% de
cemento portland por diferentes puzolanas.
Palabras clave: tecnologías apropiadas, materiales de bajo coste, puzolanas.
Abstract:
Appropriate materials and technologies are required to improve the low quality of selfconstruction housing. Besides, Portland cement is a very expensive material in many
countries, especially for the lower-income sector, which is usually the largest sector. Research
has been done trying to reduce the content of Portland cement in mortar and concrete by
incorporating pozzolans. This material entails a lower economical and ecological cost, and it
is accessible in many developing countries. It can also improve some properties of the
original mortar. In the mortars studied, up to 30% of cement content has been substituted by
different types of pozzolan,
Key words: appropriate technologies, low cost materials, pozzolans.
Introducción
Uno de los principales problemas en muchos países es el alto porcentaje de “construcción
informal”. En la periferia de la ciudad, en la que los ingresos para hacer uso de la llamada
Construcción Formal Urbana son inexistentes, nace el Sector Urbano Marginal o simplemente
el Sector Informal, que no se rige por ninguna reglamentación y en el que predomina la
autoconstrucción.
El aumento de la construcción informal provoca, a su vez, que el déficit habitacional sea aun
mayor, ya que no sólo ciframos este déficit con el número de viviendas nuevas necesarias,
sino también con el número de acciones de rehabilitación imprescindibles para asegurar una
vivienda digna. (Salas, 2002)
Si sumamos al elevado número de construcciones informales la creciente intensificación de
los fenómenos naturales tales como terremotos, huracanes, tsunamis, etc., obtenemos como
resultado las grandes catástrofes que tienen un efecto nefasto en las vulnerables economías de
los países en vías de desarrollo. (Red Ecosur, 2012)
La obtención de cemento para fabricar hormigón implica un alto consumo energético y
grandes volúmenes de emisiones de gases de efecto invernadero (la producción de una
tonelada de clinker genera aproximadamente una tonelada de CO2), lo que lo convierte en un
material caro y contaminante.
A pesar de ello, la producción de cemento mundial crece de forma espectacular: los países en
vías de desarrollo están en proceso de construir su infraestructura, y para esto necesitan
inmensas cantidades de cemento Portland. (Martirena, 2004), aunque en muchos casos estos
materiales no sean idóneos y se usen inadecuadamente, sobre todo cuando se requieren bajas
resistencias mecánicas, como en cimentaciones, morteros de recubrimiento y estabilización de
suelos. Se estima que tan sólo el 20% de los usos del cemento son técnicamente adecuados.
Una buena parte del uso del cemento portland se debe al “prestigio social” que se cree que
supone la imitación de comportamientos de los estratos más altos y del mundo desarrollado.
Existe poca confianza en el uso de los materiales innovadores a gran escala, sobre todo por el
desconocimiento de los mismos.
Garantizar una vivienda decorosa a la mayoría de la población sólo es posible si se involucra
en su solución a toda la comunidad. Para lograrlo es necesario el desarrollo de tecnologías
limpias, que respeten las tradiciones e identidad de la población y que aprovechen al máximo
los recursos locales disponibles para que puedan ser usadas y entendidas. (Day, 1992).
En este estudio nos centramos en una tecnología que se ha implantado con éxito en especial
en América Latina. Se trata de tejas de mortero, que brindan oportunidades para crear microempresas y, en caso de que sea necesario, suponen una eficaz respuesta frente a los desastres
naturales ya que eliminan las dependencias externas del suministro de materiales.
Las puzolanas son materiales inorgánicos que endurecen en agua al ser mezclados con
hidróxido cálcico o con materiales que puedan liberarlo, tales como el cemento portland.
Estos materiales pueden remplazar cantidades significativas de cemento portland en morteros
y hormigones, incluso de hasta el 50% dependiendo del tipo de puzolana y de uso que se le
vaya a dar al mortero o al hormigón que contenga la puzolana.
Una buena parte de los materiales puzolánicos, son subproductos de procesos agrícolas o
industriales, que son producidos en grandes cantidades, constituyendo en muchos casos un
verdadero problema de gestión ambiental de los mismos, por lo que su uso supone una ventaja
medioambiental y económica, además de que pueden mejorar algunas propiedades mecánicas
y de durabilidad de los hormigones y morteros en los que se utilizan. Es decir, que en
comparación con el cemento Portland, estos materiales puzolánicos, contribuyen a una
reducción de costes, económicos y ecológicos, mejorando en la mayoría de los casos la
calidad del producto (Day, 1992).
Se han estudiado las propiedades mecánicas de los prototipos de tejas de mortero, al
incorporar puzolanas que sustituyen parte del cemento (hasta un 30%) y se compararon con
las mezclas sin adiciones (mezclas patrón, 100% cemento Portland). Las puzolanas empleadas
son el catalizador de craqueo catalítico usado, FCC (Payá, et al., 1999, 2001), la ceniza de
cascarilla de arroz, CCA (Payá et al., 2007, 1999, 2007; Monzó et al., 2009, 2011) y la ceniza
volante, CV (Ospina et al., 2008; Monzó et al., 2009, 2010; Méndez et al., 2010), todos ellos
materiales residuales y por tanto con un coste reducido. Se prepararon tejas de mortero en las
que se sustituyó hasta un 30% en peso de cemento portland por mezclas de dos puzolanas
(CV+CCA o CV+FCC), se prepararon morteros con una relación árido/conglomerante igual a
3, y una relación agua/conglomerante de 0,5.
1. Metodología experimental
1.1
Materiales y métodos
El catalizador usado de craqueo catalítico (FCC), fue suministrado por la empresa BP OIL
España S.A. (Castellón), la ceniza de cáscara de arroz (CCA), por la empresa Maicerías
Españolas DACSA S.A., la ceniza volante (CV), por la Central Térmica de Andorra (Teruel)
Para la elaboración de los morteros se utilizó un árido silíceo suministrado por la empresa
Caolines Lapiedra (Liria-Valencia) y cuando fue necesario el fluidificante Melmet L240 de la
empresa Degussa S.L. Se utilizaron dos tipos diferentes de cemento portland para las
experiencias con CCA se utilizó un cemento portland CEM I-42.5R para las experiencias con
FCC se utilizó un cemento portland CEM II/A-L 32.5N ambos suministrados por la empresa
Lafarge. Para la molienda del FCC y CCA se utilizó un molino de bolas Gabrielli Mill-2.
Para el amasado del mortero se usó una amasadora según la norma UNE-EN 196-1:1996. El
vibrado y el primer moldeado de la teja se realizó con una mesa vibradora TEVI, construida
por el Centro de Estudios de Construcción y Arquitectura Tropical. ISPAJAE, La Habana,
Cuba. La máquina es accionada por un motor que puede ser conectado a una batería corriente
de automóvil, un panel solar o mediante un transformador a la red de corriente eléctrica, lo
que permite su uso en zonas alejadas de los núcleos urbanos, donde no llega la corriente
eléctrica.
1.2
Ensayos realizados
Los ensayos de flexión e impermeabilidad realizados a las tejas se hicieron según la
normativa UNE-EN 491: “Tejas y piezas de hormigón para tejados y revestimientos de
muros. Ensayos de resistencia a flexión transversal (carga a flexión) e impermeabilidad al
agua”. Para el ensayo de impacto se adopto una modificación del ensayo L 4.7.20 propuesta
en “Un techo que cubre al mundo: La Teja de Micro Concreto (TMC)” editado por la red
ECOSUR (Meléndez et al., 2001). Todas las tejas fueron curadas durante 90 días en cámara
húmeda a 20 ºC antes realizar los ensayos de carga a flexión, impermeabilidad y resistencia a
impacto.
2. Resultados y discusión
En las figuras 1 y 2 se muestra la carga a flexión de las tejas que contenían mezclas CV+CCA
y CV+ FCC respectivamente, que habían sido curadas durante 90 días en cámara húmeda a
20ºC. Las sustituciones de cemento Portland por puzolana fue como máximo del 30% en
peso. La mayoría de las tejas superan los 800N exigidos por la normativa y las cargas
máximas de las tejas se acercan o incluso superan las resistencias de las tejas patrón (con un
100% de contenido en cemento).
Cabe destacar que la carga a flexión máxima del patrón en la experiencia con FCC es inferior
a los 600N ello es debido a que el cemento que se utilizó es un cemento de tipo II como se
indicaba en el apartado 1.1 con un menor contenido de clinker que el cemento de tipo I
utilizado en las experiencias con CCA. No obstante es interesante destacar que la utilización
de puzolanas con este cemento de tipo II implica aumentos muy significativos de la carga
máxima a flexión que llega en la mayoría de los casos a superar los 800 N exigidos por la
normativa.
Figura 1. Ensayo de resistencia a flexión de las tejas a 90 días de curado
Carga máxima (N)
1400
1200
1000
0% CV
Patrón
10% CV
800
20% CV
600
30% CV
400
200
0
10
20
% CCA
Fuente: elaboración propia.
30
Carga máxima (N)
Figura 2. Ensayo de resistencia a flexión de las tejas a 90 días de curado
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
0% CV
10% CV
20% CV
Patrón
30% CV
0
10
20
30
% FCC
Fuente: elaboración propia.
En las figuras 3 y 4 se muestran los resultados de las resistencias a impacto de las tejas
curadas 90 días en cámara húmeda a 20ºC, para ambas mezclas. Todas ellas resisten al menos
un impacto como se indica en el ensayo recomendado en la bibliografía, poniéndose de
manifiesto que la incorporación de las puzolanas ensayadas no supone merma alguna sobre la
resistencia al impacto exigidas a las tejas. Los valores de la resistencia a impacto fueron
obtenidos como valor promedio de los ensayos realizados a cada una de las mitades de las
tejas obtenidas del ensayo de carga a flexión.
Figura 3. Ensayo de resistencia a impacto de las tejas a 90 días de curado
Nº de impactos resistidos
3
2
0% CV
Patrón
10% CV
20% CV
1
30% CV
0
0
10
20
% CCA
Fuente: elaboración propia.
30
Figura 4. Ensayo de resistencia a impacto de las tejas a 90 días de curado
Nº impactos resistidos
3
0% CV
2
10% CV
Patrón
1
20% CV
30% CV
0
0
10
20
30
% FCC
Fuente: elaboración propia.
En lo que al ensayo de impermeabilidad se refiere, en todos los casos estudiados los
resultados fueron favorables, no observándose en ningún caso que el agua atravesase la teja
durante el ensayo de exposición a la misma que indica la normativa vigente.
Conclusiones
De forma general, podemos considerar viable técnicamente en las tejas TEVI fabricadas, la
sustitución de hasta un 30% de cemento por las puzolanas estudiadas. Así pues, podemos
considerar que son una alternativa factible desde el punto de vista tecnológico, que supone un
bajo coste ecológico (la utilización de las puzolanas mencionadas supondría reducir la
producción de clinker, que contribuye al efecto invernadero, así como gestionar
medioambientalmente un residuo, como es el caso de las puzolanas estudiadas) y económico
(las puzolanas utilizadas, al ser materiales residuales, podrían tener un coste inferior al
cemento). Sin embargo, el uso o aplicación práctica de este tipo de tecnologías y materiales
constructivos innovadores, exige un esfuerzo en la normalización de las mismas. De esta
forma se conseguirá que la sociedad comience a utilizarlos, desplazando aquellos materiales y
tecnologías no transferibles o inadecuadas
Agradecimientos
A la Dirección General de Cooperación al Desarrollo y Solidaridad de la Consellería de
Inmigración y Ciudadanía de la Generalitat Valenciana por la financiación de proyecto
Utilización de cenizas de cáscara de arroz en la elaboración de materiales de construcción
no convencionales para viviendas de interés social en el Valle del Cauca (Colombia)
(3018/2009)
A la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID) que
financia la Acción Preparatoria de la Convocatoria de Ayudas para Programas de
Cooperación Interuniversitaria e Investigación Científica Utilización de ceniza de cáscara de
arroz (CCA) en la elaboración de materiales de construcción no convencionales para
viviendas de bajo coste económico y ecológico: asesoramiento y capacitación a
microempresarios (AP/35235/11).
Al Centro de Cooperación al Desarrollo de la Universidad Politécnica de Valencia por la financiación
del proyecto Adsideo, Diseño de sistemas de combustión a partir de residuos agrícolas para uso en
países en vías desarrollo, optimizando la producción energética y las propiedades puzolánicas de la
ceniza obtenida en la combustión para su uso en materiales de construcción no convencionales
A la empresa Maicerías Españolas S.A. (DACSA) por su participación en los proyectos
mencionados, así como por el suministro periódico de muestras de CCA para el desarrollo de
las investigaciones
Al Grupo de Investigación en materiales compuestos perteneciente a la Escuela de Ingeniería
de Materiales de la Universidad del Valle en Cali, Colombia, especialmente al profesor
Doctor Michel Ospina.
Referencias
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Tesis Doctoral, Universidad Central Marta Abreu de las Villas (UCLV).
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MONZÓ, J., et al., (2010), “Incorporación de residuos agroindustriales en la elaboración de tejas prefabricadas
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