Máster Oficial en Proyecto de

Arquitectura y Ciudad

Laura Susana ZamudioVega

Presenta:

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

Responsable de la Materia: Gonzalo Barluenga Badiola

“ACERCAMIENTO“ACERCAMIENTO“ACERCAMIENTO“ACERCAMIENTO EXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTAL ALALALAL EMPLEOEMPLEOEMPLEOEMPLEO DEDEDEDE MATERIALESMATERIALESMATERIALESMATERIALES

RECICLADOSRECICLADOSRECICLADOSRECICLADOS ENENENEN MORTEROMORTEROMORTEROMORTERO YYYY HORMIGÓNHORMIGÓNHORMIGÓNHORMIGÓN PARAPARAPARAPARA USOSUSOSUSOSUSOS

ARQUITECTÓNICOS”ARQUITECTÓNICOS”ARQUITECTÓNICOS”ARQUITECTÓNICOS” AUROTESAUROTESAUROTESAUROTES:::: BARLUEGABARLUEGABARLUEGABARLUEGAYYYY HERNÁDEZHERNÁDEZHERNÁDEZHERNÁDEZ

ANALISIS DEL ARTÍCULO CIENTÍFICO:

Se presenta a continuación un análisis del artículo cientifico llamado “EXPERIMENTAL

APPROACH TO THE USE OF RECYCLED MATERIALS IN MORTAR AND CONCRETE

FOR ARCHITECTURAL APPLICATIONS“ el cual trata tres programas experimentales

que incluyen materiales de desecho y subproductos industriales en el mortero y el

hormigón para usos arquitectónicos.

Dicha Investigación fue realizada en el Laboratorio de Pruebas de Materiales de la

Escuela de Arquitectura de Madrid por los investigadores: Gonzalo Barluenga y

ACERCAMIENTOACERCAMIENTOACERCAMIENTOACERCAMIENTO EXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTAL ALALALAL EMPLEOEMPLEOEMPLEOEMPLEO DEDEDEDE

MATERIALESMATERIALESMATERIALESMATERIALES RECICLADOSRECICLADOSRECICLADOSRECICLADOS ENENENEN MORTEROMORTEROMORTEROMORTERO YYYY HORMIGÓNHORMIGÓNHORMIGÓNHORMIGÓN

PARAPARAPARAPARA USOSUSOSUSOSUSOSARQUITECTÓNICOSARQUITECTÓNICOSARQUITECTÓNICOSARQUITECTÓNICOS....

Escuela de Arquitectura de Madrid por los investigadores: Gonzalo Barluenga y

Francisco Hernández Olivares.

OBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOSOBJETIVOS DEDEDEDE LALALALA INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN::::

1.- Reutilización y valoración de materiales de desecho.

2.- Reducción del consumo de materias primas y energía.

3.- Reducción de costos de producción del hormigón (viabilidad económica)

4.- Modificación de las propiedades mecánicas y físicas del mortero y el hormigón.

5.- Diseño de aplicaciones en la construcción arquitectónica de los compuestos de

cemento.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

GENERALIDADES

FUNDAMENTOSFUNDAMENTOSFUNDAMENTOSFUNDAMENTOSAPLICADOSAPLICADOSAPLICADOSAPLICADOSAAAA LALALALA INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN

RECICLAJE

PROPIEDADES

VIABILIDADGESTIÓN DE RESIDUOS

RECICLAJE

INTERESES SOCIALES (ADM.

PÚBILICA)

INTERESES ECONÓMICOS (FABRICANTES)

INTERESES TECNOLOGICOS

(INVESTIGADORES)

•INTERÉSINTERÉSINTERÉSINTERÉS SOCIALSOCIALSOCIALSOCIAL:::: Se centra en aspectos ecológicos y medioambientales (gestión de

residuos)

•INTERÉSINTERÉSINTERÉSINTERÉS ECONÓMICOECONÓMICOECONÓMICOECONÓMICO:::: Los productores de materiales de construcción y los

fabricantes de hormigón y morteros, están interesados en el valor añadido que representa la

reducción de costos en la gestión de residuos y la eficiencia económica.

•INTERÉSINTERÉSINTERÉSINTERÉS CIENTÍFICOCIENTÍFICOCIENTÍFICOCIENTÍFICO:::: Los investigadores están interesados en las propiedades

tecnológicas de los nuevos materiales de construcción y sus posibilidades de aplicación.

INTERÉSINTERÉSINTERÉSINTERÉS SOCIALSOCIALSOCIALSOCIAL ++++ INTERÉSINTERÉSINTERÉSINTERÉS ECONÓMICOECONÓMICOECONÓMICOECONÓMICO ++++ INTERÉSINTERÉSINTERÉSINTERÉS CIENTÍFICOCIENTÍFICOCIENTÍFICOCIENTÍFICO

==== SOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓNVALIDAVALIDAVALIDAVALIDA

CRITERIOSCRITERIOSCRITERIOSCRITERIOS DEDEDEDE DESARROLLODESARROLLODESARROLLODESARROLLO SOSTENIBLESOSTENIBLESOSTENIBLESOSTENIBLE ENENENEN LALALALA CONSTRUCCIÓNCONSTRUCCIÓNCONSTRUCCIÓNCONSTRUCCIÓN::::

El concepto de sostenibilidad se relaciona con el estudio, la evaluación y la reducción de

consumo de recursos naturales, impacto ambiental y aspectos de seguridad humana,

en procesos y sistemas usados en las sociedades industrializadas.

1111....---- RECURSOSRECURSOSRECURSOSRECURSOS NATURALESNATURALESNATURALESNATURALES....----Se deben proponer nuevas soluciones para

construir, sin agotar los recursos naturales no renovables, realizando la misma función

y reduciendo el consumo de dichos recursos.y reduciendo el consumo de dichos recursos.

2222....---- IMPACTOIMPACTOIMPACTOIMPACTO AMBIENTALAMBIENTALAMBIENTALAMBIENTAL....---- Este aspecto es consecuencia de la actividad

humana cuando tiene un carácter intensivo, (procesos industriales).

3333....---- SEGURIDADSEGURIDADSEGURIDADSEGURIDAD HUMANAHUMANAHUMANAHUMANA....---- Todos los materiales y procesos implicados tienen

que garantizar la salud y la integridad de las personas y el ambiente en contacto con

ellos.

USOSUSOSUSOSUSOS DELDELDELDEL CONCRETOCONCRETOCONCRETOCONCRETO:::: Estructurales, de unión, acabados, sustratos, aislamiento.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

GENERALIDADES

No todos los residuos son útiles.

Deben cumplir criterios de viabilidad técnica y económica (bajo costo y disponibilidad).

El reciclaje debe significar un alto valor añadido.

La homogeneidad del residuo es fundamental.

CRITERIOSCRITERIOSCRITERIOSCRITERIOS BÁSICOSBÁSICOSBÁSICOSBÁSICOS DEDEDEDE INCORPORACIÓNINCORPORACIÓNINCORPORACIÓNINCORPORACIÓN DEDEDEDE RESIDUOSRESIDUOSRESIDUOSRESIDUOS ENENENEN LALALALA

FABRICACIÓNFABRICACIÓNFABRICACIÓNFABRICACIÓN DEDEDEDE COMPUESTOSCOMPUESTOSCOMPUESTOSCOMPUESTOS DEDEDEDE CEMENTOCEMENTOCEMENTOCEMENTO:::: CARACTERISTÍCASCARACTERISTÍCASCARACTERISTÍCASCARACTERISTÍCAS

DEDEDEDE LOSLOSLOSLOS MATERIALESMATERIALESMATERIALESMATERIALES

La homogeneidad del residuo es fundamental.

Compatibilidad y reactividad de los materiales reciclados cuando son mezclados con el

cemento.

No deber ser tóxicos ni peligrosos.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

GENERALIDADES

1.- Caracterización de las propiedades del residuo (su reacción en estado fresco y

fraguado del cemento y hormigón).

2.- Propuesta de posibles usos del residuo.

3.- Definición de los parámetros tecnológicos.

4.- Diseño del plan experimental y realización de ensayos. (Relacionar variables de

dosificación y las propiedades medidas en estado fresco y fraguado).

ETAPASETAPASETAPASETAPAS DEDEDEDE INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN::::

dosificación y las propiedades medidas en estado fresco y fraguado).

5.- Proceso de optimización del material compuesto. (Se busca alcanzar mayor

número de ventajas técnicas como sea posible. Retroalimentación).

6.- Aplicación del nuevo material a escala real y en condiciones de

fabricación/obra.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

GENERALIDADES

CASOCASOCASOCASO DEDEDEDE INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN 1111

HORMIGÓNHORMIGÓNHORMIGÓNHORMIGÓN CONCONCONCON FIBRASFIBRASFIBRASFIBRAS DEDEDEDE CAUCHOCAUCHOCAUCHOCAUCHO RECICLADORECICLADORECICLADORECICLADO DEDEDEDE

NEUMÁTICOSNEUMÁTICOSNEUMÁTICOSNEUMÁTICOS USADOSUSADOSUSADOSUSADOS (HORMIGÓN(HORMIGÓN(HORMIGÓN(HORMIGÓN RECAUCHADORECAUCHADORECAUCHADORECAUCHADO....))))

Este programa experimental se realizó de acuerdo a la empresa PRIMICIA, SL.

Cuyo campo de trabajo es el pavimento de carreteras y la construcción.

OBJETIVOOBJETIVOOBJETIVOOBJETIVO:::: “Mejora de la capacidad de amortiguamiento del hormigón frente a

cargas dinámicas, reduciendo la rigidez del material sin pérdida de resistencia”.

1111....----CARATERISTICASCARATERISTICASCARATERISTICASCARATERISTICAS DELDELDELDEL RESIDUORESIDUORESIDUORESIDUO::::

Partículas en forma de fibra debido al proceso de desmenuzado de los

neumáticos. (longitud de 0.8 - 2.1mm)

Baja densidad (0.84 g/cm3)

2222

Elevado coeficiente de absorción de agua. (del 25%) debido a la superficie rugosa

obtenida en el proceso de desmenuzado.

Baja Rigidez

Alta deformabilidad (falla al 590%).

Baja temperatura de combustión (200ºC)

Cuando se mezcla con cemento Portland ordinario y agua, la fibra de caucho

muestra buena compatibilidad. Para comprobar dicha compatibilidad se realizó el

análisis de difracción microscópica y de electrones (MEB y EDAX).

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

HORMIGÓN CON FIBRAS DE CAUCHO RECICLADO

3333....----DEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓN DEDEDEDE LOSLOSLOSLOS

22222222....---- POSIBLESPOSIBLESPOSIBLESPOSIBLES USOSUSOSUSOSUSOS::::

Pavimentos de carreteras

Pavimentos de aparcamientos y

zonas de paso.

Cimentaciones, bancadas de

maquinas.

Fig. 1

PARÁMETROSPARÁMETROSPARÁMETROSPARÁMETROSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOS::::

Mejora de la capacidad de

amortiguamiento.

Reducción de la rigidez.

Mejora del comportamiento a fatiga.

Control de la propagación de fisuras

tras la fractura.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

HORMIGÓN CON FIBRAS DE CAUCHO RECICLADO

Fig. 2

Incluir diferentes cantidades de fibra de caucho 3.5, 5 y 8% en VF. (Después de las

pruebas preliminares el 8% VF fue subestimado debido a la pérdida de fuerza.

Estado Fresco:

Ensayo de cono de Abrams y Consistómetro Ve-be.

Estado Endurecido:

Comportamiento frente a cargas estáticas y dinámicas. Reducción del 20-25% de

fuerza a compresión y del 10-15% de fuerza a flexión.

22224444....---- PROGRAMAPROGRAMAPROGRAMAPROGRAMA EXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTAL::::

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

HORMIGÓN CON FIBRAS DE CAUCHO RECICLADO

fuerza a compresión y del 10-15% de fuerza a flexión.

Comportamiento en fatiga. Los especímenes con fibra mostraron una falla, pero las

fibras de goma mantienen ambos lados de la grita juntos.

VF= Fracciones Volumétricas.

Fig. 3

OBJETIVOOBJETIVOOBJETIVOOBJETIVO:::: “Incorporación de polvo de pizarra (250micras de tamaño máximo) como

parte de un mortero autocompactante, sustituyendo hasta el 75% del cemento”.

1111....----CARATERISTICASCARATERISTICASCARATERISTICASCARATERISTICAS DELDELDELDEL RESIDUORESIDUORESIDUORESIDUO::::

Partículas disgregadas.

Piedra de propiedades limitadas.

Baja densidad.

3333CASOCASOCASOCASO DEDEDEDE INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN 2222

MORTEROMORTEROMORTEROMORTERO CONCONCONCON MOLIDOMOLIDOMOLIDOMOLIDO DEDEDEDE RESTOSRESTOSRESTOSRESTOS DEDEDEDE CANTERÍACANTERÍACANTERÍACANTERÍA DEDEDEDE

PIZZARAPIZZARAPIZZARAPIZZARA

Baja densidad.

Baja resistencia y fractura frágil.

Elevado coeficiente de absorción.

Las partículas más pequeñas pueden reaccionar

con los productos de hidratación del cemento.

2222....---- POSIBLESPOSIBLESPOSIBLESPOSIBLES USOSUSOSUSOSUSOS::::

Pasta niveladora.

Capa de regulación.

Sustrato para la colocación de pavimentos.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

MORTERO CON RESTOS DE PIZZARA

Baja densidad (1.7-2.0 g/cm3)

Elevada fluidez sin segregación de las partículas. (250-300 mm de

diámetro en la prueba de flujo).

Aditivos en polvo para su fabricación en mezcla seca.

Resistencia a compresión moderada (10 MPa).

Baja retracción (< 0.2 mm/m).

33333333....----DEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓN DEDEDEDE LOSLOSLOSLOS

PARÁMETROSPARÁMETROSPARÁMETROSPARÁMETROSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOS::::

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

MORTERO CON RESTOS DE PIZZARA

Fig. 4

3333Composición:

Ligante: cemento y polvo de pizarra (1:3)

Arenas: silícea y pizarra granulada (T máx 4-5 mm).

Aditivos: Metil-celulosa (retenedor de agua) y resina (PVA).

Fibra de vidrio AR (Anticrack HD, Vetrotex).

Primera etapa: obtener la fluidez y resistencia requeridas.

Segunda etapa: controlar la retracción y segregación.

4444....---- PROGRAMAPROGRAMAPROGRAMAPROGRAMA EXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTAL::::

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

MORTERO CON RESTOS DE PIZZARA

Fig. 5Fig. 6

Esta investigación se realizó con un equipo de investigación interdisciplinario de

ingenieros industriales, agrónomos y arquitectos, y se llevo a cabo por una

empresa que recicla papel.

OBJETIVOOBJETIVOOBJETIVOOBJETIVO:::: “Inclusión de lodos de destintado de papel prensa como árido ligero

en un mortero de proyección ensacado”

4444CASOCASOCASOCASO DEDEDEDE INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN 3333

RESIDUOSRESIDUOSRESIDUOSRESIDUOS DEDEDEDE PAPELPAPELPAPELPAPEL RECICLADORECICLADORECICLADORECICLADO ENENENEN MORTEROMORTEROMORTEROMORTERO DEDEDEDE

PROYECCIÓNPROYECCIÓNPROYECCIÓNPROYECCIÓN

1.1.1.1.----CARATERISTICAS DEL RESIDUO:CARATERISTICAS DEL RESIDUO:CARATERISTICAS DEL RESIDUO:CARATERISTICAS DEL RESIDUO:

Baja densidad.

Compuesto por celulosa, calcita y tintas.

Presentación en forma de pasta húmeda (40% del peso es agua).

Tamaño de partícula heterogéneo.

Baja temperatura de combustión.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

MORTERO CON RESTOS DE PIZZARA

Fig. 7

2222....---- POSIBLESPOSIBLESPOSIBLESPOSIBLES USOSUSOSUSOSUSOS::::

Capa de aislamiento térmico en cámara.

Mantenimiento de taludes (puede

incorporar semillas para fijación permanente

del terreno).

4444

3333....----DEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓNDEFINICIÓN DEDEDEDE LOSLOSLOSLOS PARÁMETROSPARÁMETROSPARÁMETROSPARÁMETROS

TECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOS::::

Fig. 9 Fig. 10

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

MORTERO CON RESTOS DE PIZZARA

TECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOSTECNOLÓGICOS::::

Fácilmente proyectable con maquinaria convencional.

Baja producción de polvo.

Bajo índice de rebote.

Baja densidad. (0.7 g/cm3).

Baja conductividad térmica.

Incombustible por debajo de 500ºC.

Permite la inclusión de semillas de césped.

Fig. 8

Fig. 12

Fig. 11

Tratamiento térmico del residuo para secado, posterior desmenuzado y

tamizado (clasificación homogénea). Tamaño máximo del producto 8mm.

Mezcla seca del residuo y cemento:

Inclusión de ligante no acuoso (aceite mineral). (Un mortero rociado de este

tipo por lo general es aplicado con una bomba seca y el agua necesaria es

añadida en el inyector de rocío).

Medida de las propiedades físicas y mecánicas del mortero proyectado:

Conductividad térmica, combustión y adherencia.

44444444....---- PROGRAMAPROGRAMAPROGRAMAPROGRAMA EXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTALEXPERIMENTAL::::

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

MORTERO CON RESTOS DE PIZZARA

Fig. 13

En los tres programas experimentales se siguen las directrices generales de

investigación.

Los tres residuos utilizados cumplen con los criterios básicos descritos (bajo

costo, disponibilidad, su reciclaje debe ser alto valor añadido, y no son tóxicos o

peligrosos).

Las propiedades de los compuestos son consecuencia de las características de

los residuos.

En todos los casos, la inclusión del residuo modifica las propiedades

tecnológicas del compuesto, mejorando el funcionamiento tecnológico en fresco y

CONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES DEDEDEDE LALALALA INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN::::

tecnológicas del compuesto, mejorando el funcionamiento tecnológico en fresco y

en estado endurecido, de acuerdo a la aplicación propuesta.

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

CONCLUSIONES

CONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES PERSONALESPERSONALESPERSONALESPERSONALES::::

La incorrecta gestión de los residuos ha

provocado un fuerte deterioro ambiental y

paisajístico.

El adecuado manejo y reutilización de los

materiales de desecho tiene un alto valor ecológico

y económico, que además replantea un

comportamiento social de concientización

ambiental.

Las nuevas investigaciones que incorporan

materiales de desecho no solo proponen una

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

CONCLUSIONES

materiales de desecho no solo proponen una

arquitectura sostenible, si no una nueva forma de

construir arquitectura, modificando y

perfeccionando las capacidades y propiedades de

dichos compuestos.

REFERENCIASREFERENCIASREFERENCIASREFERENCIAS

BARLUENGA, Gonzalo. HERNÁNDEZ, Francisco ”EXPERIMENTAL

APPROACH TO THE USE OF RECYCLED

MATERIALS IN MORTAR AND CONCRETE FOR ARCHITECTURAL

APPLICATIONS” Articulo científico. Universidad Politécnica de Madrid. España

Figuras 1,2,4,5,6,13.

http://www.rilem.net/

Ficha de la celulosa www.climacell.de (Fig. 7 a la 12)

www.ecohabitar.org

www.cait.rutgers.edu/finalreports/FHWA-NJ-2000-003.pdfhttp://www.ichasfalto.cl/noticias.php?id=12 (Fig. 3)

Materiales de Última Generación y Materiales Eficientes

REFERENCIAS

http://www.ichasfalto.cl/noticias.php?id=12 (Fig. 3)

AVILÉS, Pedro. “Hormigones y Caucho; Posibilidades Generales para el

Reciclaje de Neumáticos Usados”. Documento de análisis académico.

Universidad de Alcalá de Henares, Materia: Materiales de última generación y

materiales eficientes. Curso 2006-2007.

Aguilera, Andrea. " RECICLAJE DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y

DEMOLICIÓN

Y SU APLICACIÓN A NUEVOS MATERIALES”. Documento de análisis

académico. Universidad de Alcalá de Henares, Materia: Materiales de última

generación y materiales eficientes.