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UNIVERSIDAD DEL ZULIA
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DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
REVIST
A TÉCNICAREVISTA TÉCNICA
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
VOLUMEN 43
SEPTIEMBRE - DICIEMBRE 2020
NÚMERO 3
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 3, 2020, Septiembre-Diciembre, pp. 114 - 176
Edison Javier Lara Guerrero , David Patricio Guerrero Cuasapaz , Byron Iván
Altamirano León
Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería Civil, Av. Rumichaca Ñan y Av. Moran Valverde, Casilla
17-12-536, Quito-Ecuador
*Autor de correspondencia: dguerrero@ups.edu.ec
https://doi.org/10.22209/rt.v43n3a03
Recepción: 18/09/2019 | Aceptación: 29/06/2020 | Publicación: 01/09/2020
La problemática en la disposición de residuos de caucho crea la necesidad de proponer nuevas alternativas, el
enfoque es la mitigación del impacto ambiental generado por la contaminación de los neumáticos, aprovechando este
material reciclado se propone la utilización en materiales para la construcción. La investigación consiste en el diseño y
elaboración de un bloque de concreto prototipo utilizando partículas de caucho, para diferentes porcentajes de sustitución
B, propuesto en la norma NTE INEN 3066 2016-11. Lo propuesto, es la sustitución de porcentajes (10%, 15% y 20%) en
alternativa es viable bajo los parámetros antes mencionados; por lo tanto, el bloque de concreto con partículas de caucho
del 20% de sustitución mostró una resistencia neta mínima a la compresión simple 3,69 MPa cumpliendo con lo establecido.
El precio del bloque de concreto prototipo con partículas de caucho del 20% de sustitución resulta más económico que un
bloque convencional tipo B propuesto en esta investigación.
bloque prototipo; caucho reciclado; concreto; resistencia a la compresión.
The problem in the disposal of rubber particles, creates a necessity to propose new alternatives to approach the
mitigation of the environmental impact generated by the contamination of tires. In this sense, taking advantage of this
recycled material is proposed for use in construction materials. This investigation consists in the design and elaboration
similar technical and economic characteristics of a conventional type B concrete block, proposed in the standard NTE INEN
particles product of the crushing of tire. The results show that the alternative is viable under the parameters mentioned
above; therefore, the concrete block with 20% rubber particles showed a minimum net compression strength of 3.69 MPa
complying with the established. The price of the prototype concrete block with 20% rubber particles is cheaper than a
conventional block type B proposed in this research.
prototype block; recycled rubber; concrete; compression resistance.
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Influencia de las partículas de caucho
El incremento de la población genera mayor
solicitación de viviendas tanto en el sector rural y urbano
generando demanda de materiales para la construcción.
Las diferentes técnicas de construcción nacen
por la gran necesidad de aprovechar los elementos que
se encuentran en nuestro alrededor, mejor cuando estos
están causando un impacto ambiental como son los
neumáticos de un vehículo; por tal razón en los últimos
años se ha observado como los profesionales de la
construcción incluyen ciertos elementos a los materiales
construcción.
La cantidad de vehículos en circulación se
incrementa año a año, en consecuencia, se genera
subproductos derivados de los vehículos, tal es el caso de
los desechos que provienen de procesos mecánicos del
recauche de los neumáticos [1].
El problema ambiental de los desechos de
llantas se genera por el escaso conocimiento de planes de
gestión de residuos, tanto por temas culturales como por
la falta de políticas gubernamentales que intervienen en
empresas privadas, investigaciones sobre la reutilización
En el Ecuador, ante la falta de la aplicación de una
medida política, que indique qué hacer con los neumáticos
que dejan de ser útiles para circular, el Ministerio del
Ambiente del Ecuador (MAE) puso en marcha el Plan de
reducir la contaminación ambiental que el producto causa,
el Acuerdo Ministerial de 1998, que en su parte pertinente
dispone que los comerciantes de llantas deben recuperar
el 30% de su mercado.
El estado considera a los neumáticos como
desechos especiales, debido a que su combustión produce
de epidemias trasmitidas por mosquitos [2].
Debido a esto se hace necesario generar ideas
que permitan dar soluciones a este tipo de problema,
como es el aprovechamiento de incluir partículas de
caucho triturado de neumáticos vehiculares a los bloques
de concreto de esta manera lograr minimizar el impacto
ambiental e incrementar las ganancias al producir estos
especímenes.
En la investigación realizada por Torres [3], “Se
concluyó que la resistencia mecánica (compresión) se
redujo con los tres porcentajes en volumen adicionado de
residuos de caucho. Se valoran las propiedades mecánicas
del concreto cambiando en un 10%, 20% y 30% el volumen
Por otra parte, en la investigación realizada por
Bastidas P. y Viñán M. [4], “La resistencia a la compresión
alcanzada a los 28 días de las mezclas de concreto
referentes al tamaño de partículas de caucho que pasan
por el tamiz N°16, N°30 y N°50 fueron 69,95%, 82,65% y
80,36% con respecto a la mezcla convencional de concreto
que obtuvo el 100% de resistencia a compresión con la
cual fue diseñada la mezcla; por lo tanto la mezcla que
mejor comportamiento tuvo fue el concreto elaborado con
que la cita de esta investigación es para aprovechar los
resultados obtenidos de las partículas donde se obtuvo la
mejor resistencia.
La investigación de Nazer A. et al [1] indica que
que el concreto testigo presentó el mejor comportamiento
evidente la viabilidad de fabricar concretos que posean
una adecuada resistencia a la compresión con la inclusión
partículas de neumáticos que se encuentran fuera de uso.
la adición del caucho granulado proveniente de los
la fabricación de bloques huecos de concreto, a través
de ensayos destructivos y no destructivos, indica que
la adición de caucho hasta en un 20% no presentan
tradicional. Por otra parte, el módulo de rigidez dinámico
disminuye a mayor adición de caucho granulado, además el
caucho granulado en el concreto ofrece mayor aislamiento
acústico y térmico [5].
Otro ejemplo claro es lo recuperado de una
pista de aterrizaje producto de la fricción del neumático
una mezcla asfáltica que utiliza asfalto AC-20 [6].
partículas de neumáticos fuera de uso y el concreto,
disipación de energía elástica, lo que redundaría en una
Este artículo de investigación se elaboró con la
las partículas de caucho provenientes de neumáticos
La investigación se realizó en la ciudad de
Quito, provincia de Pichincha, Ecuador. Las partículas de
caucho utilizadas para este trabajo fueron recolectadas
en Durallanta al sur de la cuidad, el análisis de las
Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad
Politécnica Salesiana.
Se realizaron tres tipos de mezclas de concreto
con tamaños de partículas de caucho retenidos en
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Guerrero y Col.
los tamices (ver Tabla 1) y una mezcla convencional
(Resistencia neta mínima a la compresión en bloques de
concreto tipo B promedio resistencia neta mínima = 4,0-
3,5 MPa).
Tamices utilizados en el cribado del caucho.
Tamiz ASTM (#) Tamaño de partículas (mm)
4 4,760
8 2,380
10 2,000
12 1,700
16 1,190
30 0,596
El cemento que se utilizó es de la marca
ARMADURO®, Tipo IP (uso general) ASTM C 595, con una
densidad de 3.1 g/cm
3
, en concordancia con la norma NTE
3
[8]
Para la mezcla se utilizó agua potable a
temperatura ambiente (13 °C - 23 °C).
Se utilizaron materiales pétreos provenientes
de la cantera de Pifo, Provincia de Pichincha norma NTE
INEN 696 (ASTM C 136-06). [9]
gruesos se realizó bajo la norma NTE INEN 872 (ASTM C
Este ensayo se realizó para determinar el color,
en base de las impurezas orgánicas que contiene el árido
(ASTM C 94, ICONTEC 3318) [11].
Este ensayo se realizó bajo los parámetros de la
norma NTE INEN 858 (ASTM C 29-09) indicados en Tabla
material grueso [12].
Caracterización de los Agregados.
Propiedad
Agregado
no
Agregado
grueso
Módulo de nura 3,01 *
Tamaño máximo nominal (mm) 4,76 19,05
Porcentaje de Abrasión (%) * 32,6
P. Unitario Compactado (kg/m3) 1640 1440
P. Especíco Sólidos (kg/m3) 2660 2650
Contenido de Humedad (%) 7,24 1,44
Porcentaje de Absorción (%) 6,30 2,67
Este ensayo se fundamenta en la norma NTE
INEN 856, 857 (ASTM C 128-07a, ASTM C127-07) donde
describe la determinación de la densidad relativa y
Pasos para el proceso de reciclado Durallanta:
En este primer paso el técnico realiza una
inspección más rigurosa, determinando daños severos en
mismo.
En este paso, se retira el piso remanente del
neumático (ver Figura 1), con equipos de precisión se
prepara la llanta para recibir la banda apropiada según las
Máquina de aspas para el proceso de raspado.
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Influencia de las partículas de caucho
En este paso todas las partículas provenientes
del raspado de los neumáticos se recolectan mediante
conductos impulsados por una bomba de aire hacia la
zona de recolección (ver Figura 2), donde se encuentra
la materia prima que se utiliza para la elaboración de los
bloques prototipo.
La mezcla para el concreto convencional se
realizó de acuerdo con el A.C.I.211 Esta norma utiliza
las propiedades de los agregados y la resistencia a la
compresión requerida [14].
Para la elaboración de los bloques prototipos de
mm requerido por la norma NTE INEN 3066 (ASTM C 90).
El muestreo de los bloques prototipos de
concreto se realizó bajo la norma NTE INEN 2859-1 (ISO
2859-1); para determinar el asentamiento de la mezcla se
utilizó el cono de Abrams NTE INEN 1778, cuyo valor sirve
para medir la trabajabilidad de la mezcla [15].
El procedimiento de curado en la fábrica, es
mantener los bloques durante los primeros siete días en
las condiciones de humedad, mojándolos en la mañana y
en la tarde, cubriéndolos del sol con una manta húmeda
de algodón.
Una forma de curar los bloques es rociarlos
con agua, utilizando mangueras (preferiblemente con
atomizador) de manera que no se sequen en ningún
momento. Otra forma de curarlos es recubrirlos
con brines o mantas de algodón que sean mojadas
permanentemente, o con láminas de plástico que formen
un ambiente hermético que evite la pérdida de humedad
por evaporación. La cobertura con plásticos negros y
siempre que los bloques se mantengan húmedos [16].
La obtención de las partículas de caucho para
los bloques prototipo, se realizó con los tamices que se
material pasante del tamiz N°10 y retenido en el tamiz
N°12, N°16, N°30 (ver Figura 3), se realizó esto para
Tamaño de partículas de caucho retenido tamiz
N°12, N°16, N°30 (ver Tabla 1).
Con estas partículas de caucho reciclado después
de realizar el análisis granulométrico (ver Figura 4), se
fabricaron los prototipos, sustituyendo el volumen del
agregado fino por partículas de caucho retenidos por los
tamices anteriormente descritos.
Curva granulométrica del caucho reciclado.
Ensayo de compresión realizado a la edad
28 días, para este propósito se ensayaron tres bloques
convencionales tipo B no estructural y 40 bloques
prototipo.
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Guerrero y Col.
Los bloques de concreto convencionales tipo
B no estructurales y los bloques de concreto prototipo
para el ensayo a la compresión simple han sido unidades
enteras donde su área neta se puede determinar mediante
el procedimiento descrito en el numeral D.5.5 de la norma
NTE INEN 3066 para el ensayo a la compresión simple. Se
debe considerar el área neta de los especímenes enteros,
para luego obtener el esfuerzo promedio de la mezcla
convencional y mezclas con colocación de caucho; este
norma NTE INEN 3066. El nivelado de los especímenes fue
realizado de acuerdo a la norma NTE INEN 2619 (ASTM C
1552-09a) [15].
Los áridos del Sector de Pifo seleccionados para
esta investigación no se encuentran dentro de la faja NTE
INEN 872. [10], para lo cual se tuvo que utilizar el método
de FULLER THOPSON [14], para el ajuste de la curva
granulométrica y estimar el contenido de arena y grava
dando como resultado el 51% de grava y 49% de arena,
es un agregado con un mayor porcentaje de partículas
gruesas, esto afecta la demanda de agua y la trabajabilidad
del concreto, sin embargo, la variación referente a la
norma no es significativa para descartar el uso de este
material.
En el análisis de impurezas orgánicas en la
norma NTE INEN 855 en el agregado fino se visualizó un
color amarillento claro, puede usarse en concretos de alta
resistencia [11].
La dosificación o proporción del material tuvo
una relación de 1:7:7 (cemento - árido grueso - árido fino)
en volumen. Se variaron los porcentajes de sustitución de
las partículas de caucho reciclado de la siguiente manera;
10%, 15% y 20% en volumen por áridos fino.
Para el cálculo volumétrico de diseño de la
mezcla se tomó como referencia el volumen de un saco
de cemento de 50 kg mediante el uso de un recipiente de
acero diseñado de 0,045 m
3
para el efecto, en la que fue
necesario graduarla en su parte interior y poder calcular
los porcentajes de las partículas de caucho reciclados para
realizar la preparación de la mezcla, previa la elaboración
de los bloques de concreto.
La Tabla 3 muestra las cantidades de los
materiales necesarios para la mezcla de concreto. Para esta
dosificación, se necesitan 5,6 recipientes de volumen de
árido fino por cada saco de cemento, ya que se sustituyó el
20% obteniendo un valor de 1,4 recipientes de partículas
de caucho para la elaboración de los bloques prototipos.
Dosificación en volumen utilizada para la
elaboración del bloque prototipo utilizando el 20% de
partículas de caucho en sustitución por áridos finos.
Material m
3
L Recipiente Cemento
Cemento 1 Saco
Arena 0,252 5,6
Grava 0,315 7
Agua 0,048 48,00
Recipiente de
caucho 20%
0,063 1,4
Nota: Recipiente de
0,045 m
3
El mezclado se realizó de manera mecánica
a través de una mezcladora industrial de 0,70 m
3
de
capacidad adquirida por la fábrica donde se elaboraron
los bloques prototipo.
Una vez mezclados los materiales, se procede a
colocar en la máquina vibradora o bloquera. La duración
del vibrado, así como la potencia del motor de la máquina
vibradora son factores que influyen notablemente en
vibración por molde).
Cuando se coloca la mezcla de concreto en
la bloquera, ésta se compacta y se consolida a base de
presión y vibración controladas (ver Figura 5). El método
de llenado se debe realizar en capas y con la ayuda de una
pala se puede ir acomodando la mezcla.
Máquina vibradora o bloquera.
El análisis del comportamiento a la compresión
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Influencia de las partículas de caucho
de los bloques de concreto convencional y prototipos con
partículas de caucho 10%, 15% y 20%, se ensayaron a los
28 días de su elaboración.
En la Tabla 4 se muestra el esfuerzo promedio a
la compresión de las cuatro muestras elaboradas.
Resistencia a la Compresión de Bloques.
Muestra
Edad
(días)
Bloque
Convencional
tipo b (MPa)
Bloque
prototipo
10%
(MPa)
Bloque
prototipo
15%
(MPa)
Bloque
prototipo
20%
(MPa)
1 28 6,24 5,24 4,89 3,92
2 28 5,52 5,19 5,22 3,41
3 28 5,77 5,08 5,09 3,79
Promedio
28 5,84 5,17 5,06 3,71
El bloque convencional sin adición de polvo
de caucho diseñado y elaborado en la fábrica alcanzó
una resistencia promedio de 5,84 MPa se observó que
la resistencia promedio de los bloques prototipos con
partículas de caucho del 10%, 15% y 20% es de 5,17 5,06
y 3,71 MPa respectivamente (ver Figura 6), entonces se
eligió el bloque prototipo que tiene el 20% de partículas
de caucho (mayor aprovechamiento de partículas) y
cumple con la resistencia establecida para un bloque tipo
B no estructural para mampostería que se está planteando
en esta investigación.
Resistencia a la compresión simple.
La sustitución del agregado fino con las partículas
de caucho que tiene densidad y resistencia menor al árido
fino hace que las características mecánicas del concreto
disminuyan (ver Figura 7), por tanto, la resistencia de
un material compuesto como el concreto, depende de la
resistencia de sus componentes [17].
Bloque prototipo ensayo de compresión.
La disminución de resistencia a la compresión
a los 28 días de edad de los diferentes tipos de bloques
ensayados con los porcentajes del 10%, 15% y 20% de
partículas de caucho fueron 11,46%, 13,29% y 36,55%,
respectivamente (ver Figura 8), con respecto al 100% de
la resistencia alcanzada por el bloque convencional.
Disminución de la resistencia respecto al
bloque convencional tipo B no estructural.
Una vez identificado el porcentaje óptimo
que cumple con la resistencia a la compresión simple
se obtuvo una población de 70 especímenes, para ello
se tomó una muestra con más del 50% según L. P. J.
Puerto [18], cuando no hay investigaciones realizadas
anteriormente al tipo de tema que se está realizando
se debe colocar 50% de proporción deseada y 50%
de proporción no deseada. Entonces se verificaron 40
bloques prototipos en dimensiones, aspectos visuales y
resistencia a la compresión simple, a fin de determinar los
datos probabilísticos del prototipo.
Este tipo de población se considera finita. La
población finita según R. Tulio [19], los elementos en su
totalidad son identificables por el investigador, desde
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Guerrero y Col.
el punto de vista del conocimiento que se tiene sobre la
cantidad total, es decir cuando el investigador cuenta
con el registro de todos los elementos que conforman la
investigación en estudio.
Al analizar estos datos obtenemos los siguientes
resultados para la resistencia media un valor de 3,7 MPa
y una desviación estándar de 0,35 esta es una medida del
grado de dispersión de los datos analizados con respecto
al valor promedio entonces interpretamos que el grado de
dispersión es menor a 1; como se indica en la Figura 9,
entonces estos datos son confiables para la investigación
propuesta según R. Tulio [19].
Campana de Gauss distribución normal.
Al determinar la campana de Gauss el resultado
de los 40 especímenes es del 51,85% del total de las
muestras ensayadas que se encuentran dentro de la
resistencia buscada (3,5 - 4,0) MPa.
Los costos obtenidos para la fabricación del
bloque convencional tipo B no estructural y un bloque
de concreto prototipo sustituyendo partículas de caucho
al 20%, con la dosificación establecida 1:7:7, y 1:7:5,6
respectivamente se resume en lo siguiente:
En la Figura 10 se presenta el costo de
elaboración del bloque convencional tipo B tiene un valor
de $ 0,39 USD (dólares estadounidense) y el costo del
bloque prototipo es de $ 0,38 USD.
Costo de bloques.
Como podemos evidenciar el costo del bloque
convencional tipo B es superior al prototipo, esto se
debe a que se reemplazó el material fino por partículas
de caucho obteniendo así el ahorro de un centavo de
dólar. Para la presente investigación se obtuvo un lote
de 70 especímenes dando como resultado un ahorro
indicado anteriormente, por lo tanto se evidencia que
en la producción diaria se estima la utilización de 80
sacos de cemento en consecuencia se obtendrá 5600
blocks, es decir, la producción anual de blocks será
de 2 044 000 especímenes, dando como resultado un
ahorro en la producción anual correspondiente a $ 20
440 dólares americanos. El ahorro económico anual
es muy significativo, pues incentiva incrementar la
producción para lograr mayor utilidad en la Empresa
Ecuatoriana, además de contribuir indirectamente con
la descontaminación ambiental bajando el índice de
impacto ambiental que provoca el caucho en su proceso
de descomposición.
El uso de las partículas del caucho reciclado
retenido en los tamices N°12, N°16 y N°30 fue para
fábrica de Durallanta y contribuir a disminuir el impacto
ambiental que actualmente se registra en la ciudad.
El bloque de concreto convencional tipo B
sometido al ensayo de compresión simple tuvo un
desempeño de (5,84MPa) para la cual fue diseñada,
el bloque prototipo con sustitución de partículas de
caucho del 10 %, 15 % y 20% fue de 5,17 5,06 y 3,71
MPa respectivamente, por tanto, el bloque de concreto
prototipo utilizando el 20% de sustitución partículas de
caucho fue el escogido por que cumple con la resistencia
a la compresión neta mínima de la norma NTE INEN 3066
requerida en esta investigación.
La disminución de resistencia a la compresión
a los 28 días de edad del bloque de concreto prototipo
ensayado con 20% de partículas de caucho fue de
36,55% (3,71MPa), con respecto al 100% (5,84MPa)
de la resistencia alcanzada por el bloque de concreto
convencional tipo B, a pesar de que se dió esta reducción,
el bloque prototipo está dentro de la resistencia requerida.
Se obtuvo una desviación estándar de 0,35 y
coeficientes de variación menores a 1 para todas las
variables, lo que significa que los resultados fueron
homogéneos y con un grado de dispersión bajo. Por lo
que se determina que el porcentaje óptimo de partículas
de caucho, es del 20 % respecto al volumen de árido
fino utilizado en la mezcla, y se logró la resistencia a la
compresión deseada para la investigación.
Dentro del análisis de precios unitarios para
elaboración de los bloques de concreto convencionales
y prototipo, se tiene que el bloque prototipo es más
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 43, No. 3, 2020, Septiembre-Diciembre, pp. 114 - 176
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Influencia de las partículas de caucho
económico, esto se debe a que se reemplazó un porcentaje
del árido fino por las partículas de caucho por árido fino
obteniendo un valor inferior en ese rubro. El resto de los
materiales, mano de obra y equipo son similares.
El precio unitario de bloque de concreto
convencional tipo B para la dosificación planteada tiene
un mayor valor en el mercado, mientras que el prototipo
tiene un menor valor; la factibilidad, la relación entre
anteriormente, el análisis de precios unitarios se concluyó
finalmente que hay un ahorro económico del bloque de
concreto prototipo con 20% de partículas de caucho con
respecto al bloque convencional tipo B.
Finalmente, en esta investigación se demostró
que el bloque prototipo cumple la norma NTE INEN 3066,
también ayuda a mitigar el impacto ambiental producido
por la contaminación de los neumáticos vehiculares
desechados.
Los autores agradecen a la Universidad
Politécnica Salesiana (Quito-Ecuador) en particular al
Laboratorio de Ensayo de Materiales por el apoyo y
gestión realizado en beneficio del avance académico de
nuestra Carrera de Ingeniería Civil.
[1] Nazer A., Honores A., Chulak P. y Pavez O.: “Hormigón
sustentable basado en fibras de neumáticos fuera de
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investigación, de Técnicas de análisis y aspectos
165-167.
REVISTA TECNICA
DE LA FACULTAD DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
www.luz.edu.ve
www.serbi.luz.edu.ve
www.produccioncientica.org
Esta revista fue editada en formato digital y publicada el
31 de Agosto de 2020, por el Fondo Editorial Serbiluz,
Universidad del Zulia. Maracaibo-Venezuela
Vol. 43. N°3, Septiembre - Diciembre 2020 pp. 114 - 176______
