Evaluación de comportamiento mecánico de adoquines modulares fabricados con adiciones de grano de caucho reciclado y fibras de cáscara de coco
Actualmente, la deficiente gestión de los residuos de llantas de vehículos representa un desafío ambiental significativo. En Colombia, se importan anualmente 1.350.000 llantas, pero solo el 29 % de estas son reencauchadas, mientras que cerca de 958.500 llantas usadas terminan desechadas en las calle...
- Autores:
-
Molina Castro, Elian
Alfonso Rojas, Francisco Javier
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad de Ibagué
- Repositorio:
- Repositorio Universidad de Ibagué
- Idioma:
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- oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/4533
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12313/4533
- Palabra clave:
- Adoquines modulares - Comportamiento mecánico
Adoquines
Mortero
Construcción
Medio ambiente
Mechanical behavior
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Recycled rubber crumb
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Actualmente, la deficiente gestión de los residuos de llantas de vehículos representa un desafío ambiental significativo. En Colombia, se importan anualmente 1.350.000 llantas, pero solo el 29 % de estas son reencauchadas, mientras que cerca de 958.500 llantas usadas terminan desechadas en las calles y rellenos sanitarios (DIAN, 2020, como se citó en Guzmán Almanza & Gutiérrez Saavedra, 2021). Este problema no solo se refiere a la cantidad de llantas desechadas, sino también al destino final de estos residuos, ya que muchas veces terminan en vertederos o son quemadas, lo que genera contaminación y riesgos para la salud pública (Arredondo Urueña, 2017). Según la Cámara de Comercio de Bogotá (2006), la producción de llantas usadas implica el uso de diversas materias primas y procesos industriales que requieren una variedad de insumos, como agua, energía, hidrocarburos, textiles, acero, azufre y pigmentos, lo cual inevitablemente causa un impacto ambiental. Además, estos residuos son difíciles de descomponer debido a su composición química y su tamaño, lo que resulta en una acumulación progresiva de desechos. En promedio, una llanta de automóvil nueva pesa 11,5 kg, pero después de su uso, su peso se reduce a 9,0 kg, perdiendo así aproximadamente 2,5 kg debido a la fricción. De manera similar, una llanta nueva de camión de carga pesa 54,5 kg, y tras su uso, su peso disminuye a 45,5 kg, resultando en una pérdida de aproximadamente 9,0 kg por fricción. Además, la fabricación de una llanta de automóvil requiere alrededor de 20 litros (1/8 de barril) de petróleo, mientras que una llanta de camión de carga necesita aproximadamente 80 litros (1/2 barril) de petróleo. |
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Molina Castro, E., & Alfonso Rojas, F.J. (2024). Evaluación del comportamiento mecánico de adoquines modulares fabricados con adiciones de grano de caucho reciclado y fibras de cáscara de coco. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4533 |
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Molina Castro, E., & Alfonso Rojas, F.J. (2024). Evaluación del comportamiento mecánico de adoquines modulares fabricados con adiciones de grano de caucho reciclado y fibras de cáscara de coco. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4533 |
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Según la Cámara de Comercio de Bogotá (2006), la producción de llantas usadas implica el uso de diversas materias primas y procesos industriales que requieren una variedad de insumos, como agua, energía, hidrocarburos, textiles, acero, azufre y pigmentos, lo cual inevitablemente causa un impacto ambiental. Además, estos residuos son difíciles de descomponer debido a su composición química y su tamaño, lo que resulta en una acumulación progresiva de desechos. En promedio, una llanta de automóvil nueva pesa 11,5 kg, pero después de su uso, su peso se reduce a 9,0 kg, perdiendo así aproximadamente 2,5 kg debido a la fricción. De manera similar, una llanta nueva de camión de carga pesa 54,5 kg, y tras su uso, su peso disminuye a 45,5 kg, resultando en una pérdida de aproximadamente 9,0 kg por fricción. Además, la fabricación de una llanta de automóvil requiere alrededor de 20 litros (1/8 de barril) de petróleo, mientras que una llanta de camión de carga necesita aproximadamente 80 litros (1/2 barril) de petróleo.This research focuses on evaluating the mechanical behavior of modular pavers made with volume substitution of fine aggregate by recycled rubber crumb (CR) in a proportion of 5% and volume addition of coconut fibers in proportions of 1%, 1.5%, and 2%, aiming to improve their physical-mechanical properties and contribute to sustainable waste management. The experimental and quantitative study was conducted under laboratory conditions, where ninety specimens were manufactured and distributed in five types of mixtures. Tests for water absorption, flexural strength, and compressive strength were conducted according to established technical standards. The results showed that the addition of these recycled materials improves the durability and strength of the pavers, with certain variations depending on the proportions used. The mixture with 1% coconut fiber and 5% RRC showed the best performance in terms of flexural strength and compression, suggesting an optimal combination for future applications in sustainable construction.PregradoIngeniero CivilIntroducción 1 1. Descripción del problema..... 2 1.1 Planteamiento del problema..... 2 1.2 Justificación..... 3 2. Objetivos...... 4 2.1 Objetivo general....... 4 2.2 Objetivos específicos..... 4 3. Marco de referencia...... 5 3.1 Antecedentes...... 5 3.2 Marco conceptual...... 8 3.3 Marco normativo ......13 4. Metodología...... 16 4.1 Naturaleza de la investigación..... 16 4.2 Fases de la investigación....... 16 5. Resultados y discusión..... 43 5.1 Análisis granulométrico del agregado fino (INV E – 213 – 13)...... 43 5.2 Densidad del agregado fino (NTC 237)...... 46 5.3 Presencia de impurezas orgánicas del agregado fino (INV E – 212 – 13)...... 46 5.4 Equivalente de arena del agregado fino (INV E – 133 – 13).... 47 5.5 Densidad del cemento hidráulico (NTC 221)..... 48 5.6 Dosificación de cantidades..... 48 5.7 Dimensionamiento final de adoquines..... 51 5.8 Absorción de los adoquines (NTC 2017)..... 54 5.9 Flexotracción de los adoquines (NTC 2017)..... 62 5.10 Resistencia a la compresión de los adoquines (INV E – 426 – 13)...... 67 5.11 Correlaciones entre resultados de las pruebas de laboratorio..... 75 6. Conclusiones y recomendaciones...... 78 6.1 Conclusiones...... 78 6.2 Recomendaciones..... 80 Referencias bibliográficas..... 83 A. Anexo: Fotografías..... 89 Lista de figuras Figura 1 Molde madera adoquín tradiciona.....19 Figura 2 Molde madera adoquín modular.....19 Figura 3 Diseño en SketchUp adoquín tradicional Tipo 1.....20 Figura 4 Diseño en SketchUp adoquín modular Tipo 2.....20 Figura 5 Diagrama de flujo para el análisis granulométrico del agregado fino.....22 Figura 6 Diagrama de flujo para determinar la densidad del agregado fino.....25 Figura 7 Diagrama de flujo para determinar el contenido de materia orgánica en la arena.....27 Figura 8 Diagrama de flujo para determinar el equivalente de arena.....27 Figura 9 Diagrama de flujo para determinar la densidad del cemento.....28 Figura 10 Nomenclatura para adoquines tradicionales.....37 Figura 11 Nomenclatura para adoquines modulares.....37 Figura 12 Diagrama de flujo para determinar la absorción de agua en adoquines.....38 Figura 13 Diagrama de flujo para determinar la resistencia a la flexotracción en adoquines.....39 Figura 14 Diagrama de flujo para determinar la resistencia a la compresión en adoquines.....40 Figura 15 Curva granulométrica del agregado fino.....44 Figura 16 Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano grueso (más de 50% retenido en la malla núm. 200).....45 Figura 17 Comparación entre la solución de color de referencia y la arena inmersa en hidróxido de sodio (3%).....46 Figura 18 Consolidación de resultados de absorción.....59 Figura 19 Absorción promedio de adoquines según el tipo de mezcla.....60 Figura 20 Diagrama de cajas y bigotes de resultados de absorción.....61 Figura 21 Consolidación de resultados de resistencia a la flexotracción.....64 Figura 22 Módulo de rotura promedio de adoquines según el tipo de mezcla.....66 Figura 23 Diagrama de cajas y bigotes de resultados de resistencia a la flexotracción.....67 Figura 24 Consolidación de resultados de resistencia a la compresión.....71 Figura 25 Resistencia a la compresión promedio de adoquines según el tipo de mezcla.....73 Figura 26 Diagrama de cajas y bigotes de resultados de resistencia a la compresión.....74 Figura 27 Correlación entre absorción de agua vs. resistencia a la flexotracción.....75 Figura 28 Correlación entre resistencia a la compresión vs. resistencia a la flexotracción.....76 Figura 29 Correlación entre resistencia a la compresión vs. absorción de agua.....76 Lista de tablas Tabla 1 Estructura química habitual de llantas radiales.....2 Tabla 2 Clasificación adoquines de concreto.....9 Tabla 3 Requisitos de resistencia a la flexotracción (módulo de rotura (Mr)).....15 Tabla 4 Requisitos de calidad para adoquines de concreto.....15 Tabla 5 Límites granulométricos del agregado fino.....25 Tabla 6 Requisitos de mortero de pega.....29 Tabla 7 Resultados análisis granulométrico del agregado fino.....43 Tabla 8 Porcentaje de gravas, arenas y finos.....43 Tabla 9 Valores de D10, D30 y D60.....44 Tabla 10 Características adicionales de la granulometría.....44 Tabla 11 Resultados densidad aparente del agregado fino.....46 Tabla 12 Lectura de arcilla para EA.....47 Tabla 13 Lectura de arena para EA.....48 Tabla 14 Resultados EA.....48 Tabla 15 Resultados densidad del cemento hidráulico.....48 Tabla 16 Datos iniciales para la dosificación de cantidades.....49 Tabla 17 Volumen y mortero requerido para cada tipo de mezcla.....49 Tabla 18 Volumen de mortero requerido.....49 Tabla 19 Dosificación 1:3 para 20 adoquines modulares testigos (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....49 Tabla 20 Dosificación 1:3 para 20 adoquines modulares (1.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR) .....50 Tabla 21 Dosificación 1:3 para 20 adoquines modulares (1.5 % Fib. Coco – 5.0 % GCR) .....50 Tabla 22 Dosificación 1:3 para 20 adoquines modulares (2.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR) .....50 Tabla 23 Cuadro resumen de dosificaciones 1:3 de mortero.....51 Tabla 24 Dimensiones finales adoquines tradicionales (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....51 Tabla 25 Dimensiones finales adoquines modulares (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....52 Tabla 26 Dimensiones finales adoquines modulares (1.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....52 Tabla 27 Dimensiones finales adoquines modulares (1.5 % Fib. Coco – 5 % GCR).....53 Tabla 28 Dimensiones finales adoquines modulares (2.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....54 Tabla 29 Absorción adoquines tradicionales (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....55 Tabla 30 Absorción adoquines modulares (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....55 Tabla 31 Absorción adoquines modulares (1.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....56 Tabla 32 Absorción adoquines modulares (1.5 % Fib. Coco – 5 % GCR).....57 Tabla 33 Absorción adoquines modulares (2.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....58 Tabla 34 Variables estadísticas de absorción de agua según el tipo de mezcla.....59 Tabla 35 Porcentaje de adoquines que cumplieron el ensayo de absorción según el tipo de mezcla.....60 Tabla 36 Módulo de rotura adoquines tradicionales (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....62 Tabla 37 Módulo de rotura adoquines modulares (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....62 Tabla 38 Módulo de rotura adoquines modulares (1.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....63 Tabla 39 Módulo de rotura adoquines modulares (1.5 % Fib. Coco – 5 % GCR).....63 Tabla 40 Módulo de rotura adoquines modulares (2.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....64 Tabla 41 Variables estadísticas de la resistencia a la flexotracción según el tipo de mezcla.....65 Tabla 42 Porcentaje de adoquines que cumplieron el ensayo de flexotracción según el tipo de mezcla.....66 Tabla 43 Resistencia a la compresión adoquines tradicionales (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....69 Tabla 44 Resistencia a la compresión adoquines modulares (0 % Fib. Coco – 0 % GCR).....69 Tabla 45 Resistencia a la compresión adoquines modulares (1.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR) .....70 Tabla 46 Resistencia a la compresión adoquines modulares (1.5 % Fib. Coco – 5 % GCR).....70 Tabla 47 Resistencia a la compresión adoquines modulares (2.0 % Fib. Coco – 5.0 % GCR).....71 Tabla 48 Variables estadísticas de la resistencia a la compresión según el tipo de mezcla.....72 Tabla 49 Porcentaje de adoquines que cumplieron el ensayo de compresión según el tipo de mezcla.....73 Lista de ecuaciones Ecuación 1 Porcentaje retenido (%R).....23 Ecuación 2 Porcentaje retenido acumulado (%RA).....23 Ecuación 3 Porcentaje pasa (%P).....23 Ecuación 4 Porcentaje de gravas.....23 Ecuación 5 Porcentaje de finos.....24 Ecuación 6 Porcentaje de arenas.....24 Ecuación 7 Coeficiente de uniformidad.....24 Ecuación 8 Coeficiente de curvatura.....24 Ecuación 9 Módulo de finura.....24 Ecuación 10 Densidad aparente del agregado fino.....26 Ecuación 11 Porcentaje de equivalente de arena......27 Ecuación 12 Porcentaje promedio de equivalente de arena......28 Ecuación 13 Densidad del cemento hidráulico......29 Ecuación 14 Volumen requerido para cada tipo de mezcla.....33 Ecuación 15 Masa de mortero requerida para cada tipo de mezcla.....33 Ecuación 16 Cantidad de cemento requerido para cada tipo de mezcla.....33 Ecuación 17 Cantidad de arena requerida para la mezcla M1 y M2.....34 Ecuación 18 Cantidad de arena requerida para la mezcla M3, M4 y M5.....34 Ecuación 19 Cantidad de agua requerida para cada tipo de mezcla.....34 Ecuación 20 Cantidad de GCR para las mezclas M3, M4 y M5.....34 Ecuación 21 Cantidad de fibra de coco requerida para la mezcla M3.....35 Ecuación 22 Cantidad de fibra de coco requerida para la mezcla M4.....35 Ecuación 23 Cantidad de fibra de coco requerida para la mezcla M5.....35 Ecuación 24 Porcentaje de absorción de agua en adoquines.....39 Ecuación 25 Resistencia a la flexotracción (módulo de rotura) en adoquines.....40 Ecuación 26 Área neta.....41 Ecuación 27 Relación aspecto.....41 Ecuación 28 Factor relación aspecto.....41 Ecuación 29 Resistencia a la compresión en adoquines.....42117 páginasapplication/pdfMolina Castro, E., & Alfonso Rojas, F.J. 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