Investigacion - Hormigon Con Viruta de Madera

Hormigón termo-acústico con  viruta  viruta de madera. mader a. Rodrigo Brevis Cuadra, Cristian Fernández Núñez, Claudia Fuenzalida F uenzalida González, Leyla Riquelme.

El hormigón con viruta es una reciente alternativa para construcciones livianas gracias a sus propiedades de aislación acústica, térmica, capacidad portante, etc. Se realiza la fabricación de un hormigón H-20 y posteriormente un hormigón con viruta con semejante dosificación, obteniendo resistencia menor tanto en compresión como flexotracción. De lo anterior, se determina que este hormigón no es aconsejable a utilizarse como elemento estructural. Por propiedades de la madera, este material adquiere menor densidad y requiere más agua que un hormigón convencional, debido a la absorción. La viruta llega a ser mucho más económica que cualquier árido que desee reemplazarse. Actualmente varias empresas (como ISOTEX) ya producen este material. Resumen—

 Agr  A gra adeci mi ento nto —   Se agradece la cooperación de:

Francisco Contreras Á., ayudante de la asignatura de Hormigón Armado, por guía de la investigación y lacolaboración en los ensayos. Clorindo Fernández R., laboratorista de la Escuela de Ingeniería de Construcción, por apoyo técnico en ensayos y aplicación de normas.

I INTRODUCCIÓN

n la actualidad, los materiales disponibles en el Eárea de la construcción se han incrementado

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Reconocer las ventajas y desventajas del hormigón con viruta, como alternativa.

La finalidad global es estudiar alternativas para la construcción, con materiales más baratos, considerablemente gracias a los estudios realizados ecológicos, resistentes, de larga vida útil, de fuentes constantemente, teniendo en cuenta factores como la rápidas, etc. sustentabilidad, el medioambiente, el procesamiento, etc., llegando a conceptos más específicos como resistencia, densidad, aislamiento, absorción, entre otros. Por lo anterior, se pretende estudiar los beneficios que se obtienen del hormigón con viruta. Este material propone ser un medio eficaz para acrecentar el reciclaje de materias primas como la madera. Asimismo, este tipo de hormigón se considera como  buena solución para aislación acústica, térmica, resistencia aumentada al fuego, agua, etc. El estudio realizado plantea que el hormigón con viruta es un material apto para construcciones livianas. Abarata los costos del hormigón, si se considera sustituir árido (generalmente arena con finos) por viruta. A continuación, se presentan los objetivos de la investigación: -

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Exponer el estado del arte del hormigón con viruta (aplicación en la actualidad, empresa  productora; consideraciones de diseño, rentabilidad, etc.) Realización de ensayos para verificar el comportamiento de la viruta en las  propiedades mecánicas del hormigón. Se debe realizar una comparación con probetas  patrón, para apreciar las diferencias de capacidad portante. Analizar el material propuesto, en base a los resultados de laboratorio. Reconocer ventajas y/o desventajas de fabricación, producción; errores que afectan los resultados, entre otros.

II ESTADO DEL ARTE El hormigón con viruta, es clasificado como un hormigón liviano, de tipo hormigón de agregado ligero, pues su densidad está entre los 300 kg/m³ y los 1900 kg/m³, mientras que el hormigón convencional posee una densidad de 2400 kg/m³. Este tipo de hormigón, es utilizado como bloques  para:

convencional, no puede ser igual para hormigones livianos, pues la relación agua/cemento del HC, no es efectiva para HL  pues existe una gran complejidad en la determinación de la absorción del agua por  parte del aserrín, influyendo en la resistencia. En existen empresas dedicadas a la producción de hormigón con viruta, en donde encontramos: 

Climablock SIMACON. ISOTEX. Producto Ekodrev. El comercio arbolita, Vlogda arbolita fábrica.

Muros perimetrales y galpones destinados a viveros: Al poseer una baja consistencia aumenta la velocidad de construcción Hormigón estructural: Disminuye el peso de la estructura, como también las cargas sobre la cimentación, provocando la disminución de Los precios de este producto, dependerá de la tamaño de Zapatas o columnas, disminuyendo el cantidad que se desee comprar. Sin embargo, se  precio de la construcción.  puede decir que, si se desea sustituir parte del árido Aislante térmico: Al momento de calefaccionar  por viruta, los costos se reducen considerablemente. la casa, el calor generado se conservará dentro Como referencia, el metro cúbico de arena tiene un de ella y en épocas cálidas evita la penetración valor de $15.000, mientras que el mismo volumen del mismo calor.  para la viruta bordea un precio de $1000. Las aplicaciones más empleadas son: 

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Hormigón aislante de encofrado perdido Placas de forjado semi-resistentes y aislante. Paredes pre-construidas. Barras acústicas.

Utilizados en edificaciones. Para este tipo de hormigón no existe una regulación de su proceso de fabricación, por lo cual existen diferentes tesis en las cuales se busca la resistencia del hormigón con viruta o aserrín, algunas tesis orientadas al tema son: 

Tesis de Luis Eduardo Garcés Riffo de la Universidad Austral de Chile, el año 2004: Estudio las propiedades innatas del hormigón, las que varían con el tiempo, como la resistencia a compresión de bloques, además de compresión y flexión en probetas RILEM, por lo que concluyo que para el diseño de las probetas en un hormigón

III ENSAYOS

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Para determinar la dosificación de las probetas con viruta, primero que todo se realizaron ensayos de humedad y absorción, con la finalidad de visualizar cómo afectaría este aditivo en la relación agua/cemento, para luego corregir la cantidad de agua que tendrá la mezcla, de forma que ésta tenga la trabajabilidad necesaria y no afecte en las  propiedades del hormigón.

ENSAYOS PREVIOS. 

Contenido de Humedad.

Para determinar el porcentaje de humedad de la viruta de madera, se dejó secar una muestra en estado natural en el horno a una temperatura de 60°C durante un periodo de tres días, registrando el peso inicial y peso seco de la muestra. Muestra  N°1 

Peso Húmedo [gr] Peso Seco [gr] % Humedad

31,3 29,3 6,8

Porcentaje de Absorción.

El porcentaje de absorción, se determinó sumergiendo una muestra seca de viruta durante tres días, registrando el peso seco y saturado de ésta. Peso Seco [gr] Muestra Peso Saturado [gr]  N°2 % Absorción

3,7 9,9 167,6

Finalmente, para determinar la cantidad de agua que se le debe agregar a la mezcla, al porcentaje de absorción se le restó la humedad natural de la viruta, obteniendo un porcentaje de absorción final, el que se ocupó como un factor aplicado a la cantidad de agua considerada en la dosificación inicial, lo entregó como resultado que se deben agregar 17,6 [lts] más a la mezcla.

Consideraciones para la dosificación.

Para realizar las probetas con viruta, se utilizará la siguiente dosificación, para elaborar tres probetas cilíndricas de 15x30 [cm] las que serán ensayadas a compresión y tres probetas prismáticas de 15x15x30 [cm] para ser ensayadas a flexotracción. Cabe destacar que para la confección de las probetas se mantuvo la dosificación de áridos y cemento de las probetas patrones, modificando sólo la cantidad de agua necesaria y agregando la viruta de madera. Dosificación Probetas de Viruta Unidad Cantidad Balde concretero Gravilla (12 lts) 4 Balde concretero Arena (12 lts) 2,75 Cemento Kilogramos 22 Agua Litros 28,6 Viruta Litros 11 Debido a la gran cantidad de agua que debía contener la mezcla, se optó sólo por agregar una parte del agua adicional, ya que seguir agregando agua a la mezcla tendría efectos negativos tanto en la trabajabilidad como en la resistencia del hormigón. 

Método del asentamiento Cono de Abrams.

El ensayo de Cono de Abrams, se realizó de acuerdo a la normativa Nch1019 of 2009, la cual tiene como objetivo determinar la docilidad del hormigón fresco, dando como resultado un asentamiento de 18 [cm] aproximadamente. 

Ensayo a Compresión.

Los ensayos de compresión realizados a las probetas, fueron ejecutados por académicos de la Escuela de Ingeniería Civil, en las dependencias de la Escuela de Ingeniería en Construcción. Estos ensayos, fueron realizados tanto a las probetas cilíndricas de viruta de madera como a las probetas patrones.

Cabe destacar que al momento de realizar el ensayo se pudo visualizar que hubo algunos errores al momento de preparar las probetas con viruta, pues éstas no contaban con una superficie de contacto totalmente uniforme, lo que influye directamente en la distribución de la carga aplicada. A continuación, se presentan los resultados obtenidos del ensayo, correspondientes al esfuerzo máximo resistido por las probetas:

Probeta N°1 Probeta N°2 Probeta N°3

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Patrón [kgf/cm²] 208,71 220,77 172,24

Viruta [kgf/cm²] 91,15 102,19 74,66

Ensayo a Flexotracción.

El ensayo a flexotracción, también fue ejecutado por los laboratoristas de Ingeniería Civil. En este ensayo, se sometió a las probetas prismáticas a diferentes esfuerzos, con la finalidad de obtener el esfuerzo máximo que resiste cada una de ellas, de forma de poder comparar los resultados de las  probetas patrones con las probetas de viruta. Es importante tener en cuenta que al momento de desarrollar el ensayo fue posible observar que las  probetas de viruta estaban desniveladas, lo que pudo influir en los resultados, disminuyendo su capacidad de resistencia. Los resultados obtenidos en éste ensayo son los siguientes: Patrón [kgf/cm²] Probeta N°1 51,35 Probeta N°2 70,03 Probeta N°3 74,21

Viruta [kgf/cm²] 26,61 16,21 20,52

IV ANÁLISIS Tras realizar los ensayos de laboratorio, se pudo observar que la viruta absorbe una gran cantidad de agua, la que es imprescindible al momento de realizar la dosificación. En el momento de la realización de la probeta se agregó menos agua de la calculada de acuerdo a la absorción. Se pudo observar que en comparación con la probeta  patrón, la resistencia disminuye considerablemente (aproximadamente en un 50%), lo que cual se debe a diversos factores: - Gran cantidad de agua añadida. - Viruta crea vacíos en la mezcla, lo que genera una mala adhesión entre los materiales. - Inexpertiz de quienes realizamos la preparación de las probetas, entre otros. Por ejemplo, dos de las  probetas lucían un desnivel notorio que pudo afectar a los resultados del ensayo a compresión. Por otro lado, se pudo ver que la adición de la viruta al hormigón, produjo la generación de grietas visibles luego del curado.

no sería recomendable para utilizarlo con armadura,  por tres principales razones: -

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La baja resistencia del hormigón no sería aporte a la enfierradura, fallaría por aplastamiento, corte, flexotracción, según su función. La viruta forma vacíos dentro de la masa de hormigón y pueden contener agua. Por lo tanto, la armadura se expondría a una corrosión agresiva.

Según la revista británica  Nature, se han hecho diversos ensayos para fortalecer la estructura porosa de la madera, obteniendo maderos más resistentes que incluso el acero. De ser factible, podría ensayarse con la viruta si refleja un incremento del hormigón  propuesto. Mediante cocción en hidróxido de sodio y sulfito de sodio y posteriores tratamientos se obtuvieron como resultado: un tablón de madera con una quinta parte del espesor, pero tres veces más denso que la madera natural y hasta 11,5 veces más resistente.

Dicho lo anterior, el hormigón ensayado debiese haber tenido mayor densidad, menor pérdida de resistencia en comparación a las probetas patrón, y Además, debido a que la viruta absorbe mucha agua,  por supuesto, sería mucho mejor material. se produce un leve hinchamiento de la probeta y desmoronamiento en los bordes de ésta. Con respecto a los tipos de rotura producidos por la carga aplicada, ambas se generaron en el tercio central de la probeta, sufriendo una falla dúctil en el caso de la probeta investigada. Respecto al cono, cuyo valor fue de 18 cm, se puede decir que tiene buena trabajabilidad y refleja que este tipo de hormigón requiere bastante agua para evitar que la viruta utilice el agua destinada a la reacción con el cemento. Lo cierto es que por la resistencia mecánica obtenida y las fisuras que se producen, el hormigón con viruta

V CONCLUSIÓN

En primer lugar podemos decir que la resistencia de nuestro hormigón disminuye en comparación a la  probeta patrón en aproximadamente un 50% con referente a las máximas resistencias a compresión anteriormente mencionadas, esto se debe a la adición de viruta de madera al hormigón debido a que su absorción nos exigirá el incremento de agua, a su vez esta adición al poseer espacios de aires mayor que los áridos este generara espacios de vacíos en nuestra mezcla dando como resultado un hormigón más liviano pero a la vez con menos resistencia causado  por lo mencionado anteriormente. Dentro de lo mismo podemos decir que otro de los factores que  puede influir en la disminución de la resistencia A modo de aplicación de la construcción se puede decir que posee diversas ventajas con respecto al hormigón y la madera e incluso ladrillos, siendo una de las principales ventajas su fácil traslado que le  proporciona a ser un material más liviano con densidades que bordean de los 0,8 t/m3 a 1,9 t/m3 versus las 2.2 t/m3 aproximado que nos otorga un hormigón tradicional. Dentro de las muchas ventajas que se pueden destacar es que, a diferencia de un hormigón tradicional, que es un hormigón aislante acústico, el hormigón con viruta es un absorbente acústico debido a que la onda de sonido es capaz de  penetrar el material disipándose dentro de este debido a la porosidad y huecos que le otorga al incorporarse la viruta. Es importante el control de calidad durante los  procesos de curados debido a que la absorción de agua generara hinchamientos y posibles

segregaciones durante el proceso de curado si estos no son controlados debidamente se podrán ver alteradas tanto las propiedades mecánicas como las arquitectónicas. A pesar de poseer ventajas como la resistencia al fuego muy superior a la madera, este tipo de material se en desventaja debido a su baja resistencia mecánica en comparación a un hormigón común, limitándose para bloques con hormigón con viruta de madera con resisten de 15 MPa, se limitará a construcciones no mayores de 3 pisos. Este tipo de hormigón sería considerado ideal para salas de cine, salas de audio u cualquier otro sitio donde la exposición al sonido sea elevada.

VI REFERENCIAS

Webgrafia: 

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http://www.climablock.com/Construccion% 20Sostenible-01-Que-es-el-cmc.htm http://www.concretonline.com/pdf/00hormig on/art_tec/HormigonesLiviamos.pdf  https://www.abc.es/sociedad/abci-creanmadera-mas-resistente-acero201802091245_noticia.html

Tesis Utilizadas: 

http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2004/bmf  cig215h/pdf/bmfcig215h.pdf 

Normativas empleadas: 

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 Nch 1019 of 2009 - Determinación de la docilidad - Método del asentamiento del cono de Abrams.  Nch1037 of 2009 - Ensayo de compresión de  probetas cúbicas y cilíndricas.  Nch 1018 of 2009 - Preparación de mezclas  para ensayos en laboratorio. Nch1038 of 2009 - Hormigón - Ensayo de tracción por Flexión.

 

ANEXOS.

Fotografías. Ensayos previos

Elaboración de probetas:

Desmolde:

Ensayo de compresión:

Ensayo de flexotracción:

Probeta prismática post- rotura:

GRÁFICOS DE ENSAYOS

Gráficos probeta con viruta:

Gráficos probeta patrón:

DISEÑO CALCULO FLEXIÓN PARÁMETROS ENTREGADOS Largo Viga (cm): 1500 Fck (kg/cm2): 300 Fy (kg/cm2): 4200 Espesor Pavimento (cm): 10 Carga Viva (kg): 1000 F'c (Kg/cm2): 250 B1: 0,85 E(kg/cm2); 2000000 Recubrimiento (cm): 6,25 Densidad (T/m3): 2,5

Datos de Hipotesis H(cm): 70  b(cm): 40 d(cm): 63,75

Calculo Mn Z (cm) 57,46312401 T (kg*cm): 106876,8918 C (Kg*cm): 106876,8918 Mn (Kg*cm): 5527332,079 Mn (T*m): 55,27332079

CALCULO DE CORTE Fi: 0,75 Vc (N): 671984,0028 Vs (N): -559534,6695 Vs0,5*0,75*Vc 0,5*0,75*vc: 251994,001 Avs min : 3,174603175 E ø10 @ 20

0,009088171 CUMPLE

CALCULO COLUMNA H(cm): 40 B(cm): 40 Ro: 0,02 Fy (mpa): 420 Fc (mpa): 30 Largo en metro 8 F'c (mpa): 25 Largo en metro: 8 Fi: 0,65 Pu(mayorado)(T): 86,6 Mu (Tm): 9,94 Gamma interacción: 0,8

Verificación por deformación C=T a: 12,57375198 c: 14,79264938 Es>=Ey Es: 0,009928719 Ey: 0,0021 CUMPLE

Excentricidad e (m): 0,1147806 e (cm): 11,47806005 Dz (cm): 32 Pn(N): 1332307,692 U: 0,333076923 V: 0,266461538

CALCULO CUANTIAS Ƥmin: 0,003333333 Ƥb: 0,025297619 Ƥmáx: 0,018973214 Ƥ a usar: 0,016973214

Ast cm2: 47,525  N° Fierro: 10 Diametro mm: 18 As a utilizar cm2: 25,446879 Ƥ real (Ƥmin