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PRESENTADO POR

FECHA DE PRESENTACIÓN

Pereira, Septiembre 30 de 2005

Experiencia de Reciclaje en la Producción de Materiales de Construcción

Alejandro Salazar J.Profesor: Universidad del Cauca, ICESI, Javerina CaliGerente ECO-Ingeniería. alsaja@uniweb.net.co

QUINTO CONGRESO NACIONAL DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS SÓLIDOS

2

• “El mayor invento del siglo XIX

fue la invención del método para inventar”A.N. Whitehead

3

RESUMEN• Se pretende impulsar la utilización de materiales de

construcción no convencionales, buscando soluciones a problemas sentidos de la sociedad, como son: – la vivienda de interés social, – la construcción de la infraestructura básica para

almacenamiento y transporte de agua, – la evacuación de aguas servidas, – la construcción de vías, etc.

• Se pretende sustituir parcial o totalmente el consumo de materias primas escasas o ubicadas en sitios distantes, reduciendo el incremento de costos que ello conlleva.

• Así se contribuye a la innovación y al desarrollo, con el consecuente beneficio económico y alto impacto social y ecológico.

• Éstos materiales se llaman ECOMATERIALES.

4

EXISTE............

Necesidad de producir viviendas de interés social dignas, a precios competitivos y que respondan a las verdaderas

expectativas del usuario final

5

Desconocimiento• Sobre la existencia y uso de otros tipos de

cementos diferentes al Portland tipo 1, • Sobre del uso de adiciones cementantes

activas e inertes, • Sobre la posibilidad de elaborar

elementos de mampostería similares a los convencionales y de bajo costo a partir de residuos sólidos

EXISTE ............

6

Gran problema de disposición de los

residuos industriales y escombros de

construcción, lo cual causa un permanente

impacto ambiental

EXISTE .........

7

Gran problema de desempleo

No siempre se trasladan los beneficios que

obtienen los productores de insumos o los

constructores a los usuarios finales

EXISTE ........

8

POSIBILIDADES

9

ES POSIBLE ..........

Producir viviendas dignas a bajo costo y excelente

calidad, que respondan a las expectativas del

usuario final.

10

Producir y diseñar materiales a partir de los residuos de la zona :

–Residuos industriales–Plantas de tratamiento–Escombreras, Basuros.

ES POSIBLE ..........

Existen entidades que pueden hacer estos

diseños y empresas que pueden producir los

materiales

11

Reducir los costos de los

materiales existentes en el

medio y trasladar parte

de los ahorros al usuario final

ES POSIBLE ..........

12

ES POSIBLE ..........

Crear nuevas empresas con base en materiales y tecnologías innovadoras

para diseñar mezclas o sistemas constructivos o para que una

comunidad simplemente produzca sus propios materiales creando empleos,

rompiendo paradigmas sobre producción y distribución de materiales

13

PARA ABORDAR EL TEMALA CIENCIALA CIENCIALA CIENCIA

14

Disponibilidad de los

materiales en la corteza

terrestre

99,89%0,02%Carbón0,03%Azufre0,04%Estroncio0,04%Bario0,06%Flúor0,10%Manganeso0,10%Fósforo0,10%Hidrógeno

0,89%

0,40%Titanio2,00%Magnesio

3,00%Potasio3,00%Sódio4,00%Cálcio5,00%Hierro8,00%Aluminio

52,00%

27,00%Sílice47,00%47,00%Oxígeno

15

SUBDIVISION DE LOS MATERIALESAMORFOS

CRISTALINOS

ELEMENTOS

COMPUESTOS

IONICOS

METALICOS

COVALENTES

CERAMICOSMETALES

POLIM

EROS

16

PARA ABORDAR EL TEMALA TECNOLOGIA DEL

CONCRETOLA TECNOLOGIA DEL LA TECNOLOGIA DEL

CONCRETOCONCRETO

17

¿¿QUQUÉÉ ES EL CONCRETO?ES EL CONCRETO?

El concreto se ha definido (ASTM C-125), como un material compuesto que consta esencialmente de un medio pegante dentro del cual se embeben partículas o fragmentos de agregados. En los concretos de cemento hidráulico, el pegante esta formado por una mezcla de cemento hidráulico y agua. Los concretos de cemento hidráulico son los mas empleados en el mundo

18

Historia del ConcretoHistoria del Concreto• Los egipcios emplearon el yeso calcinado para

construir, los griegos y los romanos un Cemento de Caliza calcinada. El concreto romano se fabricó con ladrillos triturados aglomerados por un mortero de Cal-puzolana. El endurecimiento se producía por una muy lenta reacción química entre estos componentes en presencia de agua.

• A veces se incorporaban barras de hierro, como se hizo en los techos de los baños de Caracalla en Roma.

• Con la caída del Imperio Romano el Concreto cayó en desuso.

19

LOS LOS MATERIALES MATERIALES

PARA LA PARA LA CONSTRUCCICONSTRUCCIÓÓNN

• LOS CONGLOMERANTES– AÉREOS

• CALES• YESOS

– HIDRÁULICOS• CEMENTOS PORTLAND• OTROS CEMENTOS

• LAS ADICIONES– ACTIVAS – LAS

PUZOLANAS– INERTES

• LOS AGREGADOS– LIGEROS– NORMALES– DENSOS

• AGUA• LOS ADITIVOS

20

¿¿QUQUÉÉ ES EL CEMENTO?ES EL CEMENTO?

El cemento hidráulico esta definido por la norma ASTM C-219, como un cemento que fragua y endurece por interacción química con el agua y que es capaz de hacerlo bajo agua. El cemento Portland es el cemento hidráulico más importante.

21

LOS CEMENTOSLOS CEMENTOS

El Código Sismo Resistente NSR-98 define que los cementos aptos para preparar morteros y concretos, deben cumplir las siguientes normas: • NTC 121 y NTC 321 (ASTM C150) para

cementos portland, • ASTM C595 para cemento adicionado • NTC 4050 (ASTM C-91) para cemento de

mampostería

22

¿¿QUQUÉÉ SON LOS AGREGADOS?SON LOS AGREGADOS?

Los agregados están definidos por la norma ASTM C-125, como materiales granulados tales como: arena, grava, piedra triturada o escoria de altos hornos siderúrgicos, que usados con un medio cementante para formar concretos o morteros de cemento hidráulico.

23

FACTORES A TENER EN CUENTA PARA DISEÑAR

MEZCLAS DE AGREGADOS

24

CONCEPTO DE LOS ESPACIOS CONCEPTO DE LOS ESPACIOS VACVACÍÍOSOS

25

¿¿QUQUÉÉ SON LAS ADICIONES?SON LAS ADICIONES?Materiales naturales o artificiales de origen mineral, activos o inertes, incorporados al cemento en su fabricación o al concretos en su preparación. En este último se considera como un quinto elemento.

Las más conocidos son:

• Las Cenizas Volcánicas

• El Fly Ash• Ceniza de Cáscara

de Arroz• Polvo de Ladrillo• Escorias Siderúrgicas • Calizas

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ASTM C - 618La norma ASTM C-618 es la especificación más ampliamente utilizada. Abarca el uso de la ceniza volante, la puzolana natural o la adición mineral alconcreto. Define tres clases de puzolanas: N, F y C.

• La N son las puzolanas naturales o calcinadas: tierras diatomeas, sílice opalina y esquistos arcillosos; tobas, cenizas volcánicas y pumicitas; arcillas calcinadas.

• La F identifica a la ceniza volante de la combustión del carbón antracítico o bituminoso.

• La C es la ceniza volante puzolánica y cementante a la vez, producto de la combustión de carbón lignítico y subbituminoso.

27

DURABILIDAD DE MEZCLAS

28

Impacto de la Adición en la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado a la Intemperie

50,0

100,0

150,0

200,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d

7d

28d

45d

90d

Impacto de la Adición en la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido 7 días

75,0

125,0

175,0

225,0

275,0

325,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d

7d

28d

45d

90d

Impacto de la Adición en la Resistencia a Compresión a diferentes edades. Curado sumergido 28 días

75,0

125,0

175,0

225,0

275,0

325,0

375,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

% de Adición

Resi

sten

cia

a Co

mpr

esió

n (k

g/cm

2 )

3d

7d

28d

45d

90d

29

FIGURA 14: VOLUMEN DE POROS DE HORMIGONES ADICIONADOS CON ESCORIA SIDERÚRGICA

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0

Tipo de Concreto

% P

oros

idad C 28 + 0 i

C 28 + 17 iC 7 + 21 iC 0 + 28 i

PARÁMETROS DE CONTROL DE LA POROSIDAD

< 10 % Indica hormigón de buena calidad y compacidad 10% - 15 % Indica un hormigón de moderada calidad > 15 % Indica un hormigón de durabilidad inadecuada

FIGURA 15: % DE ABSORCIÓN PARA HORMIGONES ADICIONADOS CON ESCORIA SIDERÚRGICA EN FUNCIÓN DEL CURADO

0,0%1,0%2,0%3,0%4,0%5,0%6,0%7,0%8,0%9,0%

Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0

Tipo de Concreto

% A

bsor

ción C 28 + 0 i

C 28 + 17 iC 7 + 21iC 0 + 28 i

PARÁMETROS DE CONTROL DE LA ABSORCIÓN < 3 % Indica hormigón de buena calidad y compacidad 3 % - 5 % Indica un hormigón de moderada calidad > 5 % Indica un hormigón de durabilidad inadecuada

30100 - 1000

< 100 Despreciable

Coulombs pasados> 4000

2000 - 4000

Muy Baja

Penetrabilida del ion Cl-Alta

ModeradaBaja1000 - 2000

PENETRABILIDAD DE IONES CLORUROS

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Concreto 60 Concreto 40 Concreto 20 Concreto 0

Tipo de Concreto

Car

ga (C

)

C28 + 0i

C7 + 21i

C0 + 28i

31

Diseño de Mezclas con

y sin adiciones

días 1:2:3 (Vol) Esp. Libres 30% Eco-cemento

0 0,0 0,0 0,03 11,3 13,1 11,07 17,4 22,3 15,0

28 27,2 33,4 23,5Cemento (kg) 350,0 350,0 245,0

a/c 0,75 0,60 0,60Asentamiento (cm) 8,0 8,0 8,0

f'c (MPa)

Resistencia de

referencia: 21 Mpa

Resistencia V.S. Edad

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0 5 10 15 20 25 30

Días

Resi

sten

cia

en M

Pa

1:2:3 (Vol)

Esp. Libres

30% Eco-cemento

32

TECNOLOGÍAS DESARROLLADAS Y

APLICADAS EN EL MEDIO

33

TECNOLOGÍAS

• CONGLOMERACIÓN POR REACCIONES DE HIDRÓLISIS

• CONGLOMERACIÓN POR REACCIONES SÍLICO CALCÁREAS

• CONGLOMERACIÓN ACELERADA EMPLEANDO CO2 EN ESTADO SUPERCRÍTICO

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Escombros y residuos de construcción

PISOS

Residuos de Arcilla cocida TRITURACIÓNSECUNDARIA

LADRILLOS

PREFABRICADOS

MORTEROS

CONCRETOS

ACABADOS

Residuos Sólidos Industriales

C L A S I F I C A C I

Ó N

Y

P R E H O M O G E N I Z A C I

Ó N

TRITURACIÓNPRIMARIA

TEJAS

ELABORACIÓN

DE

PRODUCTOS

MOLIENDA

SECADO

Y/O

CALCINACIÓN

CLASIFICACIÓN

Y

HOMOGENIZACIÓN

DOSIFICACIÓN

Y

MEZCLADO

ARENAS

GRAVAS

ETAPAS PARA EL PROCESAMIENTO DE ESCOMBROS Y RESIDUOS

35

EXISTE ECOMAT

36

EXISTE ECOMAT

37

HECHOSDesde 1972 he participado en el diseño de materiales compuestos para uso en la construcción, optimizando la participación del cemento portland a través de la utilización de residuos sólidos industriales o escombros como matriz cementante o de relleno. Entre otros, se han utilizado:

– Escoria siderúrgica de alto horno, – Escoria de acería blanca y negra, – Residuos de la industria cerámica roja,– Cenizas de fondo y volantes de carbón y/o bagazo, – Cenizas volcánicas, cenizas de la borra del café,– Lodos de PTAR y de sucroquímicas

Algunos desarrollos o aplicaciones de los últimos 4 años son:

38

HECHOS• ECOMAT S.A. ha producido

cementantes utilizando residuos industriales y escombros. En los últimos 3 años se construyeron 320 casas de VIS, 150 apartamentos y se pavimentaron 11.188 m2 de calles. Los ahorros en obra fueron, en promedio, el 25 % del precio del cemento.

• Fabricación de elementos de mampostería, con: ceniza gruesa y fina de carbón, residuos de cerámica roja, lodos de papelera, escoria negra y blanca de acería, etc. Apoyo Colciencias, Universidad del Valle, Construir y CVC.

• Uso de los residuos sólidos de SIDELPA en la producción de ECO-materiales Fase I. La Fase II producirá agregados para bases de vías, arenas de construcción, un cementante blanco para uso en acabados.

• Durabilidad de concretos comerciales adicionados con escoria siderúrgicas. Estudio para 2 centrales de mezclas.

• Utilización de residuos de la fabricación de porcelanato y cerámica blanca en la producción de concretos comerciales. Cuenca Ecuador.

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0.40.099.6Eco-ladrillo

80.020.0Eco-concreto 21.0 MPa. 0.610.089.4Estucos

70.030.0Eco-concreto 17.5 MPa.

0.440.059.6Eco-bloque

0.535.264.3Eco-mortero bloque

0.440.858.8Eco-mortero ladrillo

0.658.840.6Eco-groutin

% Aditivo% Cemento

% EcomaterialConglomerante

DOSIFICACIONES DOSIFICACIONES

40

ALGUNAS OBRAS:

Contrato CORPORACION CONSTRUIR – FENAVIP. Diseño y optimización de mezclas para concretos,

morteros y elementos prefabricados. Proyecto Suerte

90 Desepaz Cali. Se construyeron 227 viviendas

utilizando adiciones.

Febrero 2001 – Octubre 2001

Casa modelo Urbanización casa Grande, Constructora

Prethel y González. Utilización de eco-bloques, eco-morteros, eco-groutin y

eco-concretos para estructura y losas de cimentación. 2002

41

PRODUCIENDO ECO-BLOQUES

42

PRODUCIENDO ECO-BLOQUES

43

CONSTRUYENDO CON ECO-BLOQUES, ECO-MORTERO, ECO-CONCRETO, ECO-GROUT

44

ALGUNAS OBRAS:Pavimento en Vijes, 1.678 m3 de

concreto preparados en obra, ahorro de $ 63’000.000 en mes y medio. Los

pavimentos terminados no presentaron fisuras pese a las condiciones

climáticas.Feb – Marzo 2003

45

Obra Plaza España y Balcones de Cataluña etapa I y II, 96 aptos. Constructora Bolivar- Muros y techos. Utilización de adición concreto para muros vaciados.May – Marzo 2005

ALGUNAS OBRAS:

46

Obra Plazuela del Sur II Etapa. 3 edificios de 8 pisos. Constructora Velkar. Utilización de Ecomortero, Eco-groutin,

Eco-concretoAgo – Nov 2004

ALGUNAS OBRAS:

47

Obra Jardín de las Casas. 96 casas II Etapa. Constructora Bolivar-Muros y

Techos Utilización de adición mortero, groutin y eco-concreto

Abril – Agosto 2004

ALGUNAS OBRAS:

48

PLANTA DE PRODUCCIÓN DE LADRILLOS CON BASE EN RESIDUOS

SÓLIDOS

49

PLANTA DE PRODUCCIÓN DE LADRILLOS CON BASE EN RESIDUOS

SÓLIDOS

50

Resistencia del Eco-Ladrillos v.s. % Cal

6,0

10,0

14,0

18,0

22,0

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

% Cal

Res

iste

ncia

a C

ompr

esió

n (M

Pa)

Res. Concreto

Escombro

Res. ladrillo

Esc - Esco. V

Esc - Esco. P

Esc. Carbón

Norma Colombiana: 8.0 MPa

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Utilización de la mezcla Cal-Fi-Ti-Ce, donde la mezcla de Cal-Ce esta constituida por cal hidratada de alta dispersión al 35% y una

mezcla de puzolana natural y puzolana de ceniza gruesa de carbón. En la construcción de esta casa no se utilizó cemento portland. La casa esta ocupada y se encuentra ubicada en una

zona exclusiva de alto precio. Sin embargo, el costo de construcción fue un 50% más económica que sí se hubieran

utilizado materiales convencionales. (Cortesía de SAYA Ingeniería)

52

CENIZA DE COMBUSTICENIZA DE COMBUSTIÓÓN DEL N DEL BAGAZO DE CABAGAZO DE CAÑÑAA

53

Morteros de ceniza de bagazo y cal sin cemento portland

Cumple norma ASTM C270 y el Código Colombiano Sismo -resistente titulo D, para tipo N (52 kg/cm2) y O (24 kg/cm2)

CENIZA PASA 100 - FINURA: 18% RETENIDO MALLA 325

Mezcla tipo % Agua Ceniza Cal Arena Fluidez Puc Ret . Agua F'c (kg/cm2)

Ceniza Cal

Ar/cte A/cte

lts kg kg kg % kg/cm3 % 7 días 28 días

80 20 5.41 0.55 380 552.7 138.2 911.2 114.5 1521.7 78.0 9.7 61.2

70 30 5.49 0.55 380 483.6 207.3 895.5 105.2 1508.8 82.9 11.4 70.5

60 40 5.36 0.55 400 436.4 290.9 863.0 113.5 1528.6 82.4 10.9 67.2

80 20 5.69 0.60 350 466.7 116.7 1037.0 105.0 1510.9 77.7 7.8 47.2

70 30 5.78 0.60 350 408.3 175.0 1021.9 104.0 1498.4 77.7 9.3 55.9

60 40 5.61 0.60 380 380.0 253.3 966.2 111.2 1519.2 84.0 7.9 58.1

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De estas experiencias mostradas, se han elaborado algunos interrogantes que presento a Uds. como conclusión momentánea de este esfuerzo. Algunos de los interrogantes son:

• ¿Cómo se esperaría fuera la reacción del mercado frente a productos competentes e idóneos elaborados con base en los resultados de I&D? ¿Sí la reacción es negativa, cómo se neutralizaría ésta?

• ¿Cómo reaccionará la competencia y cómo se podría neutralizar este efecto frente al nuevo desarrollo?

• ¿Qué estrategias de mercadeo habrá que impulsar para introducir e implantar estos nuevos productos?

• ¿De qué manera se canalizaría la reacción de la comunidad que se vería afectada al quedar sin empleo por este desarrollo?

• ¿Cómo se podría beneficiar a este sector de potenciales

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Con estas preguntas y otras que podrían surgir al involucrarse más en el tema, queda esbozado el razonamiento básico que generóesta última reflexión: hay muchas dificultades a vencer cuando se trata de pasar del proceso

exclusivo de investigación al proceso de apropiación o de utilización del conocimiento

generado, para transformarlo en un bien social.

56

Estas dificultades sólo se podrán superar en la medida en que nos hagamos

partícipes de las realidades y circunstancias que vive el país o el lugar donde vayamos a trabajar, y ello obliga

consecuentemente, a integrar al equipo de trabajo no sólo talentos de diversas disciplinas, sino también a todos los sectores involucrados en la solución.

57

¿¿QUQUÍÍEN SABE?EN SABE?UNIVERSIDADESUNIVERSIDADESSENASENACENTROS DE I&DCENTROS DE I&D

¿¿QUIEN RESUELVE?QUIEN RESUELVE?INDUSTRIAINDUSTRIA

¿¿QUIEN GOBIERNA?QUIEN GOBIERNA?ALCALDALCALDÍÍA A -- COLCIENCIAS COLCIENCIAS --

CVCCVC

¿QUIEN REQUIERE?

CONCEJO CONCEJO MUNICIPAL, MUNICIPAL, OFICINA DE OFICINA DE

PROTECCIPROTECCIÓÓN AL N AL CONSUMIDOR, CONSUMIDOR,

ETC.ETC.

EVOLUCIÓN DEL TRIÁNGULO DE SÁBATO