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• Paola Stefania Villarreal Vera

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UNIVERSIDAD PRIVADA SAN PEDRO ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

"VALORACIÓN ECONÓMICA DE LA ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO DE SIDERPERU COMO PRODUCTO ALTERNATIVO A LA PIEDRA CANTERA EN EL SECTOR CONSTRUCCIÓN"

ALUMNA:

VILLARREAL VERA PAOLA ESTEFANIA

ESTADISTICA Y PROBABILIDADES II DOCENTE:

SANCHEZ SOLORZANO JOSE ROBERTO CHIMBOTE – PERÚ 2018

"VALORACIÓN ECONÓMICA DE LA ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO DE SIDERPERU COMO PRODUCTO ALTERNATIVO A LA PIEDRA CANTERA EN EL SECTOR CONSTRUCCIÓN"

RESUMEN

El presente trabajo aborda la valoración económica de la escoria de horno eléctrico generada por

la Empresa Siderúrgica

del Perú

S.A.A.

-

SIDERPERU ubicada en el distrito de Chimbote, provincia de Santa, departamento de Ancash, para uso como agregado en la fabricación de

concreto. Para establecer la viabilidad técnica de la escoria de horno eléctrico como agregado se recopilaron las propiedades físicas y químicas proporcionadas por SIDERPERU, así como los resultados obtenidos por una empresa concretera local de los ensayos de resistencia a la compresión de concretos fabricados con dos tipo de granulometría de la escoria de horno eléctrico de SIDERP.ERU. Una vez determinada la viabilidad técnica se efectuó un análisis comercial para establecer las condiciones necesarias para su comercialización dentro de la provincia del Santa, identificando potenciales clientes, competencia , precio de venta y canales de distribución , encontrando que su valoración económica generaría un ingreso a la empresa de hasta SI. 402 000 por año y beneficios intangibles por la proyección de una imagen ambientalmente responsable y la adopción de una alternativa para frenar el impacto ambiental del deterioro de las canteras de piedra por la explotación de materiales de construcción. Palabras clave: Siderúrgica; escoria de horno eléctrico; valoración económica ; impacto ambiental.

INTRODUCCIÓN

El acero es un metal presente en el día a día de millones de personas de todo el mundo, acero que está en puentes, edificios, industrias, rutas, casas,

hidroeléctricas , torres de electricidad y en diversas otras aplicaciones. Siendo así la siderurgia una de las industrias más desarrolladas por la diversidad de usos del acero en los sectores económicos. Por otro lado, para obtener el acero se generan residuos que a pesar de los controles operacionales en sus procesos siderúrgicos, su generación permanece en cantidades significativas. Uno de sus principales residuos es la escoria de horno eléctrico que constituye un residuo potencialmente reaprovechable cuyo uso se ha venido desarrollando a nivel mundial especialmente en el sector de la construcción e infraestructura vial con resultados viables y prometedores. Teniendo a la industria siderúrgica en una permanente búsqueda de soluciones ante esta problemática ambiental, se ha encontrado en la técnica de valoración económica de residuos una medida que abarca tanto la parte técnica, productiva y financiera, logrando un equilibrio entre la industria y el ambiente. La gestión ambiental en la Empresa Siderúrgica del Perú S.A.A - SIDERPERU es un compromiso que adquirió la empresa a través de su desarrollo, incluyendo las mejores prácticas en sus procesos de producción y comercialización de acero. Situación que motivó la formulación de la presente investigación que consta de cuatro fases: en la primera fase, se hace una descripción del proceso productivo de SIDERPERU; en la segunda fase, se identifica el estado actual de la gestión de la escoria de horno eléctrico desde su generación en la Planta de Acería hasta su tratamiento y almacenamiento en la cancha de curado; en la tercera fase se realiza su caracterización física de la escoria de horno eléctrico como agregado grueso para concreto determinando la aplicación del material dentro de la mezcla. Finalmente mediante una evaluación de costos y un análisis comercial se determina la viabilidad de su valoración.

CAPITULO I: MARCO TEÓRICO

1.1. VALORACIÓN DE RESIDUOS Nuestra época se caracteriza por un crecimiento poblacional desmedido y por una reconversión industrial derivada de las políticas de globalización apoyada en conceptos de calidad total, ecoeficiencia y competitividad industrial. Esta demanda criterios que den prioridad al cuidado del ambiente, en particular, al control de los impactos ambientales generados por las actividades productivas.

Es necesario enfrentar esta problemática ocasionada

por

los residuos

industriales con un nuevo enfoque de gestión que considere los conceptos de valoración de residuos entendido como "el proceso mediante el cual, a través de un

manejo integral de los residuos , los materiales recuperados se

reincorporan al ciclo económico y productivo en forma eficiente, por medio de su reaprovechamiento con fines de sustituir materias primas, generación de energía, el compostaje o cualquier otra modalidad que conlleve beneficios ambientales, sociales y económicos.

1.2. INDUSTRIA SIDERÚRGICA Y GENERACIÓN DE RESIDUOS Para la fabricación de acero en el mundo existen dos tipos de siderurgia. La siderurgia integrada que fabrica acero utilizando como materia prima el hierro en el Alto Horno y la siderurgia semi-integrada donde utilizan como materia prima la chatarra de acero en los hornos de la Planta de Acería.

Dentro de los residuos generados del proceso productivo de la industria siderúrgica en la Planta de Acería se encuentran las escorias de horno eléctrico procedente del proceso de fusión de la chatarra, escoria de horno cuchara procedentes del afino del acero, los residuos de refractarios procedentes de la rotura del refractario de los hornos (horno eléctrico y horno cuchara), los electrodos como consecuencia de la degradación o rotura de los mismos , el polvo de Acería proveniente del sistema de

tratamiento de emisiones y la laminilla que se origina del enfriamiento del acero sólido.

1.2.1.ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO Este residuo se genera de la fusión de la chatarra y otras adiciones agregadas dentro del horno eléctrico tales como cal cálcica, carbón y ferroaleaciones. Su composición química es condicionada por las variables de

operación

pero

se pueden considerar como representativos

los

porcentajes.

1.2.2.

REAPROVECHAMIENTO

DE

LA

ESCORIA

DE

HORNO

ELÉCTRICO La escoria de acería es un residuo generado en el proceso de producción y refinación del acero. Después de su valoración pasa a ser clasificado como agregado siderúrgico pudiendo ser aplicado principalmente en balastro ferroviario

o

de carreteras,

caminos

vecinales,

gaviones,

rip-raps ,

correctores y fertilizantes de suelos.

La experiencia en los Estados Unidos, Reino Unido, Bélgica, Brasil , Japón, Países Bajos, Alemania , Australia entre otros, ha demostrado que la escoria de horno eléctrico, debidamente seleccionada, procesada y curada puede ser utilizada como agregado grueso. La escoria de horno eléctrico muestra un número muy favorable de las propiedades mecánicas para ser usado como agregado grueso para concreto, incluida la muy alta estabilidad y buena solidez.

1.3. DIAGNOSTICO

SITUACIONAL DE LA ESCORIA DE

HORNO ELÉCTRICO EN SIDERPERU Con el fin de identificar las características de la gestión actual de la escoria de horno eléctrico en la empresa, se realizaron visitas al complejo industrial de SIDERPERU, en especial a la Planta de Acería, donde se revisaron registros de generación, informes de caracterización química y se reconoció el procesamiento al que la escoria de horno eléctrico es sometida.

1.3.1. GENERACIÓN DE LA ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO La escoria estudiada proviene de la Empresa Siderúrgica del Perú S.A.A. SIDERPERU, ubicada en Av. Antúnez de Mayolo SIN, distrito de Chimbote, provincial del Santa, departamento de Ancash, Perú. La instalación consta de un horno eléctrico de fusión marca Techint, Tagliaferri, compuesto de la carcasa metálica exterior, paneles refrigeradores y una cama de sacrificio de material refractario. El horno eléctrico tiene una capacidad nominal de 30 toneladas. Las materias prima se alimentan por la bóveda del horno, se cierra y se inicia el arco eléctrico que fundirá la chatarra mediante la alimentación de energía eléctrica en corriente alterna entre tres electrodos de grafito. En cuanto se forma el líquido fundido debajo de los electrodos a 1600ºC se debe alimentar el horno con cal para generar la escoria y con oxígeno puro para la oxidación del

acero

líquido.

Por último se adiciona el carbón en polvo para la

formación de la escoria espumosa. Después de 40 a 60 min el horno eléctrico es girado de tal manera que la escoria sobrenadante se extrae por un orificio y es trasladada hacia la zona de enfriamiento, donde posteriormente es evacuada a la zona de recuperación metálica. La cantidad de escoria de horno eléctrico se genera en relación a 111 kg/t acero sólido.

1.3.2.RECUPERACIÓN METÁLICA Y CLASIFICACIÓN DE LA ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO SIDERPERU cuenta con una Planta de recuperación

metálica y

clasifica por tamaños la escoria de horno eléctrico. Cuando la escoria de horno eléctrico se extrae del horno se encuentra líquida y se enfría bruscamente con agua sufriendo una cohesión entre sus partículas formando rocas. Estas son trasladas hacia una planta donde se recupera el material ferroso para su reciclaje en el horno eléctrico y el material no ferroso se clasificada por tamaños para su traslado a la cancha de almacenamiento.

1.3.3.CARACTERÍSTICAS DE LA ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO Una vez que a la escoria de horno eléctrico se le retira el material ferroso que contenía presenta las siguientes características:

1.3.3.1. CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS 

La caracterización química mostrada proviene del análisis realizado por el Empresa Inspectorate-Bureau Beritas, entidad contratada por SIDERPERU en abril de 2009.

1.3.3.2. CARACTERÍSTICAS DE PELIGROSIDAD 

La caracterización de peligrosidad proviene del análisis realizado por el Empresa Société Générale de Surveillance (SGS), entidad contratada por SIDERPERU en agosto de 2013, con el fin de determinar su no peligrosidad.

Para la evaluación de la peligrosidad se empleó la metodología establecida en el Título 40 del Código de Regulaciones Federales (CFR) de la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Los resultados de las muestras de escoria de horno eléctrico fueron comparadas con los límites máximos permisibles señalados por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA). Se concluyó lo siguiente:  El resultado del ensayo

de inflamabilidad presentó un valor que no

supera al límite permisible referencial de 2.2 mm/s de acuerdo a la norma;  El resultado del análisis de corrosividad registró un valor inferior al límite permisible referencial de 6.35 mm/año;  La concentración de cianuros en la muestra analizada resultó inferior al límite de detección y por ende muy inferior al límite permisible referencial de 250 mg/kg. Respecto a la concentración de sulfuros el valor resultante fue inferior al límite de detección y muy por debajo del límite máximo permisible referencial de 500 mg/kg;  Los resultados de cada uno de los parámetros considerados para

el

ensayo de toxicidad por TCLP se encuentran por debajo de los límites permisibles referenciales;  El estudio concluye que la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU es un residuo NO PELIGROSO.

1.3.4.

REAPROVECHAMIENTO

DENTRO

DEL

COMPLEJO

INDUSTRIAL La escoria de horno eléctrico de SIDERPERU se reaprovecha dentro del complejo industrial de Chimbote como sustituto de balastro en las líneas férreas, como material de afirmado en caminos y para fabricación de losas y veredas.

1.4. ANTECEDENTES Las diversas construcciones que han tenido lugar en el mundo en los últimos años han llevado a un alto consumo de recursos naturales, la explotación de suelos y la tala excesiva. Esto ha llevado a graves daños al ambiente y a su contaminación, así como el incremento de los costos de construcción. El sector construcción a nivel mundial consume miles de millones de toneladas de agregado natural al año y da lugar a muchos problemas de explotación ilegales. Por lo tanto, la búsqueda de un producto alternativo se convierte en la principal tarea para el uso eficiente de los recursos. La industria siderúrgica es una de las más importantes a nivel mundial, desde su surgimiento el acero ha contribuido al desarrollo y progreso de la humanidad, esto ha sido posible gracias a sus características que lo hacen un producto que juega un papel esencial en infinidad de sectores de aplicación. Para fabricar el acero se utilizan dos tipos de procesos: Alto Horno y horno eléctrico (EAF). Estos últimos producen más del 40% del acero mundial y, a diferencia del otro, recicla chatarra, con el objetivo de una producción sostenible. Una vez obtenido el acero se siguen dos grandes líneas productivas: una para la fabricación de productos largos y otra para productos planos. A nivel mundial los mayores productores de acero son China, Japón, Estados Unidos, india y Rusia, los cuales participaron en el 2010 con el 67.85 % del total de la producción. La escoria de horno eléctrico es uno de subproductos de la industria siderúrgica, cuya generación es de 100-200 kg/t acero producido, que tienen el potencial de reemplazar los áridos naturales en el sector construcción. Este producto tiene propiedades físicas similares al agregado convencional y se puede utilizarse en sus mismas aplicaciones. La escoria de horno eléctrico se genera en la fabricación de acero durante la separación del acero fundido de las impurezas. La escoria se inicia como un líquido fundido y se compone de una mezcla compleja de silicatos y óxidos que se solidifica al enfriarse.

Existe una variedad de investigaciones en todo el mundo relacionadas al desarrollo de aplicaciones de la escoria de horno eléctrico; sin embargo respecto a su valoración económica son pocas las investigaciones desarrolladas, dentro de las cuales podemos mencionar a la realizada en Colombia, en la que se concluye que la aplicación de la escoria de horno eléctrico como agregado dentro de la mezcla del concreto, le otorga al material endurecido propiedades mecánicas favorables indicando que el alto peso específico, dureza (resistencia al desgaste) y granulometría que posee el producto le confiere mayor resistencia a la compresión. Así, también en Perú tenemos la valoración de las escorias metalúrgicas como recursos industriales donde se concluye que la legislación ambiental no contempla la valoración, recuperación, reutilización y reciclaje de las escorias y residuos metalúrgicos como contribución a la descontaminación del ambiente y que mediante investigaciones científicas se puede lograr la conversión de las simples escorias metalúrgicas a insumos industriales. El 100% del acero producido en Perú proviene de hornos eléctricos. Por lo que convierte a la escoria de horno eléctrico en un material adecuado para el sector construcción. SIDERPERU viene reaprovechando internamente la escoria de horno eléctrico para afirmado de vías, como balastro de vías férreas, material de relleno y en estructuras de concreto, todo ello dentro de su predio. Debido a lo anterior, se puede decir que contrario a lo que sucede con los recursos renovables, con los no renovables no se puede hacer una explotación sostenible, debido a que va a llegar un punto en el que el recurso se va a agotar independientemente de los esfuerzos que se realicen para evitarlo. Lo que se busca en esta investigación es sustituir la piedra cantera por la escoria de horno eléctrico, es decir, racionalizar su explotación y uso a través de la utilización de bienes sustitutos que permitan disminuir la presión que se ejerce sobre estos recursos, así como las externalidades negativas que causa la explotación del mismo.

1.5. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ¿De qué manera contribuye la valoración económica de la escoria de horno eléctrico generada en SIDERPERU como producto alternativo a la piedra cantera en la provincia del Santa, departamento de Ancash?

1.6. HIPÓTESIS La escoria de horno eléctrico puede ser empleada como un producto alternativo a la piedra de cantera en el sector construcción de la provincia del Santa, departamento de Ancash, disminuyendo así la explotación de canteras y mejorando el reaprovechamiento de residuos de la industria siderúrgica.

1.7. OBJETIVO  Objetivo general 

Realizar la valoración económica de la escoria de horno eléctrico generada por SIDERPERU como producto alternativo a la piedra cantera en el

sector construcción de la provincia del Santa,

departamento de Ancash.  Objetivos específicos 

Determinar el porcentaje de remplazo del agregado grueso y agregado fino por la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU, que provoque la máxima resistencia a la compresión en concretos de cemento portland curados en 1, 3, 7 y 28 días.



Determinar el costo para utilizar la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU como agregado grueso y agregado fino.

CAPITULO II: MATERIAL Y MÉTODOS

2..

UBICACIÓN GEOGRÁFICA La escoria de horno eléctrico generada por la Empresa Siderúrgica del Perú S.A.A. - SIDERPERU ubicada en el distrito de Chimbote, provincia de Santa, departamento de Ancash. Figura 7: 

Ubicación geográfica de SIDERPERU.

2.2.

MATERIAL DE ESTUDIO Escoria de horno eléctrico de SIDERPERU.

2.3.

MÉTODOS A continuación se describe el método desarrollado en la presente investigación.

2.3.1.

DESARROLLO EXPERIMENTAL Por medio de este método se determinó la viabilidad técnica de la aplicación de la escoria de horno eléctrico como agregado para concreto.

 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 

La evaluación de resistencia a la compresión en cilindros de 6" x 12" bajo la norma NTP 339.033 fue el factor elegido para la aceptación o no del uso de la escoria de horno eléctrico como agregado, ya que es la medida más común de desempeño del concreto empleado para el diseño de las diferentes obras y estructuras.

 CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LA ESCORIA DE HORNO ELÉCTRICO 

Para la elaboración de los especímenes de concreto fue necesario realizar la caracterización física de la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU para determinar la conveniencia de su aplicación como agregado fino o grueso en la mezcla, realizando ensayos de granulometría, peso unitario, peso específico y absorción.

 PROPORCIONES DE MEZCLAS DE LOS COMPONENTES 

Una vez definido el uso de la escoria de horno eléctrico, se fijaron proporciones referencia

la

de mezcla de los componentes teniendo como dosificación

del concreto patrón, aplicando la

escoria de horno eléctrico en diferente proporción como sustituto

de cada uno de los agregados determinando la proporción de escoria de horno eléctrico que cumpla con la resistencia a la compresión dentro de los parámetros establecidos, tomando como referencia

los resultados

que se obtengan con el uso de los

agregados de la provincia del Santa.

2.3.2.

VALORACIÓN ECONÓMICA Por medio de un estudio financiero y de mercado se determinó la viabilidad de la valoración de la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU como agregado para concreto, teniendo en cuenta los costos de procesamiento del material, los potenciales clientes, canales de distribución y competidores. El análisis se delimitó geográficamente

en la provincia

del

Santa, donde se identificó el principal mercado potencial debido a la presencia de una importante industria productora de concreto.

CAPITULO III: RESULTADOS 3.1.

RECOLECCIÓN DE LA MUESTRA La extracción de la muestra se realizó de la cancha de escoria de horno eléctrico de SIDERPERU. Figura 8:



Cancha de almacenamiento de escoria de horno eléctrico.

Las muestras de escoria de horno eléctrico están clasificadas en dos rangos

de tamaños 3/8”- l” y < 3/8”, para lo sucesivo se les denominará M - 1 para las menores a 3/8” y M - 2 para el rango 3/8” – l”. En el laboratorio para obtener muestras homogéneas del material recolectado se procedió a hacer un mezcla, cuarteo y se recolectó el material en baldes.

3.2.

CARAGTERIZACIÓN DE LA MUESTRA

3.2.1. GRANULOMETRÍA En la tabla 9 se presenta el análisis de mallas a la escoria de horno eléctrico M-1 y en la tabla 10 a la escoria de horno eléctrico M-2.

Tabla 9: 

Tamiz estándar

Resultados del análisis de mallas a la escoria de horno eléctrico M-1.

% Abert. Peso % Ret. Mm ret. (g) Retenido Acumulado

3" 75 2" 50 1 ½" 37.5 1" 25 ¾" 19 ₈ ½" 12.5 ³∕ " 9.5 N° 4 4.75 N° 8 2.36 N° 16 1.18 N° 30 0.60 N° 50 0.30 N° 100 0.15 N° 200 0.075 Fondo Modulo de Finura

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 22.9 211.4 636 485.5 262.7 140.9 91.3 78.9 69.9

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.1 10.6 31.8 24.3 13.1 7.0 4.6 3.9 3.5

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.1 11.7 43.5 67.8 80.9 88.0 92.6 96.5 100.0 3.86

% Que pasa 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.9 88.3 56.5 32.2 19.1 12.0 7.4 3.5 0.0

NTP 400.037 Huso 67 Mínimo

Máximo

100 100 100 100 100 100 100 95 80 50 25 5 0 0 0 3.45

100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 85.0 60 30.0 10.0 5.0 0.0 2.2

Porcentaje que pasa (%)

Curva galunométrica de la escoria de horno eléctrico M-1. Abert. Mm

%

Que pasa

200 150 100 50 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

Abertura mm. Figura 9:X

Tabla 10: 

Resultado del análisis de mallas a la escoria de horno eléctrico M-2.

Tamiz estándar

% Abert. Peso % Ret. Mm ret. (g) Retenido Acumulado

3" 75 2" 50 1 ½" 37.5 1" 25 ¾" 19 ₈ ½" 12.5 ³∕ " 9.5 N° 4 4.75 N° 8 2.36 N° 16 1.18 N° 30 0.60 N° 50 0.30 N° 100 0.15 N° 200 0.075 Fondo Modulo de Finura

0.0 0.0 0.0 0.0 70.9 1718.5 1632.4 1792.0 31.9 2.3 0.0 0.0 0.0 0.0 20.3

Figura 10:

3.2.2. PESO UNITARIO

0.0 0.0 0.0 0.0 1.3 32.4 30.8 33.8 0.6 0 0 0.0 0 0 0.4

0.0 0.0 0.0 0.0 1.9 34.3 65.1 99.0 99.6 99.6 99.6 99.6 99.6 96.5 100.0 6.64

% Que pasa 100.0 100.0 100.0 100.0 98.1 65.7 34.9 1.0 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.0

NTP 400.037 Huso 67 Mínimo

Máximo

100 100 100 100 90 47 20 0 0 0 0 0 0 0 0 6.90

100 100 100 100 100 75 55 10 5 0.0 0 0.0 0.0 0.0 0.0 6.30

Es la relación entre el peso de una muestra de agregado compuesta de vanas partículas y el volumen que ocupan estas partículas dentro de un recipiente de volumen conocido. 

Peso cilindro vacío: 5.02 kg.



Volumen cilindro: 0.00722 m3.

Tabla 11: 

Cálculo del peso unitario escoria de horno eléctrico M-1.

N° Prueba

Peso (kg)

Masa unitaria (kg/mᶟ)

13.84 13.68 13.92 13.81

1917 1895 1928 1913

16.02 16.12 15.96 16.03

2219 2233 2211 2221

Suelto 1 2 3

Promedio Apisonado 1 2 3

Promedio Tabla 12:  X

Cálculo del peso unitario escoria de horno eléctrico M-2.

N° Prueba

Peso (kg)

Masa unitaria (kg/mᶟ)

10.4 10.28 10.22 10.3

1440 144 1416 1427

11.56 11.74 11.84 11.71

1601 1626 1640 1622

Suelto 1 2 3

Promedio Apisonado 1 2 3

Promedio

3.2.3. PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN El peso específico es la relación entre el peso de la masa del material y el volumen que ocupan las partículas de ese material incluidos todos los poros saturables y no saturables.

Tabla 13: 

Cálculo del peso específico y absorción de la escoria de horno eléctrico M-1.

X

Ensayo

Muestra 1

Muestra 2

A: Peso material SSS (al aire), g.

500.0

500.0

B: Peso fresco con agua, g

1453.2

1319.3

C: Peso frasco con agua + A, g.

1953.2

1819.3

D: Peso del frasco con agua y material, g.

1813.2

1678.6

E: Vol. De masa + vol. De vacío = C-D, cmᶟ

140.0

140.7

F: Peso de material seco al horno, g.

494.6

495.0

PE (base seca), g/cmᶟ

3.53

3.52

PE (SSS), g/cmᶟ

3.57

3.55

% de absorción

1.10

1.0

PE promedio (base seca), g/cmᶟ

3.53

PE promedio (SSS), g/cmᶟ

3.56

% de absorción promedio

1.10

Tabla 14:  Cálculo del peso específico y absorción de la escoria de horno eléctrico. X

Ensayo

3.3. DISEÑO LA

Muestra 1

Muestra 2

A: Peso material SSS (al aire), g.

3213.0

3213.8

B: Peso fresco con agua, g

2714.9

2719.5

C: Peso frasco con agua + A, g.

830.6

833

D: Peso del frasco con agua y material, g.

1884.3

1886.5

E: Vol. De masa + vol. De vacío = C-D, cmᶟ

1328.7

1327.3

F: Peso de material seco al horno, g.

3121.2

3116.1

PE (base seca), g/cmᶟ

2.35

2.35

PE (SSS), g/cmᶟ

2.42

2.42

% de absorción

2.90

3.1

PE promedio (base seca), g/cmᶟ

2.35

PE promedio (SSS), g/cmᶟ

2.42

% de absorción promedio

3.00

MEZCLA DE CONCRETO Se definieron ocho proporciones de mezcla para observar su comportamiento en la prueba de resistencia a la compresión. Tabla 15:  Probetas elaboradas con la dosificación de escoria de horno eléctrico.

DE

La dosificación D8 fue considerada como la dosificación patrón.

El asentamiento nominal escogido fue 5". Con la dosificación patrón se usó 1.2% de aditivo plastificante Sikament 290N. La relación a/c escogida fue de 0.68. El volumen de agua por m3 de concreto fue de 20 litros. El contenido de cemento por m3 de concreto fue de 295 kg.

3.4.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Todas las mezclas de prueba propuestas con adición de escoria de horno eléctrico presentaron una resistencia a 7 días más elevada a la del diseño que consideramos como patrón (Nº 8). Tabla 16: 

Reporte de

Dosificación D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8

Relación: Escoria M-1 / arena - resultados Escoria M-2 / piedra H67 de mezclas 0/100 - 100/0 25/75 - 100/0 50/50 - 100/0 75/25 - 100/0 75/25 - 100/1 50/50 - 0/100 25/75 - 0/100 0/100 - 0/100

de prueba.

CAPITULO IV: DISCUSIÓN Datos Generales

Ensayos concreto fresco

7 días

28 días

29

2316

54

120

182

278

28

2368 2579

52

137

203

279

74

148

204

300

28 ∕

2693

56

134

203

313

28 ¾

2573

53

141

195

286

29 ¼

2493

52

128

183

225

7⅝

29

2418

47

106

183

220

8⅝

29 ¾

2310

43

106

167

215

210

0.68

7

25/75 - 100/0

210

0.68

7

50/50 - 100/0

210

0.68

6 ½

28 ½₉

75/25 - 100/0

210

0.68

75/25 - 100/1

210

0.68

2¾ ₈ 2¼

50/50 - 0/100

210

0.68

6 ¹∕

7

25/75 - 0/100

210

0.68

8

0/100 - 0/100 patrón

210

0.68

3 4 5 6

0/100 - 100/0

Resistencia de Compresión (kg/cm²) 3 días

Temp. (°C)

2

F' c

1 día

Slump (pulg)

1

Relación M-1/ arena M-2/ agregado grueso

Peso Unitario (kg/mᶟ)

Relación a/c

N°

Ensayos concreto endurecido

8

De acuerdo a la gradación obtenida la escoria de horno eléctrico M-1 presentó una

curva

granulométrica con una gradación similar a la arena establecida por la norma técnica ASTM C33/NTP 400 .037 pero no se encuentra dentro de los límites establecidos y presentó un módulo de finura de 3.86, superior al máximo permitido. Por otro lado la escoria de horno eléctrico M-2 presentó una curva granulométrica dentro del rango para Huso 67 por la misma norma técnica, así como un módulo de finura de 6.64 dentro del rango especificado. Lo que permite mencionar que este tamaño de escoria de horno eléctrico M-2 pueda reemplazar por granulometría a la piedra natural Huso 67. Se observa que el peso unitario de la escoria de horno eléctrico M-1 fue de 1913 kg/m3 suelto y 2221 kg/m3 apisonado. De la escoria de horno eléctrico M-2 fue de 1427 kg/m3 suelto y 1622 kg/m 3 apisonado. Se observa la superioridad del peso unitario de la escoria de horno eléctrico M-1, esto debido a que el tamaño de las partículas y la compactación por apisonado permiten que los espacios entre éstas sean menores y que aumente el peso por unidad de volumen. La escoria de horno eléctrico M-1 resultó con un peso específico aparente de 3.56, un elevado valor de peso específico que puede limitar su uso, ya que puede incrementar significativamente la densidad del concreto haciéndolo no recomendable para estructuras de gran altura. Por otro lado la escoria de horno eléctrico M-2 resultó con un peso específico aparente de 2.42 , un peso específico bajo debido a la presencia de poros bastante notoria, lo cual permite que el agregado cuente partículas con un tamaño tal que pueda ser considerado como Huso 67 pero al mismo tiempo la cantidad de poros internos reduce su peso, aparte de incrementar el área superficial del agregado y aumentar el requerimiento de pasta; en cuanto de sus bondades, es que cuando se manejan asentamientos elevados, este agregado mejora la adherencia agregado-pasta.

En cuanto al asentamiento, las mezclas de concreto propuestas se observaron que el diseño Nº4 (75/25-100/0) dio una mayor resistencia a la compresión, pero presentó un bajo asentamiento. Christian Elera y Elver Reyna, usando la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU, demostraron que al reemplazar el 50% del agregado grueso por la escoria de horno eléctrico, el concreto presentó una mayor resistencia a la

compresión que la del concreto patrón tanto a 7 como a 28 días de curado. Al parecer, una situación similar ocurre con la escoria de horno eléctrico tipo M-2 utilizada, para la presente investigación. Las industrias cementeras identificadas para la comercialización de la escoria de horno eléctrico como agregado para concreto se encuentran distribuidas a lo largo del territorio nacional, siendo la concretera DINO - Cementos Norte Pacasmayo S.A quien tiene presencia en el departamento de Ancash. La oferta de los agregados para fabricación de concretos en el provincia es baja y por lo tanto una empresa de gran trayectoria y reconocimiento como SIDERPERU, puede llegar a tener una participación significativa en el mercado de agregados para concreto debido a su localización geográfica que facilita la movilización del material a todos los potenciales clientes y una capacidad de negociación y comercialización más fácil y confiable con las grandes empresas cementeras. El precio de venta más bajo del agregado fino ofrecido por una de las tres canteras en la provincia del Santa fue el de la cantera Santa Delfina 3 de S/.35/m3, siendo el análogo a este producto la escoria de Jiorno eléctrico M-1, cuyo costo total para su preparación es de

S/.

64.1/m3 . Así también en la misma cantera, se

obtiene el precio de venta más bajo del agregado grueso Huso 67 de

S/.

44/m3,

siendo el análogo a este producto la escoria de horno eléctrico M-2, cuyo costo total para su preparación es de S/.43.6/m3 . De la valoración económica realizada, si se comercializan ambos tipos de escoria de horno eléctrico con el precio de venta igual a su costo total, se obtendría un ingreso anual de hasta S/.402 000. La escoria de horno eléctrico M-1 generaría un ingreso de hasta S/.

S/.

134 000 al año y la escoria de horno eléctrico M-2 de hasta

268 000, considerando en ambos casos una producción mensual de 28 000 t de

acero sólido, un ratio de 111 kg escoria/t acero sólido y la distribución de los tipos de escoria de horno eléctrico. La sustitución de agregados convencionales tales como la grava por escoria de horno eléctrico no solo favorece a SIDERPERU sino al ambiente, ya que la extracción de materiales de construcción requiere de procesos altamente impactantes que deterioran el medio natural causando efectos adversos como la perdida de cobertura vegetal que a su vez desencadena procesos de erosión de

suelos, contaminación de recursos hídricos por sedimentos y modificación del comportamiento hidráulico por degradación de lechos de los ríos. La valoración de este residuo puede convertirse en un referente para una nueva oportunidad de negocio de SIDERPERU, porque aparte de que genera ingresos, reduce costos por almacenamiento, disposición

y minimiza

los impactos

ambientales generados por la explotación de agregados como la grava.

CAPITULO V: CONCLUSIONES

La escoria de horno eléctrico de SIDERPERU tiene un potencial ingreso económico de hasta S/402 000 como valoración de uso alternativo a la piedra

cantera en el sector construcción de la provincia del Santa, departamento de Ancash. Se puede afirmar que puede contribuir a la protección del ambiente, esto debido al valor agregado que se da a un residuo industrial; así como por la disminución de la extracción de la piedra de cantera. Los concretos fabricados con escoria de horno eléctrico de SIDERPERU presentan elevadas resistencia a la compresión. Se obtuvieron valores de 121.6 y 145.6% de índice de resistencia activa a 7 y 28 días de curado respectivamente, en concretos reemplazando el 75% de la arena y el 100% del agregado grueso por la escoria de horno eléctrico. El porcentaje de sustitución más apropiado, en el presente trabajo, a la que el concreto presentó mejor trabajabilidad y resistencia a la compresión es reemplazando el 100% de agregado grueso por la escoria de horno eléctrico. Obteniendo valores de 182 y 278 kg/cm2 de resistencia a la compresión, a 7 y 28 días de curado respectivamente.

CAPITULO VI: RECOMENDACIONES

Realizar la valoración de las demás granulometrías de la escoria de horno eléctrico de SIDERPERU, que hoy no serían comercializables por las empresas concreteras. Se plantea el uso de un asentamiento más elevado para las mezclas de concreto en las que se incluya la escoria de horno eléctrico que remplaza al agregado grueso, debido al elevado contenido de poros que presenta puede requerirse un mayor contenido de pasta. Determinar los límites para el uso de la escoria de horno eléctrico que reemplaza a la arena, ya que debido a su elevado peso específico puede incrementar el peso de las estructuras en caso sea usada en losas aligeradas, macizas, placas u otros elementos usados en pisos superiores. Ejecutar los ensayos de contenido de aire en diferentes tiempos: inmediatamente después de realizada la mezcla, luego a los 30 minutos y a los 60 minutos, para verificar si existe variabilidad.

CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Análisis de la valorización de escorias negras como material agregado para concreto en el marco de la gestión ambiental de la siderúrgica Diaco, Municipio Tuta Boyacá. LM Parra Araque, DP Sánchez García. Bogotá, 2010.

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Reflexión sobre la industria del acero en el mercado globalizado, Luis Felipe Camacho Carvajal, 2010.

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Gestión de proyectos. Identificación, formulación y evaluación financiera, social ambiental. Miranda Miranda, Juan José. 4ª Ed. Bogotá: MM Editores, 2005. Capítulo 3.

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Distribución Comercial. Miquel Peris, Salvador. 2 Ed. Madrid: ESIC editorial, 2006.

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Mercadotecnia programada. México DF. Editorial Limusa, 2004.p. 317

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Propuesta de un diseño de mezcla de concreto utilizando escoria de acería como reemplazante proporcional del agregado grueso. Elera García. Reyna Universidad Señor de Sipán. Chiclayo, 2014.

Alva.