Propuesta de concreto f’c = 280 kg/cm2 con la adición de caucho y microsílice como reemplazo parcial del agregado fino y cemento para la construcción de edificios multifamiliares sostenibles en la ciudad de Lima

Abstract

En los últimos años, el crecimiento poblacional ha representado un reto ingenieril para brindar calidad de vida a las personas mediante la construcción de edificios multifamiliares elaborados a base de concreto armado. Sin embargo, estos producen el 36% del consumo de energía y el 39% de emisiones de CO2 a nivel mundial. En este sentido, en el Perú en el año 2019, se produjo un estimado de 10,6 millones de toneladas de cemento y un consumo de 74.2 millones de toneladas de arena y piedra, siendo perjudicial para el medio ambiente. Por otro lado, las llantas en desuso se han incrementado en los últimos años, proyectándose para el 2020 un estimado de 50 mil toneladas; una vez desechadas, estas generan efectos perjudiciales para el ambiente, ya sea por desintegración natural o por su incineración. Dicho esto, el proyecto de investigación pretende brindar una propuesta para reducir el impacto ambiental implementando caucho, proveniente del reciclaje de llantas, y microsílice como reemplazos parciales de la arena y el cemento respectivamente, con el fin de obtener diseños de mezcla eco amigable y que cumplan con los requerimientos de resistencia y durabilidad para ser empleados en elementos verticales estructurales.

En esta investigación, se empleó el caucho reciclado en 0, 5, 10 y 15% y la microsílice en 2% como reemplazo parcial de la arena y el cemento respectivamente. De esta manera, se evaluaron 10 diseños de mezcla de concreto en estado fresco, analizando sus propiedades de revenimiento, temperatura, contenido de aire y peso unitario; y en estado endurecido, lo concerniente a su resistencia a la compresión y tracción. Además, se empleó un modelo matemático para determinar su durabilidad en base al grado de permeabilidad al ion cloruro. Por último, se recopilaron los resultados de resistencia y propiedades en estado fresco, se añadió el análisis del costo por m3 de diseño, la cantidad de emisiones de CO2 y en base a estos criterios se realizó un ranking a fin de obtener tres mezclas óptimas.

Los resultados indican que el concreto con caucho y microsílice en estado fresco aumenta el revenimiento en el tiempo y el contenido de aire, y disminuye la densidad. En estado endurecido disminuye la resistencia a la compresión, tracción y la durabilidad. Además, los costos se incrementan con respecto al convencional hasta en S/ 39.50 y se disminuye la huella de carbono hasta en 56.19 kg CO2 por metro cubico cuando se reemplaza 15% de arena por caucho y 2% de cemento por microsílice.

In recent years, population growth has represented an engineering challenge to provide quality of life to people through the construction of multi-family buildings made of reinforced concrete. However, these produce 36% of energy consumption and 39% of CO2 emissions worldwide. In this way, Peru in 2019, there was an estimated 10.6 million tons of cement and a consumption of 74.2 million tons of sand and stone, being harmful to the environment. On the other hand, disused tires have increased in recent years, with an estimated 50 thousand tons projected for 2020; once discarded, they generate harmful effects for the environment, either by natural disintegration or by burning. That said, the research project aims to provide a proposal to reduce the environmental impact by implementing rubber, from the recycling of tires, and microsilica as a partial replacement for sand and cement respectively, in order to obtain eco-friendly mix designs that comply with the requirements of resistance and durability to be used in vertical structural elements.

In this research, recycled rubber was used in 0, 5, 10 and 15% and microsilica in 2% as a partial replacement for sand and cement respectively. In this way, 10 concrete mix designs were evaluated in a fresh state, analyzing their slump properties, temperature, air content and unit weight; and in the hardened state, concerning its resistance to compression and traction. In addition, a mathematical model was used to determine its durability based on the degree of permeability to chloride ion. Finally, the results of resistance and properties in fresh state were collected, the analysis of the cost per m3 of design, the amount of CO2 emissions was added and based on these criteria a ranking was carried out in order to obtain three optimal mixtures.

The results indicate that concrete with rubber and microsilica in a fresh state increases slump over time and air content and decreases density. In the hardened state, the resistance to compression, traction and durability decrease. In addition, costs with respect to the conventional one by up to S / 39.50 and the carbon footprint is reduced by up to 56.19 kg CO2 per cubic meter when 15% of sand is replaced by rubber and 2% of cement by microsilica.