Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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Asesorsearch.filters.applied.operator.equals: search.filters.advisor.Aguilar Vélez, RafaelTemasearch.filters.applied.operator.equals: search.filters.subject.Geopolímeros--Propiedades mecánicas

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    Desarrollo de bloques de construcción ligeros mediante el uso de geopolímeros a base de puzolana natural
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-09) Castañeda Granda, David Israel; Aguilar Vélez, Rafael
    Los bloques de construcción ligeros son producidos mayormente con concreto ligero a base de cemento Portland (OPC), el cual es un material de construcción con baja densidad, baja conductividad térmica, alto aislamiento acústico y resistencia al fuego. A pesar de que los bloques de construcción ligeros son ampliamente aceptados en el sector de la construcción, algunas investigaciones recientes proponen reducir el uso de OPC debido a su alto impacto ambiental y al consumo de una gran cantidad de recursos naturales en su proceso de producción. Esta investigación presenta el desarrollo de un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana y fibras naturales como alternativa de bajo impacto ambiental a los bloques de construcción tradicionales. Con esta finalidad, se presenta una revisión de literatura sobre los avances en el campo de geopolímeros y geopolímeros ligeros, el uso de fibras naturales en los geopolímeros y el uso de geopolímeros en bloques de construcción. La revisión de literatura permitió determinar los parámetros importantes para la formulación de geopolímeros como el tamaño y forma de las partículas de la materia prima, así como la relación molar de SiO2/Al2O3; la relación molar SiO2/Na2O, el contenido de Na2O y la relación agua-sólido de la solución alcalina activadora y las condiciones de curado. También se definió el contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino como los parámetros de control para la fabricación de los geopolímeros ligeros. Por otro lado, se encontró que las fibras naturales mejoran las características mecánicas de las matrices de los geopolímeros. Finalmente, se registraron algunas investigaciones sobre el uso de geopolímeros como material para la fabricación de bloques de construcción. El plan experimental consistió en la caracterización química y física de la puzolana molida, la optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica, del contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino para la producción de morteros de geopolímero ligero y del proceso de producción del bloque de construcción; así como la caracterización física y mecánica de las unidades fabricadas. La caracterización química mediante ensayos de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD) permitieron confirmar que la puzolana es un mineral con iv alto contenido de SiO2 (53.55%) y Al2O3 (10.81%) y con una composición mineralógica con alto contenido de fase amorfa (65-75%), respectivamente. La caracterización física mediante análisis granulométrico determinó que el tamaño medio de partícula es de 11.19 μm. Los ensayos de caracterización demostraron que la puzolana es una buena materia prima para la fabricación de geopolímeros debido a su buena composición química, su alto contenido de fase amorfa y su bajo tamaño de partículas. La optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica se realizó mediante el estudio de cinco parámetros influyentes en las propiedades mecánicas del geopolímero (relación molar SiO2/Na2O, contenido de Na2O, la relación agua/sólido, la temperatura de curado y el tiempo de curado en horno). Esta optimización permitió obtener una matriz geopolimérica con una resistencia a compresión de 26 MPa. Para el desarrollo del mortero ligero se estudiaron distintos componentes de H2O2 (0.5%, 1%, 2% y 3%) y distintas relaciones en peso de puzolana : agregado fino (1:0, 3:1, 2:1 y 1:1) obteniéndose una mezcla con una resistencia a compresión de 5.9 MPa y una densidad de 1.13 g/cm3 . Finalmente, para la optimización del proceso de producción del bloque de construcción ligero se realizó el diseño de geometría de la unidad y la evaluación de diferentes procesos de desmolde y curado que permitieron que la unidad alcance la resistencia mecánica y densidad encontrada previamente. En esta última fase se detectaron problemas de fisuración en las paredes de la unidad de albañilería, los cuales se resolvieron mediante la adición de fibras de yute. El bloque de construcción alcanzó una resistencia a compresión de 5.3 MPa a los 7 días de fabricación con una densidad de 1.27 g/cm3 . Los resultados de esta investigación indican que es posible desarrollar un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana. Debido a las características de este bloque de construcción, es posible utilizarlo en la construcción de muros de albañilería portantes y no portantes.
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    Comparación de las propiedades mecánicas de unidades y prismas de bloques de tierra comprimida estabilizada con cemento y geopolímero de puzolana
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-08) Alvarez Ordoñez, Syndy Yesenia; Aguilar Vélez, Rafael
    El interés y la necesidad de los países en desarrollo en el uso de la tierra como material de construcción ha fomentado el estudio continuo de sistemas de construcción más resistentes, económicos y sostenibles. Una de las tecnologías más conocidas es la construcción industrial con Bloques de Tierra Comprimida (BTC) que beneficia esencialmente a las regiones con bajo desarrollo económico. Los BTC son unidades de albañilería con geometría y propiedades físicas y mecánicas homogéneas. Los BTC son fabricados en base a tierra con determinadas características granulométricas, la cual es compactada dentro del molde de una máquina con forma definida. La evolución en la fabricación de BTC permite que el proceso sea más rápido, sencillo y automatizado. Uno de los avances más útiles en las máquinas de fabricación de BTC es la incorporación de un sistema hidráulico para compactar el suelo, lo cual evita la compactación manual que solía ser el proceso convencional. En la actualidad, existen máquinas que producen BTC de diversas formas y tamaños para su uso en mampostería. En la presente investigación, la forma del BTC consiste en un prisma rectangular con un sistema de interconexión de 10 mm que se encuentra en las superficies superior e inferior del bloque. El sistema de interconexión permite el enganche de los BTC y provee resistencia al corte a la mampostería. Además, posee dos agujeros de 90 mm cada uno que atraviesan el cuerpo del BTC, los cuales reducen la masa sísmica y permiten la colocación de refuerzo vertical. La tierra utilizada para la fabricación de BTC es sometida a un proceso de estabilización. La estabilización química de suelos para la fabricación de BTC ha sido foco de atención de diversos investigadores que buscan mejorar sus propiedades mecánicas de forma económica y ecosostenible. Uno de los métodos más conocidos es la estabilización química con cemento. Sin embargo, el cemento produce un impacto ambiental negativo durante su ciclo de vida. La presente investigación incluyó el uso de un geopolímero de puzolana, con lo cual se estudia un material de construcción que no solo genere menos cantidad de CO2 en su producción, sino que también posea propiedades mecánicas adecuadas para la construcción de viviendas económicas. El objetivo del estudio es comparar las propiedades mecánicas de las unidades y prismas de BTC estabilizados con cemento y geopolímero de puzolana teniendo como línea base de comparación al BTC convencional fabricado sin agente estabilizante. El estudio comienza con el estado del arte de la construcción con tierra y de BTC. Posteriormente, se presenta el protocolo de los ensayos ejecutados durante de la campaña experimental. A continuación, se desarrolla la campaña experimental dividido en tres partes: i) proceso de producción y caracterización mecánica de BTC, ii) proceso de producción y caracterización mecánica de BTC estabilizada y iii) caracterización mecánica del sistema de mampostería de BTC de junta seca. Finalmente, el análisis comparativo del estudio se lleva a cabo en base a los resultados obtenidos de la caracterización mecánica de las unidades y prismas de BTC, BTC estabilizada con cemento y BTC estabilizada con geopolímero de puzolana. El suelo base analizado proveniente del distrito de Ventanilla, Callao, fue mejorado con arena gruesa con la finalidad de que la curva granulométrica del suelo mejorado se encuentre dentro del huso granulométrico indicado en la norma UNE 41410 (2008). El proceso de estabilización química del suelo permitió conocer que el contenido óptimo de cemento es de 8% y de geopolímero de puzolana de 15%. El porcentaje óptimo de agente estabilizante óptimo cumple con la resistencia a la compresión mínima requerida por la norma UNE 41410 (2008) que es de 1.3 MPa para ambos casos. Los resultados de la caracterización mecánica de BTC y BTC estabilizada se realizó en términos de la compresión y flexión. Se obtuvieron resistencias a la compresión a los 28 días de edad de 1.3 MPa (CV 6.2%), 3.6 MPa (CV 17.9%) y 2.4 MPa (CV <1%) para BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. La resistencia a la compresión en estado saturado del BTC estabilizada con 8% de cemento bajó en 52% respecto a su resistencia a los 28 días de edad y en un 66% en el caso del BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana. Además, se obtuvo el módulo de elasticidad (E) de cada tipo de BTC: 88.2 MPa (CV 2%), 249.9 MPa (CV 3%) y 208.5 MPa (CV 3%) para el BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. Finalmente, se obtuvo la resistencia a la flexión, que resultó 0.1 MPa (CV <1%), 0.7 MPa (CV 24.8%) y 0.2 MPa (CV 23.2%) correspondiente a los BTC, BTC estabilizada con 8% y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. La caracterización de la mampostería de BTC de junta seca mediante el ensayo de compresión uniaxial dio como resultado resistencias a la compresión de 0.40 MPa (CV <1%), 1.44 MPa (CV 4%) y 0.75 MPa (CV 9%) para prismas de BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. Se obtuvieron, además, el módulo de elasticidad (E), el módulo de Poisson (υ) y el módulo de corte (G) en cada caso.