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fecha de publicación10.01.2016
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Trayectoria de indagación:


Metodología:

Los ensayos se realizaron en una Planta  de Cementos Argos en Medellín; allí se realizaron los cálculos para las mezclas y los porcentajes de PET a remplazar, teniendo en cuenta la humedad del agregado. Primero fue elaborada la mezcla de referencia, que no contenía PET y luego se realizaron las demás mezclas, con los reemplazos propuestos. Para la realización de los diseños de las mezclas, se determinó las cantidades apropiadas de cada material, y se logró la combinación que podría ser utilizada como un nuevo material de construcción para muros no estructurales y como un nuevo método de disposición final de los residuos de PET.

El tamaño de las probetas cilíndricas fueron de 100 x 200 mm (ver imagen 1). El cemento utilizado para realizar las mezclas fue el Portland. El PET utilizado para la investigación fue producto de un proceso de reciclaje realizado por la Empresa Codesarrollo, ubicada en el municipio de la Estrella, Medellín (ver imagen 2). El tamaño del PET utilizado fue de 10 mm y la densidad aproximada de este fue 1.45764 g/mL establecida en el laboratorio de concretos de Argos.

c:\users\usuario\desktop\hormi-pet\primera fase\argos\p1110303.jpgc:\users\usuario\desktop\hormi-pet\primera fase\argos\pao\100_2984.jpg

Imagen 1: Probetas cilíndricas de prueba


Imagen 2: PET

Se elaboraron 50 (cincuenta) probetas para cada una de las mezclas calculadas y se realizaron los diferentes ensayos:



Cantidades de elementos utilizados para la realización de la mezcla de concreto:

  • Mezcla 1: Mezcla de Referencia (Arena+ cemento portland+ agua+ gravilla)

  • Mezcla 2: Mezcla con 25% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 75% de gravilla+ 25% de PET)

  • Mezcla 3: Mezcla con 50% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 50% de gravilla+ 50% de PET)

  • Mezcla 4: Mezcla con 75% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 25% de gravilla+ 75% de PET)

  • Mezcla 5: Mezcla con 100% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 100% de PET)

Materiales Y Cantidades para la realización de las probetas cilíndricas:

  • 1390 Kg/m3 de Cemento portland

  • 2555 Kg/m3 de PET

  • 2699 Kg/m3 de Arena

  • 2555 Kg/m3 de Gravilla

  • 860 Kg/m3 de Agua

  • 4.5 Kg/m3 de Aditivo 1

  • 4.5 Kg/m3 de Aditivo 2

  • 2.5% de Aire

PRIMER TRATAMIENTO:

  • Mezcla 1: Mezcla de Referencia (Arena+ cemento portland+ agua+ gravilla)

Cantidades:

          • 995.2 Kg/m3 de Arena

          • 278.0 Kg/m3 de Cemento Portland

          • 172.0 Kg/m3 de Agua

          • 1022.0 Kg/m3 de Gravilla

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.5% de Aire

SEGUNDO TRATAMIENTO:

  • Mezcla 2: Mezcla con 25% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 75% de gravilla+ 25% de PET)

Cantidades:

          • 767.5 Kg/m3 de Arena

          • 278.0 Kg/m3 de Cemento Portland

          • 172.0 Kg/m3 de Agua

          • 766.5 Kg/m3 de Gravilla

          • 255.5 Kg/m3 de PET

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.5% de Aire

TERCER TRATAMIENTO:

  • Mezcla 3: Mezcla con 50% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 50% de gravilla+ 50% de PET)

Cantidades:

          • 539.8 Kg/m3 de Arena

          • 278.0 Kg/m3 de Cemento Portland

          • 172.0 Kg/m3 de Agua

          • 511.0 Kg/m3 de Gravilla

          • 511.0 Kg/m3 de PET

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.5% de Aire

CUARTO TRATAMIENTO:

  • Mezcla 4: Mezcla con 75% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 25% de gravilla+ 75% de PET)

Cantidades:

          • 312.1 Kg/m3 de Arena

          • 278.0 Kg/m3 de Cemento Portland

          • 172.0 Kg/m3 de Agua

          • 255.5 Kg/m3 de Gravilla

          • 766.5 Kg/m3 de PET

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.5% de Aire

QUINTO TRATAMIENTO:

  • Mezcla 5: Mezcla con 100% de PET (Arena+ cemento portland+ agua+ 100% de PET)

Cantidades:

          • 84.4 Kg/m3 de Arena

          • 278.0 Kg/m3 de Cemento Portland

          • 172.0 Kg/m3 de Agua

          • 1022.0 Kg/m3 de PET

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.9 Kg/m3 de Aditivo 1

          • 0.5% de Aire

El proceso de vaciado y curado en los 5 tratamientos ya establecidos, se realizaron así:

  1. Se mezcló la arena con la grava por un lapso de 1 minuto; luego se incorporado el cemento portland de forma envolvente (ver imagen 3).

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Imagen 3: Mezcla de la grava y el cemento portland

  1. Al cabo de 1:30 minutos se agregó el PET y transcurrido un minuto se añadió el agua y los aditivos, mezclando hasta que se obtuvo un concreto homogéneo (ver imagen 4).

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Imagen 4: se agregó el PET, el agua y los aditivos, hasta obtener el concreto.

Las probetas cilíndricas de prueba fueron moldeadas, con una consistencia rígida, impermeable, no absorbente y tuvieron un proceso de curado en una temperatura controlada a 23ºC, durante períodos de tres, siete y veintiocho días (ver imagen 5). Posteriormente, se les fue aplicada la prueba de resistencia a la comprensión.

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Imagen 5: Curado de los cilindros

EVALUACIÓN DE LA CANTIDAD DE PET/ MANEJABILIDAD

Para determinar la manejabilidad de la mezcla de concreto, mediante el método de asentamiento o “slump” se determinó la consistencia o fluidez de la mezcla fresca, según la norma NTC 396 de método de ensayo para determinar el asentamiento del concreto

Esta prueba se inició al humedecer el molde (tronco de cono), y presionarlo contra el suelo con los pies para evitar que la mezcla se desbordará. Luego se inició el llenado del tronco de cono con la mezcla realizada. En este proceso de vaciado, fueron realizadas tres capas, correspondiendo cada una de ellas a un tercio del volumen del molde; la primera capa con una altura aproximada de 65 mm, luego fue aplicada una pequeña presión con la varilla para hacer la mezcla más compacta; la segunda capa con una altura aproximada de 155 mm, y la tercera a la altura total del molde, cada capa fue compactada con 25 golpes distribuidos por todo el espacio del molde.

Para la primera capa (la del fondo), se la varilla fue inclinada, golpeando todo el perímetro y continuando en forma de espiral hacia el centro, las capas siguientes se compactaron de modo que la varilla penetro en la capa inmediatamente inferior. Par finalizar se alisó la mezcla hasta el borde de la superficie utilizando la varilla compactadora.

A continuación el molde fue retirado, levantándolo en dirección vertical, durante 5 segundos, con un movimiento uniforme hacia arriba (ver imagen 6). Finalmente se midió el asentamiento y se determinó la diferencia vertical, entre la parte superior del molde y el centro desplazado de la superficie superior de la muestra. El tiempo para esta prueba no superó los 2 minutos y el asentamiento fue registrado en milímetros.

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Imagen 6: Prueba de manejabilidad, Asentamiento del concreto, mezcla de 25% de reemplazo de PET- 75% Gravilla utilizando el Cono de Abraham

EVALUACIÓN DE LA CANTIDAD DE PET/ RESISTENCIA A LA COMPRENSIÓN.

Para medir la resistencia a la comprensión del Cemento, se realizó la prueba de resistencia de los núcleos (corazones, testigos) en una prensa ASTMC-42 (ver imagen 7).

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Imagen 7: Prueba experimental Resistencia a la compresión de los cilindros, prensa ASTMC-42

Según la norma NTC 673, la resistencia a la compresión fue medida en un rango de 15 MPa a 55 MPa.

Se establecieron tres periodos de tiempo de curado, en los cuales las mezclas fueron sometidas a los ensayos; los intervalos fueron de 3, 7 y 28 días; en los cuales a cada mezcla se le aplicó la prueba de resistencia a la compresión.

Se mantuvieron condiciones húmedas después del refrentado y hasta el momento de la prueba, asegurando así la protección del curado, según la norma NTC 504 de refrentado de especímenes cilíndricos de concreto.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

  1. EVALUACIÓN DE LA CANTIDAD DE PET/ RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN:

Estos fueron los resultados arrojados por las pruebas de Resistencia a la comprensión, después de un tiempo de curado de 3,7 y 28 días respectivamente (Tabla 1)



Tabla 1: F’c: Resistencia a la compresión, Esfuerzo (Mpa)

Según la gráfica 1, en resistencia a la compresión, se puede establecer que los cilindros del 25% y el 50% de remplazo de grava por PET, tuvieron un acercamiento al estándar establecido por la norma de construcción NTC 673 (para cilindros de 100 mm por 200 mm son aplicables para resistencias a compresión entre 17 MPa a 32 MPa) y la mezcla de referencia que cumple con la norma técnica arrojó un resultado en dicho rango, Mientras que los en los cilindros del 75% y 100% los resultados tuvieron un promedio entre 5.16 MPa y 40.04 MPa.



Gráfica 1: % Reemplazo de PET vs Resistencia a la compresión, Esfuerzo (Mpa)

  1. EVALUACIÓN DE LA CANTIDAD DE PET/ MANEJABILIDAD:

En la tabla 2 se muestran los resultados de la prueba de manejabilidad, realizada con el cono de Abrams, y determinar así el asentamiento de la mezcla.



Tabla 2: F’c: Asentamiento de mezclas de concreto (cm)

Según la gráfica 2, en La prueba de manejabilidad, es posible establecer que las mezclas realizadas con el remplazo del 25% y el 50% de gravilla por PET, dieron uno de los resultados esperados ya que su asentamiento fue entre los 2 y 10 cm (medida estándar para la prueba de manejabilidad del concreto NTC 111 3); mientras que las pruebas del 75% y 100% de reemplazo de PET, no tuvieron un asentamiento normal, aunque el cilindro del remplazo del 75% tuvo una buena fluidez.



Gráfica 2: % de PET vs Asentamiento del concreto (cm)

  1. EVALUACIÓN DE LA CANTIDAD DE PET/ DENSIDAD:

En la tabla 3 se muestran los resultados arrojados por la prueba de densidad que se le realizó al concreto.



Tabla 3: F’c: Densidad (g/cm3)

La comparación entre la densidad de diseño y la densidad obtenida en las mezclas realizadas presentaron una relación apropiada, dado la proximidad en los resultados de la densidad obtenida con la esperada en la densidad de diseño, como se evidencia en la gráfica 3, en donde las mezclas con 25% de reemplazo de PET se aproximan en a las mezclas de referencia.



Gráfica 3: % Reemplazo de PET vs Densidad (g/cm3)

Análisis de resultados:

En la realización de una mezcla de concreto, donde se reemplace gradualmente el agregado grueso por PET, se muestra claramente, que la estructura química del plástico, no permite establecer una completa cohesión entre los materiales que componen el concreto.

Este fenómeno posiblemente afecta la resistencia a la compresión de los cilindros de manera que los cilindros con menor porcentaje de reemplazo de PET (25% y 50%) mostraron un acercamiento a la norma técnica establecida: NTC 673 (17 MPa y 32 MPa para cilindros de 100 X 200 mm), mientras que los cilindros que contienen mayor porcentaje de reemplazo de PET (75% y 100%), mostraron un promedio entre 5.16 MPa y 40.04 MPa.

Al realizar la prueba de resistencia a la compresión, posiblemente la falta de cohesión del PET con los demás componentes del concreto generó agrietamientos en los cilindros.

En cuanto a la prueba de manejabilidad es posible establecer que, las mezclas realizadas con el remplazo del 25% y el 50% de PET, arrojaron un resultado que estuvo dentro los estándares establecidos por la norma técnica NTC 396 de manejabilidad del concreto (de 2 a 10 cm de asentamiento), mientras que los reemplazos del 75% y 100% de PET, no cumplieron con el asentamiento establecido, debido posiblemente a los pocos enlaces químicos que el PET realiza con los demás materiales presentes en la mezcla de concreto.

Los resultados obtenidos demuestran que a medida que se aumentaban las cantidades del reemplazo de PET disminuye notablemente la densidad de los cilindros, esto se debe muy posiblemente a que el PET tiene una menor densidad que el agregado grueso (Grava).
Conclusiones:


  • A medida que se aumentan los reemplazos de PET en cada mezcla, se ve afectada negativamente la resistencia a la compresión de los cilindros, por efectos de la compactación de los materiales que componen las mezclas de concreto evaluadas.




  • La edad de la mezcla es un determinante en el aumento de la resistencia a la compresión del concreto, dado que una de las cualidades de éste es el aumento en su resistencia a la compresión corroborado por lo especificado en la norma NTC 673, parágrafo 7.3.




  • Para reemplazos en volumen o volumétricos, la baja densidad del PET, genera pérdida de participación de los agregados naturales y así mismo, pérdida de propiedades mecánicas.



  • Los resultados obtenidos de la mezcla con un remplazo del 25% de PET se consideran viables para una mezcla de concreto liviano, ya que al tener menor densidad y menor resistencia, cumple con las características específicas de este tipo de concreto, como lo son: el factor de la sismo-resistencia y la utilización de una agregado de poli-estireno en su composición.




  • Correlacionando la cantidad de PET utilizado como reemplazo de grava al 25% y el impacto ambiental; éste podría ser utilizado en la construcción de 125.000 m3 de concreto reduciendo hasta en un 50% en volumen de PET que podría ser depositado inadecuadamente.
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