Materiales Utilizados como Áridos. José-Luis Parra y Alfaro

Transcripción

1 Materiales Utilizados como Áridos José-Luis Parra y Alfaro

2 RECURSOS GEOLÓGICOS USOS DE RMI RMI INFLUENCIA EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE TIPOS ÁRIDOS Gran impacto medioambiental en la explotación APLICACIONES PROPIEDADES CARACTERIZACIÓN CUESTIONES MEDIOAMBIENTALES Influencia de la Litología Evaluación de Yacimientos REACTIVIDAD (Problema) ÁRIDOS RECICLADOS (Solución)

3 División convencional de los recursos geológicos

4 Definición de RMI (Kuzvart,, 1984) Materias primas que se emplean en la industria en forma de mineral (talco, diamante) o de roca (granito, ocre) Las materias primas para obtención de elementos no metálicos (pirita, apatito, fluorita) Menas de aspecto no metálico (berilo, magnesita, circón) Materiales de construcción (arcilla, arena, yeso, granito, caliza)

5 Peculiaridades de las RMI Múltiples usos (necesidad de optimización) Falta de exploraciones sistemáticas Diversidad de valores unitarios (de arcillas a diamantes) En general, valores bajos a pie de cantera, por lo que el transporte ha de ser corto (mercados locales) Baja incidencia del coste energético

6 Peculiaridades de las RMI Explotaciones poco racionales (en España, 3500 explotaciones con una media de 7 trabajadores por explotación) Importancia de los aspectos legales, normativos y medioambientales Oscilaciones cíclicas de largo período en los precios de mercado, generalmente ligadas a cambios tecnológicos Menores necesidades de inversión inicial

7 Usos generales de las RMI Áridos Lubricantes Piedra natural Aislantes Cementos Fertilizantes Otros aglomerantes Correctores de suelos Cerámica Cargas Vidrio Fundentes Refractarios Materias primas para nuevas Abrasivos tecnologías

8 Rocas y minerales industriales Materias primas minerales que se usan en la industria por sus características físicas o químicas, no por su riqueza metalúrgica Son las materias primas minerales del siglo XXI En los países desarrollados, son las primeras materias primas minerales en volumen y las segundas en valor económico Son muy interesantes para países en desarrollo

9 Desarrollo Sostenible Se entiende por Desarrollo Sostenible aquel que permite abastecer las necesidades del PRESENTE sin comprometer a las generaciones FUTURAS Existe una gran diferencia en lo que se entiende por desarrollo sostenible en países desarrollados y en vías de desarrollo.

10 Crecimiento de la población y desarrollo económico (ONU, 1992) 12 Población países en desarrollo, miles de millones Población países desarrollados, miles de millones

11 Crecimiento de la población y demanda de recursos minerales (FAO, 1996) Población, cientos de millones 153 Tractores, millones Fertilizantes, millones de toneladas métricas , ,5 26, Año

12 Importancia de las rocas y minerales industriales en el desarrollo Volúmenes muy grandes, bajo precio unitario, alto valor añadido Transportes cortos, consumo local Baja incidencia en el PIB, alto valor estratégico Menores exigencias de capital y tecnificación Menor impacto ambiental que la minería metálica o energética En ocasiones, necesidad de explotaciones a nivel regional

13 Producción minera de españa (en tonelaje)

14 Producción minera de España (en valor )

15 Concepto de árido Materiales minerales, sólidos inertes, que, con las granulometrías adecuadas, se usan para fabricación de productos artificiales resistentes, mediante adición con aglomerantes hidráulicos o ligantes bituminosos Por extensión, materiales granulares sueltos de aplicación en carreteras, taludes, vías férreas o escolleras Tamaño de grano: desde 60 micras a varios metros

16 Tipos de áridos 1.- Áridos naturales y artificiales 2.- Áridos naturales (en España) y de trituración o machaqueo ÁRIDOS NATURALES (en general) Los que se usan tras haber sufrido únicamente una conminución mecánica para adaptarse a las exigencias de su utilización en obra ÁRIDOS NATURALES (en España) Los que se usan tras haber sufrido exclusivamente una clasificación por granulometrías (es decir, los procedentes de graveras y areneras)

17 Áridos artificiales Subproductos de procesos industriales o urbanos que reúnen las condiciones para su utilización como áridos: Estériles de explotaciones mineras Cenizas volantes de centrales térmicas Residuos de incineración de residuos urbanos Materiales de demolición Escorias de procesos siderúrgicos o metalúrgicos

18 Impacto de los áridos en el desarrollo sostenible Necesidad de su extracción Grandes volúmenes extraídos (> 10 t/h) Escasez de suelo Problemas de restauración Afectación al nivel freático

19 Soluciones Explotaciones planificadas hasta la restauración Equipos multidisciplinares Banqueo descendente Coordinación con el ordenamiento territorial Creatividad técnica y empresarial Un ejemplo: La gravera y planta de EL PORCAL (ARIPRESA Grupo PORTLAND VALDERRIVAS)

20 El ejemplo de la CAM Aumento de los áridos de machaqueo (>70%) Disminución de los áridos granulares Tendencia al crecimiento de los áridos artificiales (o secundarios) Dificultad en la apertura de nuevas explotaciones y limitaciones a las existentes

21 Propiedades de los áridos Las propiedades de los productos finales elaborados con áridos dependen de las proporciones de la mezcla, del aglomerante utilizado y de la naturaleza y propiedades del árido Los ensayos de áridos tienen por finalidad: Atender a su correcta dosificación Anticipar su comportamiento en servicio

22 Propiedades más importantes de los áridos Naturaleza petrológica (mineralogía y textura) Resistencia a la compresión, choque y rozamiento (calidad mecánica) Textura superficial de las partículas Compacidad (absorción de agua y de ligante) Actividad superficial de las partículas (reactividad potencial)

23 Clasificación de los áridos por su utilización industrial Áridos para hormigones y morteros Áridos para aglomerados asfálticos Áridos para carreteras Balasto y Escollera Áridos para aplicaciones industriales Áridos ligeros

24 Áridos para hormigones Los áridos constituyen aproximadamente el 80% del volumen del hormigón Tienen una gran influencia en sus propiedades Se consideran materiales resistentes e inertes, pero no siempre lo son (influencia en la durabilidad del hormigón) Su conocimiento es esencial para determinar las características del hormigón Consideración reciente de su importancia

25 influencia de la litología en los áridos para hormigones Problemas de resistencia al desgaste (granitos en Galicia) Limpieza de los finos (Presencia de arcillas en las arenas) Reactividad con los otros componentes (agua, cemento) debido a la presencia de ciertas sustancias minerales (Sulfuros oxidables, Sílices microcristalinas)

26 áridos para carreteras El porcentaje de los áridos en las diversas capas que constituyen los firmes de las carreteras supera el 90% Existen fuertes limitaciones económicas, por lo que las distancias de aporte son muy restringidas Suele haber problemas de homogeneidad, por los elevados volúmenes que se mueven

27 Influencia de la Litología en los áridos para carreteras Las calizas no se suelen usar como árido grueso en capas de rodadura, por ser excesivamente pulimentables. Tienen buena adhesividad con mezclas bituminosas y buena afinidad con cementos Los áridos silíceos proceden de machaqueo de gravas naturales. Tienen buena resistencia mecánica, pero pueden presentar problemas de adhesividad a los ligantes. Es necesario garantizar un número mínimo de caras de fractura Los áridos ígneos y metamórficos son especialmente adecuados para capas de rodadura. Tienen buena resistencia al pulimento

28 Áridos para Balasto Deben presentar una muy buena resistencia al desgaste por abrasión (ensayo Micro Deval) Los elementos del agregado han de ser resistentes y angulosos Igualmente, deben tener buena resistencia al impacto (ensayo Los Ángeles) Es importante la exclusión de finos la homogeneidad y estabilidad dimensional

29 influencia de la litología en los áridos para balasto de ferrocarril (requisitos) Se precisan materiales compactos, duros y densos Las rocas ígneas y metamórficas no alteradas son idóneas (Basaltos, Ofitas) No es conveniente el uso de rocas carbonatadas

30 áridos ligeros Densidad 2 Clasificación RILEM: Materiales naturales no tratados (lapilli, diatomitas) Materiales naturales preparados (arcillas y pizarras expandidas) Residuos industriales no tratados (escorias de horno alto) Residuos industriales preparados (cenizas volantes expandidas) Materiales orgánicos (cáscaras de cereales, fibras de madera)

31 áridos para filtrado Suponen un volumen total pequeño, pero tienen una importancia grande en la industria Sus tres aplicaciones principales son: Filtrado de aguas para el consumo Tratamiento de aguas residuales Filtros de drenaje en obras de ingeniería civil Cada aplicación tiene sus especificaciones concretas Normalmente, son arenas, gravas, rocas trituradas y agregados artificiales (escorias de alto horno)

32 Parámetros a considerar en la valoración previa de un yacimiento de áridos A.- Parámetros geométricos (forma y volumen del material, variaciones de espesor, límites naturales, recubrimiento) B.- Parámetros hidrogeológicos (nivel freático, afecciones a la calidad) C.- Parámetros del material extraíble (Caracterización)

33 características intrínsecas y extrínsecas de un yacimiento de áridos Características intrínsecas: Naturaleza del afloramiento, posición topográfica, cobertera, nivel freático,composición, estabilidad química y mineralógica, friabilidad, materia orgánica, características mecánicas Características extrínsecas: Distancia al centro de consumo, instalación de clasificación y trituración, impacto ambiental, red de carreteras, presencia de viviendas humanas

34 caracterización de áridos CARACTERÍSTICAS GENERALES PROPIEDADES GEOMÉTRICAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS PROPIEDADES QUÍMICAS ALTERABILIDAD

35 ensayos sobre propiedades generales Análisis mineralógico (DRX) y Petrológico (Descripción petrográfica) Métodos de muestreo y reducción de muestras

36 ensayos sobre propiedades geométricas Análisis granulométrico Coeficiente de forma Contenido en finos Equivalente de arena Azul de metileno Caras de fractura

37 ensayos sobre propiedades físicas y mecánicas Friabilidad (ensayo Micro Deval) Desgaste Los Ángeles Determinación de densidad y coeficiente de absorción Pulimento acelerado

38 ensayos de alterabilidad Hielo-deshielo Resistencia al sulfato magnésico

39 ensayos sobre propiedades químicas Cloruros Materia orgánica Compuestos de azufre Reactividad árido-álcali (3 Métodos)

40 Problemas de reactividad Oxidación de áridos sulfurosos Algunos sulfuros (pirita, marcasita, pirrotina) se oxidan a sulfatos en contacto con el aire atmosférico En contacto con la portlandita puede transformarse a sulfato cálcico Los sulfatos reacccionan con el aluminato tricálcico del cemento portland, dando lugar a la formación de etringita expansiva (3CaO.Al 2 O 3.3CaSO 4.31H 2 O)

41 Problemas de reactividad reacción árido-álcali álcali (RAA) Ciertos tipos de áridos + álcalis de la solución de poro de la pasta de cemento gel de sílice (R) o productos de la reacción del carbonato. En presencia de humedad el gel se expande, manifestándose con agrietamiento y movimientos diferenciales 1. álcalis + sílice reactiva gel 2. Gel + humedad expansión Por ejemplo, la expansión del hormigón de plantas hidroeléctricas y presas, debido a RAA, puede originar: Deformaciones excesivas y agrietamiento de presas Descuadre de puertas de aliviaderos Distorsión de las partes mecánicas

42 Reacción álcali - sílice (RAS) Reacción de los álcalis con áridos con formas de sílice pobremente cristalinas: ópalo, calcedonia, tridimita, cristobalita y vidrio volcánico. Los áridos son peligrosos cuando éstos minerales se presentan en cantidades entre 1 y 5 %.(Efecto pésimo) La expansión del hormigón es relativamente rápida; el agrietamiento de las estructuras se observa dentro de los 10 años posteriores a su construcción.

43 Reacción álcali - sílice - silicato (rass), o de expansión lenta Reacción de los álcalis con áridos con cuarzo deformado o subgranulado (grauwacas, cuarcitas, gneis, granito, filita, arcosa, arenisca). Los porcentajes minerales peligrosos son difíciles de establecer ya que dependen del grado de deformación del cuarzo. Cuarzo con extinción ondulante. La expansión del hormigón es lenta; el agrietamiento de las estructuras puede no hacerse evidente hasta 20 años después de su construcción.

44 reacción álcali - carbonato (Rac)) (1) Reacción de los álcalis con áridos de composición caliza dolomítica, caracterizados por una matriz de calcita fina con romboedros de dolomita. CaMg(CO 3 ) 2 + 2MeOH Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Me 2 CO 3 Me 2 CO 3 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + 2Me(OH) (Me= K+,Na+,Li+) La expansión puede ser debida al crecimiento de los productos de la reacción (especialmente brucita)

45 reacción álcali - carbonato (rac( rac) (2) Los porcentajes minerales peligrosos son difíciles de establecer ya que parámetros texturales parecen incidir significativamente. Contenido en arcilla o residuo insoluble 5 a 25% Relación calcita/dolomita 1/1 La expansión del hormigón es temprana, el agrietamiento de las estructuras puede mostrarse dentro de los 5 años posteriores a su construcción.

46 Acciones respecto a problemas de reactividad Adecuada caracterización previa Muestreo bien realizado Selección de materiales adecuada En la construcción, evitar el exceso de humedad En caso de necesidad utilizar adiciones (humo de sílice) Ante la detección de un problema, llevar a cabo un diagnóstico correcto

47 Residuos de construcción y demolición Enfoque medioambiental Respuesta a un doble problema: Dificultad en la apertura de nuevas explotaciones Escasez de suelo para vertederos de RCD Reutilización de RCD como áridos reciclados

48 plan nacional de residuos de construcción y demolición (1) Objetivos principales: Correcta gestión y recogida controlada de un 90 % de RCD en 2006 Reciclaje o reutilización de un 40 % de RCD en 2005 Reciclaje o reutilización de un 60 % de RCD en 2006

49 plan nacional de residuos de construcción y demolición (2) Instrumentos: Normativa específica de gestión de RCD (demolición selectiva, deconstrucción) Elaboración de normativa específica Reducción de la eliminación RCD mediante cánones (tasa mínima de vertido) o estímulos (prima en la licitación pública del uso de materiales reciclados) Ayudas a la I+D y a la construcción de plantas de tratamiento de RCD

50 materiales reciclados. aplicaciones A PRODUCCIÓN DE RESIDUOS DE DEMOLICIÓN B PRODUCCIÓN DE ÁRIDOS RECICLADOS I Demolición no selectiva II Planta trituradora regional (Baja tecnología) LUGAR DE DEMOLICIÓN III Planta móvil Demolición selectiva IV V Planta trituradora regional (Alta tecnología) C UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS RECICLADOS Material de carretera Material de carretera de relleno Consolidación del terreno Vertedero Corrección de terrenos Gravilla para hormigón Hormigón para carreteras D VERTIDO DE RESIDUOS DE DEMOLICIÓN Vertedero controlado o no controlado

51 Líneas de Investigación

52 Madrid, 18 de Marzo de 2003