Figura 1 - Vitela Repositorio Institucional Pontificia Universidad

UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN (RCD) LIGADOS
CON MATERIALES CEMENTANTES EN PAVIMENTOS.
Use of construction and demolition wastes (RCD) linked to cementitious materials in
pavements.
Omar OLMEDO1, David BARRERA2
1
2
Investigador, Pontificia Universidad Javeriana, Santiago de Cali, Colombia. [email protected]
Investigador, Pontifícia Universidad Javeriana, Santiago de Cali, Colombia. [email protected]
RESUMEN: En la ciudad de Santiago de Cali actualmente se vive una problemática ambiental debido a la gran cantidad
de residuos provenientes de la construcción y demolición (RCD). La actual investigación brinda la posibilidad de reducir en
gran parte dicha contaminación. Lo más preocupante del daño ambiental que generan los RCD mal depositados, es que
la ciudad de Cali está creciendo por ende la construcción es constante. Esta investigación presenta el estudio de las
características físicas y el comportamiento mecánico de dicho material proveniente de la ciudad de Cali. Verificando su
uso potencial en la construcción de pavimentos como capa de base y/o sub base. Analizando si este RCD es capaz de
soportar las cargas cíclicas producidas por los vehículos y se ajusta a las especificaciones del Instituto Nacional de Vías
INVIAS. Para el estudio se caracterizó primero el material identificando sus características físicas, teniendo en
cuenta la granulometría, ya que el material se presentaba en diversos tamaños, el desgaste del material,
sanidad del material, gravedad específica y absorción, limite líquido, equivalente de arena. Para su
comportamiento mecánico se realizó resistencia a la compresión inconfinada, relación de soporte de california
y módulo de resiliencia. Durante el proceso de laboratorios, se identificó ensayos que muestran que el material
tiene defectos en cuanto a que es un material que presenta alta porosidad y desgaste, pero ligando el material
RCD y analizando su comportamiento mecánico, se concluye que puede ser utilizado en la estructura del
pavimento, como base o subbase.
ABSTRACT: In the city of Santiago de Cali currently an environmental problem you live due to the large amount of waste
from construction and demolition (RCD)
. Current research offers the possibility of reducing such pollution largely. Most troubling environmental damage generated
by the wrong deposited RCD is that Cali is growing therefore the construction is constant. This research presents the study
of the physical characteristics and the mechanical behavior of the material from the city of Cali. Verifying its potential in the
construction of pavements and base layer and / or sub base use. Analyzing whether the RCD is able to withstand the cyclic
loads caused by vehicles and conforms to the specifications of the National Roads Institute INVIAS. To study the material
it is first characterized by identifying their physical characteristics, taking into account the particle size, since the material is
presented in different sizes, material wear, healing material, specific gravity and absorption, liquid limit, sand equivalent.
Mechanical behavior for unconfined compressive strength, California bearing ratio and resilient modulus was performed.
During laboratory tests show that the material has defects in that it is a material having high porosity and wear, but ligand
RCD materials and analyzing their mechanical behavior, it is concluded that can be used in the structure was identified
pavement, base or subbase.
.
1 INTRODUCCIÓN
 En la ciudad de Santiago de Cali actualmente
se vive una problemática ambiental debido a
la gran cantidad de residuos provenientes de
la construcción y demolición (RCD). Lo más
preocupante del daño generan los RCD mal
depositados, es que la ciudad de Cali está
creciendo por ende la construcción es
constante.
A nivel urbano, a la altura de la carrera 50 con
autopista Simón Bolívar en donde se habilitó un
espacio para el depósito temporal de los residuos de
construcción y demolición proveniente de toda la
ciudad, dicho depósito se saturó pues la producción
es superior a 10.000 m3 mensuales según PROGEA
(2013), empresa que hace la recolección y
disposición final.
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2
en las capas de base y subbase para pavimentos en
Colombia ya que no cumplen con todos los
requerimientos técnicos que se encuentran en el
manual de INVIAS, sin embargo estudiaron el
comportamiento mecánico del mismo material
haciendo una variación en el contenido de humedad
de compactación obteniendo como resultados que el
RCD puede ser utilizado en bases y subbases del
para niveles de transito bajo y medio.
Figura 1. Ingreso vs egresos de RCD en la escombrera de
la carrera 50 (informe de gestión municipio Santiago de Cali
2014)
La Figura 1 se ilustra el ingreso vs el egreso de
RCD en la escombrera de la carrera 50 con autopista
Simón Bolívar del año 2014. Diariamente Ingresan en
promedio 230 carretillas con un arrojo diario de
171m3, las cuales realizan entre dos y tres viajes
diarios es decir que existe una población fija de
carretilleros.
La inadecuada disposición de residuos de
construcción y demolición, tiene como consecuencia
una contaminación ambiental a gran escala en la
ciudad. En Colombia no existe una normatividad
sobre la disposición final de los RCD lo cual aumenta
la existencia de escombreras mal situadas como la de
la carrera 50 con autopista Simón Bolívar en Cali.
2 REVISION DE LITERATURA
Rengifo & Chavez (2015), estudiaron la influencia
de la composición en el comportamiento mecánico de
un residuo de construcción y demolición (RCD)
provenientes de la ciudad de Cali Colombia, para ser
utilizado en la base o subbase del pavimento.
Obteniendo que las características físicas del RCD no
estudiado no cumple con las especificaciones de
INVIAS, sin embargo comparando con los resultados
de otros autores el material presenta un
comportamiento mecánico adecuado para ser
utilizado en base y subbase del pavimento.
3 MATERIALES Y MÉTODOS
El material reciclado derivado de residuos de
construcción y demolición (RCD) utilizado en este
proyecto fue suministrado por la empresa EMSIRVAC
S.A.S, empresa ubicada cerca al zona de Cabasa,
más exactamente en el corregimiento El Carmelo
perteneciente al municipio de Candelaria. El material
suministrado por EMSIRVAC pasó por un proceso
previo de selección donde se retiraron residuos de
madera, plásticos, tuberías de PVC, acero y otros
antes de triturarlo.
Motta (2005), analiza los aspectos físicos y el
comportamiento mecánico de un RDC de la ciudad de
São Paulo de Brasil, para emplearlo en capas de base
y subbase granular en vías de bajo volumen de
tráfico. Analizó el RCD en su condición natural y
adicionado con 4% de cal y 4% de cemento Portland,
con el objeto de incrementar la resistencia del
material. Concluye que el RCD estudiado tiene un alto
potencial para ser empleado en pavimentos, debido a
sus propiedades físicas y mecánicas.
El-Maaty (2013), demostró que al aumentar el
contenido de cemento al material reciclado de asfalto
tiene un mejor comportamiento de resistencia a la
compresión inconfinada en comparación con el
contenido de cemento mezclado con el agregado
derivado de roca caliza utilizado comúnmente en
Egipto para la elaboración de bases y sub-bases.
Embus & Quintero (2015), estudiaron las
características físicas y mecánicas del RCD
provenientes de la ciudad de Cali Colombia,
obteniendo que el RCD no clasifica para ser utilizado
Figura 2. RCD triturado
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3
4 CARACTERISTICAS FISICAS
El estudio para caracterizar el RCD se compone de
la determinación de la composición y los análisis
sobre el conjunto de partículas especificados por
INVIAS, a continuación se presentan los procesos
que se efectuaron para caracterizar el material RCD
Rb
24%
4.1 Composición del RCD
Rc: Concreto, productos de concreto, morteros y
bloques de concreto
Ru: Agregados no ligados, piedras naturales y
agregados con algún contenido de cemento
Rb: Cerámicos, ladrillo de arcilla y tejas, bloques
cerámicos blancos (Azulejos)
Ra: Materiales bituminosos (Asfaltos)
Rg: Vidrios
X: Otros (Arcillas, limos, Hierro, Plásticos y
maderas no flotantes, cauchos, yeso y estuco
Ru
26%
Rc
49%
Figura 3. Composición del RCD
4.2 Granulometría
El análisis granulométrico se llevó a cabo siguiendo
la norma INV E-213 para nivel de tránsito medio.
Inicialmente fueron tomadas dos muestras de
aproximadamente 5kg cada una se emplearon
tamices normalizados, con la finalidad de obtener la
distribución por tamaño de las partículas presentes en
el agregado RCD. Este ensayo es de gran
importancia ya que influye en gran parte de los
criterios de aceptación de suelos para ser utilizados
en bases o sub bases en la estructura del pavimento.
100
% que pasa
La composición del material se realizó siguiendo
los parámetros de la Norma Europea EN 933-11 del
2009. El RCD recolectado para la investigación tiene
está compuesto por partículas de tamaño ≤ 32 mm
por ende el tamaño máximo nominal es (1 ½”), para
este tamaño máximo nominal se toma una muestra
de 20 Kg, dicha muestra se seca a una temperatura
de 40 ± 5 °C por 48 horas (M0). Se pasa el material
seco por los tamices 64 mm (2 ½”), 4.76 mm (No.4) y
fondo, las masa que queda retenida en cada tamiz se
denomina como M63, M1 y M4 respectivamente. Para
separar la arena y arcilla se usa el material que pasa
por el tamiz 2 ½” y queda retenido en No.4 (M1), se
sumerge el material y se recogen las partículas que
flotan se mide su volumen (𝑚3) denominándose 𝑉𝐹𝐿 .
Por último el material que no floto se seca acto
seguido se separan los materiales constituyentes con
las denominaciones siguientes.
Ra X
0% 1%
SBG-1
(Tabla
320.1)
80
60
SBG-1
(Tabla
320.1)
40
20
0
SBG-2
(Tabla
Diámetro de la partícula (mm) 320.1)
0.01
1
100
Figura 4. Comparación granulometrías RCD con
INVIAS para subbase granular
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4
% que pasa
100
BG-1
(Tabla
330.1)
80
60
BG-1
(Tabla
330.1)
40
20
0
BG-2
(Tabla
Diámetro de la partícula (mm) 330.1)
0.01
1
100
Figura 5. Comparación granulometrías RCD con
INVIAS para base granular
En la Figura 4 y Figura 5 ¡Error! No se encuentra
el origen de la referencia.se compara la
granulometría de lo que se considera como “Material
de base” en Emsirvac con las granulometrías de
subbase y base del INVIAS, se observa que ambas
muestras en general son más gruesas que la norma
de referencia INV-E-300.
4.4 Quiebra de particulas
4.3 Ensayos de caracterización física
En la ¡Error! No se encuentra el origen de la
referencia. están los resultados de caracterización
física y su comparación con las especificaciones
técnicas de INVIAS
Para el cálculo del índice de quiebra se sigue la
metodología descrita en la Norma Brasileña DNERME 398/99, se halla con la siguiente expresión:
𝑰𝑫𝒑 = ∑ 𝑫/𝟔
(1)
Tabla 1. Resultados de ensayos de caracterización
El índice de quiebras 𝐼𝐷𝑝 corresponde a la suma
de las diferencias de los materiales que pasan por
cada tamiz dividido por el número 6 que corresponde
al número de tamices utilizados durante la selección
(Gómez, 2011).
Para la investigación en curso se utiliza la serie de
tamices: 19.0 mm (3/4”), 9.51 mm (3/8”), 4.76 mm
(N°4), 2.0 mm (N°10), 420 µ m (N°40), 74 µ m
(N°200). Determinada por invías para bases y subbases del pavimento.
Tabla 2. Indice de quiebra
Contenido
de humedad
(%)
8
Índice de
quiebra, IDp
(%)
26
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12
16
20
26
22
21
5
5 COMPORTAMIENTO MECANICO DEL RCD
A continuación se muestra una serie de ensayos
que simulan el comportamiento mecánico del material
RCD ligado con cemento.
notablemente superior que a los 7 días. A los 7 días
la muestra del 5% se registró una resistencia máxima
de 1940 kPa mientras que a los 28 días la mayor
resistencia fue de 2606 kPa
Se efectuó el ensayo de CBR siguiendo la norma
INVIAS INV E-148-07 con el material RCD variando
el porcentaje de cemento, las pruebas fueron
realizadas en la máquina universal de ensayos. Las
muestras compactadas se saturaron en el cuarto
húmedo. La humedad de este lugar fue de más o
menos 60%.
UCS (kPa)
5.1 Índice de soporte de california CBR
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
28 DIAS
7 DIAS
0
5
10
Adición cemento en peso (%)
500
Figura 7. Influencia del cemento sobre la
compresión inconfinada
CBR (%)
400
300
10
200
25
100
56
0
0
2
4
6
A partir de los ensayos de compresión inconfinada
se calculó el módulo secante E50, el cual crece con
el contenido de cemento y el tiempo de curado (ver
Figura 8).
Adición de cemento en peso (%)
Figura 6. Influencia del cemento en el CBR
En la Figura 6 ¡Error! No se encuentra el origen
de la referencia.se observa la gran influencia que
tiene la adición de cemento en el índice de soporte de
california. A medida que se le aumenta el contenido
de cemento a cada una de las muestras, se presenta
un aumento notorio en el CBR, lo cual indica que el
cemento mejora la resistencia del material.
5.2 Resistencia a la compresión inconfinada UCS
Para hallar el E50 se dividió 50% del esfuerzo
máximo sobre la deformación en dicho esfuerzo.
5.3 Resistencia a la compresión inconfinada UCS
La Figura 9 y Figura 10 representan las muestras
con cura a 7 días. En ambas graficas se evidencia
una tendencia al aumento de módulo de resiliencia
conforme aumentan las tensiones, sin embargo en la
Figura 9 se nota una dispersión en los resultados de
la tención desvío y se analiza la muestra con 2% de
cemento que presenta un comportamiento atípico
con relación a las otras 3 muestras, teniendo unos
valores de Mr inferiores a los de la muestra al 1%., a
E50 (MPa)
600
La humedad a la que fueron compactados todos
500
los cuerpos de pruebas fue la óptima calculada en
Figura 8. Contenido de cemento vs modulo
el ensayo de compresión (16%), el material se
400
secante al
50%
compacto con el Proctor a 42 golpes, en 5 capas
300
del agregado.
28 DIAS
La Figura 7¡Error! No se encuentra el origen de
la referencia. muestra la influencia del cemento en la
resistencia a la compresión, a mayor porcentaje de
cemento mayor resistencia a la compresión
inconfinada. Comparando los tiempos de cura de las
muestras, se evidencia que a los 28 días es
200
7 DIAS
100
0
0
2
4
6
Adición cemento en peso (%)
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6
800
Mr (MPa)
diferencia de la Figura 10 que muestra una clara
tendencia de aumento del módulo con respecto a la
tención octaédrica, dicha tendencia poco dispersa se
hace más notable al aumentar el contenido de
cemento en las muestras. Lo que nos indica que el
RCD mezclado con cemento mejora su
comportamiento a esfuerzos octaédricos.
600
RCD 28 DIAS 0%
400
RCD 28 DIAS 1%
200
RCD 28 DIAS 2%
0
RCD 5% 28 DIAS
0
200
oct (kPa)
400
Mr (MPa)
100
300
RCD 0% 7d
200
Figura 12. Tensión octaédrica vs módulo de
resiliencia a 28 días
RCD 1% 7d
100
RCD 2% 7d
0
RCD 5% 7d
0
50
100
150
 (kPa)
Los resultados de las muestras con tiempos de
cura a 28 días (ver Figura 11 y ¡Error! No se
encuentra el origen de la referencia.), tienen un
comportamiento similar a la de 7 días de curado, el
Mr aumenta si las tensiones aumentan. La muestra
con 5% de cemento muestra un Mr mayor a las
demás.
Figura 9. Esfuerzo volumétrico vs módulo de
resiliencia a 7 días.
Mr (MPa)
400
300
RCD 0% 7d
200
RCD 1% 7d
100
RCD 2% 7d
Final mente se calcula el Mr con el modelo
universal. Con el modelo matemático descrito en el
Capítulo 2. El módulo resiliente teórico se calculó con
la ayuda de la herramienta solver del software Excel
2010©, los resultados se muestran en el Anexo 2.
Figura 13. Relación entre el modelo Universal y
experimental, 5% de cemento a 28 días
RCD 5% 7d
0
0
500
1000
𝑴𝒓 = 𝒌𝟏 ∗ 𝑷𝒂 (
q (kPa)
Figura 10. Tensión octaédrica vs módulo de
resiliencia a 7 días
(1)
donde:
Mr = modulo resiliente en (MPa)
k1, k2 y k3 = constantes de regresión, propias de
cada material
Pa = presión atmosférica (kPa)
Θ = suma de los esfuerzos normales
Mr (MPa)
700
600
500
RCD 28 DIAS 0%
400
RCD 28 DIAS 1%
300
RCD 28 DIAS 2%
200
100
RCD 5% 28 DIAS
0
0 11. Tensión
500 volumétrica1000
Figura
vs módulo de
resiliencia a 28 díasq (kPa)
𝜽 𝒌𝟐 𝒂𝒄𝒕
) ∗(
+ 𝟏)𝒌𝟑
𝑷𝒂
𝑷𝒂
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Módulo Resiliente
Modelo Universal (MPa)
7
disposición final, generando afectaciones
ambientales y económicas para la ciudad.
500
400
300

El RCD proveniente de la ciudad de Cali tiene
unos índices de quiebra y desgaste
considerablemente altos, el causante de la
baja resistencia del material pode ser las
malas construcciones de la ciudad o
simplemente el contenido de impurezas del
mismo.

En general las características físicas del RCD
no cumple con la totalidad de requisitos que
sugiere INVIAS para ser utilizado en base y
subbase del pavimento.

Para el análisis del comportamiento con el
RCD ligado con cemento y no ligado observa
la gran influencia que tiene el cemento en el
porcentaje de CBR. A medida que se le
aumenta el contenido de cemento a cada una
de las muestras, se presenta un aumento
notorio en el CBR, lo cual indica que el
cemento mejora la resistencia del material.

En el ensayo de UCS se observó que a mayor
porcentaje de cemento mayor resistencia a la
compresión inconfinada. Comparando los
tiempos de cura de las muestras, se
evidencia que a los 28 días es notablemente
mayor que a los 7 días. A los 7 días la
muestra del 5% se registró una resistencia
máxima de 1940 kPa mientras que a los 28
días la mayor resistencia fue de 2606 kPa..

El estudio del MR mostro que al aumentar los
esfuerzo el módulo de resiliencia también
aumenta, adicional a esto el contenido de
cemento tiene mucha influencia en el
aumento del módulo de resiliencia.

El tiempo de cura es otro aspecto que cabe
resaltar en el estudio de las cargas cíclicas
que soporta el material los datos obtenidos
muestran que a los 28 días el Mr de las
muestras es más o menos el doble en
comparación con las probetas a 7 días de
curado. Aunque el material no presente unas
características físicas aptas para la
estructura del pavimento, el comportamiento
mecánico del RCD nos muestra su potencial
uso en la base y subbase del pavimento. El
cemento en porcentajes y condiciones
controladas mejora notablemente las
características mecánicas del RCD.
200
100
0
0
200
400
600
Módulo Resiliente Experimental (MPa)
Módulo Resiliente Modelo
Universal (MPa)
Figura 14. Relación entre el modelo Universal y
teórico, 5% de cemento a 7 días
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
200
400
600
800
Módulo Resiliente Experimental (MPa)
En la Figura 13 y Figura 14 se encuentra la
correlacion entre el modelo universal y el
experimental.
6 CONCLUSIONES

El mayor constituyente que presenta la
muestra es el denominado Rc los cuales son
concretos, morteros y bloques de concreto.
De los resultados obtenidos en el ensayo de
composición se puede concluir que el trabajo
previo de limpieza es efectivo. Debido a la
baja cantidad de materiales bituminosos,
vidrio, elementos flotantes y otros.

Los escombros generados por las obras de
construcción, demolición y remodelación no
están siendo utilizados de manera adecuada
en las etapas de generación, transporte y
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8
7 REFERENCIAS
CONSTRUCCIONES EN LA CIUDAD
DE CALI.
Ebrahim Abu El-Maaty Behiry, A. (2013).
Utilization of cement treated recycled
concrete aggregates as base or subbase
layer in Egypt. Ain Shams Engineering
Journal. doi:10.1016/j.asej.2013.02.005
Garnica, P., Gomez, J. A., & Martinez, J. a S.
(2002). Mecánica de materiales para
pavimentos, (197), 1–234.
Gómez, A. M. (2011). Estudo experimental de
um resíduo de construção e demolição
(RCD) para utilização em pavimentação,
148.
INVIAS. (2005). Especificaciones para
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Motta, R. dos S. (2005). Estudo laboratorial de
agregado reciclado de resíduo sólido da
construção civil para aplicação em
pavimentação em pavimentos de baixo
volume de tráfego. Escola Politécnica da
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Quintero, Embus. (2015). Influencia del
contenido de humedad en el
comportamiento mecánico de un residuo de
construcción y demolición (RCD) como
material de la estructura del pavimento.
Rengifo, Chavez. (2015). Influencia de la
composición en el comportamiento
mecanico de unura del pavimento (RCD)
como material de la estructura del
pavimento.
DAGMA. (2009). Informe anual de los recursos
naturales y del medio ambiente. DAGMA.
(2012). MARCO NORMATIVO PARA EL
MANEJO DE ESCOMBROS DE
DEMOLICIONES Y
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA CALI
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