USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES

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1 USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES 237 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, 4, CEP , São Carlos, SP, Brasil, s: Elier Pavón de la Fé Nelson Díaz Brito Profesores del Departamento de Materiales, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE), Habana, Cuba, s: 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 % y 5% 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, 26). 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 2%, las propiedades mecánicas permanecen prácticamente constantes. Cuando se empleen porcentajes mayores de sustitución los efectos

2 238 IZQUIERDO ET AL. sobre las mismas pueden representar una limitación en distintos casos. (Grupo de Trabajo 2/5, 26). 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 22 volt y 6 Hz. Caracterizar físico y mecánicamente los hormigones elaborados con % y 5% 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 Obtención del árido reciclado.

3 USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES 239 Foto 3 Máquina trituradora. Caracterización de los Materiales Árido grueso natural Tabla 1 Características físicas del árido grueso natural. Tamaño máximo del árido 19,1 mm (¾ ) Módulo de finura 6,8 % absorción 1,57% Peso específico corriente 2,61 Peso saturado sin humedad superficial 2,64 Peso unitario suelto 1378 kg/m 3 Peso unitario compactada 1517 kg/m 3 % de huecos 42% Árido fino natural Tabla 2 Características físicas del árido fino natural. Tamaño máximo del árido 19,1 mm (¾ ) % absorción 2,34% Módulo de finura 3,47 Peso específico corriente 2,48 Peso saturado sin humedad superficial 2,54 Peso unitario suelto 1436 kg/m 3 Peso unitario compactada 1636 kg/m 3 % de huecos 34 %

4 24 IZQUIERDO ET AL. Árido grueso reciclado Tabla 3 Características físicas del árido grueso reciclado. Tamaño máximo del árido,4 mm (¾ ) Módulo de finura 6,78 % absorción,7% Peso específico corriente 2,13 Peso saturado sin humedad superficial 2,36 Peso unitario suelto 1156 kg/m 3 Peso unitario compactada 1227 kg/m 3 % de huecos 42,6 % 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 2 kg/m 3. Como los áridos reciclados, a pesar de ser menos densos, tienen densidades mayores que los 2 kg/m 3, 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 Árido grueso natural Árido grueso reciclado % variación Densidad saturada sin humedad superficial (kg/m 3 ) ,6 Densidad seca (kg/m 3 ) ,4 Tabla 5 Densidad seca y saturada sin humedad superficial según diferentes autores. Referencias Densidad seca (kg/m 3 Densidad saturada sin humedad ) superficial (kg/m 3 ) Rilem (1992) Sáncez (25) Di Niro (1996) Estudio experimental

5 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 Absorción del árido grueso % variación natural (%) reciclado (%) 1,57,7 85,3 Tabla 7 Absorción de áridos reciclados según diferentes autores. Referencias Absorción (%) Sánchez (25) 4- Yamura (1988) 5,7-8,1 Machado (2) 7,9-9, Mellmann (1998) 4- 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 efectiva En los primeros 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 (25) que presenta un rango de un 8-9% (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 (%) Absorción del árido de a min 76% 79% 81% 85% Gráfica 1 Tiempo (min) Absorción del árido reciclado estudiado de a minutos.

6 242 IZQUIERDO ET AL. 12 Absorción (%) ,1 9,9,1,2, Gráfica 2 Tiempo (min) Absorción del árido reciclado de min a 1 hora. 12 Absorción (%) 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 R c 7 días (MPa) R c 14 días (MPa) R c 28 días (MPa) Patrón 21 % A.R. 23 5% A.R Resistencia a compressión Resistencia a compresión de los hormigones Edad de roturas (dias) 28 Patrón % A.R 5% A.R Gráfica 4 Resistencia a compresión de los hormigones a las edades de rotura.

7 USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES 243 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 (% y 5%) 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. 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. 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. Tipo de hormigón Absorción a los 7 días Absorción a los 14 Absorción a los 28 días (%) días (%) (%) Patrón 9,4 8,7 7,6 % A.R. 9, 8,5 7,8 5% A.R. 9,3 9,1 8,4 Absorción (%) Gráfica Absorción de los hormigones estudiados 9,4 9,3 9, 9,1 8,7 8,5 8,4 7,6 7, Edad de roturas (dias) Patrón % A.R 5% A.R Absorción del hormigón patrón y reciclado a las edades de rotura.

8 244 IZQUIERDO ET AL. Tabla Velocidad de ultrasonido del hormigón patrón y reciclado a las edades de rotura. Tipo de hormigón Veloc. de ultras. a Veloc. de ultras. a Veloc. de ultras. a los 7 días (m/s) los 14 días (m/s) los 28 días (m/s) Patrón % A.R % A.R Velocidad ultrasonido (m/s) Velocidad de ultrasonido de los hormigones estudiados Patrón % A.R 5% A.R Gráfica Edad de ensayo (dias) 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 % de sustitución de árido reciclado se encuentra muy próxima a la del hormigón patrón, esto es debido a que este tipo de 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 5% de árido reciclado queda un poco rezagado por presentar menor resistencia y mayor absorción. 35 Resistencia a compresión vs % de absorción Resistencia a compresión (MPa) Patrón % A,R 5% A,R Gráfica ,5 8 8,5 9 9,5 Porciento de absorción (%) Comparación de la resistencia a compresión y la absorción para diferentes edades.

9 USO DE RCDs COMO ÁRIDOS RECICLADOS Y SU EMPLEO EN HORMIGONES ESTRUCTURALES 245 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 también, ocurriendo así con los hormigones confeccionados para el estudio experimental. Una vez más se demuestra que el hormigón patrón y el de % de sustitución presentan valores de estas propiedades muy parecidos, solo el de 5% de sustitución es el que se despega un poco por presentar menor resistencia y velocidad de ultrasonidos. Resistencia a compresión (MPa) Resistencia a compresión vs velocidad de ultrasonido Patrón % A.R 5% A.R Gráfica Velocidad ultrasonido (m/s) 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 % y 5% 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 % de sustitución y 5% de sustitución de árido grueso reciclado). Referencias Bibliográficas Di NIRO, G.; DOLARA, E.; CAIRNS, R. Properties of hardened RAC for structural purposes. In: INTERNA- TIONAL SYMPOSIUM ON SUSTAINABLE CONS- TRUCTION. 1998, London. Proceedings London: Thomas Telford, p GETULIO, J. G. Contribuição ao estudo da relação entre propriedades e proporcionamento de blocos de concreto: aplicação ao uso de entulho como agregado reciclado. 25. Dissertação (Metrado) Departamento de ingeniería civil y ambiental en la Facultad de Tecnología, Universidad de Brasilia, Brasília. GRUPO DE TRABAJO 2/5 HORMIGÓN RECICLADO (Dentro de la Comisión 2: Materiales). Utilización de árido reciclado para la fabricación de hormigón estructural. España, 26. LAGE, M. I. Estudios sobre los residuos de construcción y demolición en Galicia: método de estimación de la producción anual y usos posibles para su reciclaje. 26. Tesis (Doctoral) Departamento de Tecnología de la Construcción de la Universidad de la Coruña. MACHADO Jr, E. F.; LATTERZA, L. M.; MENDES, C. L. Influência do agregado reciclado de rejeitos de construção e demolição nas propriedades do concreto fresco e endurecido. In: JORNADAS SUDAMERICANAS DE INGENIERIA ESTRUCTURAL, 29., 2, Punta del Este, Uruguai. Memórias... Punta del Este: EDITOR, 2, 13 p. (CD-ROM). RILEM (International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Structures). Recycled aggregates and recycled aggregate concrete. Recycling of demolished concrete and masonry. 1 st ed. RILEM Report 6, edited by Hasen, T. C., London: E&FN Spon, 2-6 Boundary Row, SÁNCHEZ, M. J. Estudio sobre la utilización de árido reciclado para la fabricación de hormigón estructural. 25. Tesis (Doctoral) Departamento de Ingeniería Civil: Construcción perteneciente a la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos en España.

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