USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO

USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES
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USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU
EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES
Indara Soto Izquierdo
Orieta Soto Izquierdo
Mestrandas do Departamento de Engenharia de Estrutura, Escola de Engenharia
de São Carlos, Universidade de São Paulo, Av. Trabalhador São-carlense, 400,
CEP 13566-590, São Carlos, SP, Brasil, e-mails: [email protected], [email protected]
Elier Pavón de la Fé
Nelson Díaz Brito
Profesores del Departamento de Materiales, Instituto Superior Politécnico
José Antonio Echeverría (ISPJAE), Habana, Cuba,
e-mails: [email protected], [email protected]
Resumen
Los RCDs son los residuos que proceden de la construcción, rehabilitación y demolición de los edificios, de las obras
públicas y de las obras de urbanización. El reciclaje de los residuos de la construcción y demolición permite la obtención
de un material fragmentado que es utilizado como agregado y tiene diferentes usos en la construcción. La Gestión de
los RCDs constituye un aspecto de suma importancia a nivel mundial porque representa un beneficio económico,
debido a la incorporación de materiales de desecho al proceso de construcción y un beneficio medioambiental, producto
a la disminución de residuos que se depositan en vertederos, evitando así, el incremento y proliferación de estos. La
obtención de hormigones estructurales con áridos reciclados constituye algo novedoso y de actualidad a nivel mundial.
Es por ello que en el presente trabajo se confeccionaron hormigones con 25% y 50% de sustitución de árido reciclado
y se estudió el comportamiento que presentan con respecto a un hormigón convencional. Para esto se determinan, con
ensayos de laboratorio, las propiedades del árido reciclado y de las mezclas donde se empleen los mismos. Se obtiene
la resistencia a compresión, la absorción y velocidad de ultrasonido de los hormigones reciclados a los 7, 14 y 28 días
y se compara con un hormigón convencional.
Palabras claves: residuos de la construcción y demolición, árido reciclado, hormigón reciclado, propiedades
mecánicas.Introdução
Introducción
El reciclado de materiales de construcción, indispensable hace tan sólo unos años, está actualmente en la línea
de configurarse como una actividad con interesantes
expectativas de crecimiento. La progresiva y rígida
legislación del control de deposición de residuos de muchos
países provoca mayores intereses por el reciclaje de residuos,
ya que la deposición de residuos en los vertederos va
tornándose más costosa en función de las características
de los mismos (Lage, 2006). Es previsible que, en un futuro
no muy lejano, el empleo de estos residuos como productos
sustitutivos de los convencionales se tomarán en cuenta,
lo que propiciará la aparición de actividades que, haciendo
posible el desarrollo sostenible, sean económicamente
interesantes. Por un problema ambiental las canteras de
áridos naturales se están agotando por la gran demanda
de construcción, además los residuos de la construcción
son inertes y por lo tanto no son peligrosos pero su volumen
es tal que para preservar el medio ambiente se hace necesario
programar su gestión.
El “árido reciclado de hormigón” es el resultado
de una serie de procesos por el cual debe pasar los residuos
de hormigón, compuesto por cemento Pórtland y áridos
naturales, cuyos procesos son el machacado, el cribado
y el procesado en plantas de reciclado. Es importante
destacar que este material secundario se deriva de un solo
tipo de material primario, el hormigón, cuya composición
es heterogénea (cemento, agua, áridos, aditivos y adiciones);
es por todo esto que el árido reciclado de hormigón no
puede considerarse como un material uniforme y las
diferencias que puedan presentar en su composición
dependerán fundamentalmente de la proporción de mortero
presente en el residuo. Si la sustitución del árido grueso
convencional es menor o igual a 20%, las propiedades
mecánicas permanecen prácticamente constantes. Cuando
se empleen porcentajes mayores de sustitución los efectos
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238
IZQUIERDO ET AL.
sobre las mismas pueden representar una limitación en
distintos casos. (Grupo de Trabajo 2/5, 2006).
ultrasonido de los hormigones reciclados y se comparó
con un hormigón convencional.
Objetivo
Obtención del árido reciclado
Se contaban con residuos de origen de una planta
de prefabricado localizada en Alamar, La Habana, la cual
confecciona paneles de prefabricado de Gran Panel VI –
paredes y losas (Foto 1).
Para obtener el árido reciclado (Foto 2) fue necesario
su trituración en una pequeña máquina trituradora con
la cual se obtendrán diferentes granulometrías (Foto 3).
Esta máquina se caracteriza por ser una machacadora
de mandíbulas. Este tipo de tecnología tiene como ventajas
que producen áridos con una buena distribución de tamaños
y reducido contenido de finos. La tolva de admisión presenta
unas dimensiones de 21 cm de largo y 12,5 cm de ancho,
el motor que hace funcionar el equipo es de marca General
Electric, trifásico de 220 volt y 60 Hz.
Caracterizar físico y mecánicamente los hormigones
elaborados con 25% y 50% de sustitución de árido grueso
reciclado y definir si varían o no las propiedades de estos
hormigones reciclados con respecto a un convencional.
Materiales y Métodos
Para cumplir con los objetivos en este trabajo fue
necesario desarrollar un proyecto experimental. De esa
manera se determinó las propiedades físicas del árido
reciclado estudiado de acuerdo a las Normas Cubanas
vigentes para la caracterización de los áridos naturales
y se comparó con propiedades de áridos reciclados
estudiados por autores internacionales. Se determinó la
resistencia a compresión, la absorción y velocidad de
Foto 1 Muestra de residuos de paneles.
Foto 2
Minerva, 6(3): 237-245
Obtención del árido reciclado.
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239
Foto 3 Máquina trituradora.
Caracterización de los Materiales
Árido grueso natural
Tabla 1 Características físicas del árido grueso natural.
Tamaño máximo del árido
Módulo de finura
% absorción
Peso específico corriente
Peso saturado sin humedad superficial
Peso unitario suelto
Peso unitario compactada
% de huecos
19,1 mm (¾”)
6,8
1,57%
2,61
2,64
1378 kg/m3
1517 kg/m3
42%
Árido fino natural
Tabla 2 Características físicas del árido fino natural.
Tamaño máximo del árido
% absorción
Módulo de finura
Peso específico corriente
Peso saturado sin humedad superficial
Peso unitario suelto
Peso unitario compactada
% de huecos
19,1 mm (¾”)
2,34%
3,47
2,48
2,54
1436 kg/m3
1636 kg/m3
34 %
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240
IZQUIERDO ET AL.
Árido grueso reciclado
Tabla 3 Características físicas del árido grueso reciclado.
25,4 mm (¾”)
6,78
10,7%
2,13
2,36
1156 kg/m3
1227 kg/m3
42,6 %
Tamaño máximo del árido
Módulo de finura
% absorción
Peso específico corriente
Peso saturado sin humedad superficial
Peso unitario suelto
Peso unitario compactada
% de huecos
Análisis de los Resultados
Árido reciclado
Densidad
La densidad del árido reciclado es inferior a la del
árido natural, debido a la pasta de cemento que queda
adherida a los granos.
La Tabla 4 muestra los valores de densidad saturada
sin humedad superficial y seca del el árido natural y reciclado
estudiado.
A continuación se hará un resumen de los valores
fijados de densidad de los áridos reciclados por diferentes
autores y los obtenidos en el experimento (Tabla 5).
Los valores del estudio experimental se encuentran
dentro de los rangos que refiere la bibliografía consultada.
Machado (1998) afirma que el árido reciclado puede
ser considerado aproximadamente como un árido ligero.
Esto constituye un punto discordante porque se considera
que el límite superior de densidad para que un árido sea
considerado ligero es de 2000 kg/m3. Como los áridos
reciclados, a pesar de ser menos densos, tienen densidades
mayores que los 2000 kg/m3, sería un error considerarlos
como ligeros.
Absorción
La absorción es una de las propiedades físicas del
árido reciclado que presenta una mayor diferencia con
respecto al árido natural, debido a la elevada absorción
de la pasta que queda adherida a él, ocurriendo así con
los áridos estudiados (Tabla 6). Los valores habituales
de absorción incumplen en la mayoría de los casos el límite
del 5% que establece la “Instrucción de Hormigón
Estructural – EHE”.
La Tabla 7 muestra valores de absorción de áridos
reciclado empleados por diferentes autores.
La absorción del árido grueso reciclado se acerca
en algunos casos a los límites superiores de los áridos
empleados por otros autores, la causa probable puede estar
en que la cantidad de mortero adherido en los áridos
reciclados ha sido mayor, que la de otros autores o que
la calidad de dicho morteros es muy mala.
Tabla 4 Densidades del árido grueso natural y reciclado.
Densidades
Densidad saturada sin humedad
superficial (kg/m3)
Densidad seca (kg/m3)
Árido grueso natural
Árido grueso
reciclado
% variación
2640
2360
10,6
2610
2130
18,4
Tabla 5 Densidad seca y saturada sin humedad superficial según diferentes autores.
Referencias
Rilem (1992)
Sáncez (2005)
Di Niro (1996)
Estudio experimental
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Densidad seca (kg/m3)
2100-2400
2070-2650
2080-2360
2 130
Densidad saturada sin humedad
superficial (kg/m3)
2300-2500
2100-2690
2350-2470
2 360
USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES
241
Tabla 6 Valores de absorción del árido grueso natural y reciclado empleados en la investigación.
Absorción del árido grueso
natural (%)
1,57
Absorción del árido grueso
reciclado (%)
10,7
% variación
85,3
Tabla 7 Absorción de áridos reciclados según diferentes autores.
Referencias
Sánchez (2005)
Yamura (1988)
Machado (2000)
Mellmann (1998)
Absorción (%)
4-10
5,7-8,1
7,9-9,0
4-10
Esta absorción interferirá directamente en la relación
a/c de las mezclas de hormigón, es por eso que debe ser
considerada en el proceso de fabricación de estas.
Absorción (%)
Absorción efectiva
En los primeros 10 minutos el árido reciclado alcanza
el 85% de su absorción total, coincidiendo este valor con
lo que establecen diferentes autores de su absorción efectiva
como Sánchez (2005) que presenta un rango de un 8090% (Gráfica 1).
En el tiempo de diez minutos hasta 24 horas sólo
aumenta su absorción en un 15% (Gráfica 2 y 3), por lo
tanto se puede llegar a la conclusión que el árido reciclado
absorbe la mayor cantidad de agua en los primeros diez
minutos, aspecto que se debe tener en consideración en
el momento del amasado de la mezcla cuando se usen
diferentes porcientos de sustitución de reciclado, ya que
habrá que corregir la cantidad de agua agregándole lo
que absorbe el árido reciclado en ese primer intervalo
de tiempo que dura el amasado.
Hormigones
Resistencia a compresión
En general, la utilización del árido reciclado para
la fabricación de hormigón implica una disminución de
la resistencia a compresión en el hormigón reciclado
(manteniendo la misma relación a/c), tanto mayor es el
porcentaje de árido reciclado utilizado. Las causas que
provoquen la disminución de la resistencia son debido a
la menor resistencia mecánica del árido reciclado, a la
mayor absorción y al aumento de zonas débiles en el
hormigón, ya que además de la unión pasta-árido que
presenta el árido reciclado, aparece otra zona de contacto
entre la pasta del árido reciclado y la pasta nueva.
La Tabla 8 resume la resistencia a compresión de
los diferentes hormigones en las distintas edades de rotura.
Absorción del árido de 0 a 10 min
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
85%
76%
0
1
79%
2
3
81%
4
5
6
Tiempo (min)
7
8
9
10
Gráfica 1 Absorción del árido reciclado estudiado de 0 a 10 minutos.
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IZQUIERDO ET AL.
12
Absorción (%)
10
8
9,9
9,1
10,6
10,2
10,1
6
4
2
0
10
20
30
40
Tiempo (min)
50
60
Gráfica 2 Absorción del árido reciclado de 10 min a 1 hora.
12
Absorción (%)
10
8
6
4
2
0
60
560
1060
Tiempo (min)
Gráfica 3 Absorción del árido reciclado de 1 hora a 24 horas.
Tabla 8 Resistencia a compresión de los hormigones a las edades de rotura.
Tipo de hormigón
Patrón
25% A.R.
50% A.R.
R’c 7 días (MPa)
21
23
21
Resistencia a compressión
35
R’c 14 días (MPa)
25
25
23
R’c 28 días (MPa)
30
30
28
Resistencia a compresión de los hormigones
30 30
30
28
25 25
25
23
21
23
21
20
Patrón
25% A.R
50% A.R
15
10
5
0
7
14
Edad de roturas (dias)
28
Gráfica 4 Resistencia a compresión de los hormigones a las edades de rotura.
Minerva, 6(3): 237-245
USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES
De forma general, lo mostrado en la Gráfica 4 y
Tabla 8 demuestra que los valores de resistencia son correctos
porque aumentan a medida que avanzan la edad del
hormigón. De forma general, los hormigones con diferentes
porcientos de sustitución de árido reciclado (25% y 50%)
presentan resistencias muy similares y cercanas a las del
hormigón tradicional. Como se puede analizar, a las edades
más tempranas del hormigón, el reciclado presenta mayor
resistencia que el patrón pero la diferencia es mínima,
esto pudo haber ocurrido porque no se controlaron una
serie de parámetros que influyeron en esto, como la
temperatura de curado, no coincidencia entre la hora de
elaboración y la hora de rotura. Como conclusión de esto
se puede decir que a edades tempranas el hormigón reciclado
presenta características similares al tradicional.
Absorción
La absorción constituye otro de los parámetros a
ser analizados en este tipo de investigación. Fue necesario
estudiar cómo influye el árido reciclado en la absorción
que alcanzan los hormigones.
243
La Tabla 9 realizará un resumen del % de absorción
obtenido por los diferentes hormigones a distintas edades
de rotura.
A medida que el hormigón envejece la absorción es
menor porque va disminuyendo la cantidad de agua dentro
del material ya que el cemento la utiliza para su hidratación,
esto mismo ocurre para los hormigones reciclados.
Velocidad de ultrasonido
La velocidad de ondas ultrasónicas presenta sistemáticamente valores más reducidos en el hormigón reciclado
que en el hormigón convencional, obteniéndose menores
valores cuanto mayor son los porcentajes de árido reciclado
utilizado en la dosificación como muestra la Tabla 10.
La velocidad de ultrasonido aumenta a medida que
aumentan las edades de rotura para cada tipo de hormigón,
esto es debido a que en hormigones más envejecidos la
porosidad interior disminuye, la cantidad de agua decrece
por la hidratación del cemento y se va creando un medio
más sólido y denso.
Tabla 9 Absorción del hormigón patrón y reciclado a las edades de rotura.
Absorción a los 14
días (%)
8,7
8,5
9,1
Absorción a los 7 días
(%)
9,4
9,0
9,3
Tipo de hormigón
Patrón
25% A.R.
50% A.R.
Absorción a los 28 días
(%)
7,6
7,8
8,4
Absorción de los hormigones estudiados
10
9
9,4
9,0
9,3
8,7 8,5
9,1
Absorción (%)
8,4
7,6 7,8
8
7
6
5
Patrón
25% A.R
50% A.R
4
3
2
1
0
7
14
Edad de roturas (dias)
28
Gráfica 5 Absorción del hormigón patrón y reciclado a las edades de rotura.
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244
IZQUIERDO ET AL.
Tabla 10 Velocidad de ultrasonido del hormigón patrón y reciclado a las edades de rotura.
Veloc. de ultras. a
los 7 días (m/s)
3846
4014
3855
Tipo de hormigón
Patrón
25% A.R
50% A.R
Velocidad ultrasonido (m/s)
4800
Veloc. de ultras. a
los 14 días (m/s)
4205
4227
4031
Veloc. de ultras. a
los 28 días (m/s)
4593
4489
4192
Velocidad de ultrasonido de los hormigones
estudiados
4593
4600
4489
4400
4205 4227
4200
4031
4014
4000
4192
Patrón
25% A.R
50% A.R
3855
3846
3800
3600
3400
7
14
Edad de ensayo (dias)
28
Gráfica 6 Velocidad de ultrasonido del hormigón patrón y reciclado a las edades de rotura.
Comparación de las propiedades de los hormigones
Comparación de la resistencia a compresión y la
absorción para diferentes edades
La curva del hormigón con 25% de sustitución
de árido reciclado se encuentra muy próxima a la del
hormigón patrón, esto es debido a que este tipo de
Resistencia a compresión vs % de absorción
35
Resistencia a compresión (MPa)
hormigón reciclado posee un comportamiento muy similar
al hormigón tradicional, ya que esa cantidad de material
reciclado altera muy poco las propiedades del hormigón.
El hormigón con 50% de árido reciclado queda un poco
rezagado por presentar menor resistencia y mayor
absorción.
31
Patrón
25% A,R
50% A,R
30
30
28
27
25
25
23
23
23
21
19
15
21
7
7,5
8,5
9
8
Porciento de absorción (%)
9,5
10
Gráfica 7 Comparación de la resistencia a compresión y la absorción para diferentes edades.
Minerva, 6(3): 237-245
USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES
Comparación de la resistencia a compresión y la
velocidad de ultrasonido para diferentes edades
Ambas propiedades comparadas son directamente
proporcionales debido a que si un hormigón posee una
mayor velocidad de ultrasonido es porque está más denso
y compactado, por lo tanto su resistencia va a ser superior
Resistencia a compresión (MPa)
35
245
también, ocurriendo así con los hormigones confeccionados
para el estudio experimental. Una vez más se demuestra
que el hormigón patrón y el de 25% de sustitución presentan
valores de estas propiedades muy parecidos, solo el de
50% de sustitución es el que se despega un poco por
presentar menor resistencia y velocidad de ultrasonidos.
Resistencia a compresión vs velocidad de ultrasonido
30
30
28
25
25
21
20
23
30
25
23
21
15
10
5
0
3800
Patrón
25% A.R
50% A.R
4400
4600
4000
4200
Velocidad ultrasonido (m/s)
4800
Gráfica 8 Comparación de la resistencia a compresión y la velocidad de ultrasonido para diferentes edades.
Conclusiones
Después de haber hecho un análisis de los resultados
de todos los ensayos y experimentos realizados por el
autor, se puede llegar a la conclusión que el árido estudiado,
procedente de los residuos de la planta de prefabricado
de Alamar, en Ciudad de La Habana, cumple con especificaciones y recomendaciones que diferentes autores, especialistas en el tema de hormigones reciclados, han estipulado.
Este tipo de árido puede ser usado como material
grueso en la fabricación de hormigones estructurales, con
25% y 50% de sustitución, sin presentar variación en las
propiedades. Para poder llegar a esta conclusión fue
necesario usar herramientas estadísticas que demuestren
la afirmación anterior. La valoración cualitativa del problema
se realizó a partir del modelo de ANOVA para el Diseño
Completamente al Azar (CDA), el cual permite el estudio
de un factor a la vez. Fue analizado tres factores: resistencia
a compresión, absorción y velocidad de ultrasonido a los
28 días, tomados a diferentes niveles (los tres tipos de
hormigones: patrón, con 25% de sustitución y 50% de
sustitución de árido grueso reciclado).
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Minerva, 6(3): 237-245