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Elaboraci�n de morteros con adici�n de ceniza de musa paradisiaca (hoja de pl�tano)

 

Preparation of mortars with the addition of musa paradisiaca ash (banana leaf)

 

Prepara��o de argamassas com adi��o de cinza de musa paradisiaca (folha de bananeira)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: jintriago3538@utm.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

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* Recibido: 30 de octubre de 2023 *Aceptado: 25 de noviembre de 2023 * Publicado: �05 de diciembre de 2023

 

        I.            Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.

      II.            Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.

   III.            Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.

Resumen

El uso de cemento de forma indiscriminada a nivel mundial genera grandes emisiones de di�xido de carbono y da�os irremediables en recursos no renovables del planeta, por tal raz�n la presente investigaci�n pretende disminuir el impacto generado por la elaboraci�n del cemento a trav�s de la obtenci�n de un material que lo sustituya parcialmente. La elaboraci�n de morteros con ceniza de Musa Paradisiaca (hoja de pl�tano) tuvo como objetivo adicionar cenizas como sustituto parcial del cemento en porcentajes de 5%, 10% y 15% tomando como mortero patr�n una mezcla sin adici�n, adem�s se escogi� como referencia el mortero tipo S que tiene las caracter�sticas �ptimas para el uso en obra. La elaboraci�n de los morteros se realiz� en base a la NTE INEN 488:2010 para lo cual se evalu� las propiedades del agregado fino, continuado con la dosificaci�n de la mezcla y preparaci�n de espec�menes c�bicos para finalmente realizar los ensayos de resistencia a la compresi�n a los 14 y 28 d�as. Realizando la comparaci�n entre los morteros patrones y sus semejantes adicionados con cenizas de hoja de pl�tano, se demuestra que las propiedades mec�nicas a compresi�n mejoran con los diferentes porcentajes de adiciones empleadas, siendo el cemento adicionado con cenizas de musa paradisiaca apto para la fabricaci�n de morteros tipo S.

Palabras Clave: Mortero; Ceniza de musa paradisiaca; Resistencia a la compresi�n; Adici�n.

 

Abstract

The indiscriminate use of cement worldwide generates large carbon dioxide emissions and irreparable damage to the planet's non-renewable resources. For this reason, this research aims to reduce the impact generated by the production of cement by obtaining a material that partially replaces it. The objective of the preparation of mortars with Musa Paradisiaca ash (banana leaf) was to add ashes as a partial substitute for cement in percentages of 5%, 10% and 15%, taking as a standard mortar a mixture without addition. In addition, the type S mortar that has the optimal characteristics for use on site. The preparation of the mortars was carried out based on NTE INEN 488:2010, for which the properties of the fine aggregate were evaluated, followed by the dosage of the mixture and preparation of cubic specimens to finally carry out the compression resistance tests at 14 and 28 days. By making a comparison between the standard mortars and their counterparts added with banana leaf ash, it is shown that the mechanical properties under compression improve with the different percentages of additions used, with the cement added with musa paradisiaca ash being suitable for the manufacture of mortars. guys.

Keywords: Mortar; Ash of a paradisiacal muse; Compression resistance; Addition.

 

Resumo

O uso indiscriminado do cimento em todo o mundo gera grandes emiss�es de di�xido de carbono e danos irrepar�veis ​​aos recursos n�o renov�veis ​​do planeta, por isso esta pesquisa visa reduzir o impacto gerado pela produ��o do cimento atrav�s da obten��o de um material que o substitua parcialmente. O objetivo da elabora��o de argamassas com cinza de Musa Paradisiaca (folha de bananeira) foi adicionar cinzas como substituto parcial do cimento em percentuais de 5%, 10% e 15%, tomando como argamassa padr�o uma mistura sem adi��o. a argamassa tipo S que apresenta as caracter�sticas ideais para utiliza��o em obra. A prepara��o das argamassas foi realizada com base na NTE INEN 488:2010, para a qual foram avaliadas as propriedades do agregado mi�do, seguida da dosagem da mistura e prepara��o de corpos de prova c�bicos para finalmente realizar os ensaios de resist�ncia � compress�o a 14 e 28 dias. Ao fazer uma compara��o entre as argamassas padr�o e suas cong�neres adicionadas de cinza de folha de bananeira, mostra-se que as propriedades mec�nicas sob compress�o melhoram com os diferentes percentuais de adi��es utilizadas, sendo o cimento adicionado de cinza de musa paradisiaca adequado para a fabrica��o de argamassas . pessoal.

Palavras-chave: Argamassa; Cinza de uma musa paradis�aca; Resist�ncia � compress�o; Adi��o.

 

Introducci�n

El mortero es un conglomerante que se compone de �ridos finos, cemento, agua y en algunos casos aditivos y adiciones, siendo el cemento el material primordial ya que act�a como aglomerante y permite que se forme una roca artificial de altas resistencias. La fabricaci�n del cemento es un proceso en el cual se calcinan a 1,450�C una mezcla de piedra caliza, arcilla y mineral de hierro, se estima que aproximadamente el 8% de las emisiones de di�xido de carbono (CO₂) en el mundo son producidas en su fabricaci�n, causando un gran da�o al medio ambiente (Rodgers, 2018)

En el 2019, en la Universidad Nacional de Formosa de Argentina se cuantifico la resistencia mec�nica de morteros de cemento al a�adir cenizas de cascara de arroz ricas en nano part�culas de s�lice se concluy� que, al usar las cenizas como componente de la mezcla, se obtienen morteros de cemento ligeros con suficiente resistencia para ser usados en aplicaciones que no requieran de una alta resistencia a la compresi�n. La resistencia a la compresi�n disminuye, respecto a la formulaci�n est�ndar, en las probetas obtenidas con cenizas como componente del mortero. Esto puede deberse al peque�o tama�o de nano part�cula de s�lice producto de la baja temperatura de obtenci�n de las cenizas y a su alta tasa de absorci�n de agua. (Orrabalis, Ledezma, Villalba, & Mart�nez Garc�a, 2019).

En el 2020, en la Universidad Cesar Vallejo de Trujillo-Per� se evalu� la resistencia a la compresi�n del mortero hidr�ulico adicionando ceniza de musa paradisiaca para viviendas funcionales. Se demostr� que el dise�o de mortero hidr�ulico adicionando 5% de ceniza de musa paradisiaca genera mayor resistencia a los 28 d�as de curado, pero se dedujo que no se puede usar ya que no llega a la resistencia establecida, en comparaci�n con la muestra patr�n que a los 28 d�as de curado tiene una resistencia de 121.29 kg/cm², esto demuestra que la ceniza de musa paradisiaca no es apta para usar en trabajos de alba�iler�a. (D�az Cotrina & Flores Pinedo, 2020).

En el estudio titulado �Comparaci�n de las propiedades mec�nicas del concreto adicionando cenizas de hojas de pl�tano y vidrio reciclado en pavimentos r�gidos, Mala 2020� realizado en Per� en el cual se concluy� que en el reemplazo por cenizas de hojas de pl�tano donde se obtuvo que el mejor comportamiento de la resistencia a la compresi�n fue cuando se sustituy� el 14% de ceniza con respecto al peso del cemento, obteniendo una resistencia a la compresi�n de f�c 246.47 kg/cm² esto representa un mejor comportamiento para la resistencia a la compresi�n del 5.29% con respecto al concreto patr�n. (Herbas Chircca & Vargas Zu�iga, 2020).

 

Materiales y m�todos

Materiales

En la actual investigaci�n se utiliz� cemento portland tipo GU como material aglomerante, agregado fino derivado de una de las canteras de la ciudad de Portoviejo, cenizas de hojas de pl�tano como adici�n en base al peso del cemento.

Cemento

El cemento portland Tipo GU cumple con lo establecido en la Norma NTE INEN 2380 como un cemento Tipo GU para Uso General, es un cemento hidr�ulico producido por la pulverizaci�n de clinker, consistente esencialmente de silicato. Mezclada con agua forma una pasta que se endurece a temperatura ambiente y se vuelve s�lida. Con un peso espec�fico de 3150 kg/cm³. (Sanju�n Barbudo & Chinch�n Yepes, 2015)

Agregado fino

El agregado fino es un material granular usado con un medio cementante para formar hormig�n o mortero hidr�ulico. Puede utilizarse en su estado natural o bien triturado, de acuerdo a su uso y aplicaci�n. Los agregados finos consisten en arenas con tama�os de part�cula que pueden llegar hasta 10 mm, pasante el tamiz #4.

Para la elaboraci�n de los morteros el agregado fino fue analizado seg�n los criterios establecidos en la Norma T�cnica Ecuatoriana, para ello se detallan a continuaci�n: Porcentaje de humedad NTE INEN 862:2011. Se determin� el valor de 1,14%, seg�n lo establecidos por normas nacionales e internacionales el valor cumple con las condiciones para su uso.

M�dulo de finura NTE INEN 696:2011. Se obtuvo un valor de 0,96 el cual cumple con los requisitos establecidos en la NTE INEN 2536:2010 numeral 3.1.1.4.

Con la norma NTE INEN 858:2010 se calcul� un peso unitario compactado 1.53 g/cm³ y un peso unitario suelto 1.37 g/cm³.

Pesos espec�ficos NTE INEN 856:2010. El ensayo realizado mostr� los siguientes valores: peso espec�fico en masa de 2539,07 Kg/m³, un peso espec�fico s.s.s. de 2590,67 Kg/m³, un peso espec�fico aparente de 2677,23 Kg/m³ y el porcentaje de absorci�n de agua 2.03%. Con estos valores se constat� que la arena es un �rido de densidad normal, como lo afirma la NTE INEN 694:2010.

Ceniza

Ecuador el primer exportador de banano, convencional y org�nico del mundo. Actualmente se reportan en el pa�s un total de 144 981 ha de pl�tano. Las principales provincias ecuatorianas productoras de banano son, Guayas, El Oro y Los R�os donde se concentran respectivamente el 34%, 41% y 16% de los sectores industriales m�s importantes del pa�s, siendo El Oro la provincia, donde se ubican el mayor n�mero de peque�os productores bananeros del pa�s (42%), y los grandes empresarios del sector se ubican mayoritariamente en Guayas y Los R�os. (Le�n Ajila, Espinosa Aguilar, Carvajal Romero, & Quezada Campoverde, 2023).

La ceniza de hojas de pl�tano es obtenida mediante la recolecci�n de las hojas secas de pl�tano de fincas ubicadas en Portoviejo ubicada en (-1.153237948279661,-80.38118890019578) y Santa Ana (-1.133489,-80.250881) de la provincia de Manab�.

Recolectado el material, se procede a separar la hoja del tallo, luego se pre calcin� la hoja de pl�tano en un horno de crisol utilizando un recipiente de barro, �controlando su temperatura con un pir�metro infrarrojo, una vez pre calcinado todo el material �se procedi� �a la calcinaci�n en un horno el�ctrico �de temperatura constante a 500�C, y por �ltimo todo el material calcinado se lo tamiz� hasta obtener una finura de 45 �m ( No. 325), lo cual logra que se genere un material puzol�nico que sirve como adici�n con respecto al cemento.

En la presente investigaci�n no se hizo el an�lisis qu�mico de la composici�n de la hoja de pl�tano una vez calcinada, pero se tom� como referencia el ensayo de fluorescencia de rayos x, trabajo de la investigaci�n realizada por (Huam�n Quispe, 2022), donde se detallan los componentes del material.

 

Tabla I

An�lisis de composici�n qu�mica de la ceniza de musa paradisiaca.

Fuente: �Adici�n de ceniza de hoja de musa

paradisiaca y su efecto en las

propiedades del concreto�(Huam�n Quispe, 2022).

Agua potable

El agua potable no contiene pat�genos, qu�micos, agentes f�sicos o material radioactivo que puedan afectar la estructura del mortero o su resistencia seg�n lo establece la norma NTE INEN 2617:2012, no fue necesario realizar ensayos, seg�n la norma se cumplen con las especificaciones indicadas.

 

M�todos

Al material fino como la arena y a la ceniza de hoja de pl�tano como material sustituto del cemento se les realizaron sus respectivos ensayos para determinar sus propiedades y adquirir especificaciones t�cnicas para su dosificaci�n.

Para el primer dise�o de mortero se calcul� el volumen de la lechada para 1 m³ de mortero, luego de esto se encontr� el volumen de la lechada para un saco de cemento de 50kg mediante el c�lculo de el volumen del agua y el volumen del cemento. Una vez obtenidos el volumen de la lechada (agua y cemento) se corrobora el volumen de la arena. Con estos valores y la gravedad especifica de los materiales se hall� los pesos del cemento arena y agua en kg. Posterior a esto se realiz� una correcci�n por absorci�n de �rido fino, a partir de dichos resultados se determin� las proporciones del peso de la arena con respecto al cemento (1:2,26) y del peso del agua con respecto al cemento (1:0,48)

La mezcla de ambos dise�os de morteros se realiz� de manera manual en el laboratorio de suelos de la Universidad T�cnica de Manab�, luego se procedi� a elaborar cubos de 50 mm de aristas seg�n lo establece la NTE INEN 488:2009. Para dicho ensayo se mezclaron los componentes del mortero sin a�adir agua hasta formar una composici�n uniforme, primero el cemento con la adici�n porcentual de ceniza y posteriormente la arena, siguiente se a�adi� la cantidad dosificada de agua potable mezclando por aproximadamente 5 minutos.

Listo el mortero se verti� en recipientes c�bicos de 50mm de aristas, llen�ndolos en dos capas siendo cada una apisonada durante 10 segundos con 32 golpes, divididos en 4 rondas de 8 golpes en direcci�n perpendicular a la anterior como indica la NTE INEN 488:2009, en total se llenaron 24 cubos de 50 mm en cada una de las dosificaciones. El mortero fragu� durante 24 horas y fue desmoldado, finalmente se coloc� en el tanque de curado, con agua potable saturada con cal, como especifica la NTE INEN 2528:2010.

Figura I Curado de cubos para ensayo de compresi�n

Una vez que cumplen con los 14 y 28 d�as de curado se ejecut� el ensayo a mortero endurecido, Determinaci�n de la resistencia a la compresi�n de morteros en cubos de 50 mm de arista (NTE INEN 488:2009).

Teniendo como fin investigativo obtener la resistencia a compresi�n de morteros adicionando cenizas de hoja de pl�tano como sustituto parcial del cemento en porcentajes de 5%, 10% y 15%; se elaboraron dos dise�os de morteros. Se tom� una resistencia caracter�stica de 12,4 MPa que hace referencia a un mortero tipo S seg�n la norma NTE INEN 2518:2010, para compararlo posteriormente con los resultados obtenidos en los dos dise�os que se llevaron a cabo con las siguientes adiciones de ceniza de hoja de pl�tano.

Uno de ellos siguiendo la dosificaci�n establecida por la norma NTE INEN 488:2009, informaci�n que se muestra a continuaci�n.

 

Tabla II

Dise�o de mortero establecido en la NTE INEN 488:2009 utilizando ceniza de hoja de pl�tano como adici�n en reemplazo parcial del cemento.

En la tabla II se especifican los pesos en gramos de los materiales a utilizar en cada dosificaci�n seg�n la norma NTE INEN 488:2009 para el ensayo de resistencia a compresi�n. Con una relaci�n agua/cemento de 0,485 se siguieron los par�metros establecidos en la tabla III donde se especifican las cantidades en gramos a utilizar.

 

Tabla III

Fuente: Norma NTE INEN 488:2009.�(Instituto Ecuartoriano de Normalizaci�n, 2009)

As� mismo en el segundo dise�o se realiz�, tomando los par�metros establecidos por el Ing. Civil Nicarag�ense Axel Mart�nez Nieto en su gu�a para estudiantes determinado, los valores para la dosificaci�n de acuerdo a los resultados obtenidos en los ensayos realizados a la arena seg�n la NTE INEN, 856:2010 y NTE INEN 858:2010.

En la tabla IV se especifican los pesos en gramos de los materiales a utilizar en cada dosificaci�n para un volumen de 810 cm³ que corresponde a 6 cubos de 50mm de arista seg�n la norma para el ensayo de resistencia a compresi�n. Se mantuvo la misma relaci�n agua/cemento de 0,45 para cada dosificaci�n con el fin de identificar la influencia de la ceniza de hoja de pl�tano en el mortero. Para dichas dosificaciones se tomaron los criterios establecidos por el Ing. Mart�nez Nieto en su gu�a para estudiantes de Ing. Civil (Mart�nez Nieto, 2016).

 

Tabla IV

Dise�o de mortero utilizando ceniza de hoja de pl�tano como adici�n en reemplazo parcial del cemento

Los cubos se mantuvieron en el tanque de curado un tiempo l�mite de 28 d�as, se concibieron roturas a los 14 y 28 d�as de curado, para poder realizar un an�lisis comparativo de las resistencias a compresi�n obtenidas en ambos dise�os con respecto a los par�metros que establece la norma NTE INEN 2518 del mortero tipo S.

 

Resultados y discusi�n

Tabla V

Promedio de resistencias a compresi�n a 14 y 28 d�as de curado del dise�o realizado de acuerdo a la norma NTE INEN 488:2009

Figura III Comparaci�n de resistencias a compresi�n a 14 y 28 d�as

En la figura III se observa que las resistencias a compresi�n obtenidas en el dise�o basado en la norma NTE INEN 488:2009 son menores con respecto al segundo dise�o, sin embargo, se demuestra que las resistencias obtenidas en 5%, 10% y 15% de adici�n de ceniza de musa paradisiaca (hoja de pl�tano), son mayores a la resistencia patr�n de 0%, obteniendo mejoras en las propiedades mec�nicas a compresi�n del mortero con un incremento de hasta un 19,97% �con respecto al mortero patr�n, teniendo que solo el 10% obtuvo una resistencia mayor a 12,4 MPa del mortero tipo S que indica la norma NTE INEN 2518:2010.

 

Tabla VI

Promedio de resistencias a compresi�n a 14 y 28 d�as de curado del dise�o realizado de acuerdo a los criterios del Ing. Civil Mart�nez Nieto.

Figura IV Comparaci�n de resistencias a compresi�n a 14 y 28 d�as

En la figura IV se comparan las resistencias a compresi�n obtenidas en el dise�o propio con los criterios del Ing. Mart�nez Nieto, dosificados con adiciones de 0%, 5%, 10% y 15% de ceniza de hoja de pl�tano (musa paradisiaca) donde se encuentran los valores m�s altos de resistencia en la mezcla de 0% y 10%, siendo el 15% el valor m�s bajo, aun as�, todos los valores superan la resistencia establecida del mortero tipo S de 12,4 MPa que se�ala la NTE INEN 2518:2010.

 

Conclusi�n

Los porcentajes del 5%,10% y 15% fueron valores id�neos para mantener y mejorar la resistencia a compresi�n establecida por la NTE INEN 2518:2010, obteni�ndose incrementos de resistencias de hasta un 29,27% con respecto a la resistencia caracter�stica 12,4 MPa del mortero tipo S.

La ceniza de musa paradisiaca (hoja de pl�tano) resultante de la calcinaci�n a 500�C, reacciona positivamente con el cemento generando resistencias significativas en los morteros.

Al hacer el an�lisis entre lo establecido por NTE y normalizado por el Ing. Mart�nez Nieto se determina que los dos dise�os de morteros generan resistencias buenas, siendo la m�s favorable la dosificaci�n del Ing. Mart�nez Nieto.

El uso de la hoja de pl�tano reducido a cenizas disminuye el impacto negativo en el medio ambiente que provoca la fabricaci�n de cemento, ya que en 1 m³ de mortero se podr�a sustituir 30,24 Kg, 60,48 Kg o 90,71 Kg de ceniza de musa paradisiaca correspondientes al 5%, 10% y 15% con respecto al peso del cemento, se da a notar que al usar dicha ceniza como adici�n el ahorro de cemento ser�a considerable.

 

Referencias

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� 2023 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)

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