Hormigón con Adiciones de Pilas Desechadas: Estudio de Resistencia

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD TECNOLÓGICA
Departamento de Tecnologías de Industriales
ESTUDIO COMPARATIVO DE RESISTENCIA Y ANÁLISIS DE
HORMIGONES CON ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO
DE MANGANESO CON CLORURO DE ZINC Y GRAFITO PROVENIENTE DE
PILAS DESECHADAS
NELSON ESTEBAN CELIS REYES
GORAN JAVIER FRANCO RAMOS
Profesor guía: GEDEÓN MAURICIO SANTANDER JARA
Proyecto de Título para optar al título
Tecnólogo en Construcciones
Santiago – Chile
2021
Resumen
La industria de la pila y el hormigón, son ámbitos de gran importancia en la economía a nivel
nacional, a su vez, son una de las industrias que más contaminación producen al año, provocando
grandes daños medioambientales. Las empresas de pilas desechan voluminosas cantidades de
residuos que acá son llamados pilas desechadas o en desuso, y estos, son depositados en
distintos puntos verdes, este desecho contiene gran cantidad de minerales activos y, por lo tanto,
son altamente tóxicos para el ser humano, contaminando las napas subterráneas y en efecto,
modificando el curso natural del ecosistema en que se habita.
Esta investigación se focaliza en la resolución de esta problemática medioambiental y se
entrelaza con la problemática de emisiones de Dióxido de Carbono que genera la producción de
hormigón, específicamente el cemento, dándole una perspectiva de construcción sustentable y
economía circular. Es necesaria la búsqueda de soluciones innovadoras, en base a estos
fundamentos, por lo que se manifiesta la idea de reutilizar los materiales que componen una pila
para confeccionar pavimento de hormigón.
En relación con lo anterior, fue imprescindible realizar extracciones de Dióxido de Manganeso y
Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc de las pilas desechadas, estas fueron adicionadas a
los hormigones y estudiadas por medio de ensayos de laboratorio. Los procesos más
fundamentales en la confección de hormigones con adiciones fueron: la granulometría, extracción
de Dióxido de Manganeso y Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc, diseño de los áridos,
diseño de hormigón y realización de la mezcla, confección de las probetas y los ensayos físicomecánicos.
Los resultados obtenidos permiten concluir que, los hormigones con adiciones de este desecho
poseen propiedades físicas y mecánicas mejores que el hormigón patrón, y que estos son aptos
para ser usados, por ejemplo, en la confección de pavimento de bajo tránsito peatonal.
Palabras clave: Pilas desechadas, pavimento de hormigón, construcción sustentable, Dióxido de
Manganeso, Grafito.
i
Dedico esta tesis que realizamos con mucho esfuerzo, dedicación y entusiasmo, a mis padres,
hermanos, polola, amigos y a toda persona que me dio su apoyo; sin ustedes, no habría sido
capaz de inspirarme y de haber obtenido múltiples perspectivas, conocimiento y experiencia
sobre el tema. Gracias por su apoyo.
16 de marzo de 2022
Goran Franco Ramos
ii
Dedico este trabajo, el cual fue realizado con mucho esfuerzo, entusiasmo y ánimo, a mi madre,
hermano, abuelos, amigos, compañeros y en especial, a mi novia Isidora Mora, donde su apoyo
fue incondicional en cada momento para salir adelante con este hermoso trabajo, gracias por
creer en cada momento que podía salir adelante y poder terminar este lindo proceso.
Para mi Padre, Nelson Celis.
30 de diciembre de 1962 – 15 de septiembre de 2011
iii
Nelson Celis Reyes
AGRADECIMIENTOS
En esta investigación se visualiza el esfuerzo realizado al comenzar esta carrera, donde se
adquirieron variados conocimientos, experiencias, lecciones y por sobre todo, la autorrealización
como personas y profesionales, dado que nos dieron el espacio para construir nuestra propia
verdad.
Queremos agradecer a nuestros familiares, novias, amigos y compañeros por apoyarnos en todo
momento, dándonos siempre una cuota de motivación y también por empatizar con nosotros, con
cada decisión que se llevó a cabo en este proceso.
Queremos agradecer a nuestro profesor guía, Sr. Gedeón Santander Jara, por facilitar todo su
conocimiento y dar el apoyo necesario para la realización de esta nueva experiencia,
entregándonos su tiempo personal y colaborando para lograr nuestras metas, por la paciencia
que nos tuvo, las conversaciones, los consejos y punto de vista que nos enriqueció como
estudiantes y profesionales.
Queremos agradecer a cada profesor presente en nuestro desarrollo académico y profesional,
por compartir sus experiencias laborales y paciencia en estos tiempos de pandemia, donde la
comunicación se vio afectada, sin embargo, su vocación fue más grande que esta crisis sanitaria.
Gracias por traspasar su conocimiento de generación en generación y formar personas de gran
excelencia académica. Muchas gracias a la profesora Sr. Angela Puga Marfull, por su paciencia,
disposición y dedicación con sus estudiantes por sacar lo mejor de nosotros.
Queremos expresar un especial agradecimiento al Instituto profesional Duoc UC, Sede Alameda,
por facilitar sus instalaciones de laboratorio incluyendo máquinas, equipos y herramientas para
realizar los ensayos correspondientes a nuestra tesis, además, agradecer a los alumnos de
Técnico en Construcción que nos brindaron su apoyo al momento de ejecutar algunos procesos.
Finalmente, nos despedimos y esperamos vernos nuevamente en una sala de clase o en nuestras
vidas profesionales, con las mismas ganas de querer hacer las cosas bien, escuchar y aprender,
siempre, con una sonrisa sincera y con una mentalidad de tiburón, dejando en los más alto los
estándares de la Universidad de Santiago de Chile.
iv
TABLA DE CONTENIDO
Resumen…………………………………………………………………………………………………i
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES DEL ESTUDIO .......................................................................... 2
1.1
Generalidades .................................................................................................................... 2
1.2.
Objetivos ............................................................................................................................ 5
1.2.1.
Objetivo General .................................................................................................... 5
1.2.2.
Objetivos Específicos ............................................................................................. 5
1.3.
Alcances ............................................................................................................................. 6
1.4.
Limitaciones ....................................................................................................................... 6
1.5.
Justificación e importancia del tema .................................................................................. 7
1.6.
Metodología........................................................................................................................ 8
CAPÍTULO 2: PILAS ..................................................................................................................... 9
2.1. Conceptos Básicos ................................................................................................................ 9
2.2. Fundamentos Teóricos ......................................................................................................... 11
2.3.
2.4.
2.2.1.
Corriente ............................................................................................................... 11
2.2.2.
Voltaje .................................................................................................................. 11
2.2.3.
Resistencia……………………………………………………………………………...12
Tipos de pila ..................................................................................................................... 12
2.3.1.
Pilas Primarias ..................................................................................................... 13
2.3.2.
Pilas Secundarias................................................................................................. 13
2.3.3.
Tecnología de Pilas .............................................................................................. 13
2.3.4.
Tamaño de Pilas .................................................................................................. 16
Pilas Zinc-Dióxido de Manganeso y Zinc-Carbón ............................................................ 17
2.4.1.
Componentes de las pilas Zinc–Dióxido de Manganeso ..................................... 17
2.4.2. Funcionamiento de la pila Zinc-Dióxido de Manganeso ............................................ 18
2.4.3. Pilas de Zinc-Carbón.................................................................................................. 23
2.4.4. Componentes de las pilas Zinc-Carbón ..................................................................... 24
2.4.5. Funcionamiento de la pila Zinc-Carbón ..................................................................... 26
2.5.
Efectos de la contaminación de las pilas ......................................................................... 27
2.5.1.
Decreto Supremo N°148 ...................................................................................... 27
2.5.2.
Toxicidad .............................................................................................................. 28
2.5.3.
Ley REP ............................................................................................................... 28
CAPÍTULO 3: CLASIFICACIÓN, PROCESO DE CONTROL Y ENSAYOS SOBRE EL
HORMIGÓN ................................................................................................................................. 30
v
3.1. ¿Qué es el Hormigón? .......................................................................................................... 30
3.2. Materiales constituyentes del hormigón ................................................................................ 30
3.3. Procesos de control y normativa ........................................................................................... 32
3.4. Estados del hormigón ........................................................................................................... 33
3.4.1. Estado fresco ............................................................................................................. 34
3.4.2. Estado endurecido ..................................................................................................... 34
3.5 Ensayos de hormigón ............................................................................................................ 34
3.5.1 Según utilidad ............................................................................................................. 35
3.5.2 Según su finalidad ....................................................................................................... 35
3.5.3 Según su naturaleza ................................................................................................... 35
3.5.4 Según hormigón en estado fresco .............................................................................. 36
3.5.5 Según hormigón endurecido ....................................................................................... 36
CAPÍTULO 4: MEDIO AMBIENTE Y ECONOMÍA CIRCULAR ................................................... 38
4.1. Situación actual ..................................................................................................................... 38
4.2. Construcción sustentable ...................................................................................................... 40
4.3. De la economía circular ........................................................................................................ 46
4.3.1. Antecedentes ............................................................................................................. 46
4.3.2. El fracaso de la economía lineal ................................................................................ 47
4.3.3. Transición a la economía circular .............................................................................. 49
CAPÍTULO 5: DISEÑO DE MEZCLA Y PREPARACIÓN HORMIGÓN PATRÓN Y CON
ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO DE MANGANESO CON CLORURO DE
ZINC Y GRAFITO ........................................................................................................................ 53
5.1. Confección de banda granulométrica ideal........................................................................... 53
5.2. Propiedades físicas de los áridos ......................................................................................... 57
5.2.1. Confección de granulometría de los áridos ............................................................... 57
5.2.2. Densidad aparente suelta y compactada................................................................... 60
5.2.3. Densidad real superficialmente seca ......................................................................... 61
5.3. Diseño de mezcla de hormigón ............................................................................................ 62
5.3.1. Tamaño máximo del árido.......................................................................................... 63
5.3.2. Descenso de cono ..................................................................................................... 64
5.3.3. Cantidad de agua de amasado .................................................................................. 65
5.3.4. Cantidad de aire atrapado.......................................................................................... 65
5.3.5. Requisitos de durabilidad ........................................................................................... 66
5.3.6. Resistencia media requerida ..................................................................................... 68
5.3.6.1. Factor estadístico .................................................................................................... 69
5.3.6.2. Valor estimado ........................................................................................................ 69
vi
5.3.6.3. Cálculo de resistencia media requerida .................................................................. 70
5.3.7. Razón A/C .................................................................................................................. 70
5.3.8. Dosis mínima de cemento por durabilidad ................................................................. 72
5.3.9. Cálculo de la dosis de cemento ................................................................................. 72
5.3.10. Dosis de áridos ........................................................................................................ 73
5.3.10.1. Distribución de dosis de áridos ............................................................................. 74
5.3.10.2. Sistema de ecuaciones ......................................................................................... 74
5.3.11. Dosis de Adiciones ................................................................................................... 77
5.3.11.1. Volumen total de las probetas .............................................................................. 77
5.3.11.2. Dosificación de Hormigón Patrón ......................................................................... 78
5.3.11.3. Porcentaje de Adiciones ....................................................................................... 78
5.3.11.4. Dosificación de adiciones ..................................................................................... 79
5.3.12. Preparación, control y elaboración de las probetas ................................................. 82
5.3.12.1. Materiales e instrumentos ..................................................................................... 82
5.3.12.2. Procedimiento de mezclado .................................................................................. 84
5.3.12.3. Control de hormigón fresco ................................................................................... 86
5.3.12.4. Confección y compactación de las probetas ........................................................ 92
5.3.12.5.
Fraguado, descimbre y curado de probetas .................................................... 94
CAPÍTULO 6: PROCEDIMIENTOS Y ENSAYOS REALIZADOS A LAS MUESTRAS DE
HORMIGÓN FRESCO PATRÓN Y CON ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO
DE MANGANESO CON CLORURO DE ZINC Y GRAFITO ........................................................ 98
6.1 Cuarteo para muestras .......................................................................................................... 98
6.1.1. Materiales de trabajo .................................................................................................. 98
6.1.2 Descripción del procedimiento de trabajo ................................................................... 98
6.2. Determinación de la granulometría ....................................................................................... 99
6.2.1. Materiales y Equipo .................................................................................................... 99
6.2.2. Preparación de las muestras ................................................................................... 100
6.2.3. Procedimiento de ensayo......................................................................................... 100
6.2.4. Expresión de resultados ........................................................................................... 101
6.2.5. Bandas granulométricas .......................................................................................... 102
6.3 Determinación del contenido de humedad total evaporable ................................................ 103
6.3.1 Materiales utilizados .................................................................................................. 103
6.3.2. Preparación de la muestra y procedimiento de ensayo ........................................... 103
6.3.3. Datos ........................................................................................................................ 104
6.3.4 Resultados obtenidos ................................................................................................ 104
6.4. Densidad aparente .............................................................................................................. 104
6.4.1. Preparación de la muestra ....................................................................................... 104
vii
6.4.2. Capacidad volumétrica............................................................................................. 105
6.4.3. Procedimiento para determinar densidad aparente (ƿa) ......................................... 106
6.4.4. Materiales ................................................................................................................. 106
6.4.5. Datos ........................................................................................................................ 107
6.4.6. Resultados ............................................................................................................... 108
6.5. Densidad real y neta, y absorción de los áridos finos ........................................................ 109
6.5.1. Preparación de la muestra ....................................................................................... 110
6.5.2. Procedimiento para determinar densidad real y neta, y absorción de los áridos finos
........................................................................................................................................... 110
6.5.3 Medición .................................................................................................................... 110
6.5.4 Materiales .................................................................................................................. 111
6.5.5. Datos ........................................................................................................................ 111
6.5.6 Resultados ................................................................................................................ 112
6.6. Determinación de la densidad real, neta y absorción de los áridos Gruesos ..................... 112
6.6.1. Preparación .............................................................................................................. 112
6.6.2. Procedimiento para determinar densidad real, neta y absorción de los áridos gruesos
........................................................................................................................................... 113
6.6.2.1 Pesada sumergida ................................................................................................. 113
6.6.2.2 Pesada al aire del árido saturado superficialmente seco (SSS) ........................... 113
6.6.2.3 Pesada al aire del árido seco ................................................................................. 114
6.6.3 Materiales .................................................................................................................. 114
6.6.4 Datos ......................................................................................................................... 114
6.6.5 Resultados ................................................................................................................ 114
6.7. Determinación del material fino menor a 0,075mm ............................................................ 115
6.7.1. Preparación de la muestra ....................................................................................... 115
6.7.2 Procedimiento de determinación del material fino menor a 0,075mm ..................... 115
6.7.3 Materiales .................................................................................................................. 115
6.7.4 Datos ......................................................................................................................... 116
6.7.5. Resultados ............................................................................................................... 116
6.8. Extracción de los componentes de las pilas ....................................................................... 116
6.8.1 Procedimiento de extracción ..................................................................................... 117
6.8.2 Materiales a utilizar ................................................................................................... 117
CAPÍTULO 7: ENSAYO REALIZADO A PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN
ENDURECIDO PATRÓN Y CON ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO DE
MANGANESO CON CLORURO DE ZINC Y GRAFITO ............................................................ 118
7.1. Mediciones de las probetas cilíndricas ............................................................................... 118
7.2. Ensayo de resistencia a la compresión ............................................................................. 123
viii
CAPÍTULO 8: DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS............................................ 125
CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 128
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 132
ix
Índice de Tablas
Tabla 1: Componentes de los distintos sistemas de Pilas ........................................................... 12
Tabla 2: Clasificación, composición y características principales de las tecnologías de las
pilas………………………………………………………………………………………………………..14
Tabla 3: Tamaños de pilas ........................................................................................................... 16
Tabla 4: Tamaños y designaciones IEC y ANSI. ......................................................................... 17
Tabla 5: Composición Química de una Pila Energizer ................................................................ 18
Tabla 6 : Potenciales de Reducción ............................................................................................ 21
Tabla 7: Clasificación de los hormigones por resistencia a compresión ..................................... 37
Tabla 8: Resumen emisiones de CO2 - Proceso de fabricación .................................................. 40
Tabla 9: Bandas granulométricas de áridos combinados con dn 37,5 mm y 19 mm .................. 54
Tabla 10: Bandas granulométricas e ideal de áridos combinados con dn 37,5 mm ................... 55
Tabla 11: Tipos granulométricos de áridos finos ......................................................................... 56
Tabla 12: Banda granulométrica y curva ideal de áridos combinados con Dn 4,75 mm. ........... 56
Tabla 13: Granulometría del árido grueso ................................................................................... 58
Tabla 14: Granulometría de arena gruesa ................................................................................... 59
Tabla 15: Granulometría de arena fina ........................................................................................ 60
Tabla 16: Densidad aparente suelta y compactada .................................................................... 61
Tabla 17: Densidad real saturado superficialmente seco de los áridos ...................................... 61
Tabla 18: Condiciones generales y de partida para diseño de mezclas ..................................... 62
Tabla 19: Asentamiento de cono según tipo de estructura ......................................................... 64
Tabla 20: Volumen Estimado de Agua de Amasado (m3) ........................................................... 65
Tabla 21: Aire promedio atrapado m3 .......................................................................................... 66
Tabla 22: Contenido máximo de iones cloruro solubles en el hormigón ..................................... 67
Tabla 23: Estado SSS de la adición de Dióxido de Manganeso - Cloruro de Zinc ..................... 68
Tabla 24: Factor estadístico t ....................................................................................................... 69
Tabla 25: Valor estimado ............................................................................................................. 70
x
Tabla 26: Razón agua-cemento para resistencia media requerida, fr ......................................... 71
Tabla 27: Valores para interpolar ................................................................................................. 71
Tabla 28: Tabulación de datos ..................................................................................................... 73
Tabla 29: Dosificación de la mezcla en L .................................................................................... 73
Tabla 30: Granulometría de las curvas Ideales y áridos combinados ......................................... 74
Tabla 31: Estado SSS, Volumen real en L y Masa SSS en Kg ................................................... 77
Tabla 32: Dosificación para 30 L de Hormigón Patrón ................................................................ 78
Tabla 33: Porcentaje de adiciones ............................................................................................... 78
Tabla 34: Adición de dióxido de manganeso en l y kg ................................................................ 79
Tabla 35: Dosificación para 30 l ................................................................................................... 80
Tabla 36: Adición de dióxido de manganeso con cloruro de zinc ............................................... 81
Tabla 37: Adición de grafito ......................................................................................................... 81
Tabla 38: Dosificación para 30 l de dióxido de manganeso con cloruro de zinc ......................... 81
Tabla 39: Dosificación para 30 L de Grafito ................................................................................. 82
Tabla 40: Reporte de control de hormigón patrón ....................................................................... 87
Tabla 41: Reporte de control de hormigón fresco con adición de dióxido de manganeso .......... 88
Tabla 42: Reporte de control de hormigón fresco con adición de dióxido de manganeso con cloruro
de zinc .......................................................................................................................................... 89
Tabla 43: Reporte de control de hormigón fresco con adición de Grafito ................................... 90
Tabla 44: Tamaño abertura de tamices ..................................................................................... 100
Tabla 45: Bandas de porcentaje acumulado que pasa por los diferentes tamices ................... 102
Tabla 46: Masa en estado húmedo de cada muestra ............................................................... 104
Tabla 47: Muestras en estado seco y contenido de humedad total evaporable ....................... 104
Tabla 48: Dimensiones de las medidas ..................................................................................... 105
Tabla 49: Densidad del agua dependiendo de la temperatura .................................................. 105
Tabla 50: Medidas de los recipientes ....................................................................................... 107
Tabla 51: Información del recipiente a ...................................................................................... 107
Tabla 52: Información del recipiente b ....................................................................................... 107
xi
Tabla 53: Capacidad volumétrica de los recipientes ................................................................. 108
Tabla 54: Masa para densidad aparente suelta ........................................................................ 108
Tabla 55: Densidad aparente suelta .......................................................................................... 108
Tabla 56: Masa para densidad aparente compactada .............................................................. 108
Tabla 57: Densidad aparente compactada ................................................................................ 109
Tabla 58: Densidades aparentes de las muestras .................................................................... 109
Tabla 59: Información previa de las muestras ........................................................................... 111
Tabla 60: Densidad real, neta y absorción de áridos finos de las muestras. ............................ 112
Tabla 61: Cantidad mínima de muestra ..................................................................................... 113
Tabla 62: Información previa de la muestra ............................................................................... 114
Tabla 63: Densidad real y neta, y absorción de los áridos gruesos .......................................... 114
Tabla 64: Antecedentes de las muestras ................................................................................... 116
Tabla 65: Determinación del material fino menor a 0,0075 de las muestras ............................ 116
Tabla 66: Dimensiones y masado de las probetas confeccionadas .......................................... 121
Tabla 67: Resistencia a la compresión en MPa de las probetas………………………………….123
xii
Índice de Figuras
Figura 1: Componentes de la pila ................................................................................................ 10
Figura 2: Pilas jellyroll y bobina ................................................................................................... 11
Figura 3: Componentes de una pila alcalina................................................................................ 18
Figura 4: Reacción redox en una celda galvánica ....................................................................... 20
Figura 5: Funcionamiento de una pila .......................................................................................... 22
Figura 6: Pila alcalina ................................................................................................................... 23
Figura 7: Pilas lenclaché .............................................................................................................. 24
Figura 8: Pila Eveready ................................................................................................................ 25
Figura 9: Componentes de una pila salina .................................................................................. 26
Figura 10: Impacto de la industria de la construcción ................................................................. 39
Figura 11: Consumo energético ................................................................................................... 39
Figura 12: Ciclo de vida de la construcción ................................................................................. 43
Figura 13: Criterios de sustentabilidad ........................................................................................ 44
Figura 14: Lineamientos estratégicos .......................................................................................... 45
Figura 15: Esquema de la economía lineal .................................................................................. 49
Figura 16: Ciclo técnico de la economía circular ......................................................................... 50
Figura 17: Determinación de tamaño máximo nominal ............................................................... 64
Figura 18: Ficha de datos pila Eveready ..................................................................................... 67
Figura 19: Reducción de impurezas de los áridos finos .............................................................. 83
Figura 20: Materiales e instrumentos ........................................................................................... 84
Figura 21: Mezcla de hormigón ................................................................................................... 85
Figura 22: Colocación de las materias primas ............................................................................. 85
Figura 23: Mezcla de hormigón ................................................................................................... 86
Figura 24: Ensayo de asentamiento del cono de Abrams ........................................................... 91
Figura 25: Ensayo de determinación de la temperatura del hormigón fresco ............................. 91
Figura 26: Ensayo de determinación del contenido de aire ......................................................... 92
xiii
Figura 27: Confección de probetas .............................................................................................. 93
Figura 28: Compactación de probeta ........................................................................................... 94
Figura 29: Fraguado de las probetas ........................................................................................... 95
Figura 30: Desmolde de probetas ................................................................................................ 96
Figura 31: Curado por anegamiento ............................................................................................ 97
Figura 32: Temperatura del agua para curado ............................................................................ 97
Figura 33: Determinación de dimensiones la probeta ............................................................... 119
Figura 34: Traslado de las probetas .......................................................................................... 120
Figura 35: Probetas protegidas .................................................................................................. 121
Figura 36: Medición de diámetro y altura ................................................................................... 122
Figura 37: Masado de las probetas ........................................................................................... 122
xiv
Índice de Gráficos
Gráfico 1: Banda granulométrica y curva ideal de árido combinado con dn 37,5 mm……………54
Gráfico 2: Banda granulométrica y curva ideal de árido combinado con dn 4,75 mm ................ 57
Gráfico 3: Comportamiento resistencia v/s tiempo………………………………………………….123
xv
INTRODUCCIÓN
El uso de las pilas es algo cotidiano en la actualidad, esto por ser fuente de energía de bajo costo,
continua, pero agotable. Están constituidas principalmente, por diversos minerales; son prácticas
y cómodas para el uso de algunos artefactos electrónicos. Es ostensible el aporte que generan
en este aspecto, en nuestra sociedad y en la industria, en los procesos que integren esta
tecnología.
Sin embargo, luego de su posterior uso, no existe un proceso de reutilización de los materiales
que las componen, provocando grandes problemas de contaminación de suelos y aguas
subterráneas cercanas a zonas de asentamiento humano, que podrían actuar negativamente en
la salud de las personas.
Esta investigación se enfoca en resolver una de las problemáticas medioambientales generadas
por el desecho de las pilas que dejaron de ser utilizadas, por terminar su vida útil. Estas
generalmente se encuentran en depósitos municipales a lo largo del país, siendo un agente
contaminante para nuestro ecosistema. Por lo tanto, la discusión se enmarca en mitigar y darle
soluciones innovadoras y de forma oportuna a los desechos de pilas, generando un impacto
concientizado en el modelo de producción y consumo que implica su uso.
La reutilización de los desechos de las pilas como materia prima, para adicionarla a la elaboración
del hormigón, es una de las soluciones que se expone en este documento, que tiene como
propósito, evidenciar la efectividad del uso de los desechos componentes de las pilas, al ser
destinados como adición en la confección de una probeta cilíndrica de hormigón. Esta solución
está fundamentada por los principios de la economía circular, modelo que logra aportar e
incentivar la innovación en los sectores industriales.
La confección del hormigón está diseñada para una eventual aplicación en el rubro de la
construcción, según los resultados obtenidos, modificando así un material muy utilizado por sus
características y cualidades, creando un material amigable con el medio ambiente, y relacionando
directamente la industria de la pila con la construcción.
1
CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
1.1 Generalidades
En 1992, la Convención Marco de Naciones Unidas para el Cambio Climático (CMNUCC)
estableció que algunos países se hicieran cargo de obligaciones de reducción de emisiones de
gases de efecto invernadero; esto se hizo en base al principio de responsabilidades comunes,
pero diferenciadas. Comunes, porque el cambio climático nos afecta a todos y diferenciadas,
porque no todos los países tienen el mismo grado de responsabilidad. Esto se debe por el
aumento de CO2 en la atmósfera desde la Revolución Industrial; se estima que, en el año 1960,
la concentración de CO2 era 310 ppm y que para el año 2019, fue de 410 ppm, aumentando la
temperatura entre 1°C a 1,2°C (Rondanelli, 2021).
Actualmente en Chile, se entregó en el marco de la COP 26 (Conferencia de las Naciones Unidas
sobre el Cambio Climático) realizada en Glasgow (Reino Unido), una hoja de ruta para ser
carbono neutral y resiliente al clima, a más tardar para el año 2050. Esto influye de manera
sustancial en las generaciones de hoy en día, generando una perspectiva de resiliencia y
mitigación ante las amenazas que son causadas por la acción humana a nivel país, además de
existir una vulnerabilidad a nivel nacional sobre la información, estudios, financiamiento, pocas
herramientas para la toma de decisiones con respecto al cambio climático y a las vulnerabilidades
de los territorios. Esta problemática se puede abordar de forma directa y local, como lo es en el
caso de esta investigación, donde se abordará el tema de los desechos de pilas, generadas en
nuestro círculo más cercano.
La pila ha sido esencial en la evolución de la tecnología a lo largo de la historia, esta data de la
época de Alessandro Volta; quien fue un físico italiano que estudió la electricidad y diversos
fenómenos que ocurrían con ella, en 1800 estudió las corrientes eléctricas transmitidas desde un
metal a otro, por medio de patas de ranas. Al continuar con los estudios, concluyó que algunas
combinaciones de metales producían mayor efecto que otras, construyendo así una lista según
su eficacia, hoy conocida como la Serie Electroquímica. Luego definió lo que sería el “Flujo
Eléctrico”, logrando construir un dispositivo compuesto por dos recipientes con una placa de cobre
y una placa de plata. Ambos recipientes llenos de una solución salina estaban conectados por
arcos metálicos, dando como resultado la primera batería eléctrica de la historia. Luego para
realizar de manera más simple el invento, se construye con pares de discos de metal del tamaño
de una moneda, donde había uno de plata y otro de zinc, separados por pasta o cuero
humedecido con agua salada en medio de los discos, estos se apilaban uno encima de otro
formando una columna de cobre-paño-zinc, a los extremos del dispositivo se conectó una tira de
2
metal sumergido en un recipiente con mercurio, por lo que al cerrarse el circuito permitía la
generación de corriente eléctrica.
Con referencia a los desechos y efectos de contaminación que provocan las pilas, se puede decir
que son negativos por los cambios que pueden provocar en el ecosistema, por sus elementos
químicos y metales pesados, algunos de los cuales pueden ser considerados como materias
tóxicas que perjudican a los seres vivos y al medioambiente. Sin embargo, no todas las pilas se
consideran como residuos peligrosos, ya que, dependiendo de su composición y el tipo de pila,
se clasificarán. Según esta consideración, en el caso de las pilas que son residuos peligrosos, se
deben tratar de acuerdo con las normativas y optar por la posibilidad de reutilización de sus
componentes; el Decreto Supremo N°148 garantiza la posibilidad de vivir en un medio ambiente
libre de contaminación.
La aplicación de la ley REP ayuda a gestionar estos recursos contaminantes, atribuyéndole a los
productores la obligación de hacerse cargo de los desechos de sus productos, trabajando en
conjunto con la ley 20920, que rigen desde el año 2013 hasta la actualidad. Además, existen
diversas alternativas para reciclar en el país, algunas de estas actividades son de carácter estatal,
municipal, regional, privadas, entre otras, donde cada una de ellas cuenta con programas
especiales, para alcanzar los objetivos de reciclaje que se proponen, así siendo tratadas por
medio de tratamientos especiales.
En esta investigación, la solución está en el reciclaje de las pilas, específicamente en la
interconexión que pueden lograr los componentes de esta materia prima con los componentes
convencionales del hormigón, dándose así una especie de extrapolación tecnológica, con el fin
de extraer nuevas conclusiones de lo idealmente estructurado en términos teóricos. Ahora bien,
se ha contextualizado el fenómeno que se ha dado en Chile sobre el cambio climático, su relación
con la contaminación de las pilas, su historia, las normas e iniciativas que existen para mitigar su
contaminación. No obstante, es necesario contextualizar la evolución del hormigón a lo largo de
la historia, ya que es esta la fuente de inspiración para proponer esta solución a la contaminación
producida por el desecho de las pilas.
Hoy en la actualidad, existen varias investigaciones sobre el hormigón con adiciones de distintos
materiales, como por ejemplo, el estudio realizado por Jhonson Guzmán Espinal Hinostroza y
Gilberto Rimachi Araujo; 2020, sobre la “Influencia de la adición de nanosílice (SiO2) y dióxido de
Titanio (TiO2) en las propiedades del concreto modificado, con baja dosificación de
nanopartículas”, por otro lado, existe un estudio de Fabian Antony Orrala Yagual y Fausto Gavino
Gómez Suárez en el año 2015 llamado “Estudio de la resistencia a la compresión del hormigón
con adición de puzolana”, obtenida de la calcinación de residuos del cultivo de maíz producido en
la provincia de, Santa Elena”, Ecuador y así, existen varios estudios relacionados con la
3
tecnología del hormigón y sus adiciones, que tratan de resolver distintas problemáticas que se
enmarcan en su localidad o a nivel mundial.
Las diversas y variadas maneras de agregar adiciones al hormigón bajo la constante evolución
tecnológica y lo que implica aquella, además del acelerado cambio climático, surge la idea de
innovar en pos de la sostenibilidad la creación de nuevos materiales que son destinados a la
construcción convencional. La realización de la tesis ha permitido investigar sobre algunos
desechos que pueden ayudar y ser considerados como una oportunidad para contribuir a realizar
un considerable cambio en el medioambiente.
Según los materiales que constituyen un tipo de pila y grafito, se busca implementar un nuevo
hormigón con adiciones de estos componentes, apuntando a ser una mejora considerable a la
disminución de la contaminación del medioambiente, aplicando el concepto de las tres “R” al
desecho de pilas.
4
1.2. Objetivos
1.2.1.
Objetivo General
Realizar un estudio y análisis comparativo de resistencia entre hormigones que incorporan
adiciones de Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito
obtenido de pilas en desuso.
1.2.2.
Objetivos Específicos
-
Definir la composición, propiedades y caracterización de las pilas.
-
Investigar y definir el Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc
y Grafito, su composición, propiedades y caracterización.
-
Describir el impacto medioambiental producido por las pilas como material de desecho y
sus efectos en la salud humana
-
Estudiar las normativas relativas al hormigón y contaminación medioambiental por
materiales de desecho.
-
Definir el hormigón, sus propiedades, composición y beneficios como material
constructivo.
-
Confeccionar probetas de hormigón tradicional como muestra patrón, y de hormigones
con adición de Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y
Grafito.
-
Determinar mediante ensayo de resistencia a la compresión, las propiedades físicomecánicas del hormigón con las adiciones de Dióxido de Manganeso, Dióxido de
Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito.
-
Comparar las propiedades físico-mecánicas del hormigón con adición de Dióxido de
Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito., respecto al hormigón
tradicional.
-
Analizar los resultados obtenidos de los diversos tipos de hormigones y definir sus
posibles aplicaciones.
5
1.3. Alcances
Esta investigación busca dar a conocer el análisis del comportamiento y propiedades de adiciones
de hormigón de materiales desechados como la pila, utilizando sus componentes internos y con
grafito, ambos materiales destinados al uso de adiciones para una posible aplicación en la
construcción.
El material por utilizar se extrae por medio del reciclaje de pilas en sectores específicos,
estableciendo los debidos parámetros para realizar la obtención de aquellos materiales que
contienen los elementos a estudiar, dichas pilas serán pilas Zinc-Dióxido de Manganeso (marca
Duracell y Energizer) y de Zinc-Carbón (marcas Sony y Eveready).
Para la confección del hormigón se utilizará la NCh170:2016 y todos sus derivados, en el caso
medioambiental y de seguridad con respecto a las pilas, se usará el Decreto Supremo 148 y la
Ley REP.
1.4. Limitaciones
No se realizarán estudios económicos, cálculos de presupuestos y análisis de mercado, ya que
el presente documento, solo busca analizar el comportamiento mecánico, en base a resistencia
a la compresión de estas nuevas y no estudiadas adiciones, además, el análisis, se enmarcará
en 4 marcas de pilas, que son la Energizer, Eveready, Sony y Duracell, que son clasificadas como
pilas Zinc-Carbón (Eveready y Sony) y Zinc-Dióxido de Manganeso (Duracell y Energizer), por lo
tanto, no se abordarán en este estudio, las pilas de Litio-Dióxido de Manganeso, Zinc-Óxido de
Plata, Zinc-Aire y Zinc-Óxido de Mercurio, ni tampoco pilas recargables.
6
1.5. Justificación e importancia del tema
En medio de la crisis climática provocada en gran parte por la actividad humana a nivel local y
mundial, se hace necesario buscar nuevas alternativas que sean amigables con el medio
ambiente, para hacerse cargo de las nuevas responsabilidades que exige la actualidad, además
de los requerimientos a nivel tecnológico de la carrera de Tecnología en Construcciones. Es por
ello, que esta investigación estará enmarcada principalmente en los siguientes conceptos:
Economía circular, resiliencia, sostenibilidad, innovación y mitigación, sin desmerecer el beneficio
social que no es percibido por las personas fuera del rubro y finalmente, cumplir con reducir,
reutilizar y reciclar, estimulando la participación ciudadana con estas 3 “R”.
Las pilas en su mayoría son importadas en Chile y no existe la regularización necesaria para
evitar la entrada de productos que contengan componentes contaminantes que afecten a nuestro
ecosistema, debido a esto, es que existe una gran variedad de pilas que circulan en todo el país
y por lo que se hace imprescindible reutilizar este tipo de desechos. En gran parte de la zona
central, Región de Valparaíso y Región Metropolitana, es posible encontrar puntos verdes y
depósitos de pilas en las cercanías de zonas de asentamientos humanos. Controlar, supervisar
y reducir este tipo de desecho sería un avance primordial en el desarrollo social y medioambiental
de nuestro país.
En este contexto, se necesitan nuevas iniciativas tanto del sector público como del privado,
respecto a una nueva gestión integral y la creación de nuevos usos que se le pueden dar a estos
desechos, convirtiéndolos en sustentables, afrontando los desafíos medioambientales, sociales,
económicos y tecnológicos, que conlleva la reutilización de estos.
Por esta razón, el propósito de esta investigación es reutilizar la mayor parte de los materiales
componentes de una pila, dando pie a una economía circular, verde y concientizada con el medio
ambiente, resguardando la salud de las personas cercanas a estos depósitos.
El principal eje de esta investigación es convertir los materiales componentes de una pila en una
materia prima a emplear para la manufacturación de pavimentos para la construcción. Busca ser
un aporte a la comunidad científica orientada al rubro de la construcción, medioambiental e
innovador, al formar un material de construcción que contribuya a la disminución de los desechos
de pilas inutilizadas.
7
1.6.
Metodología
La siguiente investigación es de carácter determinista con una mirada cualitativa y cuantitativa,
ya que por medio de ensayos se determinará el comportamiento del hormigón con adición de
Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito obtenido de pilas
inutilizadas, comparándolo con un hormigón patrón tradicional normado por la NCh170:2016 y
normativas que derivan de aquella.
La investigación se constituye de dos grandes etapas, la primera hará énfasis en el marco teórico,
proceso que consiste en la recopilación bibliográfica de la materia prima del compuesto, el
cemento y la adición de Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y
Grafito de las pilas inutilizadas. Para las pilas de Zinc-Dióxido de Manganeso y de Zinc-Carbón,
será necesario investigar su composición química, los componentes de éste, el impacto
medioambiental y características.
En el caso del cemento se debe conocer sus propiedades, composición y comportamiento. En
relación con la investigación del hormigón tradicional se estudiará la composición, propiedades,
fabricación y principalmente dar a conocer normativas referentes a las características físicomecánicas del hormigón tradicional.
Como segunda etapa, se tendrá el marco práctico, donde se extraerá de forma manual el carbón
y dióxido de manganeso de las pilas, siguiendo un protocolo de seguridad relacionado al Decreto
Supremo 148 y el grafito por su parte, se obtendrá por la compra en internet, ya que se obtuvo
pilas con grafito en bajas cantidades, cuyo análisis químico será obtenido a partir de los informes
y/o certificaciones de los proveedores. Por medio de estudios de laboratorio se fabricarán,
ensayarán, compararán y analizarán las características físico-mecánicas del hormigón con
adición de Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito,
obtenidos de las pilas en desuso.
8
CAPÍTULO 2: PILAS
En este capítulo se desplegará toda la información reunida para comprender e identificar cada
producto que se considere como pila, y para tal caso, es necesario estudiar la esencia de este.
La pila es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica mediante una
reacción exotérmica de oxidación-reducción (rédox). Este tipo de reacción consiste en la
transferencia de electrones de un material a otro por un circuito eléctrico. Será la configuración y
distribución de los materiales, es decir, la composición química dentro de este dispositivo, la que
establecerá su calidad y el tipo de pila que se usará.
2.1. Conceptos Básicos
Es necesario adentrarse al lenguaje observacional y de uso común en temas como este, para
comprender en términos generales a lo que se está refiriendo, según la descripción de Linden y
Reddy (2001) la pila está formada por 3 componentes principales:
•
Ánodo o electrodo negativo: que proporciona electrones al circuito externo y se oxida
durante la reacción electroquímica. El ánodo es generalmente un metal con fuerte
afinidad por el oxígeno. El zinc es uno de los metales más utilizados para el ánodo, no
sólo por sus propiedades eléctricas, sino por ser también relativamente de bajo costo,
fácil de producir por varios procesos, estructuralmente fuerte y químicamente estable.
Otros elementos utilizados son el cadmio y el litio.
•
Cátodo o electrodo positivo: que acepta electrones del circuito externo y experimenta
reducción durante la reacción de electroquímica. Se compone de elementos conductores
de carga positiva, que se colocan dentro del container, moldeándolos a las paredes de
este. El Dióxido de Manganeso es el material más comúnmente utilizado para el cátodo,
por presentar tendencia a ceder rápidamente el oxígeno.
•
Electrolito: es el conductor iónico que proporciona el medio para la transferencia de la
carga, dentro de la celda entre el ánodo y el cátodo. El electrolito es típicamente un
líquido, tal como agua u otros solventes, con sales disueltas, ácidos, o álcalis. Algunas
baterías usan electrolitos sólidos, que son conductores iónicos a la temperatura de
operación de la celda
9
Será en estos tres componentes principales donde los distintos elementos que se utilicen y su
distribución, serán claves para la calidad de la pila, y de esta configuración es donde nacen las
distintas tipologías de este producto. Las celdas se pueden construir en muchas formas y
configuraciones, tales como cilíndrica, botón, plana, y prismática y los componentes de la celda
se diseñan para acomodarlos a la forma particular de esta. Las celdas se sellan de varias formas
para prevenir derrames, algunas celdas están provistas con artefactos u otros medios para
permitir que gases acumulados puedan escapar, tales como las pilas cilíndricas, rectangulares,
de botón, entre otras. Estas se subdividen en alcalinas, salinas o lenclaché, litio y otros tipos de
materiales poco usados. (Linden & Reddy, 2001)
Por otra parte, existen componentes que son indispensables para el funcionamiento de una pila
que son los siguientes:
-
Conteiner: Dispositivo de acero en la cual se encuentran los componentes que permiten
la reacción.
-
Separador: Capa fibrosa que se coloca para evitar el contacto entre el ánodo y el cátodo,
generalmente se utiliza papel.
-
Colector: Es un alfiler de bronce ubicado al centro de la celda. Esta se encarga de
conducir la electricidad al exterior del circuito.
Figura 1: Componentes de la Pila
Fuente: (Energizer, 2022)
10
2.2. Fundamentos Teóricos
Para facilitar la comprensión de la forma en que se produce la electricidad por medio del proceso
electroquímico denominado rédox, se deben comprender algunos términos para describir el
concepto donde se encuentran la corriente asociada a un flujo de energía, el voltaje es la fuerza
con la que se mueve este flujo, la resistencia como cualquier obstáculo para el flujo y la potencia
es el trabajo que puede realizar este conjunto de acciones.
2.2.1.
Corriente
En términos eléctricos, se define que la corriente es el flujo de electrones o carga eléctrica que
recorre un material por medio de un circuito, formado por cables o sales como en las pilas. En el
caso de ellas, su corriente se determina por factores como el tamaño, donde las de mayor tamaño
tienen mayor amperaje, también por su sistema químico interno, donde hay unas que producen
más movimiento de partículas que otros, y el último factor es, cómo está construida la pila, donde
la forma “Jellyroll” tiene celdas formadas de ánodo, separador y cátodo uno al lado del otro y
“bobina” su ánodo se encuentra en el centro de la pila, la del segundo tipo es la menos efectiva
para el movimiento del flujo como se muestra en la figura 2.
Figura 2: Pilas Jellyroll y Bobina
Fuente: (Torti, 2009)
2.2.2.
Voltaje
También llamado tensión eléctrica, es la fuerza por unidad de una carga eléctrica que ejerce
sobre una partícula en un campo eléctrico, para así lograr mover entre dos puntos, es decir, la
fuerza con la que se mueve un flujo eléctrico. El voltaje de las pilas se determina por sus ánodos
y cátodos, también por el número de celdas individuales, por ejemplo, la pila de 9 volts alcalina
11
tiene 6 celdas individuales de 1,5 volts c/u, en la tabla 1 se muestra los componentes de los
distintos sistemas de pilas.
Tabla 1: Componentes de los distintos sistemas de Pilas
Fuente: (Torti, 2009)
Se habla de un voltaje promedio o también voltaje operativo, que es el que la pila puede producir
casi la mayor parte de su vida útil, comúnmente el voltaje inicial es mayor que este y el voltaje
final es menor.
2.2.3.
Resistencia
La Resistencia eléctrica es la oposición o restricción que se encuentra en el circuito que disminuye
el potencial del flujo, donde la unidad de medida es el Ohm (Torti, 2009). Respecto a las pilas, se
expresa como la facilidad con que esta puede producir el flujo. Se presentan dos resistencias en
la pila, la primera se presenta por su distribución de los componentes, donde la pila “jellyroll” tiene
una mayor resistencia, debido a que sus componentes a medida que se utilizan se convierten en
elementos menos reactivos por su misma utilización, por lo que, cuando la pila funciona y está
con descargas, su resistencia interna aumenta, esto también sucede en las pilas de “bobina” pero
en menor cantidad.
2.3. Tipos de pilas
Desde las primeras pilas en el mundo hasta la actualidad, han evolucionado con una rapidez
impresionante la composición y el tipo de funcionamiento que tienen las pilas. Hoy existen varios
tipos de ellas, se diferencian por su tamaño, componentes y reacción química que desarrollan
sus celdas interiores, convirtiendo la energía química almacenada en energía eléctrica; estas se
pueden clasificar en 3 grupos: de acuerdo con su carga, se clasifican como pilas primarias o
secundarias, según la tecnología empleada para su funcionamiento y de su tamaño.
12
2.3.1.
Pilas Primarias
También conocidas como pilas desechables, han sido diseñadas para convertir energía química
en eléctrica en forma irreversible, por lo que no pueden ser recargadas; una vez que su fuente de
energía química se agota, pierden su utilidad en forma definitiva. Son las principales pilas
comercializadas en el mundo y también las más populares por sus cómodas ventajas como los
variados tamaños que se pueden encontrar, su alto nivel de seguridad y confiabilidad, no
necesitan mantenimiento, además tienen un bajo costo con que se pueden encontrar.
2.3.2.
Pilas Secundarias
Se denominan pilas secundarias o recargables, a aquellas en que las reacciones químicas de
sus componentes internos son reversibles, por lo que pueden ser recargadas, empleando energía
eléctrica para restaurar los compuestos químicos de alto contenido energético, logrando
reestablecer la carga de la pila. (Rebolledo, 2010)
2.3.3.
Tecnología de Pilas
El conjunto de conocimientos propios de una técnica como la elaboración de una pila ha
alcanzado una variedad de productos, que se traducen en múltiples combinaciones de
componentes internos activos que generan la energía eléctrica, mediante reacciones químicas
entre los componentes, teniendo alguna más afinidad que otros y en el constante evolucionar de
la técnica, se van encontrando nuevos componentes; estas combinaciones se denominarán
“Tecnologías” y se verán en la tabla 2 “Clasificación, composición y características principales de
las tecnologías de las Pilas” y la continuación de esta.
13
Tabla 2 : Clasificación, composición y características principales de las tecnologías de
las Pilas
14
Continuación Tabla 2: Clasificación, composición y características principales de las
tecnologías de las Pilas
Fuente: (Rebolledo, 2010)
En la tabla 2 solo se muestran las tecnologías usadas en las pilas primarias, aunque también
existe una gran variedad de tecnologías en las pilas secundarias. No se mostrarán estas últimas,
porque está tesis se enfocará en las pilas primarias, específicamente, en las dos primeras
tecnologías mostradas en la tabla.
15
2.3.4.
Tamaño de Pilas
Las pilas tanto primarias como secundarias, se exhiben en variados tamaños, estos dependen en
gran parte por el artefacto electrónico que en se usarán como las linternas, controles,
calculadoras, calefón, entre otras aplicaciones. En la tabla 3, se detallarán los tamaños más
comunes disponibles en el territorio nacional.
Tabla 3: Tamaños de Pilas
Fuente: (Rebolledo, 2010)
16
En la tabla 4 se observan los diferentes tamaños y sus designaciones, dadas por la Comisión
Electrónica Internacional (IEC por su sigla en inglés) y el código ANSI, correspondiente a la
denominación según la “American Nacional Standards Institutes of USA”
Tabla 4: Tamaños y designaciones IEC y ANSI
Fuente: (Rebolledo, 2010)
2.4. Pilas Zinc-Dióxido de Manganeso y Zinc-Carbón
A continuación, se procederá a explicar de forma general a partir del proceso investigativo
desarrollado, el funcionamiento de dos tecnologías distintas usadas en el mercado de las pilas,
que son las pilas Zinc–Dióxido de manganeso y Zinc-Carbón. Es necesario entender, en términos
generales, lo que sucede dentro de una pila, para comprender su proceso de desuso y
contaminación.
2.4.1.
Componentes de las pilas Zinc–Dióxido de Manganeso
El funcionamiento de este tipo de pilas tiene relación con los componentes usados y su
disposición dentro de ella; en el caso de las pilas Duracell® y Energizer® que utilizan esta misma
tecnología, existe solamente una diferencia, que es el material que usan como electrolito y esto
hace la diferencia entre ambas, tanto en marca como en calidad. Los componentes usados en
esta tecnología son: recipiente de acero, el cátodo, que es una mezcla de Dióxido de Manganeso
y grafito, separador fibroso de papel que separa los electrodos, polvo de metal de zinc que es el
ánodo, una solución de hidróxido de potasio diluido con agua y, por último, el colector de latón
(aleación de cobre y zinc) como se puede ver en la Figura 3 y Tabla 5.
17
Figura 3: Componentes de una Pila Alcalina
Fuente: Propia, 2021
Tabla 5: Composición Química de una Pila Energizer
Fuente: Energizer, Product safety data sheet, 2017
2.4.2. Funcionamiento de la pila Zinc-Dióxido de Manganeso
Su funcionamiento consiste en una reacción química que se produce, cuando el circuito está
cerrado, es decir, cuando la pila se coloca en un artefacto electrónico. Las pilas alcalinas llamadas
así por su electrolito de hidróxido de potasio, en lugar del cloruro utilizado antiguamente, producen
energía una vez que el dióxido de manganeso es reducido y el zinc es oxidado por este electrolito.
18
En primer lugar, un átomo de ión de hidróxido (2OH-) dentro del electrolito, se unirá con un átomo
de zinc dentro de la sección del ánodo, esta reacción química se conoce como oxidación y creará
hidróxido de zinc, liberando electrones que son libres de moverse y se acumularán en el latón. Al
mismo tiempo, un átomo de óxido de manganeso se unirá con una molécula de agua del
electrolito, así como un electrón libre en una reacción química, llamada reducción (capta
electrones), convirtiéndose en una versión ligeramente distinta al óxido de manganeso inicial,
esta versión ya no necesita un átomo de ión de hidróxido, por lo que lo expulsará hacia el
electrolito que se unirá con un átomo de agua expulsado en la reacción de oxidación, el ión de
hidróxido ahora está libre y puede pasar a través del separador, generando una acumulación de
electrones en la terminal negativa, lo que significa que hay una diferencia de voltaje en los dos
extremos, midiéndose esto con un voltímetro como se observa en la Figura 5 y 6. (Mentalidad de
ingeniería, 2021)
Las pilas alcalinas producen energía una vez que el dióxido de manganeso es reducido y el zinc
oxidado. La ecuación es:
Zn + 2MnO2 + H2O → ZnO +2MnOOH (1)
Durante la reacción, el agua se consume y el ión hidroxilo es producido por el cátodo de dióxido
de manganeso según la siguiente reacción:
MnO2 + 2 H2O+ 2 e → 2MnOOH + 2OH- (2)
Al mismo tiempo, el ánodo consume el ion hidroxilo produciendo agua, de acuerdo con la
siguiente reacción:
Zn + 2OH- → ZnO +H2O + 2e (3)
Los electrones (e) generados durante las reacciones son los que producen la energía. La rapidez
con la que se produce la reacción depende de la calidad de los materiales y la disponibilidad del
agua durante la reacción. Este flujo de electrones del ánodo al cátodo sólo ocurre cuando se
cierra el circuito, es decir, cuando la pila se coloca en un dispositivo y este se enciende. (LLica,
2018)
Para explicar mejor el fenómeno, se mostrará la celda de Daniell quien inventó los primeros
fundamentos teóricos de una pila voltaica y es, a partir de esta, donde se genera mayor
conocimiento de los procesos que se llevan a cabo en una celda galvánica.
19

Figura 4: Reacción rédox en una Celda Galvánica
Fuente: (General, 2022)
En la figura 4 se muestran dos disoluciones, la que está a la derecha es con sulfato de cobre y la
que está la izquierda con sulfato de zinc, ambas disoluciones están conectadas a través de un
puente salino de sulfato de sodio, donde se genera la transferencia de cargas, la acción de
reducción del cobre libera 0,34 V según la tabla 6 de potenciales de reducción y la acción de
oxidación libera 0,76 V, dando en el voltímetro 1,1 V en total, es importante dejar en claro que el
potencial de reducción del zinc en la tabla es de -0,76 V, pero por efectos de la fórmula queda
positivo.
∆𝑬° = 𝑬°(𝑹𝒆𝒅. 𝒄á𝒕. ) − 𝑬°(𝒓𝒆𝒅. á𝒏. )
Los electrones se mueven desde un circuito externo desde la oxidación a la reducción, porque es
en la disolución del ánodo donde se liberan los electrones y es en el cátodo donde los capta,
fluyendo desde el punto de mayor potencial al de menor potencial.
20
Tabla 6 : Potenciales de reducción
Fuente: (Blogspot, 2022)
Hay que tener en consideración que el funcionamiento de la pila genera gases dentro de ella a
medida que se va usando, este gas puede ser corrosivo y tóxico para las personas, tema que se
abordará más adelante. No obstante, este es uno de los factores más importantes para saber si
la pila ya ha cumplido su ciclo de funcionamiento.
21
Figura 5: Funcionamiento de una pila
Fuente: (Mentalidad de Ingenieria, 2021)
El gas hidrógeno es un ejemplo de bioproducto que se forma como consecuencia de las
reacciones químicas en la pila alcalina. En condiciones normales de uso, la cantidad de este gas
producida es muy baja. Sin embargo, en condiciones de abuso de funcionamiento, estas
cantidades pueden aumentar, especialmente en pilas de mayor tamaño. En dispositivos con
compartimentos sellados fuertemente o a prueba de agua, la producción de gas hidrógeno debe
ser considerada un tema de seguridad, para evitar la acumulación de este gas dentro del
dispositivo. (LLica, 2018)
22
Figura 6: Pila Alcalina
Fuente: (J.M, 1976)
2.4.3. Pilas de Zinc-Carbón
La pila de Zinc-Carbono, también llamada “Pila Salina” es una tecnología que se identifica en 2
marcas que se abordan en esta tesis, estas son las pilas Eveready® y Sony®, ambas son
denominadas pilas Lenclaché, sistema electroquímico zinc/cloruro, amónico/bióxido de
manganeso, que fue inventado por Georges Leclanché en 1868. El sistema usado actualmente
es zinc/cloruro amónico, cloruro de zinc/bióxido de manganeso y carbón. El esquema de la pila
se puede ver en la figura 7.
23
Figura 7: Pilas Lenclaché
Fuente: (J.M, 1976)
2.4.4. Componentes de las pilas Zinc-Carbón
La pila salina está constituida por un recipiente de Zinc (Zn), revestido interiormente por papel
poroso, el cual contiene una pasta negra, una mezcla de dióxido de manganeso (MnO2), cloruro
amónico (NH4Cl), cloruro de cinc (ZnCl2), agua y polvo negro de carbón, en la que se introduce
una varilla de carbono tipo grafito como se puede ver en la figura 8. (Heredia-Avalos, 2007)
24
Figura 8: Pila Eveready
Fuente: Propia, 2021
El recipiente de Zinc es el ánodo (polo negativo) y el dióxido de Manganeso es el cátodo (polo
positivo) de la pila; la mezcla de Cloruro Amónico y Cloruro de Zinc en disolución acuosa
constituye el electrolito de la pila, mientras que el negro de carbón se utiliza para aumentar la
conductividad y retener la mezcla como se muestra en la figura 9. La varilla de grafito sirve como
electrodo colector de corriente y proporciona soporte estructural a la pila (Czerwiński, 2003); es
porosa y deja escapar el hidrógeno(H2) que se produce en las reacciones químicas que tienen
lugar, aunque si es muy porosa, se suele tratar con ceras o aceites para impermeabilizarla y
evitarla pérdida de agua. De hecho, si se calienta el electrodo directamente sobre el fuego, se
puede observar que rezuma cera fundida. El recipiente de Zinc posee un recubrimiento de plástico
para evitar su corrosión y una placa de metal en la base, la cual constituye el contacto negativo
de la pila; análogamente el electrodo de grafito posee otra placa de metal, que es el contacto
positivo. Este tipo de pila proporciona una diferencia de potencial de aproximadamente 1,5 V; en
cualquier caso, conviene que los estudiantes realicen la medida usando un polímetro, si se
dispone del mismo. (Heredia-Avalos, 2007)
25
Figura 9: Componentes de una Pila Salina
Fuente: (Heredia-Avalos, 2007)
2.4.5. Funcionamiento de la pila Zinc-Carbón
El funcionamiento de este tipo de pilas es parecido al de Zinc-Dióxido de Manganeso, sin
embargo, sus componentes están distribuidos de otra forma y utiliza otros materiales. Al igual que
la otra tecnología de pila, su funcionamiento comienza cuando es conectada a un circuito
eléctrico, tal y como se ha comentado previamente, la reacción química de oxidación se da en el
ánodo, es decir, en el recipiente de Zinc, liberando iones que atraviesan el circuito eléctrico hasta
llegar al electrodo de grafito, donde se da a lugar la reacción química de reducción del Dióxido de
Manganeso, ya que capta los electrones liberados en el proceso de oxidación, ambos procesos
se llevan a cabo con la interacción del electrolito, que es la mezcla de Cloruro Amónico y Cloruro
de Zinc en disolución acuosa. Sin embargo, además de la reducción del dióxido de manganeso,
también se produce en el electrodo de grafito, la semireacción de reducción. Como producto de
estas semireacciones la pila se polariza, esto es, el entorno del electrodo de Zinc se carga
positivamente, debido a los iones Zn2+, mientras que el entorno del electrodo de grafito se carga
negativamente, debido a los iones Cl–, dando lugar a una diferencia de potencial entre los
electrodos. Son los iones que constituyen el electrolito, a saber, una disolución acuosa de Cloruro
Amónico y Cloruro de Zinc, los encargados de eliminar esta polarización. Así, mientras que los
26
iones negativos de Cloruro fluyen hacia el ánodo (el recipiente de Zinc), los iones NH4+ y Zn2+
fluyen hacia el cátodo (el electrodo de grafito). Finalmente, los gases de amoniaco e hidrógeno
producidos en las semirreacciones de reducción son absorbidos, evitando así, el aumento de la
presión en el interior de la pila. (Heredia-Avalos, 2007)
2.5. Efectos de la contaminación de las pilas
En relación con los desechos de pilas, los efectos de la contaminación de estas generan un
cambio negativo en nuestro ecosistema, debido a que contienen elementos químicos tales como
el Dióxido de Manganeso (MnO2), Hidróxido de Potasio (KOH), pasta de Zinc (Zn), Cloruro de
Amonio (NH4Cl), entre otros materiales usados y, por otra parte, metales pesados como el
Mercurio, Níquel, Litio, Plomo, Cadmio, entre otros. Ambos componentes son considerados
tóxicos para el medio ambiente y perjudican a los seres vivos. Algunos de sus metales se pueden
filtrar en las napas subterráneas por procesos químicos o por efectos de las aguas lluvias, donde
el disolvente líquido se pone en contacto con un sólido pulverizado para que se produzca la
disolución de uno de los componentes del sólido, extrayendo uno o varios solutos de este,
mientras que, si estos son quemados, liberan gases tóxicos que se dispersan por el aire, siendo
considerados residuos peligrosos, motivo por el cual, no se deben mezclar con la basura
convencional.
2.5.1.
Decreto Supremo N°148
Es preciso señalar que no todas las pilas contienen elementos que por su condición de
peligrosidad deban ser retirados y tratados de acuerdo con lo establecido en el Reglamento
Sanitario sobre Manejo de Residuos Peligrosos (D.S. 148/03). Según la circular N° B32/09, el
Ministerio de Salud, a través del DS 148, art. 90 lista B, clasifica como residuos no peligrosos a
las baterías o pilas comunes de corta duración, habitualmente compuestas por Zn-C así como a
las de larga duración, denominadas alcalinas y compuestas por Zinc (Zn) y Dióxido de
Manganeso (MnO2). Por otra parte, se consideran residuos peligrosos a las pilas o baterías que
contienen Plomo (Pb), Cadmio (Cd) o Mercurio (Hg), siendo éstas las pilas tipo botón y las
baterías recargables que contengan los componentes anteriormente citados. Estos componentes
deben ser tratados según normativa y valorar la posibilidad de su aprovechamiento como
materias primas valorizables. Este decreto tiene la finalidad de cumplir un derecho fundamental
en el país y en el mundo, que es el derecho de las personas a vivir en un medio ambiente libre
de contaminación, así como garantizar su derecho a la protección de la salud. (Laura Rodríguez
y Giménez, 2014)
27
2.5.2.
Toxicidad
Un estudio realizado el año 2010 por la Dra. Isel Cortés N. de la Universidad de Chile, jefa del
Laboratorio de química y referencia medio ambiental - CENMA, llamado “Evaluación de la
toxicidad de pilas comercializadas en el país y su impacto potencial en lixiviados de rellenos
sanitarios.”, expone un estudio experimental sobre 2 características de la peligrosidad de las pilas
según decreto 148, Toxicidad extrínseca y Corrosividad; en la primera concluye lo siguiente:
“Dicha característica se atribuye a un residuo cuando este puede dar origen a una o más
sustancias Tóxicas Agudas o Crónicas, en concentraciones que pongan en riesgo la salud de la
población. Los resultados obtenidos mostraron que las tecnologías de pilas analizadas (Alcalinas
y Zinc-Carbón), no presentan esta característica de peligrosidad, no obstante, muestran altas
concentraciones de otros metales (Zinc y Manganeso) que no se encuentran normados”. Por otro
lado, con respecto a la corrosividad concluye lo siguiente: “Ésta se atribuye a un proceso de
carácter químico causado por determinadas sustancias que desgastan a los sólidos o pueden
producir lesiones más o menos graves a los tejidos vivos (Art. 3, DS-148). De esto se evidenció
que las tecnologías de pilas alcalinas, Níquel-Cadmio y Níquel-Hidruro metálico, presentan dicha
característica de peligrosidad. Una de ellas corresponde a la tecnología de mayor uso por la
población, la alcalina. En cuanto a las tecnologías de Zinc-Carbón y Litio, no presentan esta
característica de peligrosidad, sin embargo, la pila de Litio analizada, en el estudio presentó un
valor muy cercano a ser considerada corrosiva.”
2.5.3.
Ley REP
Paralelamente, se realizó un proyecto piloto de aplicación de la Ley Responsabilidad Extendida
al productor (REP), con la finalidad de gestionar de manera integral los residuos, donde insta al
productor a considerar mejoras en el diseño de sus productos en relación con la vida útil, la
minimización de sustancias peligrosas e incluso la posible valorización de los residuos como
materias primas secundarias. Por otra parte, el hecho de considerar los costos en el precio de
venta del producto al final pone en práctica el principio “el que contamina paga”. Este proyecto de
ley obliga a las empresas productoras o importadoras (es decir, a aquel actor que introduce el
producto en el mercado) de mercancías prioritarias a hacerse cargo del costo que supone la
gestión de éstas al final de su vida útil. La Ley 20.920 en el Art.1 establece: “La presente ley tiene
por objeto disminuir la generación de residuos y fomentar su reutilización, reciclaje y otro tipo de
valorización, a través de la instauración de la responsabilidad extendida del productor y otros
instrumentos de gestión de residuos, con el fin de proteger la salud de las personas y el medio
ambiente”. Finalmente, este proyecto de ley ingresó en la Cámara de Diputados el 10 de
28
septiembre de 2013, actualmente está rigiendo a todas las empresas importadoras y fabricantes
de los 7 productos establecidos como prioritarios, debido a su consumo masivo, tamaño,
toxicidad, son factibles de valorizar y tienen una experiencia comparada a nivel internacional,
estas son aparatos electrónicos y eléctricos, pilas, envases y embalajes, diarios y revistas,
neumáticos, baterías y aceites, por último lubricantes.
Hoy en día en Chile existen alternativas para el reciclaje de pilas, donde las principales
actividades de este tipo se basan en programas y campañas de organizaciones y empresas
privadas, siendo imposible evaluar y controlar los resultados, estas llegan a rellenos de seguridad,
en los cuales se les realizan un previo tratamiento de inertización o estabilización, a cargo de
empresas autorizadas que realizan dichos procesos. Aunque actualmente se afirma que gran
parte de las pilas en Chile se envían a rellenos sanitarios, vertederos controlados u otros destinos
desconocidos, debido a que son mezcladas con nuestra basura convencional domiciliaria. Según
empresas que gestionan residuos peligrosos, las pilas que llegan a sus instalaciones no superan
las 2 toneladas anuales, alrededor de un 0,05%, de las casi 4,5 toneladas anuales que se
desechan a nivel país, además un 53% se va a la disposición de residuos domiciliarios y un
46,95% a sitios desconocidos, donde la principal problemática es la poca culturización acerca del
reciclaje y de aquellos lugares que hacen posible estas prácticas. (Informe fila diagnóstico pilas
v1, C y V medioambiente Ltda, 2011). El programa más popular en nuestra capital tiene como
nombre “Santiago REcicla” creado el 2016, donde se invirtieron cerca de más de 4 mil millones
de pesos, contó con la construcción de 24 puntos limpios en 18 comunas, convirtiéndose en la
red de reciclaje más importante del país. Al año 2018 junto con otros programas a nivel nacional,
manejados por el Ministerio de Medio Ambiente de turno, se datan todos los puntos verdes
existentes en Chile donde en todos es posible reciclar las pilas. (Ministerio Interior y Seguridad
Pública, 2017)
29
CAPÍTULO 3: CLASIFICACIÓN, PROCESO DE CONTROL Y ENSAYOS SOBRE EL
HORMIGÓN
3.1. ¿Qué es el Hormigón?
Es un conglomerante artificial de partículas de cierta resistencia estructural. La idea corriente es
la de un hormigón de áridos y cemento hidráulico, mezcla que da por resultado un material con
el cual se pretende reconstruir la roca original y a veces, mejorar sus propiedades. Un hormigón
debe cumplir con las propiedades especificadas de acuerdo con la finalidad a que se le destinará.
Por ello exige del profesional un perfecto conocimiento de los materiales, su dosificación, técnicas
de elaboración, colocación, cuidado, mantención y funcionamiento. (Vargas R. , Propiedades y
Clasificación del Hormigón , 2021)
Según la normativa NCh170:2016 Hormigón – Requisitos generales, versión actualizada, en su
punto 3.17 define al hormigón como: “Material constituido por la mezcla de cemento, áridos y
agua, con o sin la incorporación de aditivos y adiciones, que desarrolla sus propiedades por
hidratación del cemento”.
A medida que va evolucionando este método constructivo es necesario que constantemente se
estén cuestionando los conceptos en relación con los temas coyunturales que pasan en el mundo,
como, por ejemplo, la crisis climática. Es por esto, que se genera un nuevo concepto llamado
“Tecnología del Hormigón”, esto se da sólo por el hecho de variar y permutar los componentes
cemento, árido, agua y aditivos, así como su mezcla y compactación, proporciona muchas
posibilidades diferentes. A estas hay que añadir, además, un considerable número de otros
factores. (Vargas R. , Propiedades y Clasificación del Hormigón , 2021)
3.2. Materiales constituyentes del hormigón
Para efectos de explicar la constitución del hormigón, se considerarán los porcentajes aplicados
a 1 m3, teniendo en cuenta que estos valores dependen estrechamente del diseño de la mezcla
que se realizará en el marco práctico de esta tesis, además de nombrar sus principales funciones.
Los materiales constituyentes son los siguientes:
-
Cemento hidráulico: Componente aglomerante activo del hormigón que constituye entre
el 10 % y el 15 % de la mezcla. Su principal función es llenar los huecos de los áridos,
aglomerándolos. En estado fresco actúa como lubricante, dándole cohesión a la mezcla
30
y en estado endurecido tapona los huecos causando impermeabilidad en ella, además
de proporcionar resistencia en el hormigón.
-
Áridos (Grava-Gravilla-Arena): Estos componentes constituyen entre 60% y 80% de la
mezcla, siendo una estructura inerte que da rigidez para resistir a acciones de carga,
resistir abrasión, clima, etc. Por lo tanto, es un factor importantísimo para aumentar su
durabilidad. Por otra parte, mejora la estabilidad dimensional al reducir cambios de
volumen de la pasta, además de tener un bajo costo.
-
Agua potable: Constituye entre el 15% y 20% de la mezcla, su principal función es
hidratar al aglomerante, le confiere plasticidad al hormigón fresco y es importante en la
fase de curado del hormigón en ambiente saturado.
-
Aire ocluido o atrapado: Constituye entre el 1% y 1,5%.,
-
Aire incorporado: Cuando se incorpora aire al hormigón, su principal función es
aumentar la resistencia en los ciclos de hielo-deshielo, le da cohesión a la mezcla y
aumenta la trabajabilidad, sin embargo, por cada 1% de aire incorporado pierde 5% de
resistencia. (Vargas R., 2021)
-
Aditivos: Son productos líquidos o en polvo que, agregados en proporción menor o igual
al 5% con respecto a la masa del cemento, en pastas, morteros u hormigones, mejoran
o modifican una o varias de sus propiedades
-
Adiciones: Material sólido e inerte, su porcentaje con respecto a la mezcla varía según
lo que requiera el proyecto. Solo existe norma para adiciones en la fabricación del
cemento, no en el hormigón, por lo que se asume que su proporción debe ser estudiada.
(Vargas R. , Propiedades y Clasificación del Hormigón , 2021)
En la actualidad, para elaborar hormigón se requiere cumplir con los requisitos de las normas
vigentes para acercarse a la mezcla adecuada según su destino, entre ellas se tiene para
materiales pétreos inertes (NCh 163:2013 NCh165:2009), cemento (NCh 148:1968), agua (NCh
1498:2013) y aditivos (NCh 2182:2010). El proceso se lleva a cabo cuando se produce una
reacción química entre el agua y el cemento, uniendo las partículas de agregado y
reconstruyendo la roca. Por otro lado, los áridos se dividen en dos partes, los cuales son el árido
grueso (agregado grueso) y el árido fino (agregado fino), que se clasifican según su tamaño
mediante tamices, llamando este proceso como análisis granulométrico, siendo regulado en la
NCh165:2009. Los materiales pétreos son encontrados en yacimientos naturales o canteras,
donde los tamaños de los áridos gruesos son clasificados como gravas a partir del tamiz 37,5 mm
– 19 mm y gravillas 25 mm - 4,75 mm; en cambio, en los áridos finos, son clasificados como arena
desde el tamiz 4,75 mm - 0,15 mm, en otras palabras, el tamiz N°4, es decir, un tamiz con cuatro
alambres que atraviesan una pulgada lineal hasta el tamiz N°100.
31
3.3 Procesos de control y normativa
Para verificar las características mecánicas del hormigón a utilizar en una obra, se deben realizar
diversos ensayos en laboratorios en una muestra representativa del material, estos ensayos nos
permitirán definir las características y analizar si cumple con los requisitos especificados para
algún tipo de obra en particular, estos se realizan según una serie de procedimientos que la
mayoría de los obreros de construcción no sabe que existen, dichos procedimientos se
denominan como “procesos de control de hormigón”, los cuales se realizan mediante equipos e
instrumentos por especialistas en el tema, donde presenta el riesgo de presentar graves fallas
por la intervención humana de las muestras. Dada esta razón, se elaboraron normas que velan
por el correcto trabajo, logrando evitar en la mayoría de los casos, los errores presentados al
momento de realizar el muestreo, confeccionar este y curar las probetas de hormigón
3.3.1. Normas para el control de hormigón
•
NCh 170:2016 hormigón- requisitos generales
“1.1 Esta norma establece los requisitos generales mínimos que se deben considerar para
especificar, confeccionar, transportar, colocar, compactar, curar, proteger, desmoldar y
descimbrar hormigones de densidad entre 2.000 kg/cm³ y 2.800 kg/cm³, usados en hormigón
simples y en hormigón reforzado.” Además, se encuentra la clasificación del hormigón según
resistencia a la compresión y a tracción por flexión, exigencias para durabilidad y grados de
agresividad.
•
NCh 171:2008 hormigón - Extracción de muestras del hormigón fresco
Se determina cada procedimiento y el tiempo que debe durar desde la extracción de la muestra,
hasta la confección de las probetas, también se indica el tamaño mínimo que debe tener la
muestra.
“Esta norma específica los procedimientos para extraer muestras simples o compuestas
representativas del hormigón fresco, tal como se entrega en la obra donde se efectuarán los
ensayos, para determinar el cumplimiento de requisitos de calidad de acuerdo con las
especificaciones bajo las cuales se suministra el hormigón. Se incluye el muestreo en
hormigoneras estacionarias, camiones mezcladores o agitadores, acopios y otros equipos de
mezclado o transporte” (INN-Chile, NCh171:2008 Hormigón - Extracción de muestras del
hormigón fresco. , 2008).
También especifica como confeccionar un registro de extracción de muestras de forma correcta
para obtener resultados ordenados, esta se adjunta con cada una de las muestras obtenidas.
32
•
NCh 1019:2009 Hormigón – Determinación de la docilidad – Método del asentamiento
del cono de Abrams
“Esta norma específica el procedimiento de ensayo para determinar la docilidad del hormigón
fresco por el método del asentamiento del cono de Abrams en laboratorio y en terreno” (INNChile, NCh1019-2009 Hormigón - Determinación de la docilidad - Método del asentamiento del
cono de Abrams., 2009).
•
NCh 1017:2009 Hormigón – Confección en obra y curado de probetas para ensayo de
comprensión, tracción por flexión y por hendimiento
“Esta norma establece el procedimiento para le confección, protección y curado inicial de las
probetas de hormigón fresco muestreadas en condiciones de obra y que se destinan a ensayos
de compresión, tracción por flexión y tracción por hendimiento para determinar la resistencia
potencial del hormigón”.
“Esta norma también establece el procedimiento para el transporte desde la obra al laboratorio y
el curado en el laboratorio de las probetas de hormigón fresco muestreadas en condiciones de
obra y que se destinan a ensayos de compresión, tracción por flexión y tracción por hendimiento
para determinar la resistencia potencial del hormigón” (INN-Chile, NCh1017:2009 Hormigón Confección en obra y curado de probetas para ensayos de compresión, tracción por flexión y por
hendimiento. , 2009).
•
NCh1037:2009 Hormigón - Ensayo de compresión de probetas cúbicas y cilíndricas
“Esta norma establece el método de ensayo a la rotura por compresión de probetas cúbicas y
cilíndricas de hormigón”.
También se determina cuáles serán las maquinas a utilizar, llamada prense de ensayo, cuáles
son las condiciones de uso, los cálculos correspondientes y como se confecciona su informe final.
3.4. Estados del hormigón
El hormigón está en su etapa inicial donde se encuentra en un estado plástico, siendo una masa
manejable, la cual se puede moldear y trabajar en diferentes formas, manteniéndose de esta
manera en su colocación y compactación. Las principales características que posee en esta fase
33
son su gran trabajabilidad, donde se incluye una buena fluidez y cohesión. En este estado se
deben cuidar múltiples factores que influyen directamente en los resultados, tales como el
transporte, altura de caída, colocación, compactación, curado inicial, entre sus principales.
3.4.1. Estado fresco
El hormigón está en su etapa inicial donde se encuentra en un estado plástico, siendo una masa
maleable la cual se puede moldear y trabajar en diferentes formas, manteniéndose de esta
manera en su colocación y compactación. La principal característica que posee en esta fase es
su gran trabajabilidad, donde se incluye una buena fluidez y cohesión. En este estado se debe
cuidar la homogeneidad del material y múltiples factores que influyen directamente en los
resultados, tales como el transporte, altura de caída, colocación, compactación, curado inicial,
entre sus principales (Vargas R. , Tencología del Hormigón - Comportamiento del Hormigón
Fresco, 2021).
3.4.2. Estado endurecido
En esta fase ya no existe la forma maleable del hormigón, va adquiriendo cada vez más una
mayor dureza y resistencia a medida que pasa el tiempo. Se puede observar que este material
presenta una transformación de estado plástico a estado sólido cuando se confecciona con
cemento corriente producido por un proceso físico-químico, alcanzando su resistencia de trabajo
a los 28 días, es decir, que pasados estos días el hormigón tendrá una resistencia suficiente para
seguir con el proyecto. Bajo un ambiente ideal con condiciones controladas y factores
ambientales favorables como la humedad y temperatura, el material se puede seguir
endureciendo durante toda su vida, pero será una solidificación muy lenta. Su durabilidad y su
resistencia a la compresión del hormigón serán las características más favorecidas, donde esta
resistencia a la compresión se medirá por medio de un ensayo técnico de laboratorio, en el cual
se aplica carga a probetas normalizadas y se determina la resistencia por unidad de área en una
máquina de compresión universal. Estos resultados se utilizan para el control de calidad,
comparándola con la resistencia potencial especificada del hormigón, su comportamiento
aproximado en las estructuras, tiempo de curado, entre otras.
3.5 Ensayos de hormigón
Los ensayos del hormigón son esenciales para la realización de proyectos, debido a que estos
determinan y verifican que las propiedades que debe mantener según fabricante y
34
especificaciones técnicas en plano según el proyectista estructural. Estos se realizan bajo ciertas
condiciones y normas con las que se debe guiar la realización de estos ensayos de laboratorio
para que se obtengan y no se alteren los resultados. Se realizan en dos fases del hormigón,
estado fresco y estado sólido o endurecido.
Los ensayos al hormigón tienen diversas clasificaciones, donde se pueden conocer sus
propiedades
3.5.1 Según utilidad
•
Ensayos destructivos: estos ensayos determinan la resistencia del hormigón mediante la
rotura de probetas de hormigón
•
“Los ensayos no destructivos son métodos que no causan daño en la estructura a
evaluar. Su función principal es para determinar las condiciones y estimar la resistencia
del hormigón endurecido de una forma confiable”
.
3.5.2 Según su finalidad
•
Ensayos previos: se realizan antes de comenzar una obra donde se determinará la
dosificación del hormigón, siguiendo las condiciones de ejecución del proyecto
•
Ensayos característicos: sirven para comprobar si la resistencia y dispersión del material
se encuentra dentro de los límites establecidos por la norma y el proyecto.
•
Ensayos de control: realizados con probetas normalizadas moldeadas en la ejecución del
proyecto y son para comprobar si la resistencia del hormigón varía según que la que se
exige
•
Ensayos de información: se realizan para conocer la resistencia del material
correspondiente a una parte y con una edad determinada en la obra
3.5.3 Según su naturaleza
Físicos: su objetivo es cuantificar algunas características como la densidad, el punto de ebullición,
punto de fusión, conductividad eléctrica, conductividad térmica, entre otros. Un ejemplo de estos
ensayos es el especificado en la NCh1564-2009 Hormigón – Determinación de la densidad
aparente del hormigón fresco (Vargas R. , Determinación de la Densidad del Hormigón Fresco y
Otros Parámetros de Interés, 2021).
35
•
Mecánicos: se determinan diferentes tipos de resistencia del material, esto sucede
cuando estos son sometidos a diferentes esfuerzos. Encontramos la NCh1037:2009
Hormigón – Ensayo de compresión de probetas cubicas y cilíndricas.
•
Químicos: determina de forma cualitativa y cuantitativa la composición del material. Un
ejemplo de este ensayo es la NCh 147:1969 Cemento – Análisis químico (Vargas R. ,
Tecnología del Hormigón - Cemento Hidráulico, 2021).
3.5.4 Según hormigón en estado fresco
•
Ensayo de docilidad: para determinar la docilidad del hormigón, se emplea el ensayo del
asentamiento del cono de Abrams, según la NCh1019:2009 Hormigón – Determinación
de la docilidad – Método del cono de Abrams
•
Contenido de aire: por medio de este ensayo se determina el contenido de aire que tiene
el hormigón. Está basado en el principio de Boyle – Mariotte y consiste en someter el
hormigón a una determinada presión. Este se rige bajo la NCh 2184:1992 Hormigón y
Mortero – Método de ensayo – Determinación del contenido de aire (Vargas R. ,
Determinación del Contenido de Aire del Hormigón Fresco, Por el Método de Presión,
2021).
•
Temperatura del hormigón: este ensayo permite determinar la temperatura del hormigón
recién mezclado, donde la temperatura será representativa del momento en que se
realiza el ensayo y se utiliza para verificar la conformidad a un requerimiento especifico
de temperatura. Esta medición se realiza con termómetro, el cual debe estar cubierto por
al menos 75 mm del hormigón en todas direcciones (Vargas R. , Determinación de la
Temperatura del Hormigón Fresco, 2021).
•
Densidad del hormigón: en este ensayo se determina la densidad del hormigón, por
medio de la ecuación de D=M/V (masa dividida por volumen). Es necesario para
determinar el contenido de volumen producido. Se rige según la NCh1564:2009
Hormigón – Determinación de la densidad aparente del hormigón fresco.
3.5.5 Según hormigón endurecido
El hormigón endurecido es la transformación del hormigón en estado plástico a un estado
endurecido mediante un proceso inicial conocido como fraguado que dura 10 a 12 horas, donde
el material comienza a endurecer y posterior a ello empieza una adquisición de resistencia
mediante procesos químicos, alcanzado una resistencia optima a sus 28 días. La resistencia
según la NCh170:2016, se clasifica en grados, los cuales están en función de la resistencia,
expresada en MPa, considerando probetas cilíndricas de dimensión d = 15 cm y esbeltes 2,
36
indicada por la letra G, esta clasificación se muestra en la tabla 7 para ordenar los grados de
resistencia.
Tabla 7 . Clasificación de los hormigones por resistencia a compresión
Grado
Resistencia especificada MPa
G05
5
G10
10
G15
15
G17
17
G20
20
G25
25
G30
30
G35
35
G40
40
G45
45
G50
50
G55
55
G60
60
NOTA: Pueden existir grados mayores a los indicados en la presente tabla
Fuente: (INN-Chile, NCh170:2016 Hormigón - Requisitos generales, 2016)
Cuando el hormigón está endurecido y ha alcanzado el 100% de su resistencia especificada, es
posible realizar el ensayo de la resistencia a la compresión, donde se emplearán probetas
cilíndricas normalizadas, según lo especificado en la NCh1017:2009. Este ensayo es destructivo
y nos permite determinar si un hormigón cumple con la resistencia especificada por el proyectista.
Este ensayo consiste en que las probetas que son analizadas en laboratorio a través de un
37
proceso, donde se utiliza una máquina universal de ensayo a compresión, que cumple con los
requisitos generales que se especifican en la normativa antes mencionada.
CAPÍTULO 4: MEDIO AMBIENTE Y ECONOMÍA CIRCULAR
4.1. Situación actual
Desde inicios de la revolución industrial, las prácticas y avances tecnológicos han impactado en
nuestros hábitos de consumo y producción, pero también en el medio ambiente de una manera
sin precedentes. Actualmente, el problema medio ambiental y social ha derivado en lo que se
conoce como desarrollo sostenible, en donde se propone que los sistemas sociales y ambientales
tengan la misma o más importancia que los sistemas económicos, provocando un cambio de
paradigma que invita a analizar las formas en cómo las economías producen y consumen bienes
y servicios. (Páez, 2017)
La construcción no desestima este cambio de paradigma y, por lo tanto, en estos últimos años se
han abordado estas problemáticas en el aula, donde los docentes han cumplido una labor clave
para transmitir esta nueva perspectiva a los estudiantes, ampliando la mirada de los futuros
profesionales, pudiendo adaptarnos y dando nuevas propuestas a este nuevo cambio.
Actualmente, existen varios problemas de información sobre los residuos que se generan a nivel
industrial, por lo tanto, se ocupan mucho las estimaciones sobre estas y no se conoce de manera
óptima la información real. Basado en los reportes de la Comisión Nacional del Medio Ambiente
(CONAMA) del año 2010, los residuos del sector industrial representan el 61,5% del total
nacional, distribuyéndose en un 1% en el sector de potabilización del agua y distribución, un 4%
en la producción de gas, un 6% en la minería y canteras, un 15% en el sector agrícola y forestal,
un 18% en el sector de manufactura y un 56% en la industria de la construcción. Estos valores
representan cerca de un 1% del total de residuos generados en el mundo, que asciende a 1.900
millones de toneladas de basura al año.
En cuanto a la construcción, tema que prevalece en esta tesis, es un área que genera impactos
significativos en la economía del país aportando un 7,8% del PIB nacional según el banco central
el año 2012, además concentra el 8,4% del empleo a nivel nacional según la INE el 2012,
consume el 26% de la energía en operaciones, emite el 33% de gas de efecto invernadero y
material pulverizado a nivel país y por último, genera el 34% de los residuos sólidos en Chile
según el Ministerio de Medio Ambiente como se muestra en la figura 10.
38
Figura 10: Impacto de la industria de la construcción
Fuente: (MINVU, 2022)
El sector de la construcción está en constante desarrollo, siendo necesaria para las comodidades
de hoy en día en términos de vivienda, comercio, industria o entorno y para ello ha sido
indispensable el desarrollo tecnológico relacionado con los procesos constructivos, la elaboración
de materiales y el desarrollo de sistemas constructivos más eficientes. El consumo energético
que conlleva esta actividad es uno de los más altos a nivel mundial, ya sea para la obtención de
materias primas, o para los procesos constructivos y la operación de las edificaciones,
estimándose los siguientes valores mostrados en la figura 11.
Figura 11: Consumo energético
Fuente: (MINVU, 2022)
Ya contextualizada la situación de la construcción en Chile, es posible adentrase al impacto que
genera la elaboración de hormigón; como bien se sabe, el hormigón necesita de varios
componentes para ser constituida, estos requieren de energía y movimiento de maquinarias para
ser extraídas, causando impactos a nivel mundial. Según Ana Cánovas en su trabajo de Grado
39
llamado “Estrategias para reducir las emisiones de CO 2 en la producción de materiales de
construcción” en el proceso de producción de cemento se emite entre 0,6 kg a 1 kg de CO2 por
tonelada de cemento. En Chile se produce aproximadamente más de 4.000.000 Ton/Año,
consumiendo más de 285 kg/Hab, únicamente en el cemento se puede ver un impacto
significativo en el medio ambiente (Vargas R. , Propiedades y Clasificación del Hormigón , 2021).
Sin embargo, el hormigón no se constituye únicamente de cemento, sino que, de áridos, agua y
aditivos (en casos particulares), y en Chile se produce más de 10.000.000 Ton/año, consumiendo
715 L/Hab, considerando que la huella de carbono para producir un metro cubico de hormigón
premezclado es de 26 kg CO2 como indica en la tabla 8:
Tabla 8: Resumen emisiones de CO2 - Proceso de fabricación
Fuente: (Quiroz, 2014)
4.2. Construcción sustentable
A partir de la importancia del impacto que genera la construcción a partir de las estimaciones
descritas anteriormente, se crea una nueva filosofía y concepto para concientizar con la crisis
mundial, pero ¿qué significa la “Construcción Sustentable” ?, se entiende como el desarrollo de
la construcción tradicional, pero con consideraciones de responsabilidad con el medio ambiente
de parte de todos los actores involucrados. Esto implica un interés creciente en todas las etapas
del proceso, considerando las diferentes alternativas, con una preocupación especial hacia el
cuidado de los recursos naturales, previniendo la contaminación ambiental, para proporcionar un
ambiente saludable, tanto en el interior de los edificios como en su entorno. (Kibert, 1994)
40
Nuestro país en específico es vulnerable al fenómeno global del cambio. Esta condición impone
la importancia de políticas y educación Medio Ambiental, así como cambio de estilos de vida y
actividades productivas nocivas. Hay muchos factores que influyen en este fenómeno. Más
adelante se definen los principales límites ambientales a los que está sujeto nuestro país y el
mundo, si es que se pretende seguir un camino sostenible, entendiendo la sostenibilidad como la
erradicación de las brechas entre desarrollo y medio ambiente, mediante la concientización de
que la seguridad, el bienestar y la sobrevivencia de la humanidad presente y futuras generaciones
pasa por tomar decisiones que alienten acciones concretas para el cambio en el modelo de
desarrollo y protección de la biodiversidad. Los principales limites ambientales son:
1- Acidificación de los océanos: Cerca de un cuarto del dióxido de carbono que emite la
humanidad se disuelve finalmente en los océanos. Ahí forma ácido carbónico,
disminuyendo el pH de la superficie del agua. Este incremento de acidificación reduce la
cantidad de iones de carbonato, un componente esencial utilizado, por ejemplo, por
corales, mariscos y muchas especies de plancton para crecer y sobrevivir. En
comparación con la era preindustrial, la acidificación de los océanos se ha incrementado
en 30%.
2- Flujos alterados de nitrógeno y fósforo: Los ciclos bioquímicos del nitrógeno y fósforo
han cambiado radicalmente por los humanos como resultado de los procesos industriales
y agrícolas. La principal preocupación es la producción de fertilizante y su aplicación. Una
fracción significativa de estos elementos alcanza el mar, y pueden forzar a los sistemas
marinos hacia umbrales ecológicos alterados.
3- Uso de agua dulce: El ciclo de agua dulce es afectado de manera poderosa por el
cambio climático. Sin embargo, ahora la dirección humana es la fuerza motriz dominante
que determina el funcionamiento y distribución de los sistemas de agua dulce globales.
El agua está cada vez más escasa. Para el 2050 cerca de 500.000.000 de personas
sufrirán escasez de agua, incrementando la urgencia de intervenir en estos sistemas.
4- Cambio del uso de suelo: El suelo se convirtió en un recurso al uso del humano en todo
el planeta. Los bosques, humedales y otros tipos de vegetación se han convertido
principalmente en tierras agrícolas. Este cambio en el uso de suelo es una de las fuerzas
motrices detrás de la seria reducción de la biodiversidad, y ha impactado en los flujos de
agua y en los ciclos bioquímicos del carbono, nitrógeno, fósforo y otros importantes
elementos.
5- Biodiversidad: La pérdida de especies de plantas y animales por las actividades
humanas ha sido más rápida en los últimos 50 años que en cualquier momento de la
historia de la humanidad, incrementando el riesgo de un abrupto e irreversible cambio en
los ecosistemas. En el 2014 el límite basado en las tasas de extinción se ha
41
complementado con un "índice de intactibilidad de la Biodiversidad", pero este nuevo
límite no se ha cuantificado.
6- Cambio climático: Las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera han
subido de 280 partículas por millón (ppm) en épocas preindustriales hasta 400 ppm en
2014, el ampliamente conocido límite con respecto al riesgo climático aceptable. El
mundo ya ha empezado a sentir las consecuencias: el acelerado derretimiento de las
capas de hielo de Groenlandia y la Antártica. Este aumento en los niveles del mar y
mortalidad en arrecifes corales, entre otros.
7- Entidades nobles: El límite contaminante de la polución química se ha expandido y
renombrado "entidades nobles" creadas totalmente por los humanos. Ellas incluyen
emisiones de componentes tóxicos como contaminantes orgánicos sintéticos y
materiales
radioactivos,
pero
también
organismos
genéticamente
modificados,
nanomateriales y micro plásticos. Estos pueden estar en el ambiente por un muy largo
tiempo y sus efectos son potencialmente irreversibles.
8- Capa de ozono estratosférica: La capa de ozono en la atmósfera filtra la dañina
radiación ultravioleta del sol. En 1980 el incremento de químicos agotadores de ozono
provocó un adelgazamiento de esta capa, llamada el Hoyo de Ozono antártico.
Afortunadamente, gracias a las acciones resultantes del Protocolo de Montreal, parece
ser que se está en el camino correcto para permanecer en este límite.
9- Carga de aerosol atmosférico: Los aerosoles afectan la formación de nubes y los
patrones de circulación atmosférica, como los sistemas monzónicos en las regiones
tropicales. Además, cambian la cantidad de radiación solar que es reflejada o absorbida.
Los humanos afectan la acumulación de aerosoles con la polución y el cambio de uso de
suelos que incrementa el polvo y el humo. No ha sido posible fijar un umbral valorizable
sobre el cual ocurrirán efectos de escala global. (Páez, 2017)
La sustentabilidad como concepto tiene varias definiciones de distintos autores, pero para efectos
de esta investigación se definirá como la cualidad de un organismo de mantenerse por sí mismo,
sin ayuda exterior y sin agotar los recursos disponibles. Cuando se habla de la sostenibilidad
aplicada a las organizaciones humanas, es importante notar que tanto la ONU, ONGs y otras
instituciones que trabajan el área, entienden que los sistemas actuales de organizaciones y
comunidades deben “dotarse” o “esforzarse” para construir un futuro “inclusivo, sostenible y
resiliente para las personas y el planeta”. De esto se puede destacar que el concepto puede
entenderse como una capacidad, es decir, un conjunto de condiciones, cualidades o aptitudes
que permiten a un sistema el desarrollo autónomo, sin consumir recursos ni energías de otros
para mantener y aumentar su funcionamiento. Este punto de vista puede sernos útil y abrir nuevas
formas de mirar el concepto aplicado a organizaciones sociales y culturales, ya que se hace
imperativo que la actual forma de desarrollo avance hacia tecnologías y conocimientos que
42
potencien el principio de responsabilidad intergeneracional y comprender que el futuro de la
humanidad y su relación con el entorno tienen implicancias éticas y de justicia y se inserten de
forma apta a las normativas, tendencias y funcionamiento actual de la economía global . (Páez,
2017)
Este concepto en el territorio de Chile ha llegado a escalar bien alto, a tal punto de ser considerado
como un eje principal desde las bases, es decir, el estado chileno ha tomado medidas sobre
aquello y ha reflexionado sobre cómo se realiza la construcción en Chile. En consecuencia, ha
generado una página para promover esta nueva perspectiva, mostrando definiciones del
concepto, fundamentos e información útil que integra nuevos sistemas constructivos para llevar
a cabo en la práctica. Esta tesis se alineará con este concepto, específicamente con lo mostrado
en la página del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Para llevar cabo esta perspectiva es
necesario identificar el ciclo de vida de la construcción donde se considera la planificación,
diseño y estudio de una obra hasta la operación y eventual cierre por parte del usuario final como
se muestra en la figura 12.
Figura 12: Ciclo de vida de la construcción
Fuente: (MINVU, 2022)
43
Según el Convenio Interministerial de Construcción Sustentable (MINVU, 2022), ésta se
entenderá como “un modo de concebir el diseño arquitectónico y urbanístico, que se refiere a la
incorporación del concepto de sustentabilidad en el proceso de planificación, diseño, construcción
y operación de las edificaciones y su entorno, que busca optimizar los recursos naturales y los
sistemas de edificación, de tal modo que minimicen el impacto sobre el medio ambiente y la salud
de las personas”. Este proceso de planificación, diseño, construcción y operación apunta tanto a
ciudades como a las viviendas. En el caso de las ciudades, la calidad estará determinada por la
relación entre: Edificaciones, habitantes, sistemas, redes y servicios. Las edificaciones y las
ciudades sólo podrán ser de calidad si es que incorporan criterios de sustentabilidad. De lo
contrario no son viables como se ilustra en la figura 13.
Figura 13: Criterios de sustentabilidad
Fuente: (MINVU, 2022)
Existen 7 áreas que la construcción sustentable debe considerar para lograr minimizar el impacto
negativo del sector en el medio ambiente y en la salud de las personas, maximizando su confort
y calidad de vida, estas son (MINVU, 2022):
-
Energía
-
Salud y bienestar
-
Materiales
-
Planificación territorial
-
Impacto ambiental
-
Agua
-
Residuos
44
Para minimizar el impacto negativo de estas 7 áreas el Ministerio de Vivienda y Urbanismo creó
un plan de acción para abordar estos temas y es necesario contar con una estrategia de
construcción sustentable, no sólo con medidas al respecto, que contemple un plan de acción que
tenga objetivos, metas concretas y permita ir midiendo los avances. Esta estrategia tiene que
complementarse con las dimensiones del espacio público y de la planificación territorial y urbana,
de tal manera que el tema de la sustentabilidad no sea un añadido sino parte del proceso global
de desarrollo del territorio, de las ciudades, de la construcción y edificación. El objetivo es entregar
calidad de vida en las ciudades para todos sus integrantes. En ese contexto, el eje transversal
del programa de Gobierno es la equidad en el acceso como se demuestra en la figura 14.
Figura 14: Lineamientos estratégicos
Fuente: (MINVU, 2022)
La construcción sustentable no se trata sólo de sumar tecnología y cambios normativos, es un
nuevo paradigma que debe generar externalidades positivas para la población y el entorno. Los
beneficios que genera esta nueva mirada pueden generar un nuevo mundo acorde a las
exigencias actuales del medio, estos beneficios podrían ser la reducción de los gastos
optimizando el presupuesto familiar, más calidad de vida y beneficios para la salud mejorando el
hábitat, reducir la contaminación intradomiciliaria, mejor calidad de aire, reducir las emisiones de
CO2, posibilidades de utilizar y absorber las aguas lluvias urbanas y disminuir la generación de
residuos. El país ha mostrado algunos avances importantes, por ejemplo, en la forma en que se
ha abordado el tema habitacional, no sólo considerando el déficit, sino la calidad de las soluciones
45
y calidad de vida de las personas. Ya no importa sólo construir más viviendas sociales, sino
también desarrollar mejores barrios y mejores ciudades. En ese eje, el tema de la sustentabilidad
juega un rol determinante. La construcción de las ciudades y las viviendas no puede estar ajena
a los desafíos más importantes del país, como lo es, por ejemplo, el uso eficiente de la energía,
que tiene un efecto importante desde el punto de vista económico y en el crecimiento del país,
como también en la salud de las personas y en la estrategia país para afrontar el cambio climático.
La vivienda no es un subsistema aislado, se vincula e integra al desarrollo del barrio y la ciudad.
Hacer de la vivienda un factor sustentable tendrá beneficios sociales y económicos mañana.
4.3. De la economía circular
4.3.1. Antecedentes
El mundo actual está sometido a grandes cambios y potenciales riesgos, muchos de ellos inéditos
y que sobrepasan, por su complejidad y niveles de interrelación, nuestra capacidad de
entendimiento o de gestión, de ahí la importancia del principio de precaución, así como de un
nuevo y necesario planteamiento epistemológico ante el medioambiente y las relaciones entre el
sistema ciencia-tecnología y la sociedad (García, 2020). Hoy en día se está viviendo un
desequilibrio en todas sus dimensiones, partiendo por la crisis ambiental generada
antropológicamente, la crisis económica y su modelo lineal de producción, la crisis sobre los
recursos naturales, la crisis social donde las personas no se sienten representadas por los ideales
ya establecidos y la crisis sanitaria causada por el COVID-19 y que sigue mutando; todas estas
se entrelazan en un solo punto y es que son causadas por el ser humano.
Todas estas crisis han generado una gran incertidumbre que es entendida como la falta de
seguridad o de certeza sobre algo difícil de medir o identificar; está cada vez más arraigada en
nuestras vidas, y el cambio es omnipresente. La incertidumbre no es solo ambiental, también
nosotros, personas individuales y organizaciones, contribuimos a crear incertidumbre con
nuestras acciones, siendo incapaces, en múltiples ocasiones, de medir o determinar el alcance
de nuestros impactos (García, 2020). Por lo tanto, somos responsables de controlar el grado de
incertidumbre y encontrar nuevos enfoques para combatir estas nuevas problemáticas, ya
vaticinadas en la década de los 70 por distintos intelectuales, activistas, colectivos e instituciones,
década netamente pesimista, marcada por la crisis económica y choques petroleros.
Desde los primeros avisos emitidos en los setenta, hasta la promulgación de los Objetivos de
Desarrollo Sostenible (ODS) a finales de 2015, se ha producido una intensa reflexión en torno a
los conceptos de sostenibilidad y de desarrollo sostenible. La mayoría de las propuestas han sido
complementarias y han venido a enriquecer el debate sobre la relación entre el ser humano y los
recursos ambientales y entre la economía y la ecología, dos términos y a su vez, dos disciplinas
46
que tienen una misma raíz etimológica y que se están integrando a través de propuestas
transdisciplinares, como las que plantea la economía ecológica. En concreto, se diría que una
sociedad es sostenible si no traslada cargas ni externalidades negativas a las generaciones
venideras. Por extensión, hablamos de cargas ambientales, pero también sociales, financieras,
fiscales, etcétera (García, 2020).
El fenómeno de la crisis climática conlleva grandes transformaciones al modelo económico y en
las formas de vida que hoy en día se llevan a cabo. Esto supone una profunda adaptación de la
sociedad, en el proceso de transición hacia una economía baja en carbono, alineándonos a los
compromisos actuales del Estado de Chile sobre la carbono neutralidad, teniendo impacto en los
modelos de producción y de organización de las empresas, además de tener grandes
transformaciones digitales, implicando ciclos económicos más localizados, un menor uso y
velocidad del flujo de materiales y de energía, y una mayor disociación entre valor y contenido
material del producto. Por lo tanto, se debe encontrar un nuevo paradigma económico que permita
integrar los flujos de materiales y de energía de forma equilibrada, entre el sistema económico y
los ecosistemas. (García, 2020)
La economía ecológica sí supone un cambio de paradigma de la ciencia económica. Para esta,
la economía es abierta y está dentro del marco ambiental como parte constituyente del principio
o norma general. Esta se basa en el concepto fuerte de sostenibilidad y como apoyo a dicho
paradigma, surge el concepto de economía circular, que será el tema del presente apartado. Se
habla de la ecología como el estudio de las relaciones de los seres vivos entre sí y el medio en
el que viven, por lo tanto, la economía ecológica hace referencia a los recursos, creación de
riquezas y producción, distribución y consumos de bienes y servicios para satisfacer a los seres
humanos siendo responsable con el medio y con las personas.
4.3.2. El fracaso de la economía lineal
El modelo lineal consiste en la extracción y explotación de los recursos naturales para luego
transformarlos en bienes que sean consumidos y finalmente que sean desechados, generando
residuos, sin hacerse responsable de aquello. Este modelo que nació en la primera revolución
industrial, que tuvo lugar en el último tercio del siglo XVIII y principios del siglo XIX, supuso un
cambio claramente disruptivo en las formas artesanales de producir e implantó un modelo de
producción lineal que ha perdurado hasta nuestros días, teniendo como consecuencia el
crecimiento de las economías de consumo y extractivas, que buscan conseguir productos cada
vez más baratos e incrementar su consumo, dando lugar a un importante desarrollo de la
economía y permitiendo que las personas puedan tener acceso a cada vez más productos. Este
47
modelo ha traído consigo un incremento de factores externos negativos que son los siguientes:
(ADICAE, 2018)
Consecuencias económicas:
•
Volatilidad del precio de los recursos y riesgos en el abastecimiento.
•
Pérdidas económicas y residuos estructurales.
•
Escasez de suministros, ya que los depósitos naturales de recursos son finitos.
•
Crisis financiera.
Consecuencias sociales:
•
Aumento de las desigualdades sociales.
•
Deshumanización de la sociedad.
•
Explotación laboral.
•
Migración masiva del medio rural a las ciudades.
•
Pérdida del medio de vida.
Consecuencias ambientales:
•
Cambio climático.
•
Desertización y degradación del suelo.
•
Pérdidas de la biodiversidad.
•
Contaminación de los océanos.
•
Aumento de los desastres naturales.
Con estas consecuencias a la vista, se puede advertir que el modelo económico mayoritario que
hoy conocemos, ligado al sistema capitalista de producción y consumo en el mundo global en el
que vivimos, es claramente incoherente e irresponsable con varias dimensiones que se
nombraron anteriormente. Se puede decir que los sistemas de producción de carácter lineal que
se muestra en la figura 15, a los que se está acostumbrados, se comportan como si consideraran
los recursos naturales y por consiguiente, las materias primas, ilimitados, sin tener en cuenta los
impactos negativos y las externalidades que generan en términos económicos, sociales y
ambientales sobre el entorno (García, 2020).
48
Figura 15: Esquema de la economía lineal
Fuente: (García, 2020)
Ahora bien, esto es una crítica sustantiva al modelo, no se puede dejar de lado las grandes
oportunidades que proporcionó en su momento, siendo este el primer modelo para el crecimiento
de Chile, sin embargo, el contexto ha cambiado y se debe transformar este modelo a los
requerimientos que el medio exige.
4.3.3. Transición a la economía circular
Hoy en día los estudios de la economía ecológica han puesto el ojo en un concepto que puede
cambiar las formas de producir en el país, de hecho, ya lo hace en el caso de las empresas
cementeras que usan neumáticos en desuso para la combustión de sus máquinas de producción.
La economía circular, además de ser un modelo de producción circular y no lineal, es una mirada
profunda de concientización con el medio para revertir la crisis medioambiental.
El pasar de una economía lineal a una economía circular, implica un proceso de transición que
conlleva cambios organizativos, cambios en los procesos, cambios en el diseño de productos y
servicios, pero, sobre todo, un cambio cultural de primer orden que acarrea, a su vez, una
profunda transformación del sistema de incentivos que conocemos. Implica igualmente revisar el
concepto de satisfacción del consumidor, de aproximar localmente la producción y el consumo,
de avanzar cada vez hacia una economía más colaborativa y de código abierto. Además, la
economía lineal está enviando señales que apuntan a su insostenibilidad, obligando a un
auténtico cambio disruptivo (García, 2020).
La economía circular plantea la existencia de dos flujos de materiales: el biológico, que implica a
todos los recursos compuestos de materia orgánica, que luego de ser ocupados pueden
reintegrarse a ciclos ecológicos y el técnico, referido a las materias primas contenidas en un
producto. Estas deberían ser diseñadas de forma tal, que circulen dentro de sistemas
socioeconómicos luego de la vida útil, para poder darles un nuevo uso y reinsertarlas a un proceso
productivo, con prácticas relacionadas con la reutilización y reciclaje como una estrategia clave.
Esta idea nace de que los ciclos naturales no generan residuos: la materia fluye. La basura de un
organismo es recuperada y apreciada por otro. Esta idea de “la basura es comida”, es tomada
desde la naturaleza y actualmente, aplicada a los procesos técnicos humanos para repensar la
49
manera en cómo funcionan nuestras tecnologías, la forma de diseñar productos y la forma en
cómo el consumidor interactúa con ellos. Los productos no biodegradables deben ser diseñados
bajo una lógica de “retorno y renovación” (Páez, 2017).
Los principios de la economía circular tienen que ver con la dotación de mecanismos que se
desliguen del consumo de recursos finitos. Se basa en tres principios, cuyo fin tiene como medio
el desafío de la innovación para lograr ser viable, estas son según Páez:
1.
Preservar y enriquecer el capital natural: controlando los stocks finitos y
balanceando los flujos de recursos renovables.
2.
Optimizar el rendimiento de recursos: circulando productos, materiales y
componentes a su máximo rendimiento en todos los procesos, en los flujos biológicos
como en los técnicos.
3.
Velar por la eficacia del sistema: revelando y rediseñando para dejar fuera las
externalidades negativas.
Para llevar a cabo estos principios, se plantean ciclos por los cuales se procede a preservar el
valor al máximo en cada etapa del material. Para ello, contextualizaremos con la explicación de
los ciclos técnicos que son 4 mostrados en la figura 16:
Figura 16: Ciclo técnico de la economía circular
Fuente: (Páez, 2017)
1. Mantener/prolongar: El primer ciclo del sistema técnico consiste en el constante cuidado
de un producto de componentes técnicos. Ante fallas, lo mejor es la reparación. Si
50
consideramos que un producto, además de su valor en materiales, también contiene,
entre otros, valor de horas/trabajo y valor energético en su elaboración, el reparar un
producto conserva el mayor valor posible en el agregado. Así mismo, el compartir este
producto hace que las pérdidas estructurales de eficiencia (el tiempo que el producto
pasa en estado ocioso durante su vida útil) se minimicen.
2. Reusar/redistribuir: El segundo ciclo es, luego que el primer usuario ya no está
interesado en conservar el bien, hacerlo circular por plataformas de redistribución o
reventa, para que pueda volver a tomar valor como activo para un usuario distinto. En
este sentido, se incorpora un nuevo agente al ciclo: el proveedor del servicio de
redistribución. Esto permite que el producto siga generando valor minimizando la pérdida
de valor asociada a crear un nuevo producto para el usuario secundario.
3. Reacondicionamiento/re-manufacturación: El producto puede ser devuelto a sus
manufacturadores para que se reacondicione o remanufacture, aprovechando los
componentes duraderos de estos para que sean parte de nuevos productos, o mejorar el
producto obsoleto para volverlo a introducir al mercado. Esto provoca un ahorro en
comparación con la manufactura de un producto totalmente nuevo, ya que no se extraen
materiales y se necesita menos energía y trabajo para la reacondicionación o
remanufactura.
4. Reciclar: Cuando los componentes duraderos ya no tienen vida útil, por ejemplo, debido
a un salto tecnológico, lo óptimo, en vez de desechar el producto, es introducirlos al
mercado del reciclaje, donde los manufacturadores de partes pueden recuperar
materiales para fabricar partes nuevas y que tengan utilidad para nuevos productos.
Aunque aquí el valor mantenido del producto en términos de materiales, energía y horas
trabajo es mínimo, sigue siendo una opción de ahorro cuando se compara con la
obtención de materiales vírgenes. (Páez, 2017)
Los ciclos biológicos en esta tesis no se abordarán, porque ésta considera el reciclaje de
componentes de una pila, lo que se traduce en el uso de los ciclos técnicos de la economía
circular, específicamente el reciclaje. Finalizando el tema y sabiendo las problemáticas que
acarrea el modelo lineal, el desafío de transitar a la economía circular atraerá con ella grandes
oportunidades a la sociedad, como también lo hizo en su momento el modelo lineal, una de
ellas será el avance tecnológico, permitiendo que la comunicación y el almacenamiento de
datos fomenten la colaboración y el compartir conocimiento, el seguimiento de materiales y
la optimización en las logísticas de estos hacia adelante (consumidor) y hacia atrás (logística
inversa de materiales). Por otro lado, este nuevo modelo aceptará modelos alternativos de
negocio basados en acceso a un servicio, más que ser propietarios del servicio o productos.
Se cambia desde la lógica de ser propietario a ser usuario. Se han potenciado mercados
basados en el alquiler, en el rendimiento y modelos de compartir permitidos por las nuevas
51
tecnologías y, por último, la urbanización, ya que para el 2050 se espera que un 66% de la
población mundial viva en áreas urbanas. Esta lógica de urbanización genera que los costos
de reparto de activos y costes de logística inversa, relacionados con la recolección y
tratamiento de materiales, disminuyan. Además, permiten logísticas más simples, mayor
atractivo y escala para los proveedores de estos servicios. (Páez, 2017)
52
CAPÍTULO 5: DISEÑO DE MEZCLA Y PREPARACIÓN HORMIGÓN PATRÓN Y CON
ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO DE MANGANESO CON CLORURO DE
ZINC Y GRAFITO
Las características del hormigón patrón deseado son un G20/20/20/10 se espera que en estado
fresco pueda ser trabajable para comodidades de los trabajadores al manipularlo y compactarlo,
en segundo lugar, el tamaño máximo nominal del árido será de 20 mm, el descenso de cono será
de 10 cm para efectos de la trabajabilidad y, por lo tanto, se contemplará 205 litros de agua para
amasado, 20 litros de aire atrapado y un 20% de defectuosidad. En términos de durabilidad
interna deberá cumplir lo establecido por la norma, donde el ion cloruro debe ser menor o igual a
1,20 Kg/m3, se especifica una resistencia de 24,21 MPa, una razón de agua-cemento de 0,559 y
por último una cantidad de 367 Kg/m3 de cemento. Todas estas especificaciones serán explicadas
a continuación con detalle y cálculos.
5.1. Confección de banda granulométrica ideal
El diseño para esta investigación está constituido con áridos gruesos, específicamente gravilla,
arena fina y arena gruesa, los dos primeros áridos fueron comprados a la empresa Río Maipo y
el último a la empresa Caval Chile. Se determinará una granulometría ideal según la norma NCh
163:2013 “Áridos para morteros y hormigones–Requisitos generales”, trabajando con un tamaño
máximo nominal de 40 mm, sin embargo, se dispone de áridos de 20 mm en el mercado.
En el Gráfico 1 y las tablas 9 y 10, se pueden ver las curvas ideales para el tamaño máximo
nominal de 37,5 mm, usando la curva ideal entre A y B, aceptable para pavimento, además se
puede utilizar la curva ideal de B y C para construcción corriente, y por último la curva entre C y
D que se utiliza para construcciones especiales y con altas dosis de cementos.
53
100
Curva Granulométrica Árido Combinado con Dn 37,5 mm
90
80
70
% Que pasa
60
50
40
30
20
10
0
0,1
1
10
100
Abertura de Tamiz en mm
Curva A
Curva B
Curva Ideal
Gráfico 1: Banda granulométrica y curva ideal de árido combinado con Dn 37,5 mm
Fuente: Propia, 2022.
Tabla 9: Bandas granulométricas de áridos combinados con Dn 37,5 mm y 19 mm
54
Fuente: (Vargas R. , Tecnología del Hormigón - Áridos, 2021)
Para tal diseño de mezcla se realizó el promedio de las curvas A y B, obteniendo la curva ideal
con su respectivo módulo de finura como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 10: Bandas granulométricas e ideal de áridos combinados con Dn 37,5 mm
Tamices
ASTM
Combinado 37,5 mm AB
INN
Mm
A
B
Ideal
2''
50
1 1/2''
37,5
100
100
100
3/4''
19
50
58
54
3/8''
9,5
36
44
40
#4
4,75
24
32
28
#8
2,36
18
25
22
#16
1,18
12
17
15
#30
0,6
7
12
10
#50
0,3
3
7
5
#100
0,15
0
0
0
MF=
6,5
6,05
6,275
Da=
37,5
37,5
37,5
Dn=
37,5
37,5
37,5
Fuente: Propia, 2022
Por otro lado, se determinó la banda granulométrica de áridos finos según la norma descrita
anteriormente, obteniendo una curva ideal para este tipo de áridos. Para efectos de este diseño,
se utilizará la banda granulométrica de hormigón y mortero con Dn 4,75 mm que se muestra en
la tabla 11.
55
Tabla 11: Tipos granulométricos de áridos finos
Fuente: (Vargas R. , Tecnología del Hormigón - Áridos, 2021)
Para este caso, se realizó una tabla similar a la anterior, sacando el promedio de las dos curvas
que conforman la banda granulométrica, generando la curva ideal a utilizar en el diseño de mezcla
que se expone en la tabla 12 y gráfico 2.
Tabla 12: Banda granulométrica y curva ideal de áridos combinados con Dn 4,75 mm.
Tamices
ASTM
% que pasa
INN
Mm
Hormigón y mortero 4,75 mm
3/8''
9,5
100
100
100
#4
4,75
95
100
98
#8
2,36
80
100
90
#16
1,18
50
85
68
#30
0,6
25
60
43
#50
0,3
5
30
18
#100
0,15
0
10
5
MF=
3,45
2,15
2,8
Da=
9,5
2,36
9,5
Dn=
4,75
2,36
4,75
Fuente: Propia, 2022
56
Curvas Granulométricas de árido combinado con Dn 4,75 mm
110
% Que pasa
90
70
50
30
10
-10 0,1
1
10
Abertura de Tamiz en mm
Series1
Series2
Curva Ideal
Gráfico 2 : Banda granulométrica y curva ideal de árido combinado con Dn 4,75 mm
Fuente: Propia, 2022.
5.2. Propiedades físicas de los áridos
Para la confección de los áridos es necesario estudiar sus diversas propiedades físicas, la primera
que se estudia es la granulometría, por lo tanto, luego de haber identificado las curvas ideales
que serán utilizadas para la combinación de los áridos se realizará un análisis granulométrico,
densidad aparente suelta y compactada, densidad real en estado saturado superficialmente seco,
densidad real neta, densidad real seca, absorción, contenido de humedad e impurezas. Sin
embargo, para efectos de este apartado sólo se nombrarán las propiedades que se utilizarán en
el diseño de mezcla.
5.2.1. Confección de granulometría de los áridos
Luego de identificar la curva ideal de los áridos según lo especificado, se creará el árido
combinado a partir del análisis granulométrico obtenida de los pétreos dispuestos en laboratorio
con respecto a las curvas ideales descritas y definidas anteriormente. Los áridos con los que se
dispone son gravilla, arena gruesa y arena fina, por lo tanto, se realizará extracción y
granulometría de los 3 tipos de áridos mencionados según las normas NCh164:2009 “Áridos para
morteros y hormigones – Extracción y preparación de muestras” y NCh165:2009 “Áridos para
morteros y hormigones – Tamizado y determinación de la granulometría”.
57
En el árido grueso se realizará tamizado con una masa Mi = 2.940 g, respetando las sugerencias
de la norma, se determinará masa retenida en gramos y porcentaje, masa retenida acumulada
en porcentaje para luego obtener el porcentaje que pasa acumulado, además de determinar el
residuo, porcentaje de perdida y módulo de finura como se muestra en la tabla 13.
Tabla 13: Granulometría del árido grueso
Masa inicial:
2.940
Tamices
ASTM
pulg
2
1 1/2
1
3/4
1/2
3/8
g
NCh
Nº
4
mm
50
37,5
25
19
12,5
9,5
4,75
Subtotal:
Residuo:
Total:
% pérdida:
Tamaño máximo absoluto (Da):
Tamaño máximo nominal (Dn):
Módulo de finura:
Masa
Retenida
g
0
0
0
55
1.497
711
547
2.810
130
2.940
g
0,00
25 mm
19 mm
7,79
Retenida
%
0
0
0
2
53
24
19
Retenida
que pasa
acumulada acumulada
%
%
0
100
0
100
0
100
2
98
55
45
79
21
98
2
Fuente: Propia, 202
Para la arena gruesa y fina se realizará el mismo procedimiento que el anterior, con una masa
Mi= 788,62 g y Mi= 1.186,00 g, respectivamente, como se puede observar en las tablas 14 y 15:
58
Tabla 14: Granulometría de arena gruesa
Masa inicial:
788,62
Tamices
ASTM
pulg
3/8
g
NCh
Nº
4
8
16
30
50
100
mm
9,5
4,75
2,36
1,18
0,6
0,3
0,15
Subtotal:
Residuo:
Total:
% pérdida:
Tamaño máximo absoluto (Da):
Tamaño máximo nominal (Dn):
Módulo de finura:
Masa
Retenida
g
0,00
112,56
117,11
72,93
70,55
165,35
191,79
730,29
g
57,24
g
787,53
g
0,14
9,5 mm
4,75 mm
2,89
Retenida
%
0
14
15
9
9
21
24
Retenida
acumulada
%
0
14
29
38
47
68
93
que pasa
acumulada
%
100
86
71
62
53
32
7
Fuente: Propia, 2021
59
Tabla15: Granulometría de arena fina
Masa
inicial:
1.186,00
g
Tamices
ASTM
pulg
3/8
NCh
Nº
mm
9,5
4
4,75
8
2,36
16
1,18
30
0,6
50
0,3
100
0,15
Subtotal:
Residuo:
Total:
% pérdida:
Tamaño máximo absoluto (Da):
Tamaño máximo nominal (Dn):
Módulo de finura:
Retenida
g
0,00
15,42
10,62
10,27
26,32
219,51
528,31
810,45
g
374,55
g
1.185,00 g
0,08
9,5 mm
4,75 mm
1,03
Masa
Retenida
que pasa
Retenida
acumulada acumulada
%
%
muestra
0
0
100
1
1
99
1
2
98
1
3
97
2
5
95
19
24
76
45
68
32
Fuente: Propia, 2021.
5.2.2. Densidad aparente suelta y compactada
El procedimiento para determinar las densidades aparentes de los áridos destinados a preparar
el hormigón está establecido en la norma NCh1116:2008. “Áridos para morteros y hormigones –
Determinación de la densidad aparente”, estos valores serán utilizados más adelante, para
obtener el volumen aparente de la tabla de estado SSS (Saturado Superficialmente Seco), con la
finalidad de obtener la dosis de los componentes que serán empleados en la mezcla de del
hormigón, estos valores se pueden observar en la tabla 16.
60
Tabla 16: Densidad aparente suelta y compactada
Da suelta
kg/m3
Da compactada
kg/m3
Gravilla
Ar. Gruesa
Ar. Fina
1.501
1.603
1.603
1.747
1.382
1.574
Fuente: Propia, 2021
5.2.3. Densidad real superficialmente seca
La otra propiedad importante que estudiar es la densidad real en estado SSS de los áridos a
utilizar en la mezcla de hormigón. Para esto, es necesario confeccionar el árido según la banda
granulométrica que, para efectos de la granulometría, sería A-B de Dn 19 mm, sin embargo, se
realizó con la A-B de Dn 37,5 mm. Luego de haber confeccionado la mezcla de los áridos, se
deben determinar las propiedades físicas de los mismos, particularmente, la densidad real
superficialmente seca, que será utilizada para el diseño de mezcla, específicamente en la tabla
de estado SSS, estos valores se pueden observar en la tabla 17.
Debido a la contingencia y la alta demanda de los materiales en el laboratorio por los estudiantes
de la Institución, sólo se realizó una muestra por cada árido, por lo tanto, no se pudo realizar un
promedio entre valores de un mismo árido.
Tabla 17: Densidad real saturado superficialmente seco de los áridos
DrSSS
kg/m3
Gravilla
Ar. Gruesa
2.650
2.806
Ar. Fina
2.630
Fuente: Propia, 2021
Se realiza el promedio ponderado de los áridos, esto se determina mediante la identificación de
las proporciones de gravilla, arena gruesa y arena fina que se le colocará a la mezcla, este análisis
granulométrico se realizó teniendo en cuenta la curva ideal para un pavimento y, en este caso,
se trabajó con Dn de 37,5 mm, sabiendo que el material disponible es de Dn 19 mm, por lo que
esto puede afectar a los resultados más adelante. Las proporciones de áridos según diseño son
70% para gravilla lo que equivaldría 1.850 kg/m3, en la arena gruesa es de 28% que equivale
785,68 kg/m3 y la arena fina es de 2% lo que equivale a 52,6 kg/m3, por lo tanto, el promedio
ponderado sería de 2.688,28 kg/m3 que es la sumatoria de las 3 equivalencias.
61
5.3. Diseño de mezcla de hormigón
El diseño de mezcla consiste en determinar las proporciones de cada componente que deben
combinarse mediante un método de dosificación, obteniendo las condiciones previstas de
hormigón, entendiendo que para cada diseño existen condiciones particulares. Por lo tanto, según
lo especificado, se diseñará para pavimento de hormigón, teniendo en consideración las
siguientes condiciones mostradas en la tabla 18:
Tabla 18: Condiciones generales y de partida para diseño de mezclas
Fuente: (Vargas R. , Tecnología del Hormigón - Una Forma de Diseñar Mezclas de Hormigón,
2021)
Las probetas cilíndricas serán diseñadas para alcanzar resistencias de 20 MPa (G20), elaborando
la mezcla a partir de cemento corriente y áridos ya descritos anteriormente, para la muestra de
hormigón patrón. Por otra parte, las muestras con adiciones se le aplicarán adiciones de un 5 %
y un 3 % del volumen con respecto al cemento, elaborando 3 muestras de 3 probetas, donde
tendrán adiciones de Óxido de Manganeso con grafito (Pilas Alcalinas), Óxido de Manganeso con
Cloruro de Amonio (Pilas Lenclaché) y Grafito. Se diseña mezcla para 1 m3 que mediante
proporción se determina volumen necesario para 12 probetas cilíndricas de dimensiones 15 cm
de diámetro y 30 cm de altura.
Para diseñar un material compuesto como el hormigón, es necesario que previamente se analicen
los áridos, se tenga definido qué tipo de cemento se va a usar, se conozca la geometría de los
moldajes, la densidad de armadura (depende de las especificaciones) y el destino del elemento
a hormigonar para considerar la docilidad necesaria, la durabilidad y la resistencia especificada.
Para llevar a cabo este procedimiento, se utilizará el método empleado por American Concrete
Institute (ACI) que propone 10 pasos necesarios para realizar un diseño de mezcla de hormigón
en un orden específico, relacionándolo con las NCh170:1985 y NCh170:2016 de Requisitos
62
Generales, que cuentan con información suficiente como para diseñar la mezcla, ello se puede
lograr siguiendo los pasos que se indican y su ubicación en las normas (Vargas R. , Tecnología
del Hormigón - Una Forma de Diseñar Mezclas de Hormigón, 2021):
1. Elección del tamaño máximo, Dn (Pto. 7.3.3 de la NCh170:2016)
2. Descenso de cono, h (Tabla 5 de la NCh170:1985)
3. Cantidad de agua de amasado, A (Tabla 22 de la NCh170:1985)
4. Cantidad de aire atrapado, a (Tabla 23 de la NCh170:1985)
5. Requisitos por durabilidad (Pto 6.0 de la NCh170:2016)
6. Resistencia media requerida, fr (pto. C. 3 de la norma NCh170:1985)
6.1 Factor estadístico, t (Tabla 24)
6.2 Valor estimado de s (Tabla 25)
7. Razón A/C por fr. Procedimiento 3 (Tabla 3 de la NCh170:1985).
8. Dosis mínima de cemento por durabilidad (Pto. 6.2.4 de la NCh 170:2016)
9. Cálculo de la dosis de cemento:
C = A / (A/C) habiendo considerado la menor relación A/C del pto 6 y 7 de la NCh170:1985
10. Dosis de áridos (NCh 163)
11. Dosis de Adiciones (Pto. 7.6 de la NCh170:2016 Anexo A)
5.3.1. Tamaño máximo del árido
El tamaño máximo nominal se determina a partir de las condiciones expuestas en la norma,
eligiendo siempre el Dn menor. Para esta investigación, el tamaño máximo nominal será 40 mm,
suponiendo que será utilizado para una losa de pavimento de espesor 120 mm. La norma indica
una sola condición, que el Dn sea menor a 1/3 del espesor del pavimento dando 40 mm como se
observa en la figura 17, sin embargo, el laboratorio dispone de áridos de 20 mm, por lo tanto, se
decidió establecer como Dn 20 mm.
63
Figura 17: Determinación de tamaño máximo nominal
Fuente: (Vargas R. , Tecnología del Hormigón - Una Forma de Diseñar Mezclas de Hormigón,
2021)
5.3.2. Descenso de cono
La medición del descenso de cono mediante el Cono de Abrams sirve para determinar la docilidad
de la mezcla, esta depende de la forma y textura de los áridos, de la proporción de cemento,
agua, áridos, contenido de aire, la finura de las partículas, porosidad, tiempo y temperatura. Para
seleccionar el descenso de cono se acudió a la tabla 19 que se mostrará a continuación que
determina el descenso de cono por tipo de estructura. La mezcla por elaborar será diseñada para
pavimentos, por lo que el descenso de cono debiese ser inferior a 5 cm, sin embargo, se decidió
establecer un descenso de cono de 10 cm, la razón de esto es porque se logra mayor
manipulación de la mezcla en estado plástico y, por lo tanto, un mayor control en la compactación.
No obstante, no se justifica este descenso de cono con respecto a la tabla 19, ya que en esta
establece que un descenso de cono de 10 cm es para hormigón armado, lo que no se hará en
este diseño y, por otra parte, se está trabajando con gravilla lo cual sería ideal un asentamiento
de cono de 6 cm. En consecuencia, esto podría ser otro factor que afecte a los resultados.
Tabla 19: Asentamiento de cono según tipo de estructura
Fuente: (NCh170:1985, 2021)
64
5.3.3. Cantidad de agua de amasado
La cantidad de agua de amasado dependerá estrechamente del descenso de cono (Docilidad) y
el tamaño máximo nominal de los áridos. En este caso, el descenso de cono es de 10 cm y el Dn
de 20 mm. En consecuencia, la tabla 20 que se muestra a continuación establece una cantidad
de agua de amasado de 0,205 m3 o 205 litros, es necesario convertir los m3 en kilogramos de
agua con una densidad de 1 kg/m3, se determina los kilogramos mediante la siguiente fórmula:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑀𝑎𝑠𝑎
→ 𝑀𝑎𝑠𝑎 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝑀𝑎𝑠𝑎 = 205 ∗ 1
𝑀𝑎𝑠𝑎 = 205 𝐿
Tabla 20: Volumen Estimado de Agua de Amasado (m3)
Fuente: (NCh170:1985, 2021)
5.3.4. Cantidad de aire atrapado
La cantidad de aire atrapado va relacionado con el tamaño máximo nominal de las partículas,
donde la especificación técnica para este diseño es G20/20/20/10, por lo tanto, se tiene un tamaño
máximo nominal de 20 mm. La tabla de aire promedio atrapado establece que para este Dn su
volumen medio de aire atrapado es de 0,020 m3 o 20 L. En la tabla 21 se expone lo descrito:
65
Tabla 21: Aire promedio atrapado m3
Fuente: (NCh170:1985, 2021)
5.3.5. Requisitos de durabilidad
La durabilidad del hormigón depende de sus propiedades y de la presencia de agentes internos
o externos que generen ataque al elemento estructural. Para obtener un hormigón durable, resulta
necesaria la implementación de medidas adecuadas en el diseño de mezcla, la fabricación,
correctas prácticas de colocación, compactación, curado y protección del hormigón.
La norma establece varios requisitos que se dividen en 2 conceptos: Interno y externos. Para el
caso de los requisitos de durabilidad, debido a la acción de agentes externos, no se estableció
ningún agente externo que afecte a las probetas, ya que no tendrá ningún grado de exposición,
lo cual queda pendiente como investigación. Sin embargo, hay un requisito de durabilidad debido
a la acción de agentes internos que, si se aplican para este diseño, este es el contenido máximo
de cloruros, que para hormigón reforzado y hormigón en masa que contenga armadura, puede
contener a lo más 1,2 kg de ión cloruro solubles en agua en un m3 de hormigón y para hormigón
pretensado solo puede contener 0,25 kg de ión cloruro solubles en agua en un m3 de hormigón
como se observa en la tabla 22, el problema se concentra en los cloruros que atacan al acero del
hormigón armado, produciendo corrosión electroquímica. La presencia de cloruro en el hormigón
con formación de pilas que establecen una diferencia de potencial permitiendo una circulación de
corriente que produce la oxidación. Para lograr cumplir la norma, se calculó el contenido de
Dióxido de Manganeso y Cloruro de Zinc, según la información disponible en la página de
Energizer que se muestra en la figura 18 y de la tabla 2 del Capítulo de Pilas, donde muestra el
porcentaje de peso de los distintos componentes de una pila. Para efectos de esta investigación,
solo se trabajó con pilas D que pesan 89 g y se calculó el promedio de los porcentajes dados en
66
la tabla 2. Las pilas contienen Dióxido de Manganeso entre un 15 % y un 31 % del peso,
obteniendo como promedio un 23 %, este porcentaje se le aplicó al peso total, lo cual dio 20,47
g. En el caso del Cloruro de Zinc, la pila contiene este componente entre un 2 % y un 10 %, dando
de promedio un 6 % que se le aplicó al peso de la pila, obteniendo 5,34 g; sumando ambos valores
da un total de 25,81 g. Luego, se obtuvo el porcentaje de ambos componentes con respecto al
total de la muestra, es decir, a los 25,81 g que se extrajo de las pilas, obteniendo un 20,7 % para
el Cloruro de Zinc y 79,3 % del Dióxido de Manganeso.
Figura 18: Ficha de datos pila Eveready
Fuente: (Energizer, Datasheet, 2022)
Tabla 22: Contenido máximo de iones cloruro solubles en el hormigón
Fuente: (INN-Chile, NCh170:2016 Hormigón - Requisitos generales, 2016)
Para obtener el valor de Cloruro de Zinc que contiene un m3 de hormigón, se debe entender el
porcentaje de adición que se realizó para este material, el cual fue de un 3 % del volumen con
67
respecto al cemento, dando 3,7 L de adición como se observa en la tabla 23, a este valor se le
aplica el 20,7 % del Cloruro de Zinc para saber cuánto de este componente contiene el m 3 de
hormigón diseñado, dando 0,77 L o kg para efectos del requisito, lo cual cumple para hormigón
reforzado y hormigón en masa que contenga armadura, pero no cumple para hormigón
pretensado.
Tabla 23: Estado SSS de la adición de Dióxido de Manganeso - Cloruro de Zinc
Materiales
Cemento
Agua
Aire
Adición
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Vol. aparente L
NUNCA
205
20
3,7
809
348
21
TOTAL
Vol. Real L
119
205
20
3,70
458
183
12
1.000
Masa SSS Kg
356
205
0
19
1.214
513
32
2.338
Fuente: Propia, 2021
5.3.6. Resistencia media requerida
La resistencia media requerida se calcula a partir de la siguiente fórmula expresada en la norma:
𝑓𝑟 = 𝑓𝑐 + 𝑡 ∗ 𝑠 [𝑀𝑝𝑎]
𝑓𝑟 : Resistencia media requerida
𝑓𝑐 : Resistencia a la compresión indicada por proyecto o EETT
𝑡 : Factor estadístico
𝑠 : Valor estimado
En los siguientes subcapítulos se desarrollará la obtención de las variables que se manejan en
esta fórmula.
68
5.3.6.1. Factor estadístico
En este diseño de mezcla se trabajará con una fracción defectuosa de 20 % o un nivel de
confianza de 80 %, por lo tanto, se obtiene a partir de la tabla 24 expresada en la norma un valor
de 0,842 para t.
Tabla 24: Factor estadístico t
Fuente: (NCh170:1985, 2021)
5.3.6.2. Valor estimado
La mezcla de hormigón se realizará en el laboratorio, la cual se encuentra en buenas condiciones
para llevar a cabo un control en los procesos, que conlleva la elaboración de este compuesto
desde la pesada de las materias primas, confección del hormigón fresco hasta los ensayos para
llevar un control del hormigón fresco. El equipo encargado en la confección de la mezcla dispone
del conocimiento teórico de la tecnología del hormigón, no obstante, no tiene la experiencia, ni se
especializan en la ejecución de control del hormigón fresco.
Al tomar en cuenta lo anterior, se considera según la tabla 25 expresada en la norma en la parte
de “Condiciones previstas para la ejecución de la obra” como “Buenas” las condiciones con un
valor estimado de 5 para un G20.
69
Tabla 25: Valor estimado
s, Mpa
Condiciones
previstas para la
ejecución de la obra
Definición
≤ G15
> G15
Cuando se realiza un control inferior a los mencionados, y sólo en el caso de
hormigones de grado≤ H15
8
-
Medias
Dosificación en volumen controlado, controles de humedad y esponjamiento de
áridos, control de asentamiento de cono y control del rendimiento de la dosis de
cemento, en forma esporádica.
6
7
Buenas
Dosificación en peso o en volumen controlado y aplicación de los controles
mencionados, en forma permanente y sistemática
4
5
Dosificación en peso; laboratorio de faena con personal especializado en la
ejecución de los controles mencionados, en forma permanente y sistemática
3
4
Regulares
Muy buenas
Fuente: (NCh170:1985, 2021)
5.3.6.3. Cálculo de resistencia media requerida
Según lo expresado en el punto 5.3.6. y las variables determinadas anteriormente, se procederá
a calcular la resistencia media requerida:
𝑓𝑟 = 20 + 0,842 ∗ 5
𝑓𝑟 = 24,21 [𝑀𝑃𝑎]
5.3.7. Razón A/C
La razón agua-cemento, se determina a partir de la resistencia media requerida mediante la tabla
expresada en la norma, en esta se determina qué tipo de cemento se utiliza y mediante
procedimiento de interpolación, se llegará al resultado exacto de razón A/C, logrando así una
reacción ideal.
En la presente investigación, se confecciona con cemento corriente Transex, que contiene
puzolana, lo cual le da otras propiedades químicas a la mezcla como, por ejemplo, bajo calor de
hidratación, resistencia química e impermeabilidad, sensibles al calor y al frío, lo cual puede
aumentar o disminuir la velocidad de endurecimiento e inhibe la reacción álcali- árido. (Vargas
R.,2021)
70
Tabla 26: Razón agua-cemento para resistencia media requerida, fr
Fuente: (NCh170:1985, 2021)
Según el cálculo desarrollado en el punto 5.3.7, se cuenta con una resistencia media requerida
de 24,21 MPa que, según la tabla 26, se ubica una razón agua cemento entre 0,55 y 0,6. Esto no
permite obtener un valor exacto de esta razón, por lo cual, será necesario interpolar con la
siguiente fórmula:
𝑌 = 𝑌1 + [(
𝑋 − 𝑋1
) (𝑌2 − 𝑌1 )]
𝑋2 − 𝑋1
Se realiza tabla para identificar las variables de manera clara y lograr un cálculo exacto:
Tabla 27: Valores para interpolar
Resistencia media
Razón A/C
requerida, fr (MPa)
X1= 0,55
Y1= 25
X= 𝑅𝐴/𝐶
𝑓𝑟
X2= 0,60
Y =24,21
Y2= 21
Fuente: Propia,2021.
Luego, se reemplazan los valores en la formula descrita anteriormente, dando lo siguiente:
71
𝑋 − 0,55
24,21 = 25 + [(
)(21 − 25)]
0,60 − 0,55
𝑅𝐴/𝐶 = 𝑋 = 0,559
Como consecuencia, para una resistencia media requerida de 24,21 [MPa], la razón aguacemento es de 0,559. Por otro lado, para este diseño no se considera un grado más de resistencia
por seguridad, por lo que está sujeto únicamente para investigaciones comparativas en
condiciones ideales.
5.3.8. Dosis mínima de cemento por durabilidad
En la norma se establece una dosis mínima de cemento, según durabilidad para proteger
estructuras de hormigón reforzado, en condiciones ambientales no agresivas considerando como
dosis mínima 240 kg/m3, sin embargo, para este diseño no se contempla un hormigón reforzado
lo cual este punto no es considerado en nuestro diseño de mezcla.
5.3.9. Cálculo de la dosis de cemento
Determinada la cantidad de agua de amasado y la razón A/C, es necesario calcular la dosis de
cemento con estas dos variables para obtener la masa de cemento del diseño de mezcla del
hormigón, la fórmula es la siguientes:
C = A/(A/C) [kg/m3]
Reemplazando los datos, daría lo siguiente:
C = 205/0,559
C = 366,7 ≈ 367 kg/m3
Luego de haber realizado el cálculo se determinó que la cantidad de cemento a utilizar es 367
kg/m3, también es necesario convertir la masa de cemento en volumen real y para esto se
consideró la densidad real del cemento como 3 kg/L, para determinar el volumen del cemento se
utilizó la siguiente formula:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑀𝑎𝑠𝑎
→ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 =
367 𝑘𝑔
3 𝑘𝑔/𝐿
72
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 122,33𝐿 ≈ 122𝐿
Quedando la siguiente tabulación de datos mostrada en la tabla 28:
Tabla 28: Tabulación de datos
Pasos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pasos_1
Tam máx. árido
Cono
Agua
Aire atra +incorp
Por durabilidad
Res requerida
Razón para fr
Por durabilidad
Cálculo
Áridos
Nomenclatura
1. Dn
2. h
3. A
4. a
5. Interno
6. fr
7. A/C
8. C
9. C
10. Ari
Relaciones
Ion Cloruro
fr = fc + t x s
f (fr)
Máximo
A/(A/C)
Valores
40 mm
10 cm
205 L
20 L
Cl≤1,20 kg/m3 de hormigón
24,21 MPa
0,559
240 kg/m3
367 kg/m3
Fuente: Propia,2021
5.3.10. Dosis de áridos
El diseño de mezcla está constituido por cemento, agua, aire atrapado, y áridos (gruesos y finos),
calculándolo para una mezcla de 1 m3 o 1000 L. El volumen de árido se determina con la siguiente
fórmula, considerando los volúmenes calculados anteriormente, esto se puede observar en la
tabla 29.
𝑉𝑜𝑙 á𝑟𝑖𝑑𝑜𝑠 = 1000𝑙 − (𝑉𝑜𝑙 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑝𝑎𝑑𝑜)
𝑉. á𝑟𝑖𝑑𝑜𝑠 = 1000𝐿 − (122 𝐿 + 205 𝐿 + 20𝐿)
𝑉𝑎𝑟𝑖𝑑𝑜𝑠 = 653 𝐿
Tabla 29: Dosificación de la mezcla en L
Materias Primas
CEMENTO
AI
H2O
ARIDOS
Vr L
122
20
205
653
Fuente: Propia, 2021.
73
5.3.10.1. Distribución de dosis de áridos
Determinado el volumen de los áridos, este se distribuye a los tres áridos disponibles según
porcentaje obtenido en la combinación de los áridos, con respecto a las curvas ideales y en efecto,
a los sistemas de ecuaciones realizados para obtener el porcentaje de cada árido que se mostrará
a continuación en la tabla 30:
Tabla 30: Granulometría de las curvas Ideales y áridos combinados
Árido Combinado Dn 37,5 mm
TAMICES
ASTM
inch
Nº
NCh165
Gravilla
Ar. Gruesa
Ar. Fina
Árido
combinado Ar.
G - Ar. F
mm
%QP
%QP
%QP
%QP
2
50
1½
37,5
1
25
¾
19
½
12,5
9,5
3/8
mar-16
Nº 4
4,75
mar-32
Nº 8
2,36
mar-64
Nº 16
1,18
3/128
Nº 30
0,6
3/256
Nº 50
0,3
3/512
Nº 100
0,15
MF
100
98
45
21
2
100
100
86
99
71
98
0
0
0
0
0
62
97
53
32
7
95
7,79
2,89
1,03
76
32
100
100
100
100
87
73
64
55
35
8
2,78
Banda de Árido Fino
%QP
100
95
80
50
25
5
0
3,45
%QP
100
100
100
85
60
30
10
2,15
Para
Pavimento
I Árido Fino
Curva A
Curva B
Ideal A-B
Curva de
Áridos
Combinados
%QP
%QP
%QP
%QP
%QP
100
100
100
50
58
54
36
24
44
32
40
28
100
99
62
45
28
18
12
7
3
0
6,50
25
17
12
7
0
6,05
22
15
10
5
0
6,28
22
19
17
10
3
6,58
100
98
90
68
43
18
5
2,78
Fuente: Propia, 2021
5.3.10.2. Sistema de ecuaciones
En una primera instancia, se buscan los factores de arena gruesa y arena fina para obtener el
árido combinado fino, para esto se realiza un sistema de ecuaciones en relación con los módulos
de finura de ambas arenas con respecto al módulo de finura de la curva ideal del árido fino
(hormigón y mortero) que se expone en la tabla 11, generando la primera ecuación y con esta
realizarse el siguiente sistema de ecuaciones:
1 )2,89 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 + 1,03 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 2,78
2) 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 + 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 1
Seguido de esto, se debe restar por alguno de los dos módulos de finura de las arenas, en este
caso, se restará por 1,03 a todos los factores, quedando lo siguiente:
74
1)2,89 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 + 1,03 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 2,78
2) − 1,03 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 − 1,03 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 2,78
Se realiza el sistema de ecuaciones, quedando así:
1,86 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 + 0 = 1,75
Luego, se divide 1,86 para obtener el valor de arena gruesa:
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 =
1,75
1,86
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 = 0,94
Por consiguiente, este valor se remplaza en la ecuación 2) que se encuentra al inicio, quedando
así:
2)0,94 + 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 1
Se despeja para obtener el valor de la arena fina:
2)𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 1 − 0,94
2)𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝐹𝑖𝑛𝑎 = 0,06
Ya obtenidos los dos factores, tanto de arena gruesa como de arena fina, se realiza un sistema
de ecuaciones con respecto a los módulos de finuras de la gravilla y de la arena fina combinada
igualado al módulo de finura de la curva ideal A-B para pavimentos, sacada de la NCh163:2013,
quedando así el sistema de ecuaciones:
1)7,79𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 + 2,78 𝐹𝑖𝑛𝑜𝑠 = 6,28
2)𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 + 𝐹𝑖𝑛𝑜𝑠 = 1
Luego de realizar el sistema de ecuaciones, se busca un valor para restar a los factores y lograr
despejar las incógnitas, para este caso, se resta 2,78 como se ve en la siguiente ecuación:
75
1) 7,79𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 + 2,78 𝐹𝑖𝑛𝑜𝑠 = 6,28
2) − 2,78𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 − 2,78 𝐹𝑖𝑛𝑜𝑠 = 2,78
Se procede a realizar el sistema de ecuaciones:
5,01 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 + 0 = 3,5
𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 =
3,5
5,01
𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 = 0,70
Al obtener el valor de la gravilla, este se remplaza en cualquiera de las dos ecuaciones, en este
caso, se reemplaza en la ecuación 2), quedando así:
2)0,70 + 𝐹𝑖𝑛𝑜𝑠 = 1
2)𝐹𝑖𝑛𝑜𝑠 = 0,30
Finalmente, para obtener el porcentaje de gravilla, arena gruesa y arena fina, se realiza una
multiplicación con respecto a sus factores, dando lo siguientes:
𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 = 0,70 𝑥 100 = 70%
𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 = (0,30 𝑥 0,94) 𝑥 100 = 28%
𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎 = (0,06 𝑥 0,30) 𝑥 100 = 2%
Obtenidos estos porcentajes se distribuyen en los 653 L, multiplicando los porcentajes con el
volumen total de los áridos, quedando así:
Gravilla = 653 L x (69,9%/100) = 458,4 ≈ 456 L
Arena Gruesa = 653 L x (28,4%/100) = 185 L
Arena Fina = 653 L x (1,8%/100) = 11,75 ≈ 12 L
Luego, cada valor obtenido en volumen (L) se transforma en masa (Kg), esto para obtener la
densidad total de la mezcla. Para transformarlo en masa, se considera la densidad real saturada
superficialmente seca expresada en la tabla 17, esta se multiplica por su volumen real donde sus
valores se observan en la tabla 31.
76
Gravilla = 456 L x 2,65 Kg/L = 1208,4 ≈ 1208 Kg
Arena Gruesa = 185 L x 2,806 Kg/L = 519 Kg
Arena Fina = 12 L x 2,63 Kg/L = 31,56 ≈ 32 kg
Tabla 31: Estado SSS, Volumen real en L y Masa SSS en Kg
Materiales
Cemento
Agua
Aire
Adición
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Total
Vol Real L
122
205
20
0
456
185
12
1000
Masa sss Kg
367
205
0
0,00
1208
519
32
2331
Fuente: Propia, 2021.
5.3.11. Dosis de Adiciones
5.3.11.1. Volumen total de las probetas
La elaboración del diseño de mezcla fue calculada para un volumen real de 1000 L, la cual se
debe adaptar mediante proporción a las dimensiones y en efecto, al volumen de las probetas
cilíndricas a realizar, por lo tanto, es necesario dimensionar el volumen para 12 probetas
cilíndricas, para esto se determina el volumen de las probetas cilíndricas mediante el siguiente
cálculo:
Volumen Unitario de Probeta: 0,30 m x (0,075m)2 x 3,142 = 0,0053 [𝑚3 ] ≈ 5 [𝐿]
Volumen Total de 12 Probetas: 5 L x 12 Probetas = 60 L
Al volumen obtenido se le considerará el doble, ya que se utilizará hormigón fresco para realizar
ensayos de control, por lo tanto, el volumen final será de 120 L que se distribuirán en 4 muestras
de 30 litros.
77
5.3.11.2. Dosificación de Hormigón Patrón
En la dosificación de hormigón patrón, es necesario utilizar la tabla 31, de estado SSS, a esta se
le multiplica 0,03 m3 a los valores de masa sss en kg para obtener la tabla de dosificación de 30
L, que se presenta en la tabla 32:
Tabla 32: Dosificación para 30 L de Hormigón Patrón
Materiales
Cemento
Agua
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Total
Masa Kg
11
6
36
15
1
70
Fuente: Propia, 2021.
5.3.11.3. Porcentaje de Adiciones
Las adiciones son tres que se realizarán en tres muestras de tres probetas, estas son Dióxido de
Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito. Antes de realizarlas, se
determinó si cada adición es un material inerte o activo, concluyendo que las tres adiciones son
material activo, ya que estas reaccionan en el interior de la pila de forma permanente para generar
electricidad, esto según la información recogida y descrita en el capítulo de pilas.
Hay que identificar si es un material inerte o activo, se puede determinar la masa de las adiciones
con respecto al cemento, que es el material activo de la mezcla o con los áridos materiales inertes
de la mezcla. Por lo tanto, se calculan las adiciones con respecto al cemento y el porcentaje a
aplicar dependerá del material disponible extraído de las pilas, en consecuencia, se realizó una
tabla con distintos porcentajes aplicados al volumen del cemento (122 L), dando los litros de
adiciones respectivamente, para luego determinar qué porcentaje se utilizará según la masa
extraída del material, esto quedó expresado en la tabla 33.
Tabla 33: Porcentaje de adiciones
Porcentaje Adiciones
78
%
5%
4%
3%
2%
1,50%
1%
0,50%
Adición MNO2 L (5.026Kg/m3)
6,11
4,89
3,67
2,44
1,83
1,22
0,61
Ad. Grafito (2.160Kg/m3)
6,11
4,89
3,67
2,44
1,83
1,22
0,61
Fuente: Propia, 2021.
5.3.11.4. Dosificación de adiciones
La dosificación se realizó respecto a la tabla 31 de estado SSS, en el caso de la adición de Dióxido
de Manganeso, se extrajo de las pilas un total de 1,5 kg, este se debe distribuir en tres probetas,
donde se determinó utilizar un porcentaje de un 5 % con respecto al cemento, dando un volumen
de 6,11 L de un total de 1000 L y este se traduce en kilos, multiplicándolo por la densidad del
Dióxido de Manganeso cuyo valor es 5,026 kg/L, dando como resultado 30,7 kg en 1 m3.
Determinado la adición en 1 m3, se le debe restar el volumen real de la adición al volumen real
del cemento para seguir trabajando con los 1000 L, quedando el volumen real del cemento en
116 L como se muestra la tabla 34:
Tabla 34: Adición de Dióxido de Manganeso en L y Kg
Materiales
Cemento
Agua
Aire
Adición
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Total
Vol. Real L
Masa SSS Kg
116
205
20
6,1
458
183
12
1000
348
205
0
31
1214
513
32
2343
Fuente: Propia, 2021.
Obtenidos estos valores, se realiza la dosificación para 30 L multiplicando los valores de masa
SSS en kg de la tabla anterior, por 0,03 m3, quedando expresado en la tabla 35:
79
Tabla 35: Dosificación para 30 L
Materiales
Cemento
Agua
Aire
Adición
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Total
Masa SSS Kg
10,45
6,15
0,00
0,920
36
15
1
70
Fuente: Propia, 2021
Por otra parte, las densidades de las adiciones de Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y
Grafito son 4,367 kg/L y 2,260 kg/L respectivamente. En el caso de la adición de Dióxido de
Manganeso con Cloruro de Zinc, se mezcló el Dióxido de Manganeso con el Cloruro de Zinc,
obteniéndose una mezcla con una nueva densidad que se calcula a partir de la siguiente fórmula:
Densidad de Mezcla =
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐷𝑖ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑒𝑠𝑜 + 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑢𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑍𝑖𝑛𝑐
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝐷𝑖ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑒𝑠𝑜 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑢𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑍𝑖𝑛𝑐
Sabiendo los porcentajes de cada material, obtenidos de la muestra extraída de Dióxido de
Manganeso con Cloruro de Zinc que se expresa en el punto 5.3.5, se pueden aplicar estos en los
650 gramos extraídos en total, dando 0,515 kg para Dióxido de Manganeso y 0,135 kg de Cloruro
de Zinc. Luego, obteniendo las densidades de Dióxido de Manganeso y Cloruro (wiki languages,
2021) (Wikipedia, 2021) se obtuvieron los valores de 5.026 kg/m3 y 2.910 kg/m3 respectivamente.
Posteriormente, se calculó el volumen de ambos materiales, utilizando la fórmula de densidad,
obteniendo 0,00010247 m3 y 0,00004639 m3 respectivamente, con estos valores se calcula la
densidad de la mezcla, dando lo siguiente:
Densidad de la Mezcla =
0,515 𝐾𝑔+0,135 𝑘𝑔
0,00010247 𝑚3 + 0,00004639 𝑚3
Densidad de la Mezcla = 4.366,5 kg/m3 ≈ 4,367 kg/L
La cantidad de material que se extrajo y se pesó para el Dióxido de Manganeso con Cloruro de
Zinc es de 650 g, por lo cual se determinó utilizar el 3 % de adición, dando volumen real de 3,7 L
y una masa de 16 kg para un m3, ajustando las cantidades para 1000 L, al igual que se hizo con
la adición anterior. En el caso del Grafito, se tiene una masa de 250 g, lo que se traduce en 3,7 L
en volumen real y en 8 kg de masa por m3, ajustándose la tabla a 1000 L como se muestra en las
tablas 36 y 37:
80
Tabla 36: Adición de Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc
Materiales
Vol. Real L
Masa SSS kg
Cemento
Agua
Aire
Adición
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Total
119
205
20
3,7
458
183
12
1000
356
205
0
16
1214
513
32
2336
Fuente: Propia,2021.
Tabla 37: Adición de Grafito
Materiales
Vol. Real L
Masa SSS kg
Cemento
Agua
Aire
Adición
Gravilla
Arena gruesa
Arena fina
Total
118
205
20
3,70
458
183
12
1000
355
205
0
8
1214
513
32
2327
Fuente: Propia, 2021.
Para cada material se realiza dosificación de 30 L, lo que significa que se multiplicará por 0,03 m 3
a todos los valores de masa SSS, quedando expresado en las tablas 38 y 39:
Tabla 38: Dosificación para 30 L de Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc
Materiales
Masa SSS kg
Cemento
10,67
Agua
6,15
Aire
0,00
Adición
0,558
Gravilla
36
Arena gruesa
15
Arena fina
1
Total
70
Fuente: Propia, 2021.
81
Tabla 39: Dosificación para 30 L de Grafito
Materiales
Masa SSS kg
Cemento
10,6
Agua
6,2
Aire
0,0
Adición
0,251
Gravilla
36,4
Arena gruesa
15,4
Arena fina
0,9
Total
70
Fuente: Propia,2021.
5.3.12. Preparación, control y elaboración de las probetas
Obtenido el diseño de mezcla con las especificaciones técnicas proyectadas y con las
dosificaciones para cada muestra, estas se prepararán en la práctica para ser depositadas en las
probetas. Previo a la confección de la mezcla y de las probetas de hormigón, se debe aplicar
desmoldante a las mismas, para evitar la adherencia del hormigón en las probetas.
En la presente investigación, se realizarán 4 mezclas con distintas dosificaciones, por lo que el
control del hormigón fresco mediante ensayos y la confección de las probetas, se hará por partes,
empezando por la muestra del hormigón fresco del hormigón patrón y Dióxido de Manganeso de
las pilas alcalinas, para el jueves 6 de enero del 2022, por otra parte, las muestras de Dióxido de
Manganeso con Cloruro de Zinc de las pilas Lenclaché y grafito, para el martes 11 de enero del
2022.
5.3.12.1. Materiales e instrumentos
Los materiales e instrumentos deben ser previamente humedecidos para evitar que absorban el
agua de la mezcla, además, se humedeció la gravilla, porque se encontraba en estado
completamente seco. Los instrumentos utilizados son los siguientes y son evidenciados en las
figuras 19 y 20:
•
Balanza: Con una precisión superior o igual al 0,1 % de la masa de las fracciones a
ensayar, y capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente empleado para
el pesaje.
82
•
Tamices: Aparatos de abertura cuadrada y tejido de alambre, empleados para la
separación en el tamaño de los áridos. En el mercado existe una gran variedad de
tamices, cada uno con diferente abertura nominal.
•
Aparato de mezclado mecánico inclinado.
•
Vibrador de inmersión diámetro 1’ (25 mm).
•
Accesorios: Poruña, carretilla, palas, recipientes para pesaje, huincha, platacho, y regla.
•
Desmoldante
•
Moldes cilíndricos de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura
•
Molde metálico de forma de un cono truncado de espesor a 1,5 mm con base de 200 mm
de diámetro, la parte superior de 100 mm de diámetro y una altura de 300 mm,
denominado Cono de Abrams
•
Pisón de acero de diámetro de 16 mm y de aprox. 600 mm de largo y en una de sus
extremidades la punta debe ser redondeada a una semi esfera de 16 mm de diámetro
•
Plancha de apoyo no absorbente de 400 x 600 mm
•
Medidor de aire tipo B
•
Mazo de caucho
•
Regla de enrase
•
Placa de enrase
•
Embudo
•
Aparato para medir temperatura
Figura 19: Reducción de impurezas de los áridos finos
Fuente: Propia, 2021.
83
Figura 20: Materiales e instrumentos
Fuente: Propia, 2021.
5.3.12.2. Procedimiento de mezclado
Una vez terminado el proceso de humectación de los instrumentos y de los áridos finos, además
del masado del cemento, agua, adición, aridos finos y gruesos, según lo indicado en la
dosificación, se procederá a realizar la mezcla según la norma NCh1018:2009 “Preparación de
Mezcla para ensayo de hormigón” de la siguiente manera como se expone en la figura 21, 22 y
23:
1.- Depositar en el mezclador mecánico inclinado el 100 % gruesos, los que corresponden al
material retenedio en los tamices 20 mm y 4,75 mm.
2.- Vaciar el 90 % del agua.
3.- Prender el mezclador mecánico con la inclinación correcta y mezclar durante 30 s.
4.- Colocar el total de cemento requerido. En el caso de la adiciones se colocan luego del
cemento.
5.- Introducir todo el árido fino, el cual corresponde al material retenido en los tamices 2,36 mm,
1,18 mm, 0,600 mm, 0,300 mm y 0,150 mm.
6.- Colocar en la mezcla el 10 % del agua faltante.
7.- Mezclar durante 1,5 minutos hasta obtener un hormigón homogéneo.
84
Figura 21: Mezcla de hormigón
Fuente: Propia, 2021.
Figura 22: Colocación de las materias primas
Fuente: Propia, 2021.
85
Figura 23: Mezcla de hormigón
Fuente: Propia, 2021.
5.3.12.3. Control de hormigón fresco
Las mezclas de prueba de hormigón, pueden estar destinadas a efectuar ensayos de control
sobre hormigón fresco y a confección de probetas de ensayos del hormigón endurecido, con el
fin de verificar la calidad de los materiales componentes del hormigón y su correcta dosificación,
realizar una evaluación de diferentes mezclas y materiales, proporcionar probetas para
investigación, investigar procedimientos de elaboración y ensayo, investigar propiedades y
características del hormigón y, por último, estandarizar el procedimiento para las demás muestras
realizadas.
Se deberá dejar caer el hormigón en la carretilla, estando la betonera en movimiento, luego de
haber realizado esta acción, se realizan los ensayos de control que son determinación de la
docilidad del hormigón mediante el asentamiento del cono de Abrams según norma
NCh1019:2009, "Hormigón – determinación de la docilidad – método del asentamiento del cono
de Abrams” evidenciado en la figura 24, determinación de la temperatura del hormigón fresco
según la norma ASTM C1064, “Método de ensayo normalizado para determinar la temperatura
del hormigón fresco con cemento hidráulico” como se puede ver en la figura 25, determinación
del contenido de aire mediante el método de presión según la norma NCh2184:1992 “Hormigón
y mortero – método de ensayo – determinación del contenido de aire” como se puede observar
en la figura 26 , determinación de la densidad, volumen producido, rendimiento relativo y
86
contenido de cemento según la norma NCh1564:2009 “Hormigón – determinación de la densidad
aparente del hormigón fresco” que se ven reflejadas en los reportes de la tabla 40, 41, 42 y 43:
Tabla 40: Reporte de control de hormigón patrón
REPORTE
ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN FRESCO
DOSIFICACIÓN:
Para 1 m3
kg
Para 30 L
kg
CEMENTO
C
367
11
AGUA
A
205
6
GRAVILLA
g
1214
36
513
32
2331
15
1
70
Ar. Gruesa Ar.G
Ar. Fina Ar.F
SUMA
T:
M
kg/m3
ASENTAMIENTO DEL CONO DE ABRAMS
N° Capas =
N° Golpes de pisón =
Tiempo de ejecución =
Asentamiento =
Grupo:
Apellido.p
Apellido.m
06-01-2022
Nombre
CELIS
REYES
NELSON
ESTEBAN
FRANCO
RAMOS
GORAN
JAVIER
kg
3
25
1,4 min
6 cm
TEMPERATURA DEL HORMIGÓN
Tiempo embebido =
T° del hormigón =
T° del ambiente =
2 a 5 min
18 °C
23 °C
AIRE ATRAPADO, METODO DE PRESIÓN
Nº Capas =
N° Golpes de pisón =
N° golpes con mazo =
% aire atrapado =
3
25
10 a 15
1%
DENSIDAD DE HORMIGÓN FRESCO
Volumen del recipiente, Vm:
0,005 m3
Masa del recipiente. Mm:
4,77 kg
Masa del recipiente + hormigón, Mc:
16,59 kg
Densidad del hormigón, D:
Volumen teorico de la amasada, Yd:
2364 kg/m3
0,030 m3
Masa total de los materiales de amasada, M:
70 kg
Masa de Co de la amasada, Cb:
11,01 kg
Densidad teorica del Ho, T:
Y=
(M/D) =
Rendimiento relativo: Ry =
(Y/Yd) =
C=
(Cb/Y) =
Volumen producido:
Contenido de cemento:
Contenido de aire:
Fecha:
A = [(T-D)/T] x 100 =
2331 kg/m3
0,0296 m3
0,986040609
372 kg
1,4 %
Fuente: Propia, 2021.
87
Tabla 41: Reporte de control de hormigón fresco con adición de Dióxido de Manganeso
REPORTE
ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN FRESCO
DOSIFICACIÓN:
Para 1 m3
kg
Para 30 L
kg
CEMENTO
C
348
10
AGUA
ADICIÓN
A
Ad
205
31
6
0,930
GRAVILLA
g
1214
36
513
32
15
1
Ar. Gruesa Ar.G
Ar. Fina Ar.F
SUMA
T:
M
2343
Grupo:
Apellido.p
Apellido.m
06-01-2022
Nombre
CELIS
REYES
NELSON
ESTEBAN
FRANCO
RAMOS
GORAN
JAVIER
70
kg/m3
ASENTAMIENTO DEL CONO DE ABRAMS
N° Capas =
N° Golpes de pisón =
Tiempo de ejecución =
Asentamiento =
kg
3
25
1,5 min
8 cm
TEMPERATURA DEL HORMIGÓN
Tiempo embebido =
T° del hormigón =
T° del ambiente =
2 a 5 min
21 °C
24 °C
AIRE ATRAPADO, METODO DE PRESIÓN
Nº Capas =
N° Golpes de pisón =
N° golpes con mazo =
% aire atrapado =
3
25
10 a 15
1%
DENSIDAD DE HORMIGÓN FRESCO
Volumen del recipiente, Vm:
0,005 m3
Masa del recipiente. Mm:
4,77 kg
Masa del recipiente + hormigón, Mc:
16,58 kg
Densidad del hormigón, D:
Volumen teorico de la amasada, Yd:
2362 kg/m3
0,030 m3
Masa total de los materiales de amasada, M:
70 kg
Masa de Co de la amasada, Cb:
10,44 kg
Densidad teorica del Ho, T:
Y=
(M/D) =
Rendimiento relativo: Ry =
(Y/Yd) =
C=
(Cb/Y) =
Volumen producido:
Contenido de cemento:
Contenido de aire:
Fecha:
A = [(T-D)/T] x 100 =
2343 kg/m3
0,0298 m3
0,99195597
351 kg
0,8 %
Fuente: Propia, 2021.
88
Tabla 42: Reporte de control de hormigón fresco con adición de Dióxido de Manganeso
con Cloruro de Zinc
REPORTE
ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN FRESCO
DOSIFICACIÓN:
Para 1 m3
kg
Para 30 L
kg
CEMENTO
C
356
11
AGUA
ADICIÓN
A
Ad
205
16
6
0,480
GRAVILLA
g
1214
36
513
32
15
1
Ar. Gruesa Ar.G
Ar. Fina Ar.F
SUMA
T:
M
2336
CELIS
REYES
FRANCO
RAMOS
70
kg/m3
kg
ASENTAMIENTO DEL CONO DE ABRAMS
N° Capas =
N° Golpes de pisón =
Tiempo de ejecución =
Asentamiento =
3
25
2,28 min
5 cm
TEMPERATURA DEL HORMIGÓN
Tiempo embebido =
T° del hormigón =
T° del ambiente =
2 a 5 min
22,7 °C
23,4 °C
AIRE ATRAPADO, METODO DE PRESIÓN
Nº Capas =
N° Golpes de pisón =
N° golpes con mazo =
% aire atrapado =
Grupo:
Apellido.p
Apellido.m
3
25
10 a 15
0,7 %
DENSIDAD DE HORMIGÓN FRESCO
Volumen del recipiente, Vm:
0,005 m3
Masa del recipiente. Mm:
4,77 kg
Masa del recipiente + hormigón, Mc:
16,51 kg
Densidad del hormigón, D:
Volumen teorico de la amasada, Yd:
2348 kg/m3
0,030 m3
Masa total de los materiales de amasada, M:
70 kg
Masa de Co de la amasada, Cb:
10,68 kg
Densidad teorica del Ho, T:
Y=
(M/D) =
Rendimiento relativo: Ry =
(Y/Yd) =
C=
(Cb/Y) =
Volumen producido:
Contenido de cemento:
Contenido de aire:
A = [(T-D)/T] x 100 =
2336 kg/m3
0,0298 m3
0,994889267
358 kg
0,5 %
Fuente: Propia, 2021.
89
Tabla 43: Reporte de control de hormigón fresco con adición de Grafito
REPORTE
ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN FRESCO
DOSIFICACIÓN:
Para 1 m3
kg
Para 30 L
kg
CEMENTO
C
355
11
AGUA
ADICIÓN
A
Ad
205
8
6
0,240
GRAVILLA
g
1214
36
513
32
15
1
Ar. Gruesa Ar.G
Ar. Fina Ar.F
SUMA
T:
M
2327
CELIS
REYES
FRANCO
RAMOS
70
kg/m3
ASENTAMIENTO DEL CONO DE ABRAMS
N° Capas =
N° Golpes de pisón =
Tiempo de ejecución =
Asentamiento =
Grupo:
Apellido.p
Apellido.m
kg
3
25
2,1 min
12 cm
TEMPERATURA DEL HORMIGÓN
Tiempo embebido =
T° del hormigón =
T° del ambiente =
2 a 5 min
20,9 °C
23 °C
AIRE ATRAPADO, METODO DE PRESIÓN
Nº Capas =
N° Golpes de pisón =
N° golpes con mazo =
% aire atrapado =
3
25
10 a 15
1,2 %
DENSIDAD DE HORMIGÓN FRESCO
Volumen del recipiente, Vm:
0,005 m3
Masa del recipiente. Mm:
4,77 kg
Masa del recipiente + hormigón, Mc:
16,57 kg
Densidad del hormigón, D:
Volumen teorico de la amasada, Yd:
2360 kg/m3
0,030 m3
Masa total de los materiales de amasada, M:
70 kg
Masa de Co de la amasada, Cb:
10,65 kg
Densidad teorica del Ho, T:
Y=
(M/D) =
Rendimiento relativo: Ry =
(Y/Yd) =
C=
(Cb/Y) =
Volumen producido:
Contenido de cemento:
Contenido de aire:
A = [(T-D)/T] x 100 =
2327 kg/m3
0,0296 m3
0,986016949
360 kg
1,4 %
Fuente: Propia, 2021.
90
Figura 24: Ensayo de asentamiento del Cono de Abrams
Fuente: Propia, 2021.
Figura 25: Ensayo de Determinación de la temperatura del hormigón fresco
Fuente: Propia, 2021.
91
Figura 26: Ensayo de Determinación del contenido de aire
Fuente: Propia, 2021
5.3.12.4. Confección y compactación de las probetas
Posterior a los ensayos de control del hormigón fresco, se procede a rellenar los moldes según
norma NCh1018:2009 “Preparación de mezclas para ensayos de laboratorio”, que previamente
fueron cubiertos con una capa de desmoldante. Una vez rellenados los moldes, se debe
compactar por capa, en este caso, se rellenarán tres capas y cada una de ellas, serán
compactadas por vibrado. Al realizar la mezcla en los moldes se deberá eliminar el aire atrapado,
obteniendo así una máxima compacidad, evitar nidos de áridos y rellenar todo el molde. Por lo
tanto, se determina mediante los valores dados en el descenso de cono, realizar la compactación
de la mezcla por el método de vibración por inmersión; este procedimiento es utilizado para
eliminar el aire contenido en la mezcla.
Una compactación correcta, permitirá crear probetas con mejor durabilidad, mayor resistencia a
la compresión e impermeabilidad, esta se hace según la norma NCh1017:2009 “Hormigón –
confección en obra y curado de probetas para ensayos de compresión, tracción por flexión y por
hendimiento.
El proceso de compactación se realizó de la siguiente manera como se muestra en la figura 27 y
28:
1. Se introduce el vibrador en la primera capa verticalmente de manera rápida hasta la
profundidad, evitando tocar el fondo del molde, dejando brevemente el vibrador en lo
profundo.
92
2. Observar que las burbujas de aire dejen de aflorar y por lo tanto se percibe en la superficie
una mezcla fina y brillosa.
3. Levantar suavemente el vibrador una vez observado lo anterior, esto se hace a una
velocidad aproximada de 5 cm/s.
4. Colocar la siguiente capa y realizar el mismo proceso del punto 1, 2 y 3, pero esta vez se
introduce el vibrador pasando la otra capa unos 2 cm, para que haya una adherencia
entre capas.
5. Luego en la 3ra. capa repetir los puntos 1, 2, 3 y 4.
Figura 27: Confección de probetas
Fuente: Propia, 2021.
93
Figura 28: Compactación de probeta
Fuente: Propia, 2021.
5.3.12.5. Fraguado, descimbre y curado de probetas
Una vez terminada la compactación de todas las probetas en sus respectivos días, se deben dejar
cubiertas con Polietileno transparente por 24 horas, esto con el fin de evitar la evaporación
excesiva del agua y no generar una gradiente de humedad, además de evitar el contacto con
agentes externos, obteniendo un fraguado en buenas condiciones como se observa en la figura
29.
94
Figura 29: Fraguado de las probetas
Fuente: Propia, 2021.
Acontecidas las 24 horas, se debe realizar el proceso de descimbre como se observa en
figura 30, este se debe realizar de forma minuciosa para evitar daños y desprendimientos de
las probetas, se utilizó llave ajustable o inglesa, mazo y alicate para realizar dicho proceso.
95
Figura 30: Desmolde de probetas
Fuente: Propia, 2021
Finalmente, luego de descimbrar todas las probetas en sus respectivos días, estas se deben
curar con el fin de mantener una humedad y temperatura adecuada en el hormigón fresco,
para permitirle que desarrolle las propiedades deseadas, entre las más importantes están la
resistencia mecánica y la durabilidad. Este proceso se realizará por el método de
anegamiento o inmersión, este consiste en colocar las probetas en un recipiente lleno de
agua, con el fin de que sean inmersas en ellas como se puede ver en la figura 31; se busca
que la temperatura del agua esté a lo más 11°C más fría que la temperatura del hormigón.
La temperatura promedio del hormigón de los 4 reportes es de 20,65°C y la temperatura del
agua es de 18°C, evidenciado en la figura 32.
El curado para las muestras del hormigón patrón y Dióxido de Manganeso de las pilas
alcalinas, se realizó el viernes 7 de enero del 2022 y para las muestras de Dióxido de
Manganeso con Cloruro de Zinc de las pilas Lenclaché y grafitos, el miércoles 12 de enero
del 2022, programando los ensayos a compresión a los 7 días y 28 días.
96
Figura 31: Curado por anegamiento
Fuente: Propia, 2021.
Figura 32: Temperatura del agua para curado
Fuente: Propia, 2021.
97
CAPÍTULO 6: PROCEDIMIENTOS Y ENSAYOS REALIZADOS A LAS MUESTRAS DE
HORMIGÓN FRESCO PATRÓN Y CON ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO
DE MANGANESO CON CLORURO DE ZINC Y GRAFITO
6.1 Cuarteo para muestras
Para realizar un análisis que represente los desechos y componentes de las pilas, se debe realizar
en primera instancia la extracción y preparación de las muestras, guiados según la NCh164:1976
“Áridos para morteros y hormigones – Extracción y preparación de la muestra” donde se
establecen los procedimientos para realizar una correcta preparación y manejo de las muestras
que serán estudiadas y ensayadas.
6.1.1. Materiales de trabajo
Los instrumentos por utilizar son los siguientes:
•
Partidor de muestras, si el procedimiento es mecánico
•
Tolva de alimentación para procedimiento manual
•
Pala, poruña y escobilla o brocha
6.1.2 Descripción del procedimiento de trabajo
Al finalizar la extracción de las muestras se procede a la mezcla y reducción del material, donde
los áridos utilizados para realizar el hormigón deben ser mezclados en una superficie horizontal,
para así obtener una homogeneidad en el proceso, para así reducirlas por cuarteo.
El cuarteo puede ser manual o mecánico, donde el primer método consiste en extender la muestra
en un círculo, donde se divide el material en cuatro partes iguales, para luego seleccionar dos
partes que sean más representativas de la muestra, mientras que el cuarteo mecánico consiste
en depositar la muestra en la compuerta de la parte superior, así con el accionar de una palanca,
comienza la reducción de la mezcla, la cual es depositada en dos recipientes receptores que se
ubican a cada lado del cuarteador, así seleccionando aquel con la muestra que sea más
representativa. Ambos son utilizados para reducir muestras de áridos menores a 100 kg, y se
debe repetir hasta obtener el tamaño de la muestra requerida. En este caso fue utilizado el método
manual.
98
6.2. Determinación de la granulometría
Un aspecto muy importante a considerar al momento de realizar estudios en las muestras de
áridos es el procedimiento de la granulometría, donde la NCh165:2009 “Áridos para morteros y
hormigones – Tamizado y determinación de la granulometría” establece el procedimiento a seguir
para determinar de manera correcta la granulometría de las muestras a tamizar, esta norma
define la granulometría como la distribución porcentual en masa de los diferentes tamaños de
partículas que constituyen la muestra de áridos como se puede ver en la tabla 44. Con el
procedimiento se puede clasificar de forma descriptiva las muestras, donde posteriormente con
esta información se determinan propiedades físicas.
6.2.1. Materiales y Equipo
•
Balanza: su precisión debe ser superior o igual al 0,1% de la masa de las fracciones a
ensayar, y capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente empleado para
el pesaje
•
Tamices: Aparatos de abertura cuadrada y tejido de alambre, empleados para la
separación en el tamaño de los áridos. Según la NCh 165:1977 los tamices a considerar
son los que se indican en la tabla 44.
•
Horno: con sistema de circulación de aire y temperatura regulable, debe ser capaz de
mantener una T° constante de 110°C ± 5°C
•
Accesorios: brochas, espátula, rociador, recipientes para pesar y para secado.
99
Tabla 44: Tamaño abertura de tamices
Tamices
ASTM
NCh
Pulg Nº mm
2
50
1½
37,5
1
25
¾
19
½
12,5
3/8
9,5
Nº 4
4,75
8
2,36
16
1,18
30
0,6
50
0,3
100
0,15
Fuente: NCh165:2009 Áridos para morteros y hormigones–tamizado y determinación de
la granulometría. 2009
6.2.2. Preparación de las muestras
Las muestras se preparan según lo indicado en la NCh164:1976. Se debe tener en cuenta que
antes de iniciar el proceso de cuarteo, las muestras se deben humedecer para evitar la pérdida
de polvo y segregaciones.
6.2.3. Procedimiento de ensayo
Luego de la toma de muestras y el cuarteo, se obtiene una muestra representativa de los áridos
a analizar, esta se debe secar en el horno por 24 horas a temperaturas entre los 70 °C y los 110
°C, eliminando humedad o agua contenida en las muestras.
Al finalizar el secado, se selecciona la serie de tamices que se utilizarán en el ensayo. Es
fundamental que cada elemento a utilizar deba estar limpio y seco, así se evita la pérdida del
material y contaminación de muestras. Los tamices se ensamblarán de forma decreciente en una
columna según su abertura, sobre un depósito receptor y con su respectiva tapa.
El proceso donde se tamiza se puede realizar de forma manual o mecánica, donde ambos
determinan la masa de la muestra en estado seco, aproximando los datos en un 0,1 g los áridos
finos y 1,0 g los áridos gruesos.
100
El tamizado mecánico, consiste en colocar los tamices en una superficie que agita estos por un
tiempo que no supera los 10 min, si supera el tiempo descrito, puede alterar la condición de la
muestra. Se da por finalizado, cuando se logra recoger en el tamiz una masa menor que 1 % de
la masa retenida. Es recomendable utilizar este método para el caso en que el tamaño de muestra
sea mayor o igual a 20 kg.
En el presente estudio, se utilizó tamizado manual, bajo los siguientes pasos:
1. Agregar la muestra a analizar en el tamiz con mayor abertura, colocando la tapa y
recipiente receptor.
2. Inclinar levemente el tamiz, sosteniéndolo desde un costado con una mano.
3. Golpear hacia arriba con la palma de la mano disponible, el costado libre del tamiz a un
ritmo de 150 golpes por min.
4. Girar el tamiz aproximadamente en 60° (1/6 de vuelta) cada 25 golpes.
5. Una vez finalizados los 150 golpes, se debe masar el material retenido en el tamiz
golpeado, mientras que la muestra pasa y queda en el recipiente receptor, para
trasladarla al siguiente tamiz en cada ciclo.
6. Repetir el ciclo hasta completar todos los tamices. El proceso de cada tamiz se da por
finalizado cuando en el recipiente receptor se tenga una masa menor que 1% de la masa
retenida.
7. Registrar la masa del material retenido em cada tamiz.
8. Determinar la masa del material que paso por el tamiz menor, cuya masa debe ser menor
en 1 % sobre la masa del material retenido.
9. Aproximar y registrar la fracción fina a 0,1 g y la fracción gruesa a 1,0 g.
6.2.4. Expresión de resultados
Se registra según las siguientes indicaciones:
•
Registrar masa total equivalente al 100 %, lo cual pertenece a la sumatoria de las masas
retenidas en cada tamiz y el depósito receptor. Esta no debe ser mayor que la masa
registrada inicialmente, en más de 0,5 % de árido grueso y 1 % de árido fino. Si esta
condición no se cumple el ensayo es rechazado.
•
Se debe contar con el cálculo de los porcentajes parcial retenido de cada tamiz con
relación a la masa total de las fracciones en masa retenida, donde se debe aproximar al
1 %.
101
•
La granulometría se definirá como el porcentaje acumulado que pasa, donde se indica
que el primer resultado será el tamiz menor en el cual pasa el 100% y expresando como
último resultado, el tamiz número 1, donde el porcentaje acumulado que pasa es 0%.
•
Registrar la expresión de granulometría, con el valor del tamaño nominal de árido (Dn)
según NCh 163: 2013 “Áridos para morteros y hormigones - Requisitos” y el módulo de
finura (Mf) según la NCh165:2009 “Áridos para morteros y hormigones – Tamizado y
determinación de la granulometría” como se expresa en la tabla 45.
•
Se debe obtener el gráfico granulométrico, donde se indican las bandas granulométricas
de las muestras bajo un sistema de coordenadas ortogonales. La ordenada
corresponderá a los valores del porcentaje que pasa, mientras que la abscisa en escala
logarítmica, indica las aberturas nominales iniciando del tamiz 0,150 mm.
6.2.5. Bandas granulométricas
Tabla 45: Bandas de porcentaje acumulado que pasa por los diferentes tamices
% ACUMULADO QUE PASA PARA LOS SIGUIENTES
Tamices
(mm)
GRADOS (definidos por tamaños límites en mm)
63 - 40
50 - 25
50 – 5
40 – 20
40 - 5
25 - 5
20 - 5
12,5 - 5
10 - 2,5
63- 37,5 50 - 25
50- 4,75 37,5– 19 37,5- 4,75 25- 4,74 19- 4,75 12,5- 4,75 9,5- 2,36
75
100
*)
---
*)
---
---
---
---
63
90 - 100 100
100
---
---
---
---
---
---
50
35 - 70
90- 100 90 - 100 100
100
---
---
---
---
37,5
0 - 15
33 - 70
---
90 - 100
90 - 100
100
---
---
---
25
---
0 - 15
35 – 70
20 - 55
---
90 - 100 100
---
---
19
0-5
---
---
0 - 15
35 - 70
---
90 - 100 100
---
12,5
---
0–5
10 – 30
---
---
25 - 60
---
90 - 100
100
9,5
---
---
---
0-5
10 - 30
---
20 - 55
40 - 70
90 - 100
4,75
---
---
0–5
---
0-5
0 - 10
0 - 10
0 - 15
10 - 30
2,36
---
---
---
---
---
0-5
0-5
0-5
0 - 10
1,18
---
---
---
---
---
---
---
---
0-5
---
Fuente: NCh163:2013 Áridos para morteros y hormigones-Requisitos, 2013.
102
6.3 Determinación del contenido de humedad total evaporable
El procedimiento por seguir para obtener el contenido de humedad total evaporable se rige según
la NCh1515:1979 “Determinación de la humedad”, con el objetivo de conseguir el porcentaje de
humedad evaporable que existe en la muestra, mediante secado, así obteniendo información de
la humedad superficial y de la humedad presente en los poros. Es preciso para ajustar las dosis
de los componentes empleados en la realización del hormigón.
6.3.1 Materiales utilizados
•
Balanza: su presión para muestras menores a 100 g debe ser de un 0,01 g, para muestras
entre 100 y 1.000 g la precisión debe ser de 0,1 g y para muestras mayores de 1.000 g
su precisión debe ser a 1 g.
•
Horno: debe contar con un sistema de aire forzado, que sea capaz de mantener una
temperatura constante de 110 °C ± 5 °C.
•
Accesorios: espátulas, brochas.
•
Recipiente de muestra: debe ser de material resistente, anticorrosivo y que no sea
afectado ante cambios de temperatura.
6.3.2. Preparación de la muestra y procedimiento de ensayo
Al finalizar el análisis granulométrico, se procede a extraer y masar una muestra representativa
de los áridos retenidos en los tamices. En la tabla 46 se registra la masa original de cada árido
humedecidas, antes de ser colocadas en el horno por un día completo a temperatura constante
de 110 °C ± 5 °C, cuidando de no perder ningún material.
La muestra se debe encontrar seca en su totalidad cuando pasan las 24 horas, se produzca una
pérdida menor 0,1 % con relación a la masa. Al enfriarse la muestra se determina la masa de la
muestra seca, aproximando al 0,1 % más cercano, obteniendo los datos expresados en la tabla
47.
103
6.3.3. Datos
Tabla 46: Masa en estado húmedo de cada muestra
Áridos
Mh = Masa original de la muestra húmeda (g)
Gravilla
228
Arena Fina
90
Arena Gruesa 103,4
Fuente: Elaboración propia, 2021.
6.3.4 Resultados obtenidos
Tabla 47: Muestras en estado seco y contenido de humedad total evaporable
Áridos
Mh = Masa original de la Ms = masa de la Ht = Contenido de humedad
muestra húmeda (g)
muestra seca (g)
total evaporable (%)
Gravilla
228
226
0,88
Arena fina
90
89,8
0,22
103,4
99,9
3,50
Arena
gruesa
Fuente: Elaboración propia, 2021.
6.4. Densidad aparente
Se determina la densidad aparente para cada muestra de áridos, según lo estableció en la
NCh1116:2008 “Áridos para morteros y hormigones – Determinación de la densidad aparente”,
utilizado con el objetivo de obtener las dosis de cada componente empleado en el hormigón.
6.4.1. Preparación de la muestra
Se selecciona la muestra a utilizar, la cual debe ser reducida por medio del procedimiento de
cuarteo que se estableció previamente, la muestra a analizar debe tener un tamaño que sea el
doble de la capacidad del recipiente cilíndrico y secada al horno a una temperatura de 110 °C ±
5 °C por un día entero. Dicho recipiente debe tener las dimensiones establecidas en la tabla 48:
104
Tabla 48: Dimensiones de las medidas
Fuente: NCh1116:2018 “Áridos para morteros y hormigones – Determinación de
la densidad aparente
6.4.2. Capacidad volumétrica
Se determina la capacidad volumétrica del recipiente cilíndrico, llenándolo totalmente con agua,
posterior al llenado enrasar con una placa de vidrio, eliminando el aire incorporado y exceso de
agua.
Se masa la medida del recipiente (Mra), luego se llena con agua, se enrasa, se toma la
temperatura del agua (ta) y se masa el total del recipiente con agua (Mta), así se podrá obtener
la masa de agua con precisión en un 0,1 % por medio de la fórmula donde los datos se expresan
en la tabla 50, 51, 52 y 53:
𝑀𝑎𝑎 = 𝑀𝑡𝑎 − 𝑀𝑟𝑎 (kg)
Luego, se debe calcular la densidad aparente del agua mediante la temperatura, valor que es
obtenido por medio de una tabla específica de la NCh1116:2008 “Áridos para morteros y
hormigones – Determinación de la densidad aparente” que se puede consultar en la tabla 49. Si
la temperatura no está en la tabla se deben interpolar los valores. Obteniendo la masa y la
densidad de agua, procedemos a obtener la capacidad volumétrica mediante la siguiente fórmula:
𝑽 = 𝑴𝒂𝒂/ƿ𝒂
Tabla 49: Densidad del agua dependiendo de la temperatura
105
Fuente: NCh1116:2008 “Áridos para morteros y hormigones-Determinación de la
densidad aparente”. 2008
6.4.3. Procedimiento para determinar densidad aparente (ƿ𝒂)
1. Determinar densidad aparente suelta (ƿ𝑎𝑠): Se destina a aridos de tamaño máximo nominal
menor o igual a 100 mm según el siguiente procedimiento donde los datos se expresan en la
tabla 54, 55 y 58:
•
Masar el recipiente cilíndrico y registrarlo como Mrs.
•
Llenar el recipiente cilíndrico con la muestra de áridos, mediante una poruña y dejando
caer de una altura de 5 cm.
•
Enrasar con el pisón con movimiento de derecha a izquierda mientras se gira. Si quedan
espacios vacíos se deben llenar con los áridos más pequeños.
•
Masar y registrar el árido suelto más el recipiente como Mts.
2. Determinación de la densidad aparente compactada por apisonado (ρaca): Es utilizado en
áridos de tamaño máximo nominal menor o igual a 50 mm. Se realizó el siguiente procedimiento
donde los datos se expresan en las tablas 56, 57 y 58:
•
Masar el recipiente cilíndrico y regístralo como Mrc.
•
Llenar el recipiente en tres capas de igual volumen, compactándolas con 25 golpes de
pisón entra cada capa. Enrasar con el pisón y se rellena los huecos con granos más
pequeño.
•
Masar y registrar el árido suelto más el recipiente como Mtc.
6.4.4. Materiales
•
Balanza: Debe tener una precisión de 0,1 % de la carga de ensayo
•
Recipiente cilíndrico: Material metálico, impermeable y debe tener dos asas. Su forma
debe ser cilíndrica recta el cual está abierto por una de sus caras.
•
Espátula, brocha, bandeja, etc.
•
Horno: Debe tener una temperatura regulable para obtener la ideal y circulación de aire.
•
Varilla pisón: Barra cilíndrica de acero liso de 600 mm de longitud y 16 mm de diámetro,
con extremos de terminación semiesférica.
106
6.4.5. Datos
Tabla 50: Medidas de los recipientes
Recipiente
Recipiente A
(grueso)
Recipiente B
(fino)
Diámetro
Altura
interior
interior
[mm]
[mm]
Espesor
Base [mm] Pared [mm]
155
160
5
2,5
175
195
5
2,5
Fuente: Elaboración propia, 2021
Tabla 51: Información del recipiente A
Recipiente A
Masa del recipiente MrA
4,76 [kg]
Masa de placa de vidrio Mpv
0,968 [kg]
Masa total (recipiente + agua + placa de vidrio) Mt
10,722 [kg]
Temperatura agua recipiente A Ta
18 [°C]
Masa agua Ma (Ma= Mt- Mr-Mpv)
4,994 [kg]
Fuente: Elaboración propia, 2021
Tabla 52: Información del recipiente B
Recipiente B
Masa del recipiente MrB
4,106 [kg]
Masa de placa de vidrio Mpv
0,968 [kg]
Masa total (recipiente + agua + placa de vidrio) Mt
8,081 [kg]
Temperatura agua recipiente B Ta
18 [°C]
Masa agua Ma (Ma= Mt- Mr-Mpv)
2,827 [kg]
Fuente: Elaboración propia, 2021
107
Tabla 53: Capacidad volumétrica de los recipientes
Capacidad Volumétrica
Recipiente A
0,00499 m3
Recipiente B
0,002996 m3
Fuente: Elaboración propia, 2021
6.4.6. Resultados
Densidad aparente suelta:
Tabla 54: Masa para densidad aparente suelta
Áridos
Gravilla
Masa Total
Masa recipiente
Masa Árido Suelto
Suelta Mts [kg]
Utilizado Mr [kg]
(Ms=Mts -Mri) [kg]
12,251
4,76
7,491
Arena Gruesa 8,909
4,106
4,803
Arena Fina
4,106
4,141
8,247
Fuente: Elaboración propia, 2021
Tabla 55: Densidad aparente suelta
Áridos
Gravilla
Arena
Gruesa
Arena Fina
Densidad Aparente
Masa Árido Suelto
Volumen Recipiente
Suelta (Kg/m³)
(kg)
(m3)
1501
7,491
0,00499
1603
4,803
0,002996
1382
4,141
0,002996
Fuente: Elaboración propia, 2021
Densidad aparente compactada:
Tabla 56: Masa para densidad aparente compactada
Áridos
Gravilla
Masa Total
Masa recipiente
Masa árido Compactado
Compactado Mtc [kg]
Utilizado Mr [kg]
(Mc=Mtc -Mr) [kg]
12,761
Arena Gruesa 9,339
4,76
8,001
4,106
5,233
108
Arena Fina
8,823
4,106
4,171
Fuente: Elaboración propia, 2021
Tabla 57: Densidad aparente compactada
Densidad
Aparente
Compactada
Masa Árido
Volumen
[kg/m3]
Compactado [kg]
Recipiente m3
Áridos
Gravilla
1.603
8,001
0,00499
Arena Gruesa 1.747
5,233
0,002996
Arena Fina
4,171
0,002996
1.574
Fuente: Elaboración propia, 2021
Tabla 58: Densidades aparentes de las muestras
Densidad Aparente Suelta
Densidad Aparente Compactada
[kg/m3]
[kg/m3]
Áridos
Gravilla
Arena
Gruesa
Arena Fina
1.501
1.603
1.382
1.603
1.747
1.574
Fuente: Elaboración propia, 2021
6.5. Densidad real y neta, y absorción de los áridos finos
Según la NCh 1239:2009 “Áridos para morteros y hormigones – Determinación de la densidad
real y neta de absorción de agua de las arenas” se determinan aquellos valores. Con la densidad
real se obtiene el volumen que ocupará cada partícula de los áridos al ser mezclados con el
cemento. Para la densidad real (SSS), la muestra debe estar humedecida y con una correcta
absorción y para calcular la densidad real (S) la muestra debe ser trabajada, cuando esté
completamente seca.
Los valores que pertenecen a la absorción son considerados para calcular cual es la diferencia
de masa de la muestra, donde esta debe permanecer en contacto con el agua suficiente para
obtener el máximo potencial de absorción.
109
6.5.1. Preparación de la muestra
El acondicionamiento de la muestra para realizar y obtener los valores de la densidad real y neta
de la absorción de agua consiste en que, una vez realizado el cuarteo, se tamiza la muestra,
siendo estudiado solo el material que pase desde el tamiz 4,75 mm, este debe estar seco en
horno a una temperatura de 110°C ± 5°C y luego sumergirla en agua a temperatura ambiente
alrededor de 24 h ± 4 h.
6.5.2. Procedimiento para determinar densidad real y neta, y absorción de los áridos finos
Luego de que la muestra está preparada, se debe extender sobre una superficie lisa y con una
pistola de calor se seca de manera uniforme, cuando se observe un estado saturado
superficialmente seco, se debe ensayar con un molde cónico, siguiendo los siguientes pasos:
•
Colocar el molde contra una superficie lisa, sujetando este de manera firme. Llenar con
el árido en estado SSS.
•
Compactar con 25 golpes de pisón suavemente en su superficie.
•
Levantar el molde verticalmente, si se asienta según talud natural se debe retirar el
molde, debido a que indica que se encontrara en estado SSS, de lo contrario, si se
mantiene la forma del cono, se debe seguir secando y repetir hasta que se asiente de
manera natural.
6.5.3 Medición
De la muestra en estado SSS se debe extraer una porción de la muestra de tamaño entre 50 g a
500 g, y se registra como Msss, esta se introduce en un matraz y se realiza el siguiente
procedimiento donde los datos son expresados en la tabla 59:
•
Llenar con agua hasta la marca de calibración, su temperatura debe ser de 20 °C ± 2
°C.
•
Eliminar las burbujas, agitando y golpeando ligeramente y dejar reposar una hora.
•
Medir la masa total del matraz más la muestra y registrar Mm.
•
Sacar la muestra de matraz sin tener pérdidas de material y secarla hasta masa
constante en un horno a una temperatura de 110 °C ± 5 °C. La masa extraída del horno
será registrada como Ms.
•
Calcular la masa que posee el matraz más el agua que contiene y registrar como Ma.
110
6.5.4 Materiales
▪
Horno: Con circulación de aire y temperatura regulable.
▪
Pisón: Varilla metálica, con un extremo plano y el otro circular de 25 mm de diámetro.
▪
Accesorios: Espátula, poruñas, brochas, bandeja de secado, generador de aire caliente.
▪
Balanza: Con una precisión superior o igual a 0,1 % del material masado y de capacidad
superior a 1 kg.
▪
Recipientes: elementos resistentes, estancos y de suficiente capacidad para almacenar
la muestra.
▪
Matraz: Matraz aforado o frasco donde se pueda introducir fácilmente la muestra a
ensayar. Debe contar con marca de calibración en donde señale el volumen contenido
con una precisión de ± 0,1 𝑐𝑚3 .
▪
Molde: Con forma tronco - cónica, de 89 mm de diámetro en la parte inferior, 38 mm de
diámetro en la parte superior y 74 mm de altura.
6.5.5. Datos
Tabla 59: Información previa de las muestras
Datos
Masa
Arena
Arena
Fina
Gruesa
Saturada
Superficialmente
0,5445
0,818
0,0529
0,07905
7,0172
7,70836
6,6797
6,5571
19,5
19,5
Seca (Msss) (kg)
Masa Seca (Ms) [kg]
Masa
matraz
más
muestra (Mm) [kg]
Masa
matraz
con
agua (Ma) [kg]
Temperatura [ ° C]
Fuente: Elaboración propia, 2021
111
6.5.6 Resultados
Tabla 60: Densidad real, neta y absorción de áridos finos de las muestras.
Densidad
Densidad
Real
árido
Arena
Arena
Fina
Gruesa
del
saturado
superficialmente
[Kg/m3]
Densidad
2.630,455 2.806,175
Real
árido seco [Kg/m3]
del
2.555,556 2.711,835
Densidad Neta [Kg/m3] 2.762,402 2.994,318
Absorción %
2,93
3,48
Fuente: Elaboración propia 2021
6.6. Determinación de la Densidad real, neta y Absorción de los áridos Gruesos
Los valores de cada ensayo se determinan según NCh1117:2010 “Aridos para morteros y
hormigones - Determinación de las densidades real y neta y la absorción del agua de las gravas”
y la NCh1326:2012 “Determinación de huecos en los áridos”.
6.6.1. Preparación
La muestra que se utilizará, deberá ser reducida por cuarteo y su tamaño dependerá de lo
indicado en la tabla 60, dependiendo del maximo nominal de las particulas. El material que sea
ensayado, deberá contar con un proceso previo de tamizado, eliminando las partículas pasadas
por el tamiz 4,75 mm. El material retenido debe lavarse y previamente debe ser secado en el
horno a una temperatura de 110 °C ± 5 °C. Al momento que la muestre este fría, colorcarla en un
recipiente con agua a temperatura ambiente por 24h ± 4h, alcanzando su estado saturado
superficialmente seco.
112
Tabla 61: Cantidad mínima de muestra
Fuente: NCh1117:2010 “Áridos para morteros y hormigones – Determinación de las
densidades real y neta y la absorción de agua de las gravas”. 2010
6.6.2. Procedimiento para determinar densidad real, neta y absorción de los áridos gruesos
Se deben realizar tres tipos de pesaje a las muestras en diversas condiciones donde los datos
están expresado en las tablas 62 y 63.
6.6.2.1 Pesada sumergida
•
Cuando se retira la muestra del agua debe ser depositada de forma inmediata en el
canastillo porta muestra.
•
Sumergir el canastillo en agua a una temperatura que no supere los 20v°C ± 2 °C y
determinar su masa, la cual es registrada como Masa A.
6.6.2.2 Pesada al aire del árido saturado superficialmente seco (SSS)
Luego de realizar el pesaje sumergido, retirar la muestra del canastillo. Colocar el árido en una
superficie con un paño absorbente para secar el material, esto debe ser realizado de forma rápida,
así se evita la evaporación del agua, cuando se da por terminado este proceso, se debe masar
la muestra en estado SSS, registrando este valor como masa B.
113
6.6.2.3 Pesada al aire del árido seco
Cuando la muestra se encuentre en su estado SSS se debe secar a masa constante en un horno
a temperatura de 110 °C ± 5 °C durante 24 h ± 4h, al finalizar el tiempo, enfriar para ser masada
y registrada como masa C.
6.6.3 Materiales
•
Horno: Con temperatura regulable para lograr las condiciones óptimas del ensayo,
deberá contar con circulación de aire.
•
Canastillo Porta muestra: Cesto hecho de alambre con malla de abertura menor o igual
a 3,0 mm, y una capacidad superior o igual a 4,0 L. Dispondrá de un dispositivo que
facilite la suspensión apoyada sobre el platillo de la balanza.
•
Horno: debe contar con temperatura regulable así lograr las condiciones requeridas y
contar con circulación de aire.
•
Accesorios: poruñas, brochas, bandeja de secado, recipientes.
6.6.4 Datos
Tabla 62: Información previa de la muestra
Datos
Pesada (kg)
Pesada
A 0,460
SSS
(kg)
Pesada
Gravilla
Seca
(kg)
B 0,750
C 0,744
Fuente: Elaboración propia, 2021.
6.6.5 Resultados
Tabla 63: Densidad real y neta, y absorción de los áridos gruesos
Gravilla
Densidad árido saturado superficialmente seco [kg/m3] 2.650
Densidad real árido seco [kg/m3]
2.627
Densidad neta [kg/m3]
2.686
114
Absorción de humedad %
1,32
Porcentaje de huecos %
42,9
Fuente: Elaboración propia, 2021
6.7. Determinación del material fino menor a 0,075 mm
Para determinarlo hay que guiarse según la NCh1223:1977 “Aridos para morteros y hormigones
– Determinación del arido fino menor a 0,080 mm”. Para confeccionar la mezcla es necesario
conocer y controlar la cantidad de áridos finos, ya que una gran presencia de ellos, puede
provocar algún tipo de error en la resistencia del material a confeccionar.
6.7.1. Preparación de la muestra
La muestra debe reducirse mediante cuarteo y su tamaño debe ser como el mencionado en la
tabla 61 (parte de 6.6.1), la que depende del tamaño máximo nominal de las partículas del árido,
y este debe ser secado en horno a temperatura de 110 °C ± 5 °C.
6.7.2 Procedimiento de determinación del material fino menor a 0,075 mm
Luego de que la muestra esté acondicionada, se determinó la masa inicial, registrada como B,
aproximando a 0,1 g los áridos finos y 1,0 g los áridos gruesos. Se procede a lavar en un
recipiente, colocando el agua de forma que cubra todo el árido, se agite para separar las
partículas más finas que quedarán suspendidas, con objetivo de retirar todo aquel material que
quede suspendido, se debe vaciar cuidadosamente el agua para que se retire este material; este
procedimiento se debe realizar hasta que el agua sea en su totalidad clara y limpia. Se debe
retirar el agua que sobre y vaciar la muestra en un recipiente, para ponerlo en el horno hasta
masa constante a una temperatura de 110 °C ± 5 °C, se masa esta muestra lavada y seca, la que
se registrará como C. Los datos registrados están expresados en las tablas 64 y 65.
6.7.3 Materiales
•
Tamices: Solo se empleará el tamiz inferior de 0,075 mm y el tamiz de abertura superior
de 1,18 mm.
•
Horno: Deberá contar con circulación de aire y temperatura regulable.
115
•
Recipiente para lavado: Elemento impermeable, de forma y tamaño en donde la muestra
se encuentre totalmente sumergida por agua, evitando la pérdida de partículas y agua al
momento de agitar.
•
Accesorios: Brocha, espátula, recipiente para pesaje, recipiente para secado.
•
Balanza: Con capacidad de pesaje mayor a la masa de la muestra y una precisión
superior o igual al 0,1 % correspondiente a la pesada
6.7.4 Datos
Tabla 64: Antecedentes de las muestras
Datos
Gravilla
Arena fina
Arena gruesa
Masa inicial (g) de la muestra en ensaye seca (B)
460
145
126
Masa de la muestra (g) en ensaye lavada y seca (C)
456
120,2
120,53
Fuente: Elaboración propia, 2021.
6.7.5. Resultados
Tabla 65: Determinación del material fino menor a 0,0075 de las muestras
Datos
Contenido fino menor a 0,075 mm (%)
Gravilla
1,32
Arena fina
20
Arena gruesa
4,54
Fuente: Elaboración propia, 2021
6.8. Extracción de los componentes de las pilas
En la actualidad, no existe ningún tipo de normativa, procedimiento o guía para realizar este
procedimiento de extracción de los componentes de las pilas, por lo que se averiguó cuáles
debían ser las recomendaciones para cuidar de la salud de quienes realicen la acción de abrir las
pilas. Este procedimiento se empieza por el cátodo, luego de extraerlo, en el caso de las pilas
Duracell y Energizer, se debe sacar el separador que contiene una pasta de Hidróxido de Potasio
con Zinc, que se debe almacenar en algún lugar seguro dentro de un recipiente hermético y, por
otra parte, las Eveready y Sony, contienen una barra de carbón, la cual también se debe
almacenar en un lugar de similares caracteristicas al mencionado. Finalmente, queda dentro del
recipiente el Dióxido de Manganeso, el cual se debe soltar con un destornillador, para luego verter
el material en un recipiente hermético.
116
6.8.1 Procedimiento de extracción
1. Separar las pilas según cuales sean sus componentes.
2. Abrir las pilas por su lado positivo, sacando en su totalidad la tapa.
3. Extraer el separador de las pilas Energizer y Duracell, y la barra de carbón de las pilas Eveready
y Sony.
4.Extraer material que está pegado a la cubierta metálica de la pila, el cual es el material a
rescatar. En caso de las pilas Sony y Eveready, se extrae Dióxido de Manganeso con Cloruro de
Zinc, mientras que en las Duracell y Energizer, se extrae Dióxido de Manganeso con pequeñas
cantidades de Grafito. Guardar el material en frascos herméticos, donde se deben almacenar
hasta que sean ocupados.
6.8.2 Materiales a utilizar
•
Elemento de protección personal: guantes, antiparras, delantal
•
Herramientas: alicate universal, destornillador de paleta, pinzas
•
Recipiente hermético: recipiente de vidrio sin circulación de aire con tapa metálica.
117
CAPÍTULO 7: ENSAYO REALIZADO A PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN
ENDURECIDO PATRÓN Y CON ADICIONES DE DIÓXIDO DE MANGANESO, DIÓXIDO DE
MANGANESO CON CLORURO DE ZINC Y GRAFITO
El ensayo realizado a las probetas cilíndricas, con el fin de obtener las propiedades fisicoquímicas
de cada una de las muestras, fue ejecutado en el Laboratorio del Centro Tecnológico de la
Construcción DuocUC, esto para obtener valores confiables y fidedignos de analizar. Se
realizaron 12 ensayos de resistencia a la compresión, control geométrico y dimensional acorde a
la norma NCh1037:2009 “Hormigón – Ensayo de compresión de probetas cúbicas y cilíndricas”.
Lo anterior, con la finalidad de verificar el comportamiento, observaciones relativas al hormigón y
calidad del producto.
7.1. Mediciones de las probetas cilíndricas
En el punto 5.2.2 “Probetas cilíndricas" de la norma NCh 1037:2009 establece cuatro pasos para
determinar las dimensiones de un cilindro, estas se muestran en la figura 35 y son las siguientes:
•
Medir dos diámetros perpendiculares entre sí (d1 y d2) aproximadamente en la mitad de
la altura de la probeta, se realizó con pie de metro.
•
Medir la altura de la probeta en dos generatrices opuestas (h1 y h2) antes de refrentar.
•
Expresar estas medidas en mm con aproximación a 1 mm.
•
Determinar la masa de la probeta antes de refrentar aproximado a 50 g.
118
Figura 35: Determinación de dimensiones la probeta
Fuente: (NCh 1037:1977, 2021)
Se realizó tabulación de datos mediante Excel sobre las dimensiones y masado de las
probetas, con el fin de llevar un orden e identificar cada probeta, esto se realizó luego de las
24 horas de curado, donde se trasladarán las probetas según la norma NCh1017:2009 en el
apartado “Traslado a laboratorio” como se evidencia en la figura 36. Se depositan las probetas
en una carretilla para llevarlas al lugar de ensayo, luego se colocan toallas humedad en las
probetas para protegerlas y eliminar el agua en exceso como se evidencia en la figura 37,
119
finalmente se realizará en el lugar de ensayo las mediciones correspondientes que se
registraron en la tabla 66 y se evidencia en las figuras 38 y 39:
Figura 36: Traslado de las probetas
Fuente: Propia, 2021.
120
Figura 37: Probetas protegidas
Fuente: Propia, 2021.
Tabla 66: Dimensiones y masado de las probetas confeccionadas
Muestra N°
1 Hormigón Patron
2 Dióxido de Manganeso
3 Dióxido de Manganeso
con Cloruro de Zinc
4 Grafito
Diametro
Diametro
Probeta N° Perpendicular, Perpendicular,
d1 (cm)
d2 (cm)
1
15
15
2
15
15
3
15
14,8
4
15
15
5
15
14,9
6
7
8
9
10
11
12
15
15
14,9
15
15
15
14,9
15
15
15
15
15
14,9
15
12,397
12,46
12,59
12,577
12,525
Promedio
Diametro
(cm)
15,0
15,0
14,9
15
15,0
Promedio
Altura
(cm)
30,2
30,2
30,1
30,0
29,8
12,47
12,37
12,40
12,61
12,51
12,39
12,49
15,0
15
14,95
15
15
14,95
14,95
30,1
30,1
30,0
30,4
30,2
30,1
30,2
Altura, h1
(cm)
Altura, h2
(cm)
Masa (Kg)
30,2
30,1
30,1
30
29,7
30,1
30,2
30,1
30
29,8
30,1
30,2
29,9
30,4
30,1
30,1
30,2
30
30
30
30,3
30,2
30,1
30,1
Fuente: Propia, 2021.
121
Figura 38: Medición de diámetro y altura
Fuente: Propio, 2021
Figura 39: Masado de las probetas
Fuente: Propio, 2021
122
7.2. Ensayo de resistencia a la compresión
La NCh1037:2009 “Hormigón – Ensayo de compresión de probetas cúbicas y cilíndricas” en el
punto 5.3 indica las condiciones y procesos que se deben llevar a cabo para efectuar el ensayo.
Es fundamental considerar la limpieza y colocación de las placas y probetas, estas deben estar
alineadas a su eje central, para asegurar una distribución uniforme de los esfuerzos en las
probetas a ensayar, también se debe considerar la velocidad de la carga aplicada por la máquina,
esta no debe superar los 3,5 kgf/cm2/s y se debe alcanzar una franca rotura de la probeta en un
tiempo igual o superior a 100 s.
La tabla siguiente, indica los valores correspondientes de las 12 probetas ensayas en las
dependencias del Centro Tecnológico de la Construcción. La sección del ensayo y la tensión de
rotura (resistencia) se calculará de la siguiente forma:
S = π x r2
S = Sección, cm2;
r = Radio en cm.
𝑅=
𝑃
𝑆
R = Tensión de Rotura, kgf/cm2;
P = Carga máxima aplicada por la máquina de ensayo, kgf;
S = Sección de ensayo, cm2.
Para convertir el resultado de tensión de rotura de kgf/cm2 en MPa, se divide el valor por el factor
de conversión que es 9,81 en el sistema ingenieril.
123
Tabla 67: Resistencia a la compresión en MPa de las probetas
Fuente: Propia, 2021.
Gráfico 3: Comportamiento resistencia v/s tiempo
20,0
19,0
18,0
17,0
17,0
15,5
16,0
Resistencia a la compresión, MPa
15,0
14,0
13,0
11,8
12,0
10,5
11,0
10,0
10,3
8,3
Dióxido de Manganeso con Cloruro
de Zinc
Grafito
8,0
7,0
5,5
6,0
4,8
5,0
4,0
Hormigón patrón
Dióxido de Manganeso
9,1
9,0
10,8
3,4 3,4
3,0
2,0
1,0
0,0
7
28
28
Tiempo de curado, día
124
Fuente: Propia, 2021
CAPÍTULO 8: DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
El desarrollo de la investigación en una primera instancia se vio envuelta en la problemática de
cómo obtener pilas en desuso y para esto, se realizó un plan de recogida de pilas desechadas
por el sector donde cada uno vive, sin embargo, se recopilaron pilas tamaño AA, lo cual, por su
tamaño, imposibilitaba la extracción manual de los componentes de las pilas. Se procedió a
buscar pilas tamaño D en locales o empresas de electricidad, donde la empresa Electrolux
ubicada en San Bernardo, regaló pilas D en desuso de distintas marcas. Luego se procedió a
separar y extraer los componentes de las pilas según su tecnología, guiado por el informe final
proporcionado por el Laboratorio de Química y Referencia Medio Ambiental sobre “Evaluación de
la toxicidad de pilas comercializadas en el país y su impacto potencial en lixiviados de rellenos
sanitarios” publicado en el año 2010 elaborado por Daniel E. Rebolledo F. y Dra. Isel Cortés N.
A estos componentes no se les realizó ningún ensayo relacionado con las propiedades físicas de
los áridos, ya que no son materiales inertes, sino que activos, sin embargo, se pesó cada uno de
ellos y se guio en términos químicos, por el informe descrito anteriormente y fichas técnicas de
los proveedores de las pilas. En el transcurso de la investigación, se identificó que las pilas
Energizer y Duracell, son denominadas pilas alcalinas, esto por usar como electrolito Hidróxido
de Potasio (solución salina), lo cual significaba otro método de extracción y, en efecto, otra
tecnología que se aplica en ese tipo de pilas, por otro lado, las pilas Eveready y Sony, son pilas
denominadas secas o Lenclaché, esto porque en su composición, los materiales van juntos entre
cátodo y electrolito, es decir, entre Dióxido de Manganeso y Cloruro de Zinc, en caso contrario de
lo que ocurre en la pilas alcalinas, donde cada material va separado por un papel.
Las probetas fueron confeccionadas, tomando como patrón un hormigón diseñado para
pavimentos, sin embargo, para esta ocasión, parte del cemento corriente sería sustituido por
materiales extraídos de las pilas, observando de forma cualitativa su aspecto y trabajabilidad, por
otro lado, si se mantiene o supera la resistencia a la compresión obtenida con el hormigón patrón,
con el fin de determinar si las adiciones benefician al producto o no. Este cambio surge de la
necesidad de crear un nuevo material con igual o mejores propiedades físicas que el hormigón
patrón y, por otro lado, que se beneficie el medioambiente con el reciclaje de un producto que no
tiene un tratamiento para un nuevo uso, como el caso de las pilas.
125
Es importante recalcar que no existe una normativa, procedimiento o guía, para utilizar adiciones
al hormigón, solo lo que se menciona en el punto 7.6 de la NCh170:2016, donde se expresa que
los hormigones con adiciones se deben evaluar con hormigones de prueba, verificando las
propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido, luego derivan al lector al “Anexo A”
donde insinúan las adiciones activas y que estas se encuentran reguladas en la NCh148, sin
embargo, en tal norma hablan del cemento con adiciones que hoy en día ya son utilizadas e
industrializadas, como la puzolana y la escoria de alto horno, pero no se expresa un procedimiento
estandarizado para llevar a cabo una adición nueva al hormigón, por lo que se decidió en primera
instancia, determinar si las adiciones son inertes o activas, en este caso, las tres adiciones son
activas, por tanto, se determinó aplicar un porcentaje del volumen respecto al cemento, para
obtener el valor en kg sobre la adición que se aplicará en el hormigón y que esta estuviera acorde
al total de material que se tenía.
En el estudio de las propiedades físicas de los áridos, se determinó la impureza de la gravilla,
arena gruesa y arena fina, encontrándose un 1,32 % en la gravilla, 4,54 % en la arena gruesa y
un 20 % de impureza en la arena fina, lo que cual puede ser un factor que altere el resultado final
de resistencia a la compresión. Por otra parte, en el proceso de confeccionar el hormigón fresco
y sus ensayos de control, se percibió que los áridos venían en estado seco y no en estado
saturado superficialmente seco, se lavó la gravilla porque venía con muchas partículas arcillosas,
también se observó que las adiciones de Dióxido de Manganeso y Dióxido de Manganeso con
Cloruro de Zinc eran más trabajables, es decir, la mezcla era más fluida que la de un hormigón
patrón en estado fresco, siguiendo el mismo diseño de mezcla, realizando el mismo proceso de
mezclado, lo cual hizo que el trabajo fuera menos pesado. Luego, para el descimbre de las
probetas cuando estas ya se encontraban endurecidas, se observó que en las probetas con
adición de Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc no habían logrado endurecer, actuando
esta adición como retardante, lo cual se decidió envolver nuevamente esta probeta con Polietileno
para que no perdiera su humedad, esperando otras 24 h más para su inicio de curado.
Analizado los datos exhibidos en la tabla 67 de ensayos a la compresión, se puede observar que
la resistencia del hormigón patrón a los 7 días alcanza 3,4 MPa, muy por debajo del 70 % del
diseño y sin lograr ser clasificado por la norma, por otra parte, la resistencia a la compresión que
alcanza a los 28 días es de 8,7 MPa promedio, logrando un 43,5 % de lo diseñado y siendo
clasificado por el mínimo de la norma que es un G5. En el caso de la muestra con adición de
Dióxido de Manganeso de las pilas alcalinas, se obtuvo una resistencia de 3,4 MPa a los 7 días,
obteniendo el 17 % de lo diseñado y una resistencia de 10,4 MPa promedio a los 28 días,
obteniendo un 52 % de lo diseñado. En el caso de la adición de Dióxido de Manganeso con
Cloruro de Zinc, se obtuvo una resistencia de 4,8 MPa a los 7 días y de 16,3 MPa promedio a los
28 días, obteniendo un 24 % y un 81,5 % de lo diseñado respectivamente. Finalmente, en la
adición de grafito se obtuvo una resistencia de 5,5 MPa a los 7 días y una resistencia promedio
126
de 11,3 MPa, obteniendo un 27,5 % y un 56,5 % de lo diseñado. A todas las mezclas se le aplicó
el mismo procedimiento y se utilizó cemento corriente Transex, que contiene puzolana, además
todas las mezclas a los 28 días logran ser clasificadas por la norma, sin embargo, ninguna alcanza
lo diseñado. No obstante, las 3 adiciones obtuvieron valores por arriba de los valores del hormigón
patrón, habiendo aplicado el mismo procedimiento para las cuatro muestras, lo que indica que si
hay beneficio en la resistencia a la compresión y en especial, el hormigón con adición de Dióxido
de Manganeso con Cloruro de Zinc, donde hubo una mayor diferencia de valores. Además, se
observó en la tabla una correlación entre masa, densidad y resistencia en el hormigón patrón y el
Dióxido de Manganeso, donde se percibe un aumento de resistencia y densidad al aumentar la
masa, sin embargo, no sucede lo mismo para el Dióxido de Manganeso, ya que al bajar la masa
aumenta la densidad y también su resistencia, en el caso de grafito al aumentar la masa, aumenta
la densidad, pero no su resistencia.
127
CONCLUSIONES
•
Comentarios Finales
En la confección de las probetas con adiciones, no existe normativa que permita comparar los
procedimientos ni los resultados. Por esta razón, se decidió confeccionar una muestra de
hormigón patrón, estandarizando el procedimiento para la elaboración del hormigón fresco para
todas las muestras, con la finalidad de que los datos fueran confiables dentro del margen de
confección. En el caso de las adiciones, se decidió utilizar menor material de cemento, aplicando
un porcentaje sobre este, para obtener el material de la adición a colocar, este porcentaje varió,
dependiendo de la disponibilidad de cada material extraído.
El diseño de mezcla del hormigón fue confeccionado para un G20, es decir, que fue diseñado
para obtener una resistencia a la compresión de 20 MPa, que se realiza en una probeta cilíndrica
normalizada, de dimensiones de 300 mm de altura y 150 mm de diámetro. Se puede observar
que no se cumplió lo especificado en ninguna de las muestras, esto se debe a varios factores. En
primer lugar, en el estudio de las propiedades físicas de los áridos, se observó la calidad de los
áridos, donde la mayoría de ellos eran chancados y alargados, lo que desfavorece a la resistencia
a la compresión. En segundo lugar, se obtuvo gran cantidad de impureza en la arena fina,
obteniendo un 20 %, en la gravilla fue de 1,32 % y ,finalmente, en la arena gruesa de 4,54 %, lo
que puede explicar la poca adherencia de los áridos al cemento que se observó después de haber
ensayado las probetas, luego de los 28 días de curado. Otro factor que puede influir es en el
diseño de mezcla, donde se decidió realizar descenso de cono de 10 cm para la comodidad del
trabajo, siendo que para los pavimentos es de 6 cm a 8 cm normalmente, lo que hizo aumentar
el agua de amasado y .en consecuencia, una baja en la resistencia según ley de Abrams.
También otro factor que afecta en los resultados es que se realizó el análisis granulométrico con
la curva ideal A-B con Dn 37,5 mm, teniendo disponible Dn 19 mm en laboratorio lo que repercute
en las proporciones de áridos. No obstante, en la tabulación de datos se tiene en cuenta Dn 20
mm, pero se debió realizar todo el diseño en base a este Dn.
Finalmente, otro factor que también puede afectar a los resultados es la poca experiencia para
confeccionar las probetas de hormigón, lo que pudo afectar en el control de este. No obstante, la
investigación se realiza para obtener un estudio comparativo, donde el procedimiento para
confeccionar probetas, fue realizado de la misma manera para las cuatro muestras y, por tanto,
las propiedades alcanzadas en ellas, es factible afirmar que las probetas con adiciones superan
en términos de resistencia
a la compresión al hormigón patrón, habiendo una muestra en
particular, donde hubo mayor diferencia que fue el hormigón con adición de Dióxido de
Manganeso con Cloruro de Zinc.
128
Cabe señalar que, en el transcurso del proceso de fraguado y luego el desmolde de las probetas
que se realizó a las 24 horas de confeccionadas las probetas, se observa que las muestras que
contienen Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc estaban “blandas” y húmedas, esto debido
a la capacidad higroscópica del Cloruro de Zinc, lo que afecta el proceso de fraguado de la pasta
cemento, dejando más tiempo a la mezcla en estado plástico, lo curioso es que, habiéndose
demorado más en endurecerse que las demás probetas, obtuvo mayor resistencia a los 28 días
y con menos tiempo de curado. Sin embargo, este compuesto con presencia de agua tiene la
capacidad de disolver, además al contener ión cloruro, podría afectar a las enfierraduras en caso
de realizar hormigón armado.
Por otro lado, cabe señalar que después del ensayo de resistencia a la compresión, se revisaron
las probetas por dentro, abriendo las probetas por la grieta generada en el ensayo, donde se
percibió que no hubo segregación de los áridos en ningunas de las probetas, además, no hubo
adherencia de los áridos con la pasta cemento de las muestras de hormigón patrón, Dióxido de
Manganeso y Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc, es decir, no se produjo la interfase del
material pétreo con la pasta cemento, por lo que la grieta no se generaba en los áridos, esto se
pudo determinar porque ningún árido presentó fisura, rotura o grieta. Sin embargo, en la única
muestra que, si hubo grieta o fisura en los áridos, fue en la muestra de grafito.
En el proceso de extracción manual de los materiales componentes de las pilas, se hizo imposible
extraer los materiales a pilas menores al tamaño D, ya que las de menor tamaño presentaban
mayor adherencia y poco rango de movimiento para realizar la extracción. Además, cabe destacar
que, al abrir las pilas alcalinas por el extremo, se notaba la presión generada por el hidróxido de
potasio, lo cual puede ser peligroso para la persona que lo esté abriendo, por lo tanto, es
importante utilizar lentes de protección para abrir este tipo de pilas.
Queda demostrado el poco interés de las empresas, autoridades estatales y en fin, de todo el
país para invertir en proyectos de desarrollo, investigación e innovación, que beneficie o potencie
la creación de nuevos materiales de construcción y la disminución de este tipo de contaminantes,
reutilizándolos en los procesos de manufacturación, lo que indudablemente reduciría la cantidad
de CO2 generado por la producción de cemento y, por otro lado, reduciría la contaminación de
las napas subterráneas y del medio ambiente generada por las pilas, quedando en el olvido por
su peligrosidad y la única solución que se dio, fue crear un plan de gestión residual que no quita
lo contaminante que es. Si realmente le tomáramos el peso a la situación actual, Chile se
beneficiaría y en efecto, crearía una cadena de valor a todas las dimensiones existentes, donde
las empresas de pilas podrían generar un valor extra a su producto post uso.
129
•
Conclusiones
Las pilas y sus materiales contaminantes generan un gran impacto negativo en el ecosistema,
específicamente, en las napas subterráneas de nuestro país, encontrando metales pesados y
ácidos que contaminan a éstas y ,en consecuencia, atrae altos costos para la limpieza del agua
que hoy en día se utiliza y que está siendo un bien natural escaso y en peligro, debido al cambio
climático, siendo el ser humano el más afectado por esta problemática, ya que su salud corre un
grave peligro, si el agua está en constante contacto con este tipo de desechos.
La crisis ambiental generada mundialmente atrae progreso, es en la angustia donde nace la
creatividad de buscar soluciones a las diferentes problemáticas medioambientales, entre ellas,
las generadas por la industria de la pila y la construcción. Esto crea el espacio para desarrollar
nuevas investigaciones con ideas innovadoras, que finalmente, dan pie para dar un pequeño paso
hacia la construcción sustentable, evidenciando así, que la coyuntura actual es la economía
circular, generando grandes proyecciones en nuestro país.
Los resultados obtenidos de esta investigación fueron bastante favorables en el marco
comparativo entre hormigón patrón y los hormigones con distintas adiciones, sin embargo, fueron
desfavorables a la hora de alcanzar lo diseñado. La factibilidad de usar estas adiciones para
confeccionar hormigón es buena, ya que demuestra que posee buenas propiedades físicas y
mecánicas en comparación al hormigón patrón, además de presentar ciertos comportamientos
favorables para la trabajabilidad del hormigón fresco, como el efecto retardante en el fraguado de
la adición de Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc.
Los resultados obtenidos de los ensayos a la compresión demuestran una buena resistencia de
los hormigones con adiciones de Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de
Zinc y Grafito, en comparación con el hormigón patrón, sin embargo, no son aptos para ser
utilizados para pavimentos de altas exigencias, como en accesos o salidas de industrias, etc.,
esto hasta que se obtengan los valores de lo diseñado en futuras investigaciones. No obstante,
pueden ser utilizados en la confección de muros que no reciban cargas estructurales adicionales,
como muros perimetrales, muros divisorios, etc. o para pavimento de bajo tránsito peatonal, como
veredas, también pueden ser utilizados para la creación de jardineras o elementos ornamentales
presentes en los diferentes parques y plazas de nuestro país; estas son otras de las posibles
alternativas de uso de estos nuevos materiales. También pueden ser utilizados como
revestimiento, debido a sus buenas terminaciones y tonalidades parecidas a los hormigones
arquitectónicos o a la vista.
El comportamiento del aglomerante con las adiciones fue efectivo, debido a que fue capaz de
neutralizar principalmente las diferentes reacciones químicas que pueden generarse entre el
130
Dióxido de Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito con el cemento,
además de tener un buen comportamiento en el curado por anegamiento en agua. Estos buenos
atributos y la resistencia química se deben a las propiedades que presenta la puzolana en el
cemento Transex, adición que posee el cemento corriente utilizado en la investigación.
Finalmente queda evidenciado que sobredimensionar el agua de amasado para obtener una
mayor trabajabilidad del hormigón fresco, afecta en la resistencia a la compresión tanto a los 7
como a los 28 días, tal como dice la ley de Abrams.
•
Recomendaciones
En virtud de los buenos resultados obtenidos de los hormigones con adiciones de Dióxido de
Manganeso, Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc y Grafito, con respecto al hormigón
patrón, se recomienda realizar un nuevo diseño siguiendo la normativa y no pensando en la
comodidad para trabajar y compactar, obteniendo así el agua de amasado correcto para la
mezcla, además de considerar la cantidad de material fino menor a 0,075 mm (malla N° 200), ya
que este interfiere en la adherencia de la pasta cemento con el material pétreo, por lo que se
debe realizar un proceso de lavado del árido y dejarlo en estado SSS o bien, en estado seco y
calcular el adicional de agua necesaria acorde al porcentaje de absorción de cada árido.
Por otra parte, se recomienda realizar más cantidades de probetas y ensayos, esto con el fin de
que los valores sean más representativo y cercanos a la realidad cuando sean utilizados.
Respecto a la adición de Dióxido de Manganeso con Cloruro de Zinc es necesario realizar un
estudio sobre el comportamiento de la mezcla en presencia de enfierraduras, simulando un
hormigón armado, esto para ver si la mezcla corroe el acero.
En relación con la extracción de los materiales de la pila, es necesario buscar un método que
optimice el tiempo y trabajo, además de poder extraer los materiales de las pilas de menores
tamaños.
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