AGRO-HORMIGONES.pdf

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN “Apostando por la sostenibilidad con agro-concrete: disminución de las emisiones de CO2, favoreciendo la economía circular en la zona de Valverde de Leganés para solucionar el déficit habitacional” AUTORES: CARLOS BECERRA VALVERDE JUAN ESCALERA ARDILA RAÚL PÉREZ LÓPEZ COORDINADORAS: Mª MAR GÓMEZ TAMAYO EMILIA GATA MENA CURSO ACADÉMICO: 2016/17 NIVEL: 1ºBachillerato Centro: I.E.S. Campos de San Roque Paseo de Extremadura,8 Valverde de Leganés ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................... 1 2. ANTECEDENTES ................................................................................................................................................... 2 2.1. Importancia actual del uso de materiales de construcción biológicos basados en agregados vegetales ........... 2 2.2. Agro-hormigones .............................................................................................................................................. 2 2.3. Propiedades de los agro-hormigones ................................................................................................................ 2 2.4. Ventajas del uso de hormigones vegetales ...................................................................................................... 3 3. HIPÓTESIS DE TRABAJO Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN .............................................................. 3 4. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................................................. 4 4.1. Materiales ......................................................................................................................................................... 4 4.2. Estudio de la resistencia a la compresión ......................................................................................................... 5 4.3 Estudio del aislamiento acústico........................................................................................................................ 5 4.4 Estudio del aislamiento térmico ........................................................................................................................ 6 4.5. El diseño de experimentos DoE como estrategia experimental....................................................................... 7 4.5.1. Preparación de las dosificaciones en el segundo experimental .............................................................. 10 5. RESULTADOS ...................................................................................................................................................... 10 5.1. Densidad de los agro-concrete........................................................................................................................ 10 5.2. Estudio del aislamiento térmico ..................................................................................................................... 11 5.2.1. Resultados del primer experimental ....................................................................................................... 11 5.2.2. Resultados del segundo experimental .................................................................................................... 11 5.3. Estudio de la resistencia a la compresión ....................................................................................................... 12 5.3.1. Resultados del primer experimental ....................................................................................................... 13 5.3.2. Resultados del segundo experimental .................................................................................................... 13 5.4. Estudio del aislamiento acústico..................................................................................................................... 13 5.4.1. Resultados del primer experimental ....................................................................................................... 13 5.4.2. Resultados del segundo experimental .................................................................................................... 14 6. CONCLUSIONES .................................................................................................................................................. 15 7. AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................... 16 8. BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA ....................................................................................................................... 16 1. INTRODUCCIÓN Los problemas relacionados con el calentamiento global y por tanto el ahorro de energía son factores que han contribuido a que se desarrollen a nivel mundial el uso de agregados vegetales para el diseño de materiales de construcción [1,2]. Nuestro trabajo pretende estudiar la viabilidad de la puesta en obra, de ciertos hormigones fabricados a partir de agregados vegetales, residuos orgánicos de nuestra comunidad, con la intención de crear un nuevo tipo de hormigón más barato y por supuesto más sostenible; por un lado, reduciendo las emisiones de dióxido de carbono en el proceso de fabricación del cemento y por otro, dándole uso a esos residuos agrícolas que si no se utilizan se acaban amontonando e incinerando. La preservación del medio ambiente es una de las principales características del desarrollo sostenible con el deseo de reducir las emisiones en gases de efecto invernadero (GEI), [2-6]. Las emisiones totales de GEI por sector económico en 2010, que incluyen las emisiones directas, fueron: 25% en industria, 9,6% para energía y 24% para agricultura, silvicultura y otros usos del suelo. Y las emisiones indirectas fueron: 1,4% para energía, 11% para la industria, 0,3% para transporte, 12% para la construcción y 0,8% para otros usos del suelo [7]. Por la parte que le afecta, el sector de la construcción se enfrenta a importantes desafíos en términos de reducciones de GEI y de consumo de energía [4,5] mediante el uso de materiales alternativos. La estimación realizada en 2009 por la Agencia Internacional de Energía (entre 3,36 y 3,48 billones de toneladas en 2015) para determinar a largo plazo la evolución de las demandas de cemento utilizadas en construcción, se superó en al año 2014 alcanzando una producción anual de 4,3 billones de toneladas. Es decir, se produjo un aumento en la producción del 6,7% a partir del año 2013. En definitiva, el sector de la construcción lucha con cuatro impactos principales en el medio ambiente: sus emisiones de GEI, su consumo de energía, su consumo de recursos naturales y su producción propia de residuos. Como alternativa, los materiales a base recursos vegetales tienen un valioso beneficio para la salud, ecológico, habitacional (proporcionando una “auto-regulación” de la humedad, temperatura y sonido) y por otro lado la utilización de materiales sostenibles [8,9]. El problema del calentamiento global, el ahorro de energía y las cuestiones relacionadas con el ciclo de vida de los materiales han sido factores determinantes que han contribuido a la rápida expansión de los materiales vegetales para edificios, considerándolos materiales multifuncionales, respetuosos con el medio ambiente y eficientes. En cuanto al ahorro de energía, la mayor parte del código térmico en Europa requiere que en el año 2020 todos los edificios cumplan con los criterios de energía positiva. Esta mejora del rendimiento en los edificios induce a modificaciones en la distribución de impactos ambientales y sitúa a la fabricación de los materiales de construcción como la fase más importante en el consumo de energía, obligando a reducir los consumos de ésta de 200 a 15 KWh /m2 /año [10, 11]. Cada uno de nosotros está consumiendo aproximadamente tres veces más energía y el doble de materiales respecto a lo que nuestros antepasados. Esto nos lleva a pensar en lo que realmente estamos haciendo con nuestro planeta y con nuestras vidas y la de nuestros hijos y nietos. Basándose en esta filosofía surge la idea de la economía circular como modelo económico basado en la reutilización. En una economía circular, al contrario que en la lineal (basada en el principio de usar y tirar), el ciclo de vida de los productos se extiende gracias a un mejor eco-diseño que facilita las reparaciones, la reutilización y la re-fabricación. La industria cementera emplea residuos que no se han podido reciclar. La valorización material permite sustituir materias primas naturales como las utilizados en este trabajo, evitando la explotación de recursos naturales, con la idea de solucionar los problemas ambientales, como la contaminación y el cambio climático, produciendo así, materiales de construcción alternativos, productos más económicos para las personas de nuestra población. La vivienda en nuestro país y principalmente en áreas deprimidas económicamente, obliga a la ingeniería a presentar alternativas que disminuyan los costos de los materiales sin disminuir sus características de resistencia y durabilidad. Uno de los materiales más utilizados en la construcción de viviendas es el concrete, siendo el cemento el elemento más costoso en su elaboración. Para disminuir el costo del cemento en la elaboración del hormigón, se puede reemplazar con los agregados orgánicos utilizados en este trabajo. Éste es un proyecto sostenible, ya que se le da utilidad a un residuo que es generado diariamente y le damos solución a un problema tan importante y vital como lo es el déficit habitacional. 1 2. ANTECEDENTES 2.1. Importancia actual del uso de materiales de construcción biológicos basados en agregados vegetales Los problemas relacionados con el calentamiento global, el ahorro de energía y el ciclo de vida son factores que han contribuido a la rápida expansión de materiales vegetales para edificios que pueden calificarse como materiales multifuncionales respetuosos con el medio ambiente, sostenibles y eficientes [12]. Existen diversas posibilidades desarrolladas en todo el mundo sobre el uso de agregados de plantas para el diseño de materiales de construcción [8,10]. El uso de agregados vegetales triturados como el cáñamo, el lino, las cáscaras de coco y otras plantas asociadas al aglomerante mineral representa la solución más popular adoptada en el inicio de esta revolución en los materiales de construcción [13,14]. La industria del cemento y el hormigón es intensiva en uso de materias primas, pero también es uno de los mayores contribuyentes a la economía circular. El cemento y el hormigón son productos fabricados con materiales naturales generalmente abundantes y disponibles a nivel local y, además, pueden fabricarse también con materiales reciclados procedentes de todo tipo de actividades industriales, aplicándose los principios de la economía circular a lo largo de su ciclo de vida:     Las materias primas utilizadas para producir el cemento y el hormigón, principalmente de piedra caliza y agregados, están disponibles en abundancia. En la fabricación del clínker, la industria del cemento es capaz de utilizar residuos como combustible en lugar de carbón y coque de petróleo. Al mismo tiempo, el contenido mineral de los residuos se recicla como materia prima. En la producción de hormigón también se produce ese reciclado material, gracias a la utilización de áridos reciclados. En la industria del cemento, esta combinación de recuperación de energía y reciclado de materiales constituye el “co-procesado”. El hormigón no solo es un material de construcción duradero; sino que también es 100% reciclable. Al final de su vida útil, el hormigón puede ser reciclado en el propio hormigón como árido reciclado o en otras aplicaciones (como una base de carreteras, por ejemplo). 2.2. Agro-hormigones Un concreto en el sentido convencional de la palabra es una mezcla heterogénea entre un aglutinante mineral y granulados (también de origen mineral) de dimensiones graduadas [3]. Del mismo modo se define Agro-hormigón como “una mezcla entre granulados de materia vegetal lignocelular proveniente directa o indirectamente de la agricultura o silvicultura, que forman la mayor parte del volumen, y un aglomerante mineral [8]. Muchos proyectos apuntan a crear materiales de construcción utilizando una o más formas de materia lignocelular como un refuerzo a la estructura en lugar de como un agregado ligero. Algunas fuentes de bioagregados son la madera, el coco, el sisal, la palma, el bambú o el bagazo, etc…De hecho hay países como Brasil, que tienen un rango excepcional de flora, y por lo tanto una amplia gama de fibras para experimentar; por lo que la investigación en este campo es muy activa [13,14]. La introducción de una alta concentración de material de construcción bio-agregado en el diseño de la construcción es el principio fundamental de este concepto. El uso de cáñamo triturado, lino y otras plantas asociadas al aglomerante mineral representa la solución más popular adoptada en el inicio de esta revolución en materiales de construcción. Alrededor de los principales mercados generados por una cultura de cereales o petróleo, hay muchos mercados secundarios. De ahí que la biomasa vegetal tendrá un futuro brillante [15]. 2.3. Propiedades de los agro-hormigones Tales agregados son generalmente maleables, alargados y altamente porosos con una baja densidad aparente. Además, de la alta capacidad de absorción de sonidos, su alta flexibilidad de los agregados y la falta de fractura y ductilidad después de alcanzar la máxima resistencia mecánica [16,17]. Entre todos los agregados citados 2 anteriormente, el cáñamo es probablemente el más ampliamente utilizado en materiales de construcción alternativos o ecológicos en Europa [18,19]. Éste se suele mezclar con un aglutinante a base de cal y el biohormigón resultante se conoce como cáñamo-cal. Este tipo de agregado es un co-producto de la industria del cáñamo, el cual es renovable. Sin embargo, la caracterización de estos agregados es crucial para una adecuada comprensión de la calidad de los materiales que incorporan, lo que requiere que se hagan adaptaciones a las técnicas habitualmente empleadas para los agregados minerales o la elaboración de nuevos procedimientos de caracterización. El comportamiento higroscópico de las plantas ligno-celulósicas se debe a su arquitectura compleja basada en una porosidad que permite la conducción de la savia y el agua. Esta porosidad continúa después de cortar y procesar la materia vegetal, desempeñando su papel y por tanto la principal forma de absorción de agua siguiendo las Leyes de Laplace. En agregados vegetales la absorción llega a alcanzar valores de alrededor del 350% [21, 22]. Por otro lado, al ser una mezcla de partículas vegetales y ligantes, el agro-concrete es un material de construcción poco habitual: la alta flexibilidad que aportan los agregados vegetales y la rigidez de la matriz del cemento, conduce a un comportamiento elasto-plástico no frágil. Por lo tanto, se distingue de otros materiales de construcción por la alta deformabilidad bajo tensión, falta de fractura y ductilidad, marcada con absorbancia de deformaciones siempre después de haber alcanzado la máxima resistencia mecánica [22]. 2.4. Ventajas del uso de hormigones vegetales      Construcción de viviendas de forma segura, vanguardista, económica, natural y ecológica. Creación de un nuevo tipo de hormigón más barato y menos contaminante con el medio ambiente, ya que la fabricación del cemento produce el 5% de las emisiones de dióxido de carbono a nivel mundial. Los materiales de construcción fabricados con agregados de plantas tienen mucho potencial en el mercado de materiales de construcción de todo el mundo. Los agregados vegetales se pueden cultivar naturalmente en abundante suministro a través de países con climas templados. Los materiales de construcción basados en biomasa han demostrado tener tanto viabilidad como comerciabilidad en la industria de la construcción, a pesar de ser un material relativamente nuevo [2331]. 3. HIPÓTESIS DE TRABAJO Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN Existen varias hipótesis atendiendo a distintos parámetros, como los que a continuación se muestran:  Respecto a la masa Con este parámetro se puede intuir o presagiar que las planchas que posean mayor masa deberían aislar más, debido a la cantidad de material que será usado para elaborarlas y las que pesen menos aislarán menos.  Respecto a su grosor El grosor es otro parámetro a tener en cuenta, pero se ha tenido en cuenta, y para que la comparación sea igualada y correcta, se ha intentado que el grosor sea de 4 cm, para no llegar a dudas sobre todo en el aislamiento acústico, aunque en el estudio de aislamiento térmico tiene menos importancia que en el acústico, pues el espesor de la plancha, se introduce en la fórmula que permite calcular el coeficiente de conductividad térmica (K).  Respecto a la intensidad del zumbador Este parámetro es muy importante, por eso deberemos de asegurarnos que la tensión emitida por la pila y la recibida por el zumbador sea siempre la misma. Si la pila dejase de emitir la misma tensión o potencia al zumbador 3 la intensidad del mismo cambiaría, y por tanto, la investigación no sería buena y correcta. Si no fuese así, deberíamos cambiar la pila utilizada anteriormente por su desgaste y colocar una nueva.  Respecto al ruido exterior Este parámetro también influirá debido a que las mediciones que se hagan deben ser en las mismas condiciones. Es precisamente por eso por los que todas las mediciones se intentan reproducir en las mismas circunstancias. Una sala aislada del centro, sin alumnos;( es decir todas las mediciones se hacen en el mes de Julio por la mañana y las últimas por la tarde, fuera de la jornada escolar).  Respecto a la temperatura ambiente Este parámetro también influirá, debido a ello se debe de intentar conservar este parámetro para las distintas medidas y así poder llevar a cabo una investigación en las mismas condiciones ambientales.  Respecto al coeficiente de conductividad térmica Se parte en principio de la hipótesis que siempre el contenido en orgánico va a hacer en principio que la conductividad térmica va a ser menor que la del hormigón sin contenido orgánico. Los objetivos propuestos para el desarrollo de este trabajo de investigación se pueden resumir en los siguientes:      Familiarizar a los alumnos con las técnicas y metodologías del trabajo en el laboratorio, así como en el análisis y discusión en los datos experimentales. Introducir a los alumnos en el uso del diseño estadístico de experimentos como herramienta para averiguar si unos determinados factores influyen en la variable de interés. Poner de manifiesto la utilidad de los agro-concrete con vista a sus potenciales usos en construcción. Con el objeto de encontrar las dosificaciones ideales y la idoneidad de los agregados según las propiedades y las necesidades, utilizar el diseño de experimentos para determinar la influencia del contenido de cemento y de orgánico en la densidad, resistencia a la compresión, atenuación del sonido y conductividad térmica. Abrir puertas a futuras investigaciones y buscar soluciones con respecto a las emisiones de CO 2, gestión de residuos y asegurar el acceso a la vivienda en aquellos lugares donde el precio de determinados materiales está restringido. 4. MATERIALES Y MÉTODOS 4.1- Materiales La materia prima utilizada en este proyecto ha sido para realizar la caja: cartón o una caja de cartón, cola blanca para sellar la caja y poliestireno expandido. Para realizar las planchas y las probetas, los materiales orgánicos utilizados han sido: serrín, cáscara de almendra, cáscara de bellotas, cáscara de pipas, cáscara de arroz, huesos de aceitunas, huesos de cerezas, corcho con granulometría (4 – 12 mm) , corcho con granulometría (1-2 mm) y mazorcas de maíz. Por otro lado, el cemento utilizado ha sido Balboa de 32,5 N y por supuesto agua. Para realizar los cálculos se utiliza el método de dosificación en volumen; es el método más antiguo, fácil y cómodo, a todos los efectos, en aquellas pequeñas obras dónde la precariedad de medios, como es nuestro caso, precise su realización manual y a pie de obra, (véase tabla 1 del anexo). Se eligen tres dosificaciones o riquezas de cemento de partida de H-100, H-200 y H-300, que permitirán posteriormente ajustar la masa de orgánico empleado y el agua inicialmente; aunque las cantidades de partida se van ajustando en la puesta en obra, debido al diferente comportamiento higroscópico que presentan los diferentes materiales orgánicos. 4 La dosificación H-100, es la utilizada para rellenos y hormigón de limpieza o pobre; el H-200 para muros de contención, pozos de cimentación y soleras y la dosificación de H-300 para hormigones armados, zapatas y muros especiales. En la nomenclatura utilizada en el trabajo, la dosificación del H-100, correspondería a la que se ha denominado AD (alta densidad en orgánico y mínimo contenido en cemento), la dosificación de un mortero MD (media densidad de orgánico) correspondería al contenido de cemento de un H-200 y la del H-300, corresponde en cemento a un contenido alto y que constituye la denominación BD (baja densidad de orgánico). Los encofrados de madera de las planchas y las probetas cúbicas de la primera serie de treinta probetas fueron construidos por nosotros; dando lugar a planchas de 29 x 29 cm y 4 cm de espesor medio; y probetas cúbicas de 10 cm de arista. En el segundo experimental se utilizan para las probetas unos moldes cúbicos metálicos cedidos por el INTROMAC para ser utilizados en este estudio. 4.2 Estudio de la resistencia a la compresión Se define la resistencia a la compresión Rc, como el esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento. Sin embargo, la resistencia a la compresión de los materiales que no se rompen en la compresión, se define como la cantidad de esfuerzo necesario para deformar el material. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión. El estudio de la resistencia de la compresión se realiza a los veintiocho días de la puesta obra de las últimas probetas, para lo que nos desplazamos al INTROMAC (Cáceres) y nos enseñan y utilizamos una prensa multiensayos de la casa comercial SISTEMAS DE ENSAYOS, empleando la célula de carga de 300 KN y 50 KN. para medir la resistencia a la rotura en este esfuerzo. 4.3 Estudio del aislamiento acústico Se debe tener en cuenta que el sonido es una onda mecánica, es decir, que se propaga a través de un medio material. Además, las ondas sonoras son longitudinales y el desplazamiento de las partículas es paralelo a la dirección de propagación. Para este proyecto debemos tener en cuenta que la medición se realiza de manera transversal, sobre una de las paredes de la caja de cartón; lo que indica que solo se cambia una de las planchas, colocada en un lateral. El micrófono encargado de captar la onda emitida por el zumbador, se colocará al otro lado de la caja, en el exterior, para así comprobar la capacidad aislante acústica de cada hormigón. Se debe tener en cuenta el grosor de la plancha, por eso se han fabricado con 4 cm de grosor cada una, para intentar que la comparación sea más precisa, aunque la fluencia y la retracción va a influir dependiendo del material vegetal utilizado. El sonido se transmite en forma de onda y ésta se transmite con mayor facilidad por unos materiales que por otros. Además de la naturaleza del material, las cámaras de aire que puedan crearse dentro de las planchas y la porosidad de los distintos materiales con los que se han fabricado las planchas, pueden hacer que las ondas traspasen con mayor facilidad unas planchas que otras. Bases teóricas del procedimiento experimental del aislamiento acústico Amortiguamiento El sonido se propaga en medios materiales cuyas partículas transmiten de unas a otras la energía de vibración que constituye nuestro sonido sin que se pierda nada de energía en su transmisión. Esto supone que en “nuestras” ondas planas, la intensidad permanezca constante a medida que se propaga. Pero, hay materiales que llamaremos absorbentes, en los que, parte de la energía que se propaga partícula a partícula, se pierde en movimiento desordenado y caótico de las mismas no propagándose por tanto como energía de nuestro movimiento ondulatorio. En este caso, la intensidad de las ondas planas sonoras no permanecerá constante, sino que irá disminuyendo a medida que se propaga. Este fenómeno recibe el nombre de amortiguamiento. 5 Equipo Para medir la atenuación del sonido se va a utilizar un sonómetro, un aparato que nos permite medir objetivamente el nivel de presión sonora. Los resultados los expresa en decibeles (dB). Para determinar el daño auditivo, el equipo trabaja utilizando una escala de ponderación “A” que deja pasar sólo las frecuencias a las que el oído humano es más sensible, respondiendo al sonido de forma parecida que lo hace éste. En nuestro caso, utilizaremos un sonómetro de la marca Tekcoplus modelo SLM-24. 4.4 Estudio del aislamiento térmico El calor se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas; sin embargo, en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. La energía térmica se puede transmitir (por convección, conducción y radiación) o se puede acumular. Esta última forma de transmisión es la que tiene lugar en la fuente de calor utilizada; un calefactor que transmite el calor mediante ondas electromagnéticas hacia las planchas. Procedimiento experimental Se va cambiando una de las paredes de nuestra cámara anecoica por cada una de las 30 planchas diferentes; manteniendo el resto de tabiques sin modificar. Se coloca un radiador de 600 W de potencia a una distancia fija de 30 cm. Y se toman medidas a distintos intervalos de tiempo (15, 30, 45 y 60 min). Se mide con un termómetro digital las distintas temperaturas de las paredes anteriores y posteriores de la caja, en distintas posiciones (a 4 cm del borde superior, en la posición central y a 4 cm del borde inferior), así como la temperatura ambiente, la del radiador y la mesa; en cada una de las mediciones. Estos datos se recogen en una hoja de cálculo y luego se elaboran las gráficas y se calcularán las propiedades térmicas correspondientes, con el fin de poder compararlas y poder extraer conclusiones. Esto mismo se vuelve a repetir es la segunda serie de planchas realizadas. Bases teóricas del procedimiento experimental del aislamiento térmico La capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Se denota con C, se acostumbra a medir en J/K, y se define como: [1] Conductividad térmica (k) La conductividad térmica (k) es una medida de la velocidad a la que se transmite el calor a través de un material. La k relaciona el calor (Q) transferido por segundo a través de un plano dado de área A, cuando existe un gradiente ) por unidad de longitud ( x). de temperatura ( Podemos definir la k como la facilidad o dificultad de la transmisión de calor (teniendo en cuenta todos los mecanismos de transmisión de calor). Debemos tener en cuenta que q es el flujo de calor que atraviesa la unidad de área por unidad de tiempo. [2] 6 Equipo Para medir objetivamente la temperatura de las diferentes planchas, de la caja, la mesa y ambiente se usará un termómetro el cual nos permitirá calcular la diferencia de temperatura entre ambas caras del material, indicando el paso del flujo del calor. Éste será mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperatura que exista entre ambas caras del material. En nuestro caso, se utilizará un termómetro digital infrarrojo de la Marca Velleman- Modelo DVM88, provisto de un puntero láser que nos permite precisar la superficie a medir. 4.5. El diseño de experimentos DoE como estrategia experimental El estudio sistemático y pormenorizado de todo proceso físico implica la aplicación de una metodología que permita identificar qué variables influyen en el desarrollo del mismo y de qué manera afectan a la respuesta esperada. Así, son conocidas las tradicionales técnicas de influencia de variables “paso a paso”, donde se desarrollan series experimentales modificando una a una las variables que se quieren estudiar. Esta metodología es útil para la caracterización de procesos en donde las variables se presuponen independientes unas de otras y con una importancia semejante en la respuesta final. Estudiar así un proceso con varias variables y una única respuesta implica asumir: a) Por una parte, que las respuestas debidas a la modificación de una variable no se ven influidas por el cambio en otras. Es decir, no hay interacción entre las variables. b) Por otra, que los errores experimentales no son acumulativos y se pueden integrar en las conclusiones a modo de “barras de error”, que serán menores cuanto mayor sea el número de réplicas de cada experimento. Esta estrategia presenta inconvenientes importantes si no se pueden demostrar las dos premisas anteriores que, por otra parte, difícilmente se confirman en los procesos químicos, biológicos o físicos. De este modo, el procedimiento “paso a paso” no informa sobre cómo un factor interactúa con los otros factores o cómo estas interacciones afectan a la respuesta. Las deficiencias que se observan al utilizar este procedimiento son debidas, en realidad, al hecho de variar únicamente un factor cada vez. Por tanto, si lo que se pretende es evitar este fenómeno, se deberán modificar varios factores a la vez. Entre las estrategias empleadas con este planteamiento se encuentra el Diseño Estadístico de Experimentos, abreviadamente en sus siglas inglesas DoE. Con el empleo del DoE como metodología investigadora se pretenden varios objetivos: 1. Establecer claramente cuánto influyen los factores que se analizan, dentro de los límites de trabajo, en la respuesta del proceso objeto de estudio. 2. Establecer las posibles interacciones entre ellos desde un punto de vista cualitativo y cuantitativo. 3. Determinar un óptimo lo más real posible dentro de los límites de estudio. La base teórica del DoE se encuentra en que toda respuesta observada por un experimentador se puede modelizar según la ecuación [3]: yobservada  y real   [3] donde la yreal es el hipotético valor verdadero de la respuesta y  es el error propio de la observación. Este error viene motivado por multitud de factores, muchos de los cuales son desconocidos y no pueden minimizarse, o tienen que ver con aspectos ocultos del proceso: habilidad del experimentador, aspectos no considerados de importancia, errores de medida de la instrumentación, etc. En este sentido, el DoE se puede definir como una serie de mecanismos y procedimientos matemáticos y estadísticos que ayudan a controlar el error de observación dentro de límites conocidos. Con él se puede programar la experimentación a fin de optimizar el número de experimentos para obtener conclusiones sobre cómo funciona el proceso objeto de estudio. 7 Los diseños experimentales son de muy variados tipos, atendiendo principalmente a la precisión con que se analizan las observaciones experimentales y al objeto final de estudio del diseño. Cualitativamente, se pueden clasificar los modelos de diseño de experimentos según la forma de la ecuación resultante de la inferencia estadística. Atendiendo a ésta, se puede hablar de modelos: lineales, cuadráticos o factoriales o no lineales. Teniendo en cuenta el modo de selección de los puntos experimentales, los diseños presentan un amplio abanico de posibilidades: aleatorizados o no, con réplicas o con observación simple, agrupados en bloque o sin agrupar, con bloques completamente aleatorizados o en cuadro latino, con una o varias respuestas, con dos o más niveles de respuesta, etc. En el presente trabajo se ha seleccionado un diseño del tipo factorial. La razón fundamental es que la naturaleza del proceso que se quiere estudiar permite el análisis cuantitativo de la variable respuesta. Para ello, el modelo más apropiado es el factorial de orden 2 (diseño tipo 2k), que se describe a continuación. El diseño factorial 2k Los diseños factoriales en general están recomendados para aquellos procesos donde presumiblemente al menos dos de los factores de estudio presentan cruces de interacción. Además de permitir la evaluación de dicha interacción, también son eficaces a la hora de establecer la influencia relativa de cada factor incluso en el caso de no interacción. Los diseños factoriales implican un elevado número de observaciones para el estudio de cualquier proceso. Por lo tanto, son muy recomendables para el análisis de dos o tres factores en niveles diferentes (2 k o 3k respectivamente). El caso que nos ocupa es el primero de los mencionados. El Diseño Central Compuesto (CCD) El diseño central compuesto (CCD en sus siglas inglesas) es un modelo de muestreo de puntos significativos basado en el diseño factorial 2k. Se emplea cuando modelos más simples (como el diseño de primer orden o lineal) no son adecuados. La función polinómica a la que se ajustan los valores experimentales tiene la forma de la ecuación [4]: y   o    i  X i    ji  X j  X i    ii  X i2 n n n i 1 i 1 i 1 [4] Gráficamente, este modelo responde a un diseño como los que se muestran en la Figura 1: X3 X2 X1 Figura 1.- CCD para dos factores (izquierda) y para tres factores (derecha). El CCD es un tipo de diseño que requiere la acotación de la región de estudio según el criterio del experimentador, basándose en el conocimiento previo del proceso de estudio. Por otra parte, también es necesario establecer el valor del paso, es decir, la diferencia entre los valores cuantitativos que van a definir dicha región. 8 La parte izquierda de la Figura 1 muestra los principales parámetros que definen un CCD para dos factores. El caso tridimensional de 3 factores es una generalización del anterior (Figura 1 derecha). En ambos casos se establecen tres tipos de experimentos, representados bien con un círculo, bien con un triángulo o con un cuadrado. Los experimentos axiales (triángulos) se corresponden con las condiciones que se sitúan en los ejes de la figura representativa del diseño, mientras que los experimentos factoriales (círculos) son los resultantes de las condiciones en las que todas las variables de estudio toman valores diferentes. Los cuadrados representan el valor central cuya repetición será la que aporte la estimación del error experimental. Cada punto viene definido por un par de coordenadas normalizadas según la codificación, y es representativo de un experimento en condiciones dadas. Ortogonalidad y rotabilidad La propiedad de la ortogonalidad tiene que ver en el diseño de experimentos con el espacio vectorial generado por los factores de estudio. El diseño será ortogonal si el producto escalar de los vectores representativos del espacio (en el caso de un CCD de dos factores (0,1) y (1,0) es igual a 0). Existe, por tanto, una analogía evidente entre la ortogonalidad y la perpendicularidad. En el caso de los diseños experimentales, la ortogonalidad garantiza que los efectos estudiados varíen de igual manera en todas las direcciones en las que lo hacen las variables. Por otra parte, el criterio de ortogonalidad se ve complementado con la rotabilidad. Si se sigue la analogía gráfica de la Figura 1 es posible comprender que un parámetro importante para establecer la consistencia interna del modelo viene dado por la distancia α. Box y Hunter (1957) propusieron la rotabilidad como criterio de bondad para los diseños de segundo orden como el CCD. La rotabilidad garantiza la adecuada distribución de los errores en todas las direcciones del diseño. Por tanto, un diseño será rotable si cumple que:   NF 1 4 [5] donde NF es el número de experimentos debidos a los puntos factoriales (2k). Para k=2, α=1,414; para k=3, α=1,681; para k=4, α=2; etc. Los criterios de ortogonalidad y rotabilidad afectan a la codificación de niveles y al número de réplicas del experimento central, que minimizan el error experimental del proceso. Para un CCD de dos factores, el número total de experimentos vendrá dado por la ecuación [6]: N  2k  2  k  n [6] donde n es el número de réplicas del experimento central. Metodología experimental De manera práctica, un DoE basado en un CCD ortogonal y rotable (CCORD) se desarrolla de la siguiente manera: 1. Elección de variables y niveles de estudio: basándose en el conocimiento previo del proceso y en el juicio del experimentador, se deben elegir qué variables previsiblemente van a presentar interacción y representan significatividad suficiente como para ser estudiadas. Asimismo, se debe delimitar la región de estudio estableciendo los valores altos y bajos de dichas variables. 2. La condición de rotabilidad arroja un paso codificado determinado y, por tanto, se puede proceder a la codificación de las variables según valores normalizados, donde el valor central queda definido por las coordenadas (0,0) ó (0,0,0). Teniendo esto en cuenta, la ecuación [7] proporciona los valores codificados: 9 Xi  X real  X central pasoreal [7] 3. Aleatorización de la secuencia de análisis: con objeto de eliminar los efectos no controlables u ocultos del proceso de estudio, los experimentos codificados deben alterar su orden lógico y reordenarse de manera aleatoria. 4. Realización de la experimentación y análisis de la respuesta. 4.5.1. Preparación de las dosificaciones en el segundo experimental Con el propósito de establecer la influencia de las variables de operación sobre el proceso de preparación de las dosificaciones objeto de estudio, así como las posibles interacciones existentes entre ellas, y determinar un óptimo dentro de los límites de estudio, se llevó a cabo un diseño estadístico de experimentos (DoE). Por un lado, el valor de la resistencia a la compresión, la atenuación y la conductividad térmica, fueron elegidas como variables objetivo. Las variables de estudio seleccionadas (en esta primera parte experimental), que se prevé tengan un efecto importante sobre la variable objetivo son: la masa de cemento y el contenido de orgánico. Según los datos obtenidos en el primer experimental, se observa que los mejores resultados de los tres parámetros importantes son los agro-concrete que utilizan serrín, hueso de aceituna y corcho granulado (1-2 mm), todos en dosificaciones medias o altas de orgánico; por esta razón dichos valores se tomarán como referencia en este estudio. A continuación, en la Tabla 2, (véase anexo gráficas), se muestran las variables del diseño, la región de estudio entre los valores máximo y mínimo que toman dichas variables, el valor central y el paso. A partir de estos valores y de la ecuación que permite obtener los valores reales a partir de los codificados, se obtienen los experimentos que conforman el diseño (ver Tabla 3 anexo). Dichos experimentos deben realizarse en el orden indicado con el fin de tener en cuenta los errores ocultos en el procedimiento experimental. 5. RESULTADOS 5.1. Densidad de los agro-concrete La densidad aparente es un parámetro fundamental para diferenciar la conductividad de familias de materiales muy semejantes, como los hormigones, áridos y aislantes. Existe una ley general que relaciona bajas conductividades para bajas densidades, porque la ligereza del material suele estar producida por huecos en su interior ocupados por aire, que es mucho más aislante que el material compacto. Esta propiedad nos permitirá extrapolar los valores de la conductividad a partir de los valores correspondientes a densidades determinadas. En el anexo de gráficas Tabla 8, se muestran los valores de la conductividad de familias de materiales constructivos similares, por orden de densidad, con la ley que relaciona ambas propiedades físicas. Todos los datos has sido extraídos de la norma española NBECT-79 elaborados por el autor, con el objetivo que sirvan de referencia para cotejar los resultados obtenidos. Al comparar los resultados obtenidos (tabla 9 del anexo), con los tabulados se comprueba en el primer experimental que de las treinta planchas realizadas todas tienen valores de densidad por debajo del tabulado de motero de cemento (2000 Kg/ cm3). Un 33% de los agro-concrete reducen a la mitad los valores de densidad, alrededor del 23% de las planchas presentan una reducción del 75% en cuanto a densidad se refiere y el resto reducen un 25 % los valores de ésta. En nueve de los treinta agro-concrete puestos en obra la densidad está dentro del rango de la clasificación de hormigones ligeros (1200-2000 kg/cm3) y el resto estarían muy por debajo de estos 10 valores como se comprueba en la tabla 9. Por otro lado, en cuanto al segundo experimental se refiere (tabla 10), se comprueba que las dosificaciones de corcho permiten poner en obra hormigones con rangos de densidades comprendidas entre [0,36- 1,1 g/cm3], el serrín le sigue en cuanto a los valores de densidades entre [0,87 – 1,49 g/cm3] y el triturado de hueso de aceituna los mayores valores de densidad, [1,41-1,68 g/cm3], pero con los mejores valores de resistencia a compresión. Las mismas planchas y las mismas probetas fabricadas en vez de residuo vegetal con arena normalizada tienen densidades con valores comprendidos entre [1,57- 1,90 g/cm3]; es decir consiguiendo reducciones de peso por unidad de volumen entre cuatro y dos veces, dependiendo del aglomerado utilizado. 5.2. Estudio del aislamiento térmico Los valores de la conductividad térmica están ampliamente tabulados pero dichos datos han de considerarse con las reservas lógicas, dado que se han obtenido por métodos experimentales y existe una amplia dispersión de características físicas entre materiales semejantes. Incluso para idéntico material se pueden medir diferentes conductividades en función de su humedad, de la temperatura de ensayo y de la dirección del flujo de calor (materiales anisótropos como la madera), por lo que los valores propuestos y tabulados que se muestran a continuación se suelen referir a materiales secos a 20ºC. 5.2.1. Resultados del primer experimental La gráfica 1 del anexo, muestra las conductividades térmicas en cada una de las planchas en función de la cantidad de orgánico adicionado en los distintos conglomerados (baja densidad de orgánico BD, media densidad de orgánico MD y alta densidad de orgánico en el conglomerado AD). A la vista de la gráfica junto con los resultados de la tabla 9 del anexo, se observa que la idoneidad y la conjunción de ambas propiedades en obra hacen que los resultados obtenidos corroboran la lenta velocidad de transmisión de calor; así con ligereza del conglomerado a la hora de su puesta en obra. Del total de los agro-concrete fabricados y medidos se comprueba que en 27 de las 30 planchas la conductividad es inferior al 50% de los valores de ésta en el mortero cemento convencional. Por otro lado, un tercio de las planchas tienen valores inferiores a 0,50 W/ m ◦K, lo que muestra su idoneidad como base o capa de aislamiento térmico. Como ya se intuía en las hipótesis iniciales en todas excepto en tres de los diez orgánicos, utilizados el valor de la conductividad térmica disminuye al aumentar la concentración de orgánico. Los resultados del segundo experimental nos servirán para corroborar lo que aparecen apuntar los siguientes datos. En cuanto al reparto uniforme de las temperaturas sobre la superficie de los agro-concrete en las planchas de media densidad (en cuanto al contenido de orgánico se refiere), el comportamiento es muy parecido en todas las planchas, y dentro de cada plancha se aprecian en todas diferencias en el punto anterior inferior, lo que implica que parte del calor emitido por el radiador se refleja sobre la superficie de la mesa. En cuanto a las planchas con alto contenido en orgánico la que distribuye mejor el calor sobre ésta es la de corcho granulado (4-12 mm). 5.2.2. Resultados del segundo experimental La gráfica 2 del anexo, muestra de nuevo, los resultados de las conductividades térmicas de los tres orgánicos (aceituna, corcho y serrín) desarrollados y puestos en obra en el segundo estudio. A la vista de ésta en cuanto a los valores obtenidos en el experimental de aceituna, se comprueba que los valores se sitúan en torno a 0,322 (W/ m ◦K), si se conjuga la densidad de éstos agro-concrete con los valores de aislamiento térmico serían como los de un hormigón con áridos ligeros M; pero en nuestro caso con mayor densidad y mayor resistencia a la compresión. 11 Las dosificaciones de orgánico con valores de paso de 111 gramos hacen que las planchas se compacten perfectamente y den excelentes resultados en cuanto al aislamiento térmico se refiere. Si se analizan los resultados en los agro-concrete de corcho se ve como los valores de la conductividad térmica son superiores a los esperados y mayores que en el caso de la aceituna 0,697 (W /m ◦K). Esto que parece contradictorio tiene su explicación. Por un lado, de las dieciséis planchas del experimental sólo se pueden medir y poner en obra 6, la falta de tiempo nos lleva a poder realizar sólo estas medidas, (se van a seguir midiendo, pero era imposible tener todos los datos para esta fecha), y por otro el problema que nos encontramos cuándo vamos a realizar las probetas. De las dosificaciones “ideales”, que obtenemos en el primer experimental se llevan a cálculos en el segundo y se ajustan las dosificaciones según el diseño de experimentos, siendo el valor central de éste diseño el de la dosificación “ideal”. Pero nos encontramos el problema que a la hora de hacerlas la lechada en el primer experimental nos obliga a realizar un “reajuste” en el diseño, pues ese contenido de corcho es ideal para una mínima densidad en estructura, pero imposibilita la compactación de las probetas y las planchas, lo que nos obliga a hacer un reajuste en la dosificación de 85 gramos por debajo en el valor central, que es el primero que se realiza de todo el proceso. Se prueba además una nueva dosificación en esta serie que el valor factorial del orgánico y de cemento combina tres residuos en una misma dosificación (corcho fino, triturado de aceituna y corcho de granulometría 4-12 mm), en proporciones 1:1:8; que es precisamente de toda la serie medida el que nos lleva a obtener los mejores resultados. Será necesario terminar de medir todo el experimental para confirmar los resultados. En cuanto a la media de los valores de la conductividad se alcanzan valores similares a los de un hormigón en masa con arcilla expandida (según fuente NBE-CT-79), pero con los valores de densidad que dan nuestras probetas y planchas son tres veces inferiores a los que se están utilizando en obra. Por otro lado, se analizan los resultados obtenidos en los agro-concrete de serrín y los datos en cuanto a aislamiento térmico vuelven a ser muy buenos, se habla de valores de conductividad en torno al 0,428 (W/ m ◦K). El principal problema que nos encontramos en el desarrollo de este experimental es la compactación de las planchas, en las probetas cúbicas no ocurre, pero en las planchas sí. Este orgánico no aporta nada de rigidez al conjunto y esa “deficiencia” la conseguimos salvar a la hora de desmoldar las probetas; pero no nos ocurre lo mismo en las planchas. Estos problemas de compactación y en el desmolde se presentan en los contenidos de orgánico en torno a los valores máximos en los valores factoriales y axiales por arriba, lo que provoca que las planchas se rompan al desmoldarlas y por tanto se puedan medir en algunos casos. Luego para poder llevar estos resultados a la práctica lo suyo sería añadir el orgánico como aditivo en capas de regularización en terrazas, pavimentos o aceras; dónde se requiera un aislamiento higroscópico y no se requiera resistencia. La dosificación ideal para la correcta puesta en obra, se sitúan en las dosificaciones de los valores centrales; como ya se intuía en el primer experimental; resultando el resto inadecuadas. Luego, una correcta dosificación a la hora de utilizar este orgánico conjugando el mínimo contenido de cemento con la adecuada compactación sería 3:1:1,5. 5.3. Estudio de la resistencia a la compresión En este epígrafe y a la vista de la gráfica que se muestra en el anexo, (gráfica 3), pretendemos explicar la influencia del incremento de contenido del residuo vegetal en la resistencia a la compresión. Para la medida de la resistencia a la compresión se llevan las probetas al INTROMAC y se realizan los ensayos después de haber transcurridos 28 días después del proceso de curado de todas las probetas. 12 5.3.1. Resultados del primer experimental A la vista de la gráfica 4 (véase anexo), y cómo se planteaba en las hipótesis iniciales las probetas con mayor contenido de cemento (BD), son las que mayores valores de resistencia a la compresión presentan. En estas dosificaciones el contenido de orgánico ha sido un 50% de cemento y un porcentaje en cuanto al contenido de orgánico del 30%. Los tres mejores valores de resistencia se consiguen con: triturado de hueso de aceituna (19,134 N/ mm2), hueso de cerezas (14,41 N/ mm2) y cáscara de arroz (11,458 N/ mm2) Al comparar los valores de la resistencia a la compresión con el contenido de cemento, se observa que excepto en el caso de triturado de hueso de aceitunas, en las otras dos situaciones no son los máximos valores en cuanto al contenido de cemento se refiere, (gráfica 3). En las dosificaciones de media densidad (MD), el contenido de cemento se reduce en un 25% con respecto a la dosificación anterior, representando ahora el orgánico, el 50% de la mezcla. Los mejores resultados en cuanto a resistencia, se vuelven a encontrar en el triturado de hueso de aceitunas (13,262 N/mm2), hueso de cerezas (5,556 N/ mm2) y triturado de corcho fino (5,343 N/mm2). Con respecto a las dosificaciones de alta densidad de orgánico (AD), se consiguen en el agro-concrete que el orgánico represente un 70% en la dosificación y que el contenido de cemento sea del 15%, (suponiendo esto una reducción del 35 % del contenido de cemento). A la vista de la gráfica 4, se observa nuevamente que el triturado de aceitunas presenta los mejores valores en cuanto a resistencia, (10,756 N/mm2). Al ser nuevamente el que mayor contenido de cemento tiene con respecto al volumen de hormigón puesto en obra, será el segundo estudio experimental el que confirme las buenas propiedades en cuanto a resistencia de este conglomerado; ya que como se comentó anteriormente al usar orgánicos tan distintos en cuanto a densidad aparente se refiere y a comportamiento frente al agua es imposible que las relaciones se mantengan para conseguir llenar los moldes en las mismas dosificaciones. Los mejores resultados obtenidos en cuanto a resistencia a compresión se refiere, sitúan al conglomerado de hueso de aceituna en dosificaciones de AD, MD y BD valores que se encuentran dentro del rango de la resistencia a compresión en hormigones ordinarios (14,7 - 49 N/ mm2). 5.3.2. Resultados del segundo experimental Se está a la espera de tener estos datos, ya que, para mantener el criterio utilizado en el anterior estudio, 28 días después de la puesta en obra, a fecha de la entrega de los datos no disponemos de éstos hasta finales de octubre. 5.4. Estudio del aislamiento acústico 5.4.1. Resultados del primer experimental En la tabla 11, que aparece en el anexo, se recogen los datos obtenidos mediante el sónometro en dBA y dBC; en mediciones fast y slow. Se miden niveles de presión sonora en rangos de 30-80 dB y niveles de 50-100 dB; que se reflejan en las gráficas 5 y 6 del anexo. Los valores negativos indican la pérdida de potencia o lo que es lo mismo que se produce una atenuación de la intensidad de la sonora. A la vista de las gráficas anteriores se aprecia que las mayores atenuaciones se consiguen en agro-concrete de media y alta densidad de orgánico, siendo el corcho granulado de AD, el triturado de hueso de aceitunas y el serrín en dosificaciones de media densidad los que proporcionan los mejores aislamientos. El serrín con dosificaciones de MD es la plancha que más aísla (-12,055 dB), seguida de la de corcho AD con atenuaciones de (-11,595 dB) y triturado de aceitunas de AD con valores de (-9,605 dB). Estos valores son los que precisamente se van a tomar como referencia para diseñar el diseño estadístico de experimentos. Al comparar estos datos con los de aislamiento acústico con los valores de las planchas de hormigón convencional, 13 se observa qué para un mismo contenido en cemento en los dos casos, aún con los peores resultados en los tres orgánicos, que corresponderían al triturado de aceituna para una dosificación de mortero y arena correspondiente a la dosificación AD, un aumento en aislamiento entre el 30 y el 50%; atenuaciones que pasan del -4,48 dB y -6,78 dB al -9,605 dB en el peor de los casos. 5.4.2. Resultados del segundo experimental Se realiza la tabla como la mencionada en el epígrafe anterior, pero que no aparece en el anexo por falta de espacio, y que nos permite elaborar las gráficas 7 y 8 (véase anexo). En cuanto a las mediciones en los niveles de presión sonora de 50-100 dB tanto en el corcho como en el serrín el total de los experimentos medidos dan resultados muy buenos y a la vez acordes con el rango de las dosificaciones. En la aceituna no hay en los diez experimentos distintos una uniformidad en cuento a todos los resultados, pero sí que la mitad de ellos siguen siendo muy buenos. Los resultados del diseño del triturado de aceituna muestra que el peor resultado de la serie que corresponde a un valor de atenuación del -9,7 dB, correspondiente al experimento 3, que correspondería a la dosificación de orgánico del valor de factorial (+1); es decir un aumento de 111 gramos en el contenido en orgánico consigue los mismos resultados que el mejor obtenido en la primera serie. Se comprueba al analizar los datos que la dosificación 2,7: 1 de cemento y aceituna permite conseguir atenuaciones de (-12,2 dB); consiguiendo un aumento del 27% en cuanto a atenuación de sonido se refiere. Al analizar los resultados del agro-concrete de corcho, los valores siguen la línea en cuanto a los resultados que se obtuvieron en el primer experimental. Como se comenta anteriormente, todas dan excelentes resultados en aislamiento acústico y en este caso coincide que la muestra con menor contenido en corcho de las medidas es la que peor resultados da; aunque con muy buenos resultados también (-10,11 dB). Los mejores resultados de esta serie corresponden con los valores centrales del experimental, cuya dosificación (como ya se comentó) en el epígrafe anterior, se recalcula en la puesta en obra para permitir la compactación. Dosificaciones 4: 1: 1,4, permiten alcanzar atenuaciones de -15,7 dB; o lo que es lo mismo un aumento del 37 % con respecto a los valores obtenidos en el primer experimental que ya eran excelentes. Con respecto a lo obtenido en el orgánico de serrín los resultados siguen siendo excelentes, en la línea de los obtenidos en el primer estudio. El rango de las atenuaciones es del orden (-11,5 dB; -13,8 dB); siendo el mejor de toda la serie el correspondiente al quinto de la serie. Valores correspondientes a las dosificaciones del factorial, (+1, +1); o lo que es lo mismo una dosificación 3.5 :1: 4, (cemento, serrín, agua); que suponen una mejora del 15 % respecto a los valores excelentes que ya se obtuvieron en el primer experimental. Si se continúa con el análisis de los datos, se observa a la vista de la gráfica 8 del anexo, que los resultados van en la misma línea que los que se acaban de comentar. En niveles de presión sonora de (30-80 dB), se vuelven a confirmar la adecuación de los orgánicos elegidos nuevamente para su uso en cuanto al aislamiento térmico se refiere. Los resultados vuelven a apuntar al agro-concrete de corcho como el mejor, seguido del serrín. Como se comenta en las mediciones de rango (50-100 dB), se vuelvan a mejorar los resultados en cuanto a la aceituna se refiere. 14 6. CONCLUSIONES Primera.- Un 33% de los agro-concrete reducen a la mitad los valores de densidad, alrededor del 23% de las planchas presentan una reducción del 75% en cuanto a densidad se refiere y el resto reducen un 25 % los valores de ésta. Segunda.- En nueve de los treinta agro-concrete puestos en obra la densidad está dentro del rango de la clasificación de hormigones ligeros (1200-2000 kg/cm3) y el resto estarían muy por debajo de estos valores. Tercera.- Las diferentes dosificaciones del agro-concrete de corcho permiten poner en obra hormigones con rangos de densidades comprendidas entre [0,36- 1,1 g/cm3], el serrín le sigue en cuanto a ligereza con densidades entre [0,87–1,49 g/cm3] y el triturado de hueso de aceituna los mayores valores de densidad, [1,41-1,68 g/cm3], pero con los mejores resultados en cuanto a resistencia a compresión. Cuarta.- Si se utiliza arena normalizada, en lugar de residuo vegetal las densidades presentan valores comprendidos entre [1,57- 1,90 g/cm3]; es decir consiguiendo reducciones de peso por unidad de volumen entre cuatro y dos, dependiendo del aglomerado. Quinta.-Los mejores valores obtenidos de resistencia a compresión, sitúan al conglomerado de hueso de aceituna en dosificaciones de AD, MD y BD, con valores dentro del rango de la resistencia a compresión en hormigones ordinarios (14,7 - 49 N/ mm2). Sexta. -El agro-concrete del hueso de aceituna en dosificaciones de AD con resistencia a la compresión de (10,756 N/mm2), consigue una reducción del 35% del contenido de cemento, en MD (13,262 N/mm2) con reducciones del 25% y en BD (19,134 N/mm2) con reducciones del 15% del contenido de cemento. Séptima. -En siete planchas de las veinticinco los valores de conductividad térmica son inferiores a 0,4 W/m ◦k; lo que las hace muy adecuadas para el aislamiento: Cerezas BD, Aceitunas BD, Pipas BD, Corcho menor BD, Corcho mayor MD, Corcho menor MD y Aceituna MD. Octava. -En catorce de veinticinco planchas se consiguen valores de K de 0,4 y 0,6 W/m◦k que siguen siendo adecuadísimos para aislamientos combinados con otras propiedades que ofrecen los conglomerados. Novena. -Se mejoran los resultados de la conductividad térmica con los nuevos experimentales, con lo que se verifica la directa relación que hay entre el contenido en orgánico y el aislamiento térmico. La mejora es muy visible en el triturado de aceituna, propiedad que van a permitirá conjugar resistencia mecánica con aislamiento térmico. Décima. -En veintitrés planchas la combinación de los parámetros de aislamiento junto, con el amplio abanico de densidades obtenidas los convierten en materiales adecuadísimos en “futuras construcciones”. Undécima. -El aumento del contenido de orgánico produce una distribución más uniforme del calor dentro de la plancha. Décimo segunda. -En dosificaciones de los conglomerados, de Media y Alta densidad se consiguen reducir el contenido de cemento en un 25% y 35%; con las consecuencias positivas que representaría en cuanto a emisiones al medio ambiente. Décimo tercera. -En las dosificaciones utilizadas el 50% y el 70% de la mezcla representan el contenido orgánico de residuos agrícolas, lo que implicaría el uso de éstos; así con el consiguiente impacto positivo en el medio ambiente, en cuanto a eliminación de residuos se refiere. Décimo cuarta. -En cuanto a la resistencia a compresión, son significativos los resultados obtenidos en hormigones realizados con huesos de aceituna, cereza y cáscara de almendra triturada. 15 Décimo quinta. -Se observa en cinco de ellas que la densidad no supera los 0,6 g/cm3 y en siete no se llega a 1,2 g/ cm3. Se consigue por tanto en doce de los veinticinco agro-hormigones reducir en más de un cincuenta por ciento el peso. Décimo sexta. - En doce de las veinte planchas el aislamiento supera los – 9 dB. Décimo séptima. - Las mayores atenuaciones se consiguen en agro-concrete de media y alta densidad de orgánico, siendo el corcho granulado de AD, el triturado de hueso de aceitunas y el serrín en dosificaciones de media densidad los que proporcionan los mejores aislamientos Décimo octava. - Al comparar los valores del aislamiento acústico con los hormigones convencionales se consigue un aumento en aislamiento entre el 30 y el 50%; atenuaciones que pasan de [-4,48 dB, -6,78 dB] al -9,605 dB en el peor de los casos. Décimo novena. - Las mediciones en los niveles de presión sonora de 50-100 dB tanto en el corcho como en el serrín en el total de los experimentos medidos dan resultados muy buenos y a la vez acordes con el rango de las dosificaciones. Vigésima. - La dosificación 2,7: 1 de cemento y aceituna permite conseguir atenuaciones de (-12,2 dB); consiguiendo un aumento del 27% en cuanto a atenuación de sonido se refiere. Vigésimo primera. -En los agro-concrete de corcho todos consiguen excelentes resultados en aislamiento acústico y en este caso coincide que la muestra con menor contenido en corcho de las medidas es la que peor resultados da; aunque siguen teniendo muy buenos resultados (-10,11 dB). Vigésimo segunda. - Dosificaciones en el agro-concrete de corcho de 4: 1: 1,4, permiten alcanzar atenuaciones de -15,7 dB; o lo que es lo mismo un aumento del 37 % con respecto a los valores obtenidos en el primer experimental que ya eran excelentes. Vigésimo tercera. -Los agro-concrete de serrín son excelentes, con un rango de las atenuaciones del orden (-11,5 dB; -13,8 dB). Vigésimo cuarta. - La dosificación 3.5 :1: 4, (cemento, serrín, agua) suponen una mejora del 15 % respecto a los valores excelentes que ya se obtuvieron en el primer experimental. Vigésimo quinta. - La variabilidad del comportamiento dependiendo de la formulación, permite ajustar y optimizar las prestaciones de este material para diversas aplicaciones como: material de relleno de forjado en techo, en muros, pozos de cimentación o como soleras. 7.AGRADECIMIENTOS Quisiéramos agradecer a estas personas su colaboración o ayuda prestada a la hora de conseguir material y a superar las dificultades encontradas en este proyecto.     Miguel Cortés Tamayo, veterinario técnico de la empresa EA Group S.L (Villanueva de la Serena) María Concepción Pacheco Menor, Doctora en Ingeniería Mecánica, Energética y Materiales; investigadora de INTROMAC. Javier Pérez Ross, encargado de la Finca la Orden Cicytex (Badajoz). Arrocería Dorado (Don Benito). 8. BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA [1] United Nations Enviromental Program, New sciencie and developments in our changing enviroment. UNEP 2009. 16 [2] United Nations, Kyoto Protocol. Unites Nations, 1998. [3] J. Kline, L. 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Segundo experimental. Axial Factorial Central Factorial Axial (-1,41421) (-1) (0) (+1) (+1,41421) 600 g 711,5 g 823 g 934,5 g 1046 g 2700 g 2537,25 g 2446,5 g 2319,7 g Variable Masa orgánico aceituna Masa cemento 20 2193 g Tabla 3.- Diseño de experimentos planificado. Valores de las variables decodificadas para agro-concrete aceituna. Segundo experimental. Experimento Masa orgánico aceituna Masa cemento 1 823 g 2446 g 2 823 g 2446 g 3 934 g 2573 g 4 823 g 2446 g 5 823 g 2193 g 6 823 g 2446 g 7 934 g 2319 g 8 823 g 2446 g 9 823 g 2446 g 10 823 g 2700 g 11 711 g 2319 g 12 823 g 2446 g 13 711 g 2573 14 1046 g 2446 g 15 823 g 2446 g 16 600 g 2446 g Tabla 4.- Variables de estudio en el proceso de dosificación agro-concrete usando corcho (1-2 mm) como orgánico. Segundo experimental. Axial Factorial Central Factorial Axial (-1,41421) (-1) (0) (+1) (+1,41421) 500 g 512,5 g 525 g 537,5 g 550 g 2250 g 2012,5 g 1775 g 1537,5 g 1300 g Variable Masa orgánico corcho Masa cemento 21 Tabla 5.- Diseño de experimentos planificado. Valores de las variables decodificadas para agro-concrete corcho (12 mm). Segundo experimental. Experimento Masa orgánico corcho (1-2 mm) Masa cemento 1 525 g 1775 g 2 525 g 1775 g 3 537 g 2012 g 4 525 g 1775 g 5 525 g 1300 g 6 525 g 1775 g 7 537,5 g 1537,5 g 8 525 g 1775 g 9 525 g 1775 g 10 525 g 1775 g 11 512 g 1537 g 12 525 g 1775 g 13 512 g 2012 g 14 550 g 1775 g 15 525 g 1775 g 16 500 g 1775 g Tabla 6.- Variables de estudio en el proceso de dosificación agro-concrete usando serrín como orgánico. Segundo experimental. Axial Factorial Central Factorial Axial (-1,41421) (-1) (0) (+1) (+1,41421) 350 g 375 g 400 g 425 g 450 g 1750 g 1612,5 g 1475 g 1337,5 g 1200 g Variable Masa orgánico serrín Masa cemento 22 Tabla 7.- Diseño de experimentos planificado. Valores de las variables decodificadas para agro-concrete serrín. Segundo experimental. Experimento Masa orgánico serrín Masa cemento 1 400 g 1475 g 2 400 g 1475 g 3 425 g 1612 g 4 400 g 1475 g 5 400 g 1200 g 6 400 g 1475 g 7 425 g 1337 g 8 400 g 1475 g 9 400 g 1475 g 10 400 g 1750 g 11 375 g 1337 g 12 400 g 1475 g 13 375 g 1612 g 14 450 g 1475 g 15 400 g 1475 g 16 350 g 1775 g Tabla 8.- Valores de la conductividad en función de la densidad en pastas y hormigones. Densidad Conductividad Material: Pastas y hormigones kg/m3 305 450 500 570 600 800 1000 1500 1600 1600 2000 2000 2100 2400 2400 W/m ºK 0.09 0.08 0.12 0.18 0.17 0.30 0.33 0.55 0.73 0.87 1.16 1.40 0.93 1.63 1.63 Fuente: NBE-CT-79 Hormigón celular sin áridos Hormigón de fibra de madera Hormigón en masa arcilla expandida L Enlucido de yeso con perlita Hormigón con áridos ligeros L Enlucido de yeso Hormigón con áridos ligeros M Hormigón en masa arcilla expandida P Hormigón en masa áridos ligeros Mortero de cal o bastardo Hormigón en masa sin vibrar Mortero de cemento Arcilla Hormigón en masa vibrado Hormigón armado normal 23 Tabla 9. Valores de la conductividad de planchas y densidades en primer experimental. PROBETAS CÚBICAS D aparente orgánico(g/cm3) BD mc=400 SERRÍN 0,14 ma=230 mo=40 450 HUESO CEREZAS 0,52 180 41 464 CAÁSCARA ALMENDRAS 0,42 182 41 414 CORCHO MAYOR 0,12 179 32 464 CORCHO MENOR 0,16 176 36 464 BELLOTAS 0,22 151 36 464 HUESO ACEITUNA 0,79 155 36 463 CÁSCARA PIPAS 0,14 280 36 464 CÁSCARA ARROZ 0,1 196 36 MD mc=300 ma=316 mo=64 327 122 64 327 131 82 327 117 52 327 132 73 436 117 64 327 132 117 318 200 64 AD mc=200 ma=355 mo=82 245 104 127 282 113 123 245 113 84 236 174 100 245 127 185 232 218 71 218 220 73 Masa (BD/MD/AD) 826 531 390 1120 1192 976 1226 1023 757 1087 709 Volumen (cm3) densidad plancha 685,52 1,205 794,75 0,668 646 0,604 627,2 1,786 758,625 1,571 714 1,367 736,95 1,664 686,375 1,49 680 1,113 822,8 1,321 665,55 1,065 961 972 340 1246 883 627,2 813,45 671,925 739,5 792 1,684 1,114 K 0,46424223 1,02581406 0,53569331 0,41406789 0,50073643 0,52755046 0,58943118 0,67811224 0,61427569 0,59664337 0,37768104 0,56746316 0,32768354 0,30511642 0,83989264 0,50052615 0,6486104 1326 1363 1166 705,5 794,75 705 1,879 1,715 1,652 0,41957465 0,35730336 0,40279344 1224 538 1144 592 458 739,5 722,5 765 685 646 1,655 0,744 1,495 0,863 0,708 0,37204566 0,64558338 0,478212 0,48201459 0,7668347 1,532 1,195 Gráfica 1. Comparativa de la conductividad térmica en planchas del primer experimental. 24 Gráfica 2. Comparativa de la conductividad térmica en segundo experimental. Gráfica 3. Comparación de la resistencia a la compresión y la relación del contenido de cemento con respecto al volumen de hormigón puesto en obra de todos los agro-concrete del primer experimental. 25 Gráfica 4. Gráfica comparativa de los valores de la resistencia a la compresión en los agro-concrete del primer experimental. Tabla 11. Tabla resumen de resultados del estudio de aislamiento acústico en primer experimental. Intervalo 1s. T= 5 segundos Material orgánico plancha BLANCO Serrín BD Hueso cerezas BD Cáscara almendras BD Corcho mayor BD Corcho menor BD Bellotas BD Hueso aceitunas BD Cáscara pipas BD Cáscara arroz BD Serrín MD Hueso cerezas MD Cáscara almendras MD Corcho mayor MD Corcho menor MD Bellotas MD Hueso aceitunas MD Cáscara pipas MD Cáscara arroz MD Serrín AD Hueso cerezas AD Cáscara almendras AD Corcho mayor AD Corcho menor AD Bellotas AD Hueso aceitunas AD dB A Fast 1ª dB A Slow 1ª dB A Fast 2ª dB A Slow 2ª dB C Fast 1ª dB C Slow 1ª dB C Fast 2ª dB C Slow 2ª 77,5 78,8 76,62 76,51 74,38 73,9 76,38 75,8 69,06 71,34 67,94 68,06 72,62 72,8 67,76 68,5 74,8 74,2 67,1 66,74 74,02 74,04 66,82 67,7 73,34 71,72 68,92 69,9 73,6 73,36 69,54 70,3 69,2 70,24 70,78 74,04 66,72 71,28 73,22 73,16 74,68 72,54 68,42 68,46 68,16 68,28 67,3 68,94 65 72,88 71,8 67,88 64,76 72,6 73 72,64 71,18 69,1 68,12 66,58 70,88 69,54 68,9 71,58 73,12 68,72 68,02 67,54 67,96 67,84 69,02 71,48 68 68,84 71,24 68,12 68,32 69,46 69,96 68,4 66,56 68,42 64,64 65,9 67,82 66,3 64,32 74,06 72,18 72,6 73,94 68,66 72,44 72,76 74,1 72,92 71,86 Media dos mediciones Media dos mediciones ATENUACIÓN ATENUACIÓN Lo (dB) dbC Medio (dB) dbA Lo (dB) dbC Medio (dB) dbA Slow 74,85 70,65 70,87 71,83 72,22 67,3 68,88 69,89 68,49 69,14 66,07 73,27 73,14 70,08 69,28 69,08 69,14 72,38 66,02 71,82 74,66 69,08 68,72 69,48 70,94 70,65 72,8 73,32 69,2 68,48 66,9 68,86 66,16 67,3 68,7 67,43 72,08 70,12 68,86 72,78 65,96 65,38 69,06 70,3 69,3 70,14 65,28 65,54 69,3 67,84 68,52 72,92 69,56 69,18 71,92 66,84 72,06 71,32 64,6 71,14 71,68 65,28 68,5 74,28 66 68,4 69,24 65,96 70,56 70,24 65 69,54 72,66 64,8 68,97 70,95 65,38 66,1 71,46 66,72 66 66,94 66,94 67,56 67,56 67,25 26 Fast 75,38 70,19 70,42 71,57 69,97 68,22 70,24 68,06 67,69 68,79 66,1 70,71 #¡DIV/0! 70,73 67,37 #¡DIV/0! 68,08 #¡DIV/0! 69,06 67,79 #¡DIV/0! 69,53 72,26 65,5 #¡DIV/0! 67,25 Slow 77,655 69,7 70,47 70,81 72,14 70,5 68,4 69,65 70,57 69,62 65,6 73,06 #¡DIV/0! 71,11 69,61 #¡DIV/0! 68,05 #¡DIV/0! 68,86 69,08 #¡DIV/0! 70,16 71,8 66,06 #¡DIV/0! 68,73 Fast 77,06 68,5 70,95 71,13 69,99 71,55 70,91 70,87 70,15 70,16 68,41 73,33 #¡DIV/0! 72,92 70,57 #¡DIV/0! 70,9 #¡DIV/0! 72,08 68,04 #¡DIV/0! 70,29 72,12 67,08 #¡DIV/0! 66,41 Slow Fast Slow Fast -4,2 -3,98 -3,02 -2,63 -7,55 -5,97 -4,96 -6,36 -5,71 -8,78 -1,58 -5,19 -4,96 -3,81 -5,41 -7,16 -5,14 -7,32 -7,69 -6,59 -9,28 -4,67 -7,955 -7,185 -6,845 -5,515 -7,155 -9,255 -8,005 -7,085 -8,035 -12,055 -4,595 -8,56 -6,11 -5,93 -7,07 -5,51 -6,15 -6,19 -6,91 -6,9 -8,65 -3,73 -4,2 -2,05 -4,65 -8,01 -6,545 -8,045 -4,14 -6,49 -7,42 -7,3 -5,55 -7,01 -6,32 -7,59 -5,88 -3,9 -9,47 -5,85 -3,12 -9,88 -7,6 -8,13 -9,605 #¡DIV/0! -8,795 -8,575 #¡DIV/0! -7,495 -5,855 -11,595 #¡DIV/0! -8,925 -6,16 -4,98 -9,02 -6,77 -4,94 -9,98 -10,65 Gráfica 5. Comparativa en dBC. Baja frecuencia en niveles [30-80 dB]. Primer experimental. Gráfica 6. Comparativa en dBA, medidas genéricas en niveles medios [50-100 dB].Primer experimental. 27 Gráfica 7. Comparativa en dBC-baja frecuencia en niveles [30-80 dB]. Segundo experimental. Gráfica 8. Comparativa en dBA, medidas genéricas en niveles medios [50-100 dB]. Segundo experimental. 28