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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

Carolina Martínez García

GRUPO DE INVESTIGACIÓN GCONS. E.T.S.I.C.C.P.

UNIVERSIDADE DA CORUÑA

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

- Producción anual en Galicia: 250 mil t de mejillón (2016), el 95% de la producción estatal.

- España primer productor de Europa y 3º del mundo detrás de China y Chile.

- El residuo generado por la industria conservera en Galicia supone cerca de 25 mil t de conchas al año: parte va a parar al fondo del mar o vertederos no autorizados.

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

INTRODUCCIÓN

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

• La conchas de mejillón (mytilusgalliprovincialis) se forma por bio-mineralización de carbonato cálcico (95%) y materia orgánica que une la estructura.

• La concha está dividida en tres partes:• Capa exterior: periostracum –

proteína • Capa intermedia: estructura

prismática – calcita• Capa interior: nácar –

compuesto de láminas de aragonita unidas por polisacáridos, proteínas y glicoproteínas.

Outer part of the mussel shell

Periostracum(~40µm)

Inner part of the mussel shell

Prismatic structurelayer (~400µm)

Prismatic structurelayer (~400µm)

Nacre layer (~10µm)

INTRODUCCIÓN

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

• Características principals de la concha de mejillón como un árido de construcción:

- Árido lajoso y superficie lisa, sobre todo el nácar- Contiene entre 0-2% materia orgánica

USO COMO ÁRIDO

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

• Diseño mezclas

o Hormigón de limpieza HL patrón : a/c = 0.75 y Mc=225kg.

✓ Sustitución fracción fina: 25%, 50%, 75% y 100%

✓ Sustitución fracción gruesa : 25%, 50%, 67%

✓ Sustitución combinada: 5% y 12.5%

o Hormigón en masa estructural HM30 patrón: paraambiente Qb. a/c = 0.50 y Mc=360 kg.

✓ Sustitución fracción fina: 25%, 50% y 65% (*)

✓ Sustitución fracción gruesa : 25%, 50% y 65% (*)

✓ Sustitución combinada: 5% y 12.5%

(*) limitación EHE (1%) por contenido en sulfatos

• Materiales

o CEM II/A-M (V-L) 42.5R

o Aditivo superfluidificante

• Consistencia y densidad

El uso de mejillón aumenta la demanda de agua disminuyela trabajabilidad por su forma lajosa. Gravilla influye másque arena. Porcentajes pequeños, de 5% y 12.5% (arena ygravilla), muestran consistencias aceptables

La materia orgánica tiene un efecto aireante, aumentaporosidad y disminuye densidad.

HORMIGÓN EN MASA HM 30 patrón definitivo HM30 AM 25%

HM30 AM 50% HM30 GM 34,6%

HM30 GM 69,3%

ÁRIDO PARA HORMIGONES EN MASA

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Resistencias mecánicas

• El incremento en % de uso de mejillón disminuye laresistencia.

• La incorporación de arena o de gravilla de mejillóndisminuye la resistencia de forma similar. Porcentajesde por encima del 25% no deberían emplearse ya quesuponen disminuciones considerablemente elevadas.

• Cuando la sustitución afecta a ambas fracciones,ambos 12.5% y 5% caídas aceptables.

Forma lajosa + porosidad → fragilidad

Absorción, Mat.Org.→ baja adherencia pasta - árido

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA HORMIGONES EN MASA

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Permeabilidad (HM)

La permeabilidad del agua disminuye con el contenido de áridoconcha de mejillón, especialmente cuando se utiliza gravilla demejillón, debido a la forma y la orientación preferencial de laspartículas.

Permeabilidad HM30 patrón

HM30-AM 25%

HM30 -AM 50%

HM30-GM 25%

HM30-GM 50%

HM30-A+G 5%

HM30-A+G

12.5%

Penetración máxima (cm)

2.83 2.23 1.25 0.95 0.00 0.98 1.10

Resistencias mecánicas

• El incremento en % de uso de mejillón disminuye la resistencia.

• La incorporación de arena o de gravilla de mejillón disminuye laresistencia de forma similar. Porcentajes de por encima del 25% nodeberían emplearse ya que suponen disminuciones considerablementeelevadas.

• Cuando la sustitución afecta a ambas fracciones, ambos 12.5% y 5%caídas aceptables.

HM30 patrón

HM30 GM 25%

Forma lajosa + porosidad → fragilidad

Absorción, Mat.Org.→ baja adherencia pasta - árido

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA HORMIGONES EN MASA

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Pavimentación en la Praza dos

Mariñeiros. Concello da Coruña.Ano: 2016

Proyectista: J. Vázquez Couto.

Constructora: López Cao.

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

OBRA REAL - HORMIGONES EN MASA

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

• Materiales

o Cemento de albañilería MC 12.5-X (sin aireante)

• Árido natural: se divide y combina para hacer una granulometría uniforme (AN 0-4mm).

• Áridos de mejillón: combinación arenas fina (AMF) y gruesa (AMG) para igualargranulometría de la arena natural.

• Mezclas

• Capa base patrón (BC0): a/c= 1, ligante/árido=1:5

• Capa acabado patrón (SC0): a/c= 0.9, ligante/árido=1:4

• Sustitución: 25%, 50% y 75% Arena natural combinada

AFM AGM

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ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

• Consistencia y densidad

Igual que en el hormigón, el mejillón disminuye trabajabilidad y la densidad del mortero de cemento.

• Contenido en aire y vida útil (tiempo de fraguado)

La materia orgánica tiene un efecto aireante, aumenta porosidad y disminuye densidad, y tambiénreacciona con Clinker retrasando la hidratación del cemento = retraso en el tiempo de fraguado.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

5

10

15

20

25

30

35

40

BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75V

aria

tio

n p

erce

nta

ge (

%)

Air

co

nte

nt

(%)

Air content Variation

0

15

30

45

60

75

90

105

120

0

50

100

150

200

250

300

350

400

BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75

Var

iati

on

per

cen

tage

(%

)

Tim

e (m

inu

tes)

Workable life time % variation

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO

Resistencias mecánicas

Mayor fragilidad debido nuevamente a la materia orgánicaque genera un aumento de la porosidad y a la deficienteadherencia de las partículas de las conchas a la matriz decemento.

a b

c d

1187.3µm

617.5µm

0

20

40

60

80

100

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75

Var

iati

on

per

cen

tage

(%

)

Co

mp

ress

ive

stre

ngt

h (

MPa

)

3D 7D 28D Var 3d Var 7d Var 28dCB0 CB75 CB75

CF0 CF75 CF75

a b c

d e f600 μm 600 μm 500 μm

600 μm 600 μm 600 μm

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Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CEMENTO

Absorción capilar

Freno capilar generado por la forma de las conchas demejillón y los poros de gran tamaño.

0

20

40

60

80

100

0.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

BC0 BC25 BC50 BC75 SC0 SC25 SC50 SC75

Var

iati

on

per

cen

tage

(%

)

Wat

er a

bso

rpti

on

du

e to

cap

illar

y ac

tio

n

(kg

/m2xm

in0

,5)

Capillarity uptake Variation percentage

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Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CAL AÉREA

• Materiales

o Cal en pasta (10 meses), 64% agua y 36% hidróxido de calcio [Ca(OH)2]

• Áridos ídem morteros de cemento

• Mezclas

• Patrón (PL0): 1:2.5 (cal:árido) en volumen

• Sustitución: 25%, 50%, 75%

Consistencia, densidad y porosidad

Nuevamente menor trabajabilidad, menor densidad con mejillóndebido a la mayor porosidad, pero se nota mucho menos que enligantes hidráulicos.

Carbonatación

Menor velocidad de carbonataciónhasta los 180 días y mayor velocidada partir de ahí comparando con elpatrón.

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

1.85

1.90

1.95

2.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Den

sity

(kg

/l)

Age (days)

PL0 PL25 PL50 PL75

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Car

bo

nat

ion

(%

)

Age (days)

PL0 PL25 PL50 PL75

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Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

ÁRIDO PARA MORTEROS DE REVESTIMIENTO CON CAL AÉREA

Absorción capilar

Freno capilar: forma lajosa y poros de gran tamaño, ídem morteroscem.

Resistencias mecánicas

Mayor fragilidad: mayor porosidad y menor adherencia partículas +pasta cal. La influencia es menor que en cementos por la mayorcarbonatación (>180 días).

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Co

mp

ress

ive

stre

ngt

h (

MPa

)

Age (days)

PL0 PL25 PL50 PL75

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Cap

illar

ity

coef

fici

ent

(Kg

/m2xm

in0

.5)

Age (days)

PL0 PL25 PL50 PL75

PL0

PL75PL50

PL25

Título de la ponencia

Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

AISLANTE TÉRMICO Y ACÚSTICO – RELLENO SUELTO

0.0625 0.625 6.25 62.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sieve size (mm)

Cu

mu

lati

ve p

assi

ng

(%)

Initial

5.5 MPa

11 MPa

27.5 MPa

110 MPa

0.0625 0.625 6.25 62.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sieve size (mm)C

um

ula

tive

pas

sin

g (%

)

Initial

5.5 MPa

11 MPa

27.5 MPa

110 MPa

Ensayos de compactación yresistencia mecánica

• Relleno aislante: grado decompactación >30% (1000kg/m3) para evitar asientos

• Resistencia bajo carga:gravilla de mejillón resiste11 Mpa sin modificar sugranulometría => uso encimentación

Concha entera Gravilla de mejillón

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Nombre Ponente

Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

AISLANTE TÉRMICO Y ACÚSTICO – RELLENO SUELTO

0.120

0.150

0.200

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Ther

mal

co

nd

uct

ivit

y [W

/(m

.K)]

Density (kg/m3)

Bio-based Bio-composites

Danish mussel shell Loose-fill

Mussel shell Non renewable

Unconventional (natural) Wood

A v e r a g e (0.09Wm/K)

281 kg/m3 -0.12 W/(mK)

684 kg/m3 -0.15 W/(mK)

1205 kg/m3 -0.20 W/(mK)

Ensayo de conductividad térmica

- Se ensayaron 3 tamaños de concha de mejillón en cajas paraadaptarlas al procedimiento de ensayo.

- La conductividad térmica media de la concha compactada (1000kg/m3) se considera 0.175 W/(mK) similar a la arcilla expandida o a lamadera.

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Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

AISLANTE TÉRMICO Y ACÚSTICO – RELLENO SUELTO

0

10

20

30

40

50

60

70

100 1000

Sou

nd

red

uct

ion

ind

ex, R

(dB

)

Frequency, f(Hz)

90 mm MG(717kg/m3)

100 mm Cellulose(50kg/m3)

100 mm Flax(30kg/m3)

100 mm Glasswool (17 kg/m3)

50 mm Rock wool(120kg/m3)

200 500 2000 4000

Ensayo de reducción acústica

Se ensayo una solución de gravilla de mejillón (700 kg/m3) de 90mm entre dos OSB.

- Comportamiento de reducción acústica comparable a otrassoluciones convencionales

- Debido a la elevada densidad buen comportamiento en bajasfrecuencias (< 200 Hz)

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Cargo Ponente o Entidad

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EDIFICIO EXPERIMENTAL

Proyecto Biovalvo: proyecto de investigación para la valorización de lasconchas en la construcción. Feder Innterconecta –CDTI. Consorcioempresas y Universidad.“Módulo Biovalvo”: edificio experimental. Prototipo a escala real yedificio demostrativo de todas las soluciones estudiadas.Situación: parcela anexa a las huertas urbanas del Campus Universitariode Elviña.

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Soluciones constructivas con mejillón:

Cimentación:

• zapata corrida perimetral y solera con 12.5% arena + gravillade mejillón

• relleno compactado aislante de gravilla de mejillón sobre elterreno

Muros:

• estructura de madera

• relleno compactado gravilla de mejillón

• morteros cal o cemento (ext) y barro (int) con 50% de arenade mejillón

Cubierta:

• relleno compactado gravilla de mejillón

• Lámina EPDM

• Geotextil

• Cubierta “vegetal” y gavión (vertical) de concha entera

Us = 0.35 W/(m2K)

Um = 0.29 W/(m2K)

Um = 0.32 W/(m2K)

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Instrumentación (humedad y temperatura) del edificio:Se colocaron sensores en todas las solucionesconstructivas del edificio:- 3 muros + fachada acristalada- Solera- Cubierta

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Nombre Ponente

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Proceso de ejecución decimentación y rellenoaislante de suelo.

Título de la ponencia

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Proceso de ejecución de la solera ypavimento exterior perimetral.

Título de la ponencia

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Proceso de ejecución de laestructura de madera.

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EDIFICIO EXPERIMENTAL

Fachada acristalada.

Título de la ponencia

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Proceso de ejecuciónde los morteros derevestimiento.

Título de la ponencia

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Uso de la concha de mejillón como material de construcción

EDIFICIO EXPERIMENTAL

Proceso de ejecución de la cubierta.

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Cargo Ponente o Entidad

Uso de la concha de mejillón como material de construcción

¡Muchas gracias!

C a r o l i n a M a r t í n e z G a r c í acarolina.martinezg@udc.es – 667 47 99 13

https://www.researchgate.net/profile/Carolina_Martinez_Garcia

http://www.gcons.udc.es/

Tesis doctoral: Evaluación de la concha de mejillón para el desarrollo de diferentes biomateriales de construcción.Dirigida por: Prof. Belén González Fonteboa y Prof. Diego Carro Lópezhttps://ruc.udc.es/dspace/handle/2183/26641