Revista Estudiantil URU Universidad Rafael Urdaneta N º 2 Julio- Diciembre 2015 ISSN: 2477-9741 Depósito Legal: ppi 201502ZU4657

Análisis de bloques de concreto de 0.40 m × 0.20 m × 0.10 m sustituyendo el 50% del agregado fino por plástico pulverizado Roxana A. Pirela P., Juan D. Torres E. y Gerardo J. Gutiérrez D. Escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad Rafael Urdaneta. Maracaibo - Venezuela. [email protected], [email protected], [email protected] Recibido: 02-03-2015

Aceptado: 15-06-2015

Resumen Los bloques huecos de concreto son elementos modulares, premoldeados, diseñados para ser utilizados en los sistemas de albañilería; uno de los criterios más importantes cuando se elabora un bloque de concreto es saber si adquirió la resistencia máxima a compresión. Al respecto, la investigación fue de tipo descriptiva, ya que se fundamentó en el comportamiento y características relacionadas a la resistencia a la compresión y el porcentaje (%) de absorción de bloques de concreto sustituyendo el agregado fino por plástico pulverizado. Se elaboraron 140 bloques de los cuales 70 fueron bloques convencionales y 70 bloques modificados, para la realización del ensayo de resistencia a la compresión a los 28 días y el porcentaje de absorción, obteniendo como resultado que la resistencia a la compresión de los bloques convencionales se encuentra entre el rango de 42,23 kgf/cm2 y 16,58 kgf/cm2; mientras que el rango de los bloques modificados está entre 32,72 kgf/cm2 y 14,07 kgf/cm2, los bloques convencionales no cumplen con la resistencia a la compresión establecida por la Norma COVENIN 42:1982 como consecuencia de las condiciones medioambientales y la calidad de los materiales que no fue la más adecuada. El porcentaje de absorción arrojó como resultado bloques pesados para los convencionales, y semipesados para los modificados. Palabras claves: Resistencia, bloques, plástico.

Analysis of concrete blocks of 0.40 m × 0.20 m × 0.10 m replacing the 50% of thin aggregate for pulverized plastic Abstract The concrete air block are modular objects, pre-cast, design to be used in the masonry systems; one of the most important criterion when elaborating a concrete block is to know if it had acquire the maxim resistance to compression. Concern to this, the investigation was of the descriptive type, because its source it is in the behavior and features related to the resistance to the compression and the percent (%) of absorption of concrete blocks replacing the thin aggregate for pulverize plastic. There were elaborated 140 concrete blocks, which 70 were

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common concrete blocks and 70 modify concrete blocks, for the realization of the essay of resistance to the compression at 28 days and the percent of absorption, obtaining as a result that the resistance to the compression of a common concrete block is in a range between 42,23 kgf/cm2 and 16,58 kgf/cm2; while the range of the modify concrete blocks is between 32,72 kgf/cm2 and 14,07 kgf/cm2, the conventional concrete blocks don’t fulfil the resistance to the compression that is established by the COVENIN rule 42:1982 as a consequence of the environment and the quality of the materials wasn’t the most appropriate. The percent of absorption give as a result heavy blocks for the conventional, and for the modify half heavy blocks. Key words: Resistance, concrete block, plastic.

Introducción Los bloques huecos de concreto son elementos modulares, premoldeados, diseñados para ser usados en los sistemas de albañilería confinada o armada. El objetivo primordial de los profesionales encargados de la construcción en Venezuela es asumir la responsabilidad de dirigir y organizar los pasos para un país adecuado para los venezolanos, con la utilización de materiales accesibles y reciclados ya que en la actualidad la contaminación ambiental es una de las problemáticas existentes, como consecuencia se utilizó el plástico pulverizado como agregado liviano para la elaboración de bloques de concreto, obteniendo un producto liviano, de fácil secado y sobre todo más económico, que permita disminuir el impacto ambiental. Los objetivos planteados son determinar la resistencia a la compresión y el porcentaje (%) de absorción a los 28 días del bloque de concreto convencional y modificado sustituyendo 50% del agregado fino por plástico pulverizado. Se utilizó un conjunto de informaciones previas, las cuales fueron extraídas de diversas fuentes, con la finalidad de compararlas con la variable de estudio y determinar la relación que guarda con la misma, en cuanto a la sustitución de un agregado de la mezcla, ensayos de resistencia a la compresión y de absorción. Los antecedentes de la investigación son: Rangel y Valbuena [13], Análisis de bloques huecos de concreto n° 10 elaborado con material de desperdicio existente en bloqueras, Ketchum y Paz [9], Determinación de las propiedades de bloques de cemento Portland tipo I fabricados con arena blanca y papel reciclado siguiendo las Normas COVENIN 42:82, y, Pereira y Sánchez [11], Diseño de un bloque compuesto de concreto ligero con polvo de aserrín.

Fundamentos teóricos La investigación fue de tipo descriptiva, ya que se fundamentó en el comportamiento y características relacionadas a la resistencia a la compresión y el porcentaje (%) de absorción de bloques de concreto sustituyendo el 50% del agregado fino por plástico pulverizado. La muestra estuvo compuesta por un total de 140 bloques que corresponden a 70 bloques convencionales y 70 bloques modificados.

Dosificación de la mezcla convencional Para la ejecución de la mezcla convencional se utilizó cemento Portland tipo II, el agregado fino fue arena de mina y el agregado grueso grava, y agua como solvente de la mezcla, mientras que las herramientas indispensables para la elaboración fueron: una carretilla con capacidad para cuatro (4) cuñetes, una pala y un molde metálico para bloques con tres (3) huecos. La dosificación fue suministrada por la empresa bloquera donde se elaboraron los bloques, en este sentido se utilizó media carretilla de arena de mina y media carretilla de grava, ambas equivalen a cuatro cuñetes (0,061 m3), medio saco de cemento (21,25 kgf) y de agua aproximadamente 14 litros para la fabricación de 22 bloques, seleccionando 15 por cada lote de mezcla hasta obtener 70 bloques convencionales. La dosificación utilizada para la elaboración de los 70 bloques convencionales de concreto es de cemento (106,25 kgf), agregados (0,305 m3) y agua (70 l). Una vez determinado el peso de cada material necesario para la mezcla se procedió a unir todos los materiales y formar una mezcla homogénea. De allí se le adicionó la cantidad requerida de agua; todo el procedimiento de elaboración fue efectuado de manera manual.

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Determinación de la resistencia a la compresión Para la determinación de la resistencia a la compresión, los bloques fueron ensayados a la edad de 28 días, en una prensa hidráulica, la resistencia a la compresión se calculó dividiendo la carga máxima soportada en kilogramos fuerza (kgf) por la superficie bruta del bloque expresada en centímetros cuadrados (cm2), para ello se utilizó la ecuación: Rc= Cm/Sb (1)

Determinación del porcentaje de absorción Para determinar el porcentaje (%) de absorción se tomó un bloque por cada lote hasta obtener un total de cinco bloques. Se sumergieron en una piscina por 24 horas, inmediatamente se sacaron y se secaron con una toalla siendo pesados en una balanza, para obtener el peso saturado con la superficie seca y seguidamente llevados al horno por 24 horas para obtener el peso al aire o peso seco, el mismo se determinó mediante la ecuación: A= ((P2-P1))/P1 × 100 (2)

Dosificación de la mezcla modificada En cuanto a la diferencia de la dosificación de la mezcla modificada con respecto a la mezcla convencional, es que se utilizó media carretilla (0,0305 m3) de agregado fino el cual fue equivalente al 50% de arena de mina (0,0153 m3) y el 50% restante (0,0153 m3) de plástico pulverizado. Análisis y discusión de los resultados

Tabla 1. Valores obtenidos del ensayo de resistencia a la compresión para los bloques huecos de concreto convencional Mezcla N° 1

Mezcla N° 2

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

C-01

29,20

C-16

24,50

C-02

52,71

C-17

20,56

C-03

45,93

C-18

27,45

C-04

50,20

C-19

25,15

C-05

43,74

C-20

20,01

C-06

39,81

C-21

19,36

C-07

42,87

C-22

18,92

C-08

35,32

C-23

22,86

C-09

33,03

C-24

38,71

C-10

44,95

C-25

19,90

C-11

39,26

C-26

27,78

C-12

50,20

C-27

40,90

C-13

29,64

C-28

18,92

C-14

43,74

C-29

30,95

C-15

52,82

C-30

22,31

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Mezcla N° 4

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

C-31

15,97

C-46

28,11

C-32

15,53

C-47

38,50

C-33

20,01

C-48

49,43

C-34

13,23

C-49

38,81

C-35

13,23

C-50

29,75

C-36

23,95

C-51

24,17

C-37

18,37

C-52

18,81

C-38

17,83

C-53

36,31

C-39

26,14

C-54

30,07

C-40

18,92

C-55

25,48

C-41

18,26

C-56

18,48

C-42

13,78

C-57

30,29

C-43

23,95

C-58

25,15

C-44

17,28

C-59

21,76

C-45

30,18

C-60

17,83

Mezcla N° 5 Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

C-61

18,81

C-62

23,08

C-63

29,20

C-64

21,33

C-65

34,67

C-66

20,56

C-67

19,90

C-68

17,72

C-69

27,89

C-70

21,76

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Tabla 2. Valores obtenidos del ensayo de resistencia a la compresión para los bloques huecos de concreto modificado



Mezcla N° 1



Mezcla N° 2

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

M-01

33,57

M-16

27,89

M-02

34,12

M-17

21,00

M-03

26,68

M-18

17,17

M-04

30,18

M-19

17,94

M-05

36,20

M-20

21,76

M-06

33,03

M-21

25,59

M-07

42,65

M-22

21,11

M-08

31,93

M-23

18,81

M-09

49,21

M-24

15,53

M-10

37,40

M-25

22,20

M-11

32,81

M-26

20,56

M-12

23,73

M-27

19,69

M-13

27,34

M-28

22,86

M-14

28,11

M-29

20,23

M-15

40,35

M-30

17,83

Mezcla N° 3



Mezcla N° 4

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

M-31

8,75

M-46

22,09

M-32

19,36

M-47

14,44

M-33

12,58

M-48

13,78

M-34

12,69

M-49

15,75

M-35

16,62

M-50

30,29

M-36

10,94

M-51

27,67

M-37

7,87

M-52

28,87

M-38

17,72

M-53

33,57

M-39

9,51

M-54

24,28

M-40

13,78

M-55

14,65

M-41

18,37

M-56

18,04

M-42

16,19

M-57

18,26

M-43

22,31

M-58

28,43

M-44

11,15

M-59

20,56

M-45

10,06

M-60

18,37

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Mezcla N° 5 Bloque

Resistencia a la compresión (kgf/cm2)

M-61

17,72

M-62

12,69

M-63

19,79

M-64

18,48

M-65

12,69

M-66

16,51

M-67

12,90

M-68

10,39

M-69

13,34

M-70

12,14

Tabla 3. Valores obtenidos del ensayo de absorción para bloques huecos de concreto convencional

Mezcla N° 1

Psss (gr) 6890

Pseco (gr) 6080

Mezcla N° 2

7020

6175

13,68

Mezcla N° 3 Mezcla N° 4 Mezcla N° 5

6845 7200 6950

6060 6390 6040

12,95 12,68 15,07

Bloque

% Absorción

% Absorción promedio

13,32 13,54

Tabla 4. Valores obtenidos del ensayo de absorción para bloques huecos de concreto modificado Bloque Mezcla N° 1 Mezcla N° 2 Mezcla N° 3 Mezcla N° 4 Mezcla N° 5

Psss (gr) 6000 6200 6440 6430 6030

Pseco (gr) 5210 5430 5690 5620 5220

% Absorción

% Absorción promedio

15,16 14,18 13,18 14,41 15,52

14,49

Para analizar los valores obtenidos se utilizó el método del valor Z, se aplicó por día de mezcla ya que se presentaron variaciones en cuanto a los resultados obtenidos entre los días de mezclado. Este método de cálculo nos permitirá determinar en el conjunto de datos obtenidos, cuántas desviaciones estándar de las muestras están por encima o por debajo de la media. En tal sentido se realizaron los cálculos correspondientes para determinar la media y la desviación estándar, y así realizar las iteraciones necesarias para obtener el valor Z, donde se itera las veces que sean necesarias hasta obtener, para esta investigación, valores menores a 2 en valor absoluto.

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Tabla 5. Resultados del método de las puntuaciones Z para cada mezcla

Mezcla N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5 Promedio

Rc Bloque convencional (kgf/cm2) 42,23 23,28 16,58 27,39 22,25 26,35

Rc Bloque modificado (kgf/cm2) 32,72 19,75 14,07 21,94 14,67 20,63

% Disminución 22,52 15,16 15,14 19,90 34,07 21,36

Según los resultados obtenidos e indicados en la Tabla 5, la resistencia a la compresión de los bloques convencionales se encuentra en un rango entre 42,23 kgf/cm2 y 16,58 kgf/cm2, con un promedio de 26,35 kgf/cm2; mientras que el rango de los bloques modificados está entre 32,72 kgf/cm2 y 14,07 kgf/cm2, con un promedio de 20,63 kgf/cm2. El porcentaje promedio de disminución de la resistencia a la compresión de los bloques modificados con respecto a los bloques convencionales fue de 21,36%. A continuación se muestran en las Figuras 1 y 2, una comparación gráfica entre los resultados obtenidos tanto para la resistencia a la compresión como para el porcentaje (%) de absorción, correspondientes a los bloques convencionales y a los bloques modificados.

Figura 1. Comportamiento de la resistencia a la compresión de bloques modificados con respecto a los bloques convencionales La Figura 1 muestra una tendencia de disminución de la resistencia a la compresión de los bloques modificados con respecto a los convencionales en todos los días de mezclado. Por lo que se puede observar, los bloques convencionales siguen siendo de mejor calidad. Así mismo, se puede considerar que la sustitución del 50% del agregado fino por plástico pulverizado disminuye la resistencia a la compresión del bloque en un 21,36% promedio, con respecto a la mezcla convencional. También, se puede apreciar que solamente las mezclas de los bloques convencionales y de los bloques modificados del día N° 1, cumplen con la resistencia prescrita por la Norma COVENIN 42:1982 [2], para los tipos de bloques B1 – B2, mientras que el de los días restantes no cumplen con dicha prescripción, esta diferencia de los resultados se debe a las condiciones medioambientales presentes durante la elaboración de las mezclas, y debido a que la calidad de los materiales no fue la más conveniente. Las condiciones elevadas de temperatura producen un fraguado más rápido y aumenta la velocidad de la reacción exotérmica de hidratación del cemento, aunado al

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hecho de que se presume que la calidad del cemento no era la más idónea, por lo cual se reduce la resistencia a la compresión a los 28 días de fraguado, y como consecuencia la representatividad del valor obtenido en el ensayo.

Figura 2. Comportamiento del porcentaje (%) de absorción de bloques modificados con respecto a los bloques convencionales En la Figura 2 se puede observar que el porcentaje de absorción entre las cinco (5) mezclas para los bloques de concreto convencional varía entre 12,68% y 15,07%, con un promedio de 13,54%; en tanto que el porcentaje de absorción entre las cinco (5) mezclas para los bloques de concreto modificado varía entre 13,18% y 15,52%, con un promedio de 14,49%, lo cual indica que la sustitución del 50% del agregado fino por plástico pulverizado aumenta el porcentaje de absorción en un 7,02% promedio, con respecto a la mezcla convencional. Por lo anteriormente dicho, según la clasificación de los bloques por el porcentaje de absorción prescrita por la Norma COVENIN 42:1982 [2], los bloques convencionales corresponden a bloques pesados, mientras que los bloques modificados corresponden a bloques semipesados.

Conclusiones La resistencia a la compresión de los bloques convencionales se encuentra en un rango entre 42,23 kgf/cm2 y 16,58 kgf/cm2, con un promedio de 26,35 kgf/cm2; mientras que el rango de los bloques modificados está entre 32,72 kgf/cm2 y 14,07 kgf/cm2, con un promedio de 20,63 kgf/cm2, lo cual indica que la sustitución del 50% del agregado fino por plástico pulverizado disminuye la resistencia a la compresión del bloque en un 21,36% promedio, con respecto a la mezcla convencional. El porcentaje de absorción de los bloques convencionales fue en promedio de 13,54%, y el porcentaje de absorción de los bloques modificados fue en promedio de 14,49%, lo cual indica que la sustitución del 50% del agregado fino por plástico pulverizado aumenta el porcentaje de absorción en un 7,02% promedio, con respecto a la mezcla convencional. Según la clasificación de los bloques por el porcentaje de absorción prescrita por la Norma COVENIN 42:1982 [2], los bloques convencionales corresponden a bloques pesados, mientras que los bloques modificados corresponden a bloques semipesados. Debido a los resultados obtenidos, se puede considerar el uso de bloques con la sustitución del 50% del agregado fino por plástico pulverizado en construcciones de pequeña envergadura. Para obtener resultados adecuados en el ensayo de la resistencia a la compresión, es necesaria la elaboración de las mezclas de los bloques en condiciones bajas de temperatura, ya que una temperatura elevada produce un fraguado más acelerado. Por su parte, la calidad de los materiales no fue la más conveniente, aunado el hecho de que se presume que la calidad del cemento no era la más idónea.

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Agradecimientos Al Ingeniero Gerardo Gutiérrez por su colaboración y disposición en ser el asesor académico y a la profesora Ingeniero Angela Finol por su ayuda en cuanto a la metodología plasmada en la investigación. A la Universidad del Zulia, al profesor Ingeniero Jesús Moreno por las asesorías y colaboración brindada durante el desarrollo de la investigación en el Laboratorio de Estructuras y Materiales para poder culminar este Trabajo Especial de Grado.

Referencias bibliográficas 1. ASTM C150, Standard specification for Portland cement, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, EUA (2007). 2. COVENIN (Fondonorma), Bloques huecos de concreto, Norma n.° 42, Caracas, Venezuela (1982). 3. COVENIN (Fondonorma), Agregado fino. Determinación de la densidad y la absorción, Norma n.° 268, 1.a Revisión, Caracas, Venezuela (1998). 4. COVENIN (Fondonorma), Concreto, morteros y componentes. Terminología, Norma n.° 273, 1.a Revisión, Caracas, Venezuela (1998). 5. COVENIN (Fondonorma), Definiciones y terminología relativas a concreto, Norma n.° 337, Caracas, Venezuela (1978). 6. COVENIN (Fondonorma), Concreto. Evaluación y métodos de ensayo, Norma n.° 1976, 3.a Revisión, Caracas, Venezuela (2003). 7. COVENIN (Fondonorma), Concreto y mortero. Agua de mezclado. Requisitos, Norma n.° 2385, 1.a Revisión, Caracas, Venezuela (2000). 8. Hornbostel C. (Editorial Limusa), Materiales para la construcción tipos, usos y aplicaciones, México (1999). 9. Ketchum P. y Paz T., Determinación de las propiedades de bloques de cemento portland tipo I fabricados con arena blanca y papel reciclado siguiendo las normas Covenin 42:82, Trabajo Especial de Grado, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela (2011). 10. Mamlouk M. y Zaniewski J. (Pearson Educación S.A.), Materiales para Ingeniería Civil, 2.a edición, Madrid, España (2009). 11. Pereira A. y Sánchez J., Diseño de un bloque compuesto de concreto ligero con polvo de aserrín, Trabajo Especial de Grado, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela (2006). 12. Porrero J., Ramos C. y Grases J. (Siderúrgica del Turbio S.A.), Manual de concreto fresco, 3.a edición, Caracas, Venezuela (1987). 13. Rangel A. y Valbuena A., Análisis de bloques huecos de concreto n° 10 elaborado con material de desperdicio existente en bloqueras, Trabajo Especial de Grado, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela (2012). 14. Roca I., Estudio de las propiedades y aplicaciones industriales del polietileno de alta densidad (PEAD), Trabajo de Graduación, Universidad de San Carlos de Guatemala, Cuidad Universitaria, Guatemala (2005). 15. Villasante E. (Editorial Trillas), Mampostería y construcción, México (1995).