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La toba volc�nica como un nuevo dise�o de hormig�n para minimizar los impactos ambientales

 

Volcanic toba as a new concrete design to minimize environmental impacts

 

Toba vulc�nico como um novo projeto de concreto para minimizar os impactos ambientais

 

Vanessa Carolina Romero-Segura ^I

vromeros@ulvr.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-8194-1029

 

Iris Carolina Vargas de-Carrasquero ^II

ivargasc@ulvr.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-1963-1385

 

July Herrera-Valencia ^III

anahi.robles@espoch.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-2612-9713

 

Correspondencia: vromeros@ulvr.edu.ec

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Art�culo de revisi�n

 

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*Recibido: 20 de diciembre de 2020 *Aceptado: 12 de enero de 2021 * Publicado: 08 de febrero de 2021

 

       I.            Estudiante en egreso de la Facultad de Ingenieria Industrial, y Construccion en la Carrera de Ingenieris Civil, En la Universidad Laica Vicente Rocafuerte, Guayaquil, Ecuador.

    II.            Licenciada en Educaci�n Menci�n Preescolar, Magister en Ciencias de la Educaci�n Menci�n Conducta, PHD. en Ciencias Pedag�gicas, Docente Investigador, Catedr�tica en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte, Guayaquil, Ecuador.

�III.            Ingeniero Civil, M�ster en Magister en Tecnolog�as para el C�lculo la Ejecuci�n y el Control en la Edificaci�n Catedr�tica en la Universidad Laica Vicente Rocafuerte, Guayaquil, Ecuador.

Resumen

El objetivo de la presente investigaci�n consiste en preparar una mezcla de hormig�n utilizando toba volc�nica como un nuevo dise�o de hormig�n para minimizar los impactos ambientales. Puesto que en el �mbito de la construcci�n existe una problem�tica debido a que es una de las actividades m�s contaminantes del planeta, es indiscutible que los m�todos de extracci�n de materias primas son evidentemente invasivos causando grandes impactos ambientales directos que en su mayor�a pueden ser irreversibles, en tal sentido, es importante el estudio en la orientaci�n de nuevas metodolog�as sustentables que disminuyan estos efectos. En el estudio se aplica el enfoque metodol�gico cuantitativo,seg�n el dise�o;una investigaci�n experimental por los diversos ensayos de laboratorios a prototipos los cuales reflejar� si la mezcla de hormig�n con toba volc�nica ser� igual o superior al dise�o tradicional. El nivel de investigaci�n es explicativo por cuanto su prop�sito es demostrar que los cambios en el uso de la toba volc�nica se implementan como un nuevo dise�o de hormig�n con el fin de reducir el uso de los materiales tradicionales.No obstante, gracias la ubicaci�n geogr�fica del pa�s el cual se encuentra en la zona del cintur�n del fuego del pacifico brinda la peculiaridad de beneficiarse con yacimientos de materiales p�treos, entre ellas, la toba volc�nica como pieza fundamental en este estudio, su extracci�n es nula en cuanto a contaminaci�n, hace que su comercializaci�n sea inexistente y por lo tanto no sea empleado en la fabricaci�n cotidiana de morteros.

Palabras claves: Mortero; Hormig�n; Toba Volc�nica; yacimiento.

 

Abstract

The objective of the present investigation is to prepare a concrete mix using volcanic tuff as a new concrete design to minimize environmental impacts. Since in the field of construction there is a problem due to the fact that it is one of the most polluting activities on the planet, it is indisputable that the methods of extraction of raw materials are obviously invasive, causing large direct environmental impacts that can mostly be irreversible, In this sense, it is important to study in the orientation of new sustainable methodologies that reduce these effects. In the study, the quantitative methodological approach is applied, according to the design; an experimental investigation by the various laboratory tests on prototypes which will reflect if the mixture of concrete with volcanic tuff will be equal to or greater than the traditional design. The level of research is explanatory in that its purpose is to demonstrate that changes in the use of volcanic tuff are implemented as a new concrete design in order to reduce the use of traditional materials, however, thanks to the geographical location of the country which is located in the area of the Pacific fire belt offers the peculiarity of benefiting from deposits of stone materials, among them, volcanic tuff as a fundamental piece in this study, its extraction is zero in terms of contamination, it makes its commercialization is non-existent and therefore is not used in the daily manufacture of mortars.

Keywords: Mortar; Concrete; Volcanic Tuff; deposits.

 

Resumo

O objetivo da presente investiga��o � preparar uma mistura de concreto usando tufo vulc�nico como um novo projeto de concreto para minimizar os impactos ambientais. Como no campo da constru��o civil existe um problema por se tratar de uma das atividades mais poluentes do planeta, � indiscut�vel que os m�todos de extra��o de mat�rias-primas s�o obviamente invasivos, causando grandes impactos ambientais diretos que podem em sua maioria ser irrevers�vel, Nesse sentido, � importante estudar na orienta��o de novas metodologias sustent�veis que reduzam esses efeitos. No estudo, � aplicada a abordagem metodol�gica quantitativa, de acordo com o projeto, uma investiga��o experimental pelos v�rios ensaios de laborat�rio em prot�tipos que ir�o refletir se a mistura de concreto com tufo vulc�nico ser� igual ou superior ao projeto tradicional. O n�vel de pesquisa � explicativo na medida em que seu objetivo � demonstrar que as mudan�as no uso do tufo vulc�nico s�o implementadas como um novo projeto de concreto para reduzir o uso de materiais tradicionais, no entanto, gra�as � localiza��o geogr�fica do pa�s que � localizado na �rea do Cintur�o de Fogo do Pac�fico oferece a peculiaridade de se beneficiar de dep�sitos de materiais p�treos, entre eles, o tufo vulc�nico como pe�a fundamental neste estudo, sua extra��o � nula em termos de contamina��o, faz com que sua comercializa��o seja n�o -existente e, portanto, n�o � utilizado na fabrica��o di�ria de argamassas.

Palavras-chave: Argamassa; concreto; tufo vulc�nico; dep�sitos.

 

 

 

Introducci�n

La perspectiva hacia la utilizaci�n de nuevos componentes que cumplan caracter�sticas sostenibles y sustentables las cuales son muy escasas, repercute al enfoque que se les da a los recursos pocos explotados lo cual son una opci�n viable pero poco aceptada, incluso estos componentes son depreciados en su gran mayor�a porque se inclinan por materiales tradicionales debido al desconocimiento con respecto a los beneficios de aplicaci�n de elementos contempor�neos.Este estudio tiene como planteamiento la utilizaci�n de la toba volc�nica en los dise�os de hormigones el cual vista de un punto econ�mico se fundamenta a la metodolog�a de la extracci�n de este material debido a que es de f�cil acceso en comparaci�n con el m�todo habitual que se determina por la forma invasiva de procedencia, adem�s posee las mismas caracter�sticas mec�nicas y f�sicas de los agregados comunes utilizados en los dise�os de hormigones que son aplicados en el sector de la construcci�n.

Paralelamente, la toba volc�nica como elemento de estudio posee innumerables caracter�sticas entre ellas el factor econ�mico haciendo oportuno un bajo costo de extracci�n, la cual la convierte en un elemento asequible para el sector de la construcci�n. Por lo tanto, la toba volc�nica esta categorizado por ser un material de f�cil extracci�n se puede conseguir de forma natural en yacimientos volc�nicos, como resultado no se necesita un dif�cil proceso de industrializaci�n y se convierte en una materia prima valiosa por lo que no se necita una alta inversi�n siendo viable econ�micamente. Adem�s, en la �ltima d�cada en Ecuador el sector de la construcci�n se ha incrementado notoriamente por lo que los procesos de industrializaci�n son de alto enfoque y es prioritario� que los procesos de extracci�n beneficiaria a zonas aleda�as que puedan tener acceso directo a volcanes cuya evoluci�n podr� beneficiarse lucrativamente y las zonas de influencia del mismo podr�n ser accesibles para su debida explotaci�n y comercializaci�n, generando as� �reas lucrativas donde el comercio ser� de gran auge econ�mico.

La investigaci�n tiene comoobjetivo:Preparar una mezcla de hormig�n utilizandotoba volc�nica como un nuevo dise�o de hormig�npara minimizar los impactos ambientales.En este proyectose aplica el enfoque metodol�gico cuantitativo, seg�n el dise�o; una investigaci�n experimental por los diversos ensayos de laboratorios a prototipos los cuales reflejar� la evaluaci�n de la toba volc�nica como agregado grueso en si la mezcla de hormig�n con toba volc�nica ser� igual o superior al dise�o tradicional. El nivel de investigaci�n es explicativo por cuanto su prop�sito es demostrar que los cambios en el uso de la toba volc�nica se implementan como un nuevo dise�o de hormig�n con el fin de reducir el uso de los materiales tradicionales.la mezcla de hormig�n se llevar� a cabo mediante la realizaci�n de los respectivos ensayos en donde se busca analizar las caracter�sticas f�sicas y f�sicas-mec�nicas del comportamiento de este material, el cual debe ajustarse a los par�metros de calidad de las normativas vigentes para ser validos en la ejecuci�n de proyectos de construcci�n.

En esta investigaci�n se analizar� los problemas al no aplicar sistemas que solucione el cambio ambiental. Ciertamente, en el �mbito de la construcci�n se sabe que los materiales utilizados en este sector tienen un complejo m�todo de extracci�n y cabe recalcar que infiere de manera invasiva en las �reas de donde se extrae por lo tanto se crea la necesidad de explotar los recursos sin ning�n tipo de control haciendo que las materias primas no se aprovechen al cien por ciento ocasionando residuos y emisiones de efecto invernadero.

Consecuentemente, el estudio se orienta hacia la conservaci�n ambiental de recursos naturales utilizados en la industria de la construcci�n por lo que a trav�s del uso de la toba volc�nica como elemento de la construcci�n el cual se gestiona bajo par�metros de sostenibilidad y sustentabilidad lo cual lo hace propicio para incorp�ralo en el proyecto de investigaci�n. Este elemento tiene la caracter�stica particular de que no se necesita explotaci�n de cantera puesto que se lo puede encontrar en zona aleda�as a volcanes y a su vez en islas de origen volc�nico, por lo tanto, su extracci�n es nula en cuanto a contaminaci�n.

Por esta raz�n se integrar� la toba volc�nica como objeto principal de este estudio de investigaci�n conociendo los beneficios econ�micos y medioambientales que surgen a partir de utilizar un elemento sustentable que reduce considerablemente los costos de diversos aspectos de la construcci�n.

Seg�n la Comisi�n econ�mica para Am�rica latina y el caribe (Cepal, 2016), la cantidad de materias primas extra�das de la Tierra aument� de 22 mil millones de toneladas en el a�o de 1970 a la alarmante cifra de 70 mil millones de toneladas en el a�o 2010. Los pa�ses m�s ricos consumen en promedio 10 veces m�s materiales que los pa�ses m�s pobres y dos veces m�s que el promedio mundial. Sin embargo, a escala nacional el impacto de la miner�a a gran escala es nefastos debido a que muchos yacimientos contienen bajo contenido met�lico, la gran mayor�a se encuentra a muchos metros de profundidad y algunos de ellos se encuentran mezclado con sustancias nocivas como le ars�nico, plomo y mercurio.

No obstante, gracias la ubicaci�n geogr�fica del pa�s el cual se encuentra en la zona del cintur�n del fuego del pacifico brinda la peculiaridad de beneficiarse con yacimientos de materiales p�treos, entre ellas, la toba volc�nica como pieza fundamental en este estudio, cuya explotaci�n limitada hace que su comercializaci�n sea inexistente y por lo tanto no sea empleado en la fabricaci�n cotidiana de morteros.

Por ejemplo, la cultura greco-romana que fueron los pioneros en emplear la cal como material adherente junto con la piedra, lo que gener� una serie de pruebas de mezclas con diferentes materiales tanto volc�nicos como no, despu�s de un proceso comparativo se logr� determinar que las propiedades mec�nicas de los materiales volc�nicos eran mucho m�s favorables, dando origen a los cementos y morteros romanos, que inclu�an cal y materiales volc�nicos junto con arena. (Galeas, E & Guzm�n, F, 2019, p�g. 28)

Las diversas actividades de explotaci�n de bancos de materiales para la construcci�n son de vital importancia para el desarrollo de la econom�a de varios pa�ses. Un claro ejemplo son las puzolanas elementos conocidos hist�ricamente como material principal en la elaboraci�n del cemento, gracias a las nuevas tecnolog�as se emplean como adiciones al hormig�n y principalmente como reemplazo de cemento con el objetivo de elevar las prestaciones a largo plazo. El uso de estos materiales reduce los costos de producci�n de hormig�n. El hormig�n es un material compuesto que consiste principalmente de agregados (�ridos) dispersos en una matriz cementicia.

�El hormig�n es el segundo material m�s usado por el hombre, despu�s del agua. Se estima que por cada habitante del planeta se producen como promedio 3 toneladas de hormig�n cada a�o (AylardHawson, 2002)� (Licor, 2016, p�g. 18);� por lo que �esto representa el 57 % de todas las producciones antropog�nicas, excluyendo los combustibles f�siles y los flujos de desechos (Purnell, 2013)� (Licor, 2016, p�g. 18). Debido a su relativo bajo costo de producci�n y versatilidad, no se visualiza en el futuro cercano el remplazo del concreto por ning�n otro material.

Al igual que otros productos hechos por el hombre, la fabricaci�n de hormig�n lleva asociada una huella ecol�gica inherente a sus procesos de manufactura. Si se compara con otros materiales de construcci�n como el acero y la madera, el impacto ambiental que genera es menor en t�rminos de unidad de producci�n.

se fundamentan los m�todos empleados en funci�n de los objetivos propuestos y el objeto de la investigaci�n.

 

Materiales y m�todos

En esta investigaci�n a trabajar se aplica el enfoque metodol�gico cuantitativo, seg�n el dise�o; una investigaci�n experimental por los diversos ensayos de laboratorios a prototipos los cuales reflejar� si la mezcla de hormig�n con toba volc�nica ser� igual o superior al dise�o tradicional. El nivel de investigaci�n es explicativo por cuanto su prop�sito es demostrar que los cambios en el uso de la toba volc�nica se implementan como un nuevo dise�o de hormig�n con el fin de reducir el uso de los materiales tradicionales, cuyos datos se obtendr�n a partir de la evaluaci�n de la toba volc�nica como agregado grueso en la mezcla de hormig�n se llevar� a cabo mediante la realizaci�n de los respectivos ensayos en donde se analiz� las caracter�sticas f�sicas y f�sicas-mec�nicas del comportamiento de este material, el cual se ajust� a los par�metros de calidad de las normativas vigentes nacionales e internacionales para ser validos en la ejecuci�n de proyectos de construcci�n.

 

T�cnicas e instrumentos

Las t�cnicas empleadas en este estudio tendr�n como objetivo principal obtener los datos o la informaci�n en la cual podremos analizarlos mediante los diferentes tipos de instrumentes que se acoplen al estudio.Se realizar�n los siguientes ensayos como t�cnica en la recolecci�n de datos.

 

Tabla 1: Aplicaci�n de las t�cnicas de recolecci�n de datos

Fuente: Elaborado por el autor

 

Poblaci�n

El presente proyecto el cual se basa en una investigaci�n experimental hace que sea nula la existencia de la poblaci�n, puesto que el dise�o de la mezcla de hormig�n con toba volc�nica es original y no existen �reas donde se pueda vincularla.

 

Muestra

La muestra de este estudio se centrar� en la cantidad de cilindros de hormig�n usando comoagregado grueso la toba volc�nica.

 

Tabla 2: Muestras de cilindro de hormig�n

Cilindros	Roturas(d�as)			Total
	7	21	28
Hormig�n Tradicional	3	3	3	9
Hormig�n (�Toba volc�nica + � ������� piedra ��)	3	3	3	9
Hormig�n con Toba volc�nica	3	3	3	9

Fuente: Elaborado por el autor

 

Resultados y discusi�n

Resultados

Una vez finalizada la etapa de laboratorio en donde se elabor� los diferentes hormigones y sus respectivas roturas de probetas, es indispensable interpretar todos esos resultados del estudio.En el presente proyecto de investigaci�n quedan en evidencia que bajo las diferentes dosificaciones obtenidas de los prototipos elaborados en el proyecto de investigaci�n es demostrado la viabilidad de la toba volc�nica como remplazo o parcial sustituci�n de la piedra �. Por lo que es de criterio de los constructores buscar la toba volc�nica como alternativa en la construcci�n. Es muy satisfactorio que todos estos espec�menes ensayados pudieron obtener caracter�sticas f�sicas de una mezcla endurecida tales como la resistencia, elasticidad, etc.

 

 

 

Discusi�n

Se identific� que las caracter�sticas f�sicas y qu�micas del agregado grueso de la toba volc�nica en morteros es factible para dise�os hormigones en base a los resultados de los ensayos de granulometr�a, peso unitario, contenido de humedad, absorci�n y gravedad espec�fica que fue sometida, por lo tanto, re�nen las condiciones de acuerdos a las normativas internaciones y nacionales para ser considerado apto para la fabricaci�n de cilindros de hormig�n.Se concluy� que los espec�menes de hormigones con toba volc�nica en sus tres variantes se obtuvieron resistencias en rangos deseados. El primer prototipo de hormig�n tradicional alcanzo una resistencia de 210 kg/cm2. El segundo ejemplar obtuvo una resistencia de 211.3 Kg/cm2. Finalmente, el �ltimo esp�cimen se comprob� que su resistencia fue superior a la resistencia tradicional, con un resultado de 211.6 Kg/cm2.

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Referencias

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2.               B�rcena, A. (26 de julio de 2016). Naciones Unidas. Obtenido de https://www.cepal.org/es/comunicados/la-extraccion-mundial-materiales-se-triplico-cuatro-decadas-agudiza-cambio-climatico-la

3.               Cabello, F. J. (s.f.). Los materiales de construcci�n. Obtenido de https://huespedes.cica.es/gimadus/17/03_materiales.html

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7.               Licor, A. (2016). Evaluaci�n de la carbonataci�n en hormigones elaborados con cemento de bajo carbono LC3. Universidad Central �Marta Abreu� de Las Villas, Santa Clara.

8.               Mata, L. (2019). Investigalia. Obtenido de Investigaciones cuantitativas de tipo experimental. Parte 1: https://investigaliacr.com/investigacion/investigaciones-cuantitativas-de-tipo-experimental-parte-1/

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).