CARACTERIZACIÓN Y POSIBILIDADES DE REUTILIZACIÓN EN OBRAS DE INFRAESTRUCTURA DE LOS RCD

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1 CARACTERIZACIÓN Y POSIBILIDADES DE REUTILIZACIÓN EN OBRAS DE INFRAESTRUCTURA DE LOS RCD s SIN SELECCIÓN EN ORIGEN Y PROCEDENTES DE TODAS LAS TIPOLOGÍAS DE OBRA FRANCISCO AGRELA SAINZ, JOSÉ RAMÓN JIMÉNEZ ROMERO, MARTÍN LÓPEZ AGUILAR, JESÚS AYUSO MUÑOZ, ALFONSO CABALLERO REPULLO Departamento de Ingeniería Rural. Universidad de Córdoba. Grupo de Investigación Ingeniería de la Construcción RESUMEN El presente trabajo ha permitido la caracterización de los residuos de construcción y demolición (RCD s) procedentes de la Planta de Gestión que la empresa EPREMASA de la Diputación Provincial de Córdoba tiene instalada en la localidad de Rute (Córdoba). Los materiales ensayados proceden de todas las tipologías de obra (RCD s) y que responden a los contenedores habituales sin selección en origen, en los que se mezclan los elementos de naturaleza pétrea, con toda clase de productos (maderas, plásticos, metales, cartón, etc.). En el proceso productivo se distinguen las fases de descarga, separación del material no deseado, trituración secundaria, trituración en molino o machacadora, clasificación mediante tropel, triaje manual sobre cinta, separación magnética y neumática y criba vibrante de dos tamices. Se obtienen al final de este proceso tres fracciones separadas por tamaño medio del material. Para la identificación del material obtenido, se han realizado ensayos en laboratorio de granulometría, plasticidad, contenido en materia orgánica, en sales y yesos, y para caracterizar su comportamiento se han realizado ensayos de capacidad portante y compacidad, ensayo Proctor y C.B.R. Los resultados obtenidos han permitido la clasificación del material de acuerdo con el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG- 3) y determinar sus posibilidades de reutilización y revalorización en obras de infraestructura vial. INTRODUCCIÓN Cada día se generan más residuos procedentes de la demolición de edificios y obras civiles, los cuales pueden ser reutilizados y/o reciclados. Entre otros, se pueden aplicar estos residuos a la fabricación de morteros y hormigones de baja resistencia [1], así como en la fabricación de cementos [2], o incluso en la aplicación como material de relleno en bases de carreteras y caminos rurales. El uso de estos materiales reciclados permitiría la preservación de los recursos naturales, y un potencial ahorro de dinero en los procesos. Los Residuos de Construcción y Demolición (RCD s) proceden en su mayor parte de derribos de edificios o de rechazos de los materiales de construcción de las obras de otros de nueva planta y de pequeñas obras de reforma en viviendas o urbanizaciones (escombros) [3]. La importancia del 1

2 reciclaje de RCD s reside en los vertidos de forma incontrolada de estos, y el impacto visual y ecológico que provocan, además de el problema que se genera con el exceso de acumulación de residuos en vertederos, lo cual reduce su vida útil, haciendo necesario que se construyan nuevos vertederos que permitan el acopio de los nuevos residuos generados [4]. Este trabajo se centra en el estudio de RCD s para su posible reutilización como relleno tipo terraplén en la construcción de firmes de carreteras y caminos rurales. La explanada es la superficie de apoyo del firme que se vaya a aplicar en una determinada carretera. Para la formación de esta explanada se deben realizar eventualmente rellenos con materiales que cumplan ciertas condiciones marcadas por el PG3 (Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes) [5]. En la figura 1 se incluyen dos gráficos donde se aprecian las distintas capas que se encuentran debajo de un firme, donde el plano de la explanada constituye la superficie superior del cimiento, sobre la cual se apoya el firme. Figura 1. Secciones transversales de relleno, explanación y firme de una carretera [6] En la actualidad, no hay recomendaciones claras a cerca del uso de materiales reciclados en firmes de carreteras y caminos rurales, pero sí se podrían utilizar estos materiales en las capas de relleno ubicadas en el núcleo del terraplén, o en las capas de asiento del firme (Figura 1). Se han realizado los ensayos necesarios para poder clasificar dos materiales de procedencias distintas. Según se aprecia en la tabla 1, lo ideal es disponer de un suelo que se pueda clasificar seleccionado o adecuado, lo cual nos garantiza un material de calidad para la ejecución de la base de la carretera. 2

3 Tabla 1. Condiciones que deben cumplir los materiales empleados en la formación de rellenos en carreteras según el PG3, capítulo Terraplenes OBJETIVOS Dos objetivos se persiguen en este estudio: 1. Caracterizar dos materiales procedentes de residuos de construcción y demolición (RCD s), conforme al PG3, para analizar sus posibilidades de reutilización de rellenos de carreteras en la formación de explanadas. 2. Comparar los resultados de estos dos materiales distintos, uno de ellos con cierta selección en origen, y otro procedente de distintas demoliciones, y sin selección de residuos en origen. De esta forma poner de manifiesto la importancia de la separación de distintos residuos a pie de obra. MATERIALES DE ENSAYO En nuestro trabajo se han realizado los ensayos físicos y químicos prescritos por el PG3, sobre dos materiales distintos: 1. Material procedente de una demolición de un antiguo hospital construido a principios del siglo XX, la Residencia Teniente Coronel Noreña, en Córdoba. Este material se ha obtenido tras realizar una demolición del edificio por fases, desde el desmontaje de instalaciones específicas, hasta la demolición por partes de elementos de hormigón, tabiquerías, forjados, etc. A este material lo denominamos A. 2. Material procedente de una planta de acopio y tratamiento de residuos gestionada por EPREMASA, Empresa Pública perteneciente a la Exma. Diputación Provincial de Córdoba. En concreto se han extraído residuos del Centro de Gestión de escombros situado en el Término Municipal de Rute. Los materiales que se decepcionan en este Centro por el momento no tienen selección en origen, y se están mezclando todos los restos que llegan al Centro, teniendo un tratamiento posterior unificado. A este material lo denominaremos B. 3

4 Tratamientos en Centro de Reciclaje: Figura 2. Esquema general de procesamiento de los RCD s en los Centros de Reciclaje gestionados por Epremasa en la provincia de Córdoba [7] El escombro está compuesto por muchos materiales distintos. Además de los propios materiales áridos constructivos, como restos de morteros, hormigones, cerámicos, yesos, y otros, se incluyen plásticos, maderas, metales, basuras, etc. Lo primero que se debe realizar es un triaje primario para quedarnos solamente con el material que podríamos denominar escombro casi puro [8]. Este es el material que se procesa, realizando una trituración, y un cribado para extracción de distintos áridos clasificados según su tamaño máximo de grano, es decir, por granulometría. En nuestro caso se han realizado ensayos sobre los áridos mencionados en el apartado anterior. El material A se procesó obteniendo un único material con tamaño 0-30mm. Este es un material que posee todos los tamaños de árido incluido, lo que se puede caracterizar también como todo uno. El material B se ha procesado, obteniendo dos materiales diferentes clasificado según granulometría. El primero denominado B-fino con tamaño de árido entre 0 y 10 mm, y el segundo B-grueso, con tamaños entre 10 y 40mm. Debido a que ser realiza un estudio de comparación de ambos materiales, se ha preparado un material que denominamos B (B), el cual tiene un 40% de B-fino mezclado con un 60% de B-grueso. La mezcla se ha realizado en laboratorio, y sobre este nuevo material se han realizado los ensayo del material B. Por tanto, se resume que los dos materiales a ensayar y comparar son A y B. 4

5 MÉTODOS DE ENSAYO Se han realizado los ensayos de laboratorio marcados por el PG3, para clasificar el material de ensayo (0-10mm) como suelo para su uso en rellenos tipo terraplén. Se han realizado los siguientes ensayos geotécnicos en el laboratorio del Área de Ingeniería de la Construcción del Departamento de Ingeniería Rural de la Universidad de Córdoba, ubicado en le E.U.P. de Belmez (Córdoba). Análisis granulométrico de suelos por tamizado según UNE :1995 Determinación del límite líquido por el método de Casagrande según UNE :1994 Determinación del límite plástico de un suelo según UNE :1993 Ensayo de compactación Proctor Normal según UNE :1994 Ensayo para determinación en laboratorio del índice C.B.R. según UNE :1995 Por su parte, los ensayos de caracterización química se han realizado en el Laboratorio de la Consejería de Obras Públicas y Transportes de la Junta de Andalucía, Delegación Provincial de Córdoba. En concreto: Contenido en materia orgánica oxidable por el método del permanganato potásico según UNE : 1993 Determinación del contenido en sales solubles de los suelos según NLT-114/99 Contenido de yeso en suelos según NLT-115/99 Con objeto de minimizar la influencia de factores externos, cada ensayo de laboratorio se repite cuatro veces. 5

6 RESULTADOS En primer lugar se exponen las curvas granulométricas obtenidas para cada material. Se realizaron unos estudios previos sobre las granulometrías de los materiales B-fino y Bgrueso, con el objetivo de estimar la mezcla más idónea, desde el punto de vista de conseguir la máxima compacidad. De esta manera se ha trabajado con una curva granulométrica modelo, con el objetivo de conseguir una alta compacidad. Granulometrías materiales A y B. Granulometría media "material A" 100,00 Porcentaje de cernido 80,00 60,00 40,00 20,00 Curva media granulometrica RCD Curva granulométrica de Fuller 0, ,1 0,01 Serie de tamices Figura 3. Curva granulométrica del material A comparada con la curva modelo de Fuller Granulometria media "Material B" Porcentaje de cernido 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 Curva granulométrica RCD Curva granulométrica de Fuller 0, ,1 0,01 Serie de tamices Figura 4. Curva granulométrica del material B comparada con la curva modelo de Fuller Se aprecia en las figuras 3 y 4 que el material A se ajusta mejor a la curva modelo de Fuller, con tamaño máximo de árido 20mm. De manera especial se observa que se ajusta en la zona de 6

7 áridos con tamaño inferior a 2mm. Entre 20 y 2mm queda por debajo al curva, con lo cual tiene una cierta carencia de áridos de este tamaño, y por último los áridos gruesos por encima de 20mm exceden un poco la cantidad que marca la curva modelo. Podemos de todas formas concluir con que presenta una buena gradación de áridos el material A, ya que tiene una granulometría continua, y relativamente bien ajustada a la curva de Fuller. El material B presenta una peor granulometría, aunque si que es continua, tiene carencia de áridos por debajo de 10mm, y exceso de áridos gruesos con tamaño superior a 10mm. La primera conclusión que obtenemos es que la mezcla se mejoraría con una mayor proporción de áridos finos, en detrimento de los gruesos. Los resultados obtenidos sobre el resto de los ensayos se resumen en la tabla 2. Tabla 2. Resultados obtenidos de los ensayos de laboratorio, sobre dos muestras de RCD s CARACTERÍSTICAS GRANULOMETRÍA UNE PLASTICIDAD UNE UNE PROCTOR NORMAL CBR (100% Proctor Normal) CONTENIDO EN MATERIA ORGÁNICA CONTENIDO EN SALES SOLUBLES B (Rute) Dmax <100mm Pasa: # 2mm < 80% # 0,08 < 25% LL=28 IP=2 D max =1,59 gr/cm 3 H opt = 15% SUELO CONSEGUIDO SELECCIONADO A (Noreña) Dmax < 100mm Pasa: # 2mm < 80% # 0,08 < 25% SUELO CONSEGUIDO SELECCIONADO SELECCIONADO LL=29 SELECCIONADO SELECCIONADO D max =1,73 gr/ cm 3 H opt = 15,9% SELECCIONADO 42 SELECCIONADO 34 SELECCIONADO 0,15 % SELECCIONADO 0,25 % ADECUADO SS = 0,75 YESO = 7,5% MARGINAL SS = 0,95% YESO = 2,5% TOLERABLE De la tabla 2, que muestra un resumen de los resultados obtenidos de ensayos de laboratorio, se puede decir que a primera vista, el material seleccionado en origen denominado A es mucho mejor que el material obtenido en la planta de reciclado donde se mezclan residuos de varias obras sin selección en origen, y procediendo a realizar un simple tiraje primario de separación de elementos voluminosos extraños. CONCLUSIONES Según se desprende de los resultados obtenidos y reflejados en la tabla 2, podemos establecer las siguientes conclusiones: El material A presenta en primer lugar una mejor granulometría, adaptándose de manera más cercana a la curva de Fuller, lo cual permite conseguir mayores densidades en los rellenos realizados in situ. Esto se pone de manifiesto en el valor que presenta el ensayo de compactación Proctor Normal, ya que en el material B arroja un valor de 1,59gr/cm3, casi un 10% por debajo del valor de densidad seca obtenido en el otro material, 1,71gr/cm3. Debido a la mayor compacidad que presenta el material A, el índice CBR obtenido es superior al del material B en un 25% aproximadamente. Se refleja en este dato la gran capacidad portante de los materiales, epro en especial del material A que procede de los restos de demolición de mayor calidad del edificio derribado. 7

8 En el material A, el valor limitante se encuentra en el contenido tanto en sales solubles como en yeso. No llega a pasar del 1% en el contenido de yesos, pero supera el valor límite marcado para suelo tipo adecuado o seleccionado. Por tanto este material, teniendo unas propiedades muy positivas, se queda clasificado como Suelo Tolerable, el cual, aún teniendo una cierta calidad, no resulta ser muy rentable producirlo, debido a la facilidad con que se consigue en préstamos de suelos en zonas cercanas a las obras civiles que lo requieren. El Material B, debido a que no presenta una cierta selección en origen, presenta unos porcentajes tanto de yesos como de Sales solubles elevadísimos, teniendo muy buenas propiedades en cuanto a capacidad de compactación y portante, y careciendo de plasticidad. Este material no puede ser clasificado ni siquiera como Tolerable, con lo cual si no se modifican las estrategias que potencien la selección en origen de los escombros, no podrá ser aplicado para rellenos de carreteras. En la comparación de ambos materiales, presenta mejores propiedades claramente el material A, por dos razones fundamentales: 1. La separación en obra de los distintos tipos de material demolido. 2. La selección en obra de un material de más calidad en el material A, siendo desechado para estos fines los residuos de peor calidad. Como conclusión general se señala que se deben realizar políticas desde las administraciones que provoquen la selección de escombros según su calidad, y su posterior acopio en planta de tratamiento en un lugar específico y determinado para cada tipo de residuo. Se debe seguir investigando otros usos posibles para este material, que permitan su reciclado, como puede ser la fabricación de morteros y hormigones, o en el proceso de fabricación de cementos y otros materiales áridos. BIBLIOGRAFÍA [1] L. F. L Miranda, S. M. S. Shelmo. CDW recycled aggregate renderings. Construction and buildings materials. 20 (2006), [2] G. Bianchini, E. Marrocchino, R. Tassinari, C. Vaccaro. Recycling of construction and demolition waste materials. Waste Management 25 (2005) [3] C. S. Poon. Management and recycling of demolition waste in Hong Kong. Waste & management Research , [4] J. Stenis. Construction waste management based on industrial management models: a Swedish case study. Waste Manage Res 2005: 23: [5] Bustos, G., Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), Ediciones LITEAM, Madrid, [6] Instrucción para el diseño de firmes de la Red de Carreteras de Andalucía [7] Plan Director de Escombros y Restos de Obras en al Provincia de Córdoba. Exma. Diputación Provincial de Córdoba. BOP de Córdoba Nº 166 del 30 de Septiembre de [8] R. L. Sherman, L. Rhonda. Managing Construction and Demolition Debris: A Guide for builders, developers, and contractors. Published by: North Carolina Cooperative Extension Service. Publication Number: AG CORRESPONDENCIA Francisco Agrela Sainz. Grupo de Investigación Ingeniería de la construcción. Departamento de Ingeniería Rural. Escuela Universitaria Politécnica de Belmez. Universidad de Córdoba. C/Covadonga s/n Belmez (Córdoba), España. ir1agsaf@uco.es; pagrela@yahoo.com 8

9 AGRADECIMIENTO Los autores agradecen a la Empresa Provincial de Residuos y Medio Ambiente S.A. (EPREMASA) la financiación del presente trabajo. 9