OBRAS COMPLEMENTARIAS PARA CARRETERAS, PREFABRICADOS CON JALES MINEROS RECICLADOS

Transcripción

1 Universidad Autónoma de Sinaloa Distrito Sinaloa Autores: Edwin Camacho Arce M.I. Olimpia Alvarado Fierro Ing. Julio César González Félix M.I. Carlos Hernán Lora Urías OBRAS COMPLEMENTARIAS PARA CARRETERAS, PREFABRICADOS CON JALES MINEROS RECICLADOS OCTUBRE DEL ACAPULCO, GRO.

2 INTRODUCCIÓN * Los desechos sólidos mineros (jales) son poco o nada usado como agregado en prefabricados de la industria de la construcción. * Con el ideal de contribuir a la mejora del medio ambiente, se pretende reciclar a esos desechos, reconvirtiéndolos en prefabricados para la construcción de Obras Complementarias para Carreteras, en específico: BORDILLOS

3 INTRODUCCIÓN * México alberga a una gran diversidad de distritos mineros, distribuidos principalmente en Estados como: Chihuahua, Nuevo León, Sonora, Coahuila, Durango, Zacatecas, Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, San Luis Potosí, Querétaro, Estado de México y Sinaloa.

4 INTRODUCCIÓN * En el caso del Estado de Sinaloa, actualmente operan minas en los Municipios de Choix, Sinaloa de Leyva, Mocorito, Culiacán, Concordia y Cosalá. * En el Municipio de Cosalá, se encuentra ubicada una mina cerrada de nombre Mineral de Nuestra Señora de la Candelaria, convertida hoy en una reserva de la biósfera: Reserva Ecológica del Nuestra Señora Mundo Natural.

5 INTRODUCCIÓN * Características de la Reserva Ecológica: 1. Es propiedad de la Universidad Autónoma de Sinaloa. 2. Albergar a cientos de metros cúbicos de jales mineros. 3. Su ubicación geográfica que la hace accesible en cualquier época del año. 4. Logra un buen comportamiento químico (ausencia de expansiones y agrietamientos) entre los componentes mineralógicos de los jales al mezclarse con cemento portland (Sarabia Cabrera) 1 (Sánchez Dagnino) Excelente opción para utilizarlo como banco de agregados para la industria del prefabricado para la construcción. 1,2 Tesis de Licenciatura en Ingeniería Civil (2011)

6 INTRODUCCIÓN

7 INTRODUCCIÓN * El procedimiento para reciclar los jales mineros será su reconversión como agregados en la industria de la construcción, en específico, en la prefabricación de bordillos para carreteras. * Los costos de producción de piezas de bordillos elaborados con agregados reciclados de d e s e c h o s m i n e r o s, s e p r e s u m e n m á s económicos versus sus similares prefabricados con agregados tradicionales.

8 INTRODUCCIÓN Objetivo General: Caracterizar el comportamiento mecánico del prototipo de bordillo trapezoidal con machimbre, prefabricado con mortero de jal minero optimizado con arena, mezclado con cemento portland y aditivo impermeabilizante, para que éstos sean usados como obras complementarias provisionales sustentables en carreteras

9 METODOLOGÍA Materiales: * Desechos Sólidos Mineros (agregados). * Cementos de Referencia. * Arena. * Aditivo Impermeabilizante.

10 METODOLOGÍA Desechos Sólidos Mineros (Agregados). Muestreo: * Se realiza de acuerdo a lo que dicta la Norma NMX-C-030-ONNCCE 3, la que establece que el muestreo de agregados que se utilicen de fuentes potenciales de suministro, para bancos de materiales donde los modos de almacenamiento sean amorfos, el muestreo debe realizarse en puntos aleatorios y a distintas profundidades. 3 Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y la Edificación

11 Desechos Sólidos Mineros (Agregados). Muestreo: METODOLOGÍA

12 METODOLOGÍA Cementos de Referencia. Se selecciona tomando en cuenta, básicamente, la demanda de dichos cementos en el mercado de la región central del Estado de Sinaloa, cuya característica los convierte en los comúnmente utilizados en la industria de la construcción y autoconstrucción.

13 METODOLOGÍA Cementos de Referencia. Independientemente de la Marca Comercial, el cemento seleccionado es un portland compuesto, Tipo CPC 30R, que para fines de la presente investigación, se identifican como: Cemento CE.

14 METODOLOGÍA Ensaye de los Materiales. A los Agregados: Granulometría: La Norma NMX-C-077-ONNCCE, método de prueba para análisis granulométrico, pone en manifiesto la distribución por tamaños de las partículas de una muestra de agregados, se lleva a cabo el separado de éstos, por medio de mallas, llamadas también cribas o tamices.

15 METODOLOGÍA Ensaye de los Materiales. A los Agregados: Peso volumétrico: Norma NMX-C-073-ONNCCE, se determinan los pesos volumétricos, tanto suelto como compacto de los agregados, también se le conoce como Método de Prueba para Masa volumétrica, en la cual se define que el peso volumétrico es igual a la relación que existe entre el peso de un material (suelto o compacto) y su volumen.

16 METODOLOGÍA Ensaye de los Materiales. A los Agregados: Contenido de Impurezas Orgánicas: Se realiza en base a la Prueba de Colorimetría, bajo la Norma NMX-C-076- ONNCCE, que enlista el método de prueba para determinar el efecto de las impurezas orgánicas en los agregados finos sobre la resistencia de los morteros. Detecta contenidos de materia orgánica en estado de descomposición.

17 METODOLOGÍA Ensaye de los Materiales. A los Cementantes: Densidad: Esta prueba se rige por la Norma NMX- C-152-ONNCCE, para determinar la densidad de cementantes hidráulicos, el objetivo es encontrar el volumen líquido desplazado por el agregado y que no contenga vacíos para calcular la densidad.

18 METODOLOGÍA Ensaye de los Materiales. A los Cementantes: Consistencia Normal: La Norma NMX-C-057-ONNCCE, es la que se encarga de establecer la forma en la que se determina la consistencia normal de cementantes hidráulicos, midiendo su resistencia a la penetración de la aguja de 1cm de diámetro del Aparato de Vicat.

19 METODOLOGÍA Ensaye de los Materiales. A los Cementantes: Tiempo de Fraguado Inicial y Final: Norma NMX-C-059, establece esos tiempo, se presenta fraguado inicial cuando la aguja del Aparato de Vicat de 1mm de diámetro, penetra 25mm en la pasta. El tiempo de fraguado final será aquel, en el cual la misma aguja, no consiga penetrar visiblemente la pasta del cemento de referencia.

20 METODOLOGÍA Materiales. Aditivo: Aditivo Impermeabilizante Integral del Concreto: IMPERINT FORTE: En polvo, al 1% del peso del Cemento de Referencia (500gr por saco de 50kg).

21 METODOLOGÍA DISEÑO DE MEZCLA JAL MINERO-ARENA-CEMENTO. Para BORDILLOS: De las NTCRCDF: 25 kg de cemento. 90 kg de jal minero y arena (70% jal y 30% arena). Relación Agua/Cemento= kg de aditivo impermeabilizante en polvo.

22 METODOLOGÍA OBRAS COMPLEMENTARIAS PARA CARRETERAS: BORDILLOS La Normatividad para la Infraestructura del Transporte (S.C.T., 2000), expresa que en todos los casos, los bordillos se considerarán como obras provisionales en tanto su talud se vegete y se proteja por sí mismo, o que sea protegido mediante otro procedimiento, momento en que deben ser removidos y retirados de la carretera. Establece también, que la geometría de los bordillos, al menos que el proyecto indique otra cosa o así lo apruebe la SCT, tendrán forma trapezoidal con base inferior de 16 centímetros, base superior de 8 centímetros y altura de 12 centímetros.

23 METODOLOGÍA OBRAS COMPLEMENTARIAS PARA CARRETERAS: BORDILLOS

24 METODOLOGÍA OBRAS COMPLEMENTARIAS PARA CARRETERAS: BORDILLOS Bordillo de concreto hidráulico, colado in situ.

25 METODOLOGÍA OBRAS COMPLEMENTARIAS PARA CARRETERAS: BORDILLOS Bordillo prefabricado con agregados tradicionales

26 RESULTADOS DE LOS AGREGADOS. PRUEBA RESULTADO 70% Jal + Jal Minero 30% Arena Tabla 1. Caracterización física de los agregados. Peso Volumétrico Suelto 1322 kg/m kg/m 3 Peso Volumétrico Compacto 1624 kg/m kg/m 3 Granulometría Fina Fina Módulo de Finura Contenido de Humedad 4.4% 4.6% Impurezas (Colorimetría) 1 (colores patrón) Porcentaje de finos (Diferencia de alturas) Porcentaje de finos (Por lavado) 1 (colores patrón) 11% 12% 10% 12%

27 RESULTADOS DE LOS CEMENTANTES. PRUEBA CEMENTO Peso Volumétrico Suelto 1461 kg/m 3 Densidad 3.0 gr/cm 3 Consistencia Normal 10 mm, 33% agua Tiempo de Fraguado Inicial 180 minutos Tiempo de Fraguado Final 330 minutos

28 RESULTADOS Prototipo de bordillos con geometría rectangular de 15x15x30cm, con sistema de unión machimbre (Dueñas, Lora, 2012), con resultados favorables en su capacidad de soporte de carga a la compresión simple (163 kg/ cm2), pero adverso el porcentaje de absorción total de agua a los 28 días: 16%.

29 RESULTADOS Bordillo trapezoidal con machimbre, color amarillo, con aditivo impermeabilizante, vibrocompactado, de 8x16x12x30cm, con 30% de arena.

30 RESULTADOS Bordillo Trapezoidal con machimbre.

31 RESULTADOS Las resistencias finales a la compresión simple, a los 28 días, de las piezas de prefabricados de los bordillos, con Cemento CE mezclado con agregados reciclados de jales mineros optimizados con arena tradicional, desarrolló una resistencia a la compresión simple de 207kg/cm 2. La absorción total de agua en los especímenes de bordillos es de 7.5%.

32 RESULTADOS Comparativa de caracterización física y mecánica de prototipos de bordillos. PROTOTIPO Esfuerzo a 28 días (Kg cm 2 ) Promedio de Absorción (%) 1 (Dueñas, Lora, 2012) (Lizárraga, Lora, 2013) (Camacho, Lora 2014)

33 CONCLUSIONES El jal minero para ser usado como agregado, logra un peso volumétrico suelto 1322 kg/m 3, un poco menor (18%) que los agregados tradicionales de la región, que promedian 1560kg/m 3, de los que se presume una buena calidad y estar bien graduado. Los jales optimizados con arena logran suelto un peso de 1669 kg/m 3, 7% arriba de los agregados tradicionales.

34 CONCLUSIONES El peso volumétrico compacto es de 1624 kg/ m 3, mientras los agregados tradicionales de uso similar, están en el orden de los 1660kg/ m 3, por lo tanto, los jales mineros se disminuyen un 2% que los tradicionales. Los jales optimizados con arena, logran un peso compacto de 1801 kg/m 3, 8% más que los agregados tradicionales.

35 CONCLUSIONES El análisis granulométrico del jal minero arroja un módulo de finura de 1.06, el cual se ubica fuera del rango estandarizado (2.3 a 3.1), donde resultados menores de 2.3 indican agregados finos y mayores de 3.1 indican agregados gruesos. Por lo que se concluye que éste, es un agregado fino. El jal minero optimizado con arena, tiene un módulo de finura de 2.04, resultando agregado finos.

36 CONCLUSIONES La localización topográfica y geográfica de la presa de jales mineros en la Reserva Ecológica Nuestra Señora Mundo Natural y las corrientes tributarias locales, coadyuvan a la ausencia de impurezas orgánicas detrimentales que pudiesen afectar las resistencias a la compresión de las mezclas de mortero jal minero-cemento. Al mezclarlos con arena, se mantiene la ausencia de impurezas orgánicas.

37 CONCLUSIONES El prototipo de bordillo trapezoidal de 16x8x12x30cm con encastre machimbre, con colorante amarillo, vibrocompactado y con aditivo impermeabilizante en polvo, cumple con las dimensiones geométricas que establece la Normatividad para la Infraestructura del Transporte de la SCT, en específico la Norma: N-CTR-CAR /00.

38 CONCLUSIONES La compresión simple prototipo de bordillo trapezoidal prefabricado con mezcla de mortero Jal Minero-Arena-Cemento CE, con las proporciones descritas en las NTCRCDF, para Mortero Tipo I, la resistencia promedio desarrollada a los de 28 días es de 207 kg/cm², un 65% mayor que la esperada de 125 kg/cm².

39 CONCLUSIONES Los bordillos rectangulares convencionales, prefabricado con agregados tradicionales y usados actualmente en las obras complementarias para carretera, promedian un porcentaje de absorción de agua de 8.2%. El prototipo de bordillo trapezoidal con sistema de machimbre, prefabricado con mezcla de mortero jal minero-arena-cemento-aditivo, promedia un valor de absorción de 7.5%, un 9% menor que el los agregados tradicionales.

40 CONCLUSIÓN GENERAL Se concluye de forma general, que los jales mineros ubicados en la presa de la Reserva Ecológica de Nuestra Señora Mundo Natural, en el Municipio de Cosalá, Sinaloa, México, se pueden reciclar, sus características físicas los hacen factibles para reconvertirlos como agregados en la prefabricación de bordillo sustentables para carreteras, siempre y cuando, se inhiban o se reduzcan los contaminantes cianúricos que tienen los jales.

41 AGRADECIMIENTOS A los colaboradores del proyecto M.I. Olimpia Alvarado Fierro y el Ing. Julio César González Félix. Al tesistas Edwin Camacho Arce. A la Universidad Autónoma de Sinaloa, por el financiamiento otorgado. A la Reserva Ecológica de Nuestra Señora Mundo Natural. Empresa BCA Block, S.A. de C.V., por sus facilidades otorgadas para prefabricar los especímenes de prueba. Empresa FORTE, S.A. de C.V., por la Donación del aditivo impermeabilizante.

42 AGRADECIMIENTOS