Influencia del procesamiento empleado para el reciclaje de residuos de construcción y demolición sobre las propiedades de áridos y morteros reciclados

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1 Influencia del procesamiento empleado para el reciclaje de residuos de construcción y demolición sobre las propiedades de áridos y morteros reciclados Iván Martínez Herrera, Yosniel Soler Mendoza, Nelson Díaz Brito Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría 1. Introducción En La Habana, la generación de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) ha ido en aumento en los últimos años. La gran mayoría de estos residuos son de tipo mixto, pues provienen de derrumbes o demoliciones de estructuras que no se realizan de forma selectiva. La mayor parte de estos residuos se depositan en vertederos comunes, lo que provoca su contaminación e imposibilita su reciclaje. Esta situación se debe fundamentalmente a la falta de una infraestructura tecnológica adecuada, a deficientes políticas en el manejo de estos residuos y a la falta de aplicaciones para su utilización. Paralelamente, las canteras de áridos naturales que abastecen a la ciudad se encuentran sobreexplotadas y algunas se han agotado o están próximas a hacerlo [1]. Esto provoca la apertura de nuevas canteras más distantes con el aumento de los costos de transportación que esto equivale [2]. El aumento de la demanda de áridos por el sector privado, como consecuencia de la liberación del sector de la construcción, repercute en la necesidad de incrementar la producción actual pues esta no es capaz de satisfacer la demanda, al tiempo que se busquen alternativas para disminuir los costos de producción y se impulse la producción local de materiales. Una práctica habitual en la ciudad para contrarrestar la falta de áridos naturales, ha sido la utilización del material fino (menor de 5 mm) que se obtiene de cernir directamente los escombros que se producen tanto de demoliciones como de derrumbes de edificaciones. Este material es empleado principalmente para la confección de morteros de albañilería tanto de colocación como de revestimiento. La reutilización de los RCD generados en la ciudad para la producción de áridos reciclados, es una alternativa clave para la sostenibilidad de la industria de la construcción [3]. Esto permite tanto la protección de canteras de áridos naturales como la disminución del espacio destinado a vertederos, lográndose disminuir paralelamente los costos de transportación dentro del sector. Estas ventajas han promovido que en los últimos años se desarrollen gran cantidad de estudios sobre diversos aspectos del tema [4]. En Cuba y en particular en La Habana, los morteros de albañilería son ampliamente en la construcción de edificaciones, siendo uno de los principales consumidores de áridos. Se utilizan tanto para repello como para la colocación de ladrillos y bloques en paredes de mampostería. Las prestaciones exigidas para estos morteros no son muy elevadas, lo que abre la posibilidad de trabajar con áridos de menor calidad. Estudios desarrollados internacionalmente sobre el tema, analizan la incorporación de diferentes por cientos de áridos cerámicos y de hormigón en morteros, logrando mejorar la mayoría de las propiedades de estos [5], [6]. También se ha comprobado la posibilidad de realizar sustituciones parciales o totales de áridos naturales por reciclados en morteros de bajas resistencias mecánicas [7], [8]. En este trabajo se analiza la influencia cómo influye sobre las prestaciones de morteros de albañilería el empleo de áridos reciclados obtenidos de dos fuentes de RCD utilizando 3 procesamientos diferentes.

2 2. Materiales y métodos 2.1. Materiales aglomerantes Para la fabricación de todos los morteros se utilizó un cemento Portland P-350 con una densidad de 3.12 gr/cm 3, una superficie específica de 3089 gr/cm 2 y una resistencia a compresión de 35 MPa a los 28 días. El cemento proviene de la fábrica René Arcay del Mariel, ubicada en la provincia de Artemisa, aledaña a La Habana. Esta fábrica es la principal abastecedora de cemento de La Habana. Además se empleó Hidrato de cal (HC) en la fabricación de los morteros, según recomienda la normativa cubana Áridos finos Producción y composición de áridos reciclados Los áridos reciclados empleados en este trabajo provienen de 2 fuentes diferentes de RCD. Ambas fuentes son de composición mixta y proceden de dos tipologías típicas de edificaciones de la ciudad (Tabla 1). Para la producción de los áridos reciclados se emplearon tres procesamientos diferentes con cada una de las fuentes de escombro: - Trituración de la fracción gruesa (mayor de 4,76mm) del escombro. - Utilización de la fracción fina (material más fino de 4,76mm) de la fuente de escombro. - Material resultante de la trituración tanto de la fracción gruesa como la fina de los RCD. Los áridos reciclados obtenidos mediante la trituración de los escombros se tamizaron luego de triturar por el tamiz de 4,76mm, utilizándose la fracción pasada por el tamiz. En la Tabla 1 se muestra la nomenclatura utilizada para cada residuo, la tipología constructiva de la que provienen y la nomenclatura del árido obtenido según el procesamiento empleado. Aunque la mayor parte de los escombros obtenidos de cada una de las tipologías están compuestos por los elementos de cubierta y paredes (ver Tabla 1), también poseen otros materiales como baldosas, mortero, etc., en por cientos nunca mayores de 10. Tabla 1: Características de los áridos reciclados utilizados en el estudio Nomenclatura RCD-1 RCD-2 Tipología constructiva de procedencia Vivienda de cubierta de tejas cerámicas y paredes de mampuesto. El residuo obtenido es mayormente cerámico. Vivienda con cubierta de viga y losa y paredes de ladrillos cerámicos Propiedades de los áridos finos Proceso de obtención de los áridos reciclados Trituración de la fracción gruesa del RCD Fracción fina del RCD Trituración tanto de la parte gruesa como la fina del RCD Trituración de la fracción gruesa del RCD Fracción fina del RCD Trituración tanto de la parte gruesa como la fina del RCD Nomenclatura del árido reciclado obtenido AR1-T AR1-F AR1-TF AR2-T AR2-F AR2-TF Además de los áridos reciclados se utilizó un árido natural (ANV) procedente de la cantera Victoria II ubicada en el municipio Guanabacoa de La Habana. Esta arena es una de las más comercializadas en la ciudad. En la Figura 2 se muestra la distribución granulométrica de los áridos utilizados.

3 Material Pasado (%) AN AR1-T AR1-F AR1-TF AR2-T AR2-F AR2-TF Tamices (mm) Figura 1: Distribución granulométrica del árido natural y los áridos reciclados. La Tabla 4 muestra las propiedades físicas del árido natural y los áridos reciclados utilizados. Para la determinación de la densidad y la absorción de agua se siguió lo descrito en la norma cubana NC 177:2002. Se empleó la NC 181:2002 para la determinación de la masa volumétrica suelta y la NC 182:2002 para determinar el por ciento de material más fino que el tamiz No.200 (74µm). Tabla 2: Propiedades del árido natural y los áridos reciclados utilizados. Propiedades AN AR1-T AR1-F AR1-TF AR2-T AR2-F AR2-TF Densidad (kg/dm 3 ) Absorción de agua (%) Peso unitario suelto (kg/dm 3 ) Módulo de finura Material menor de 74µm (%) La absorción de agua de los áridos reciclados es siempre mayor que la de los áridos naturales (Tabla 2). Resultados similares se habían obtenido en estudios anteriores [7], [9 11]. Los áridos reciclados obtenidos de la fracción fina de los escombros (AR1-F, AR2-F) muestran mayores índices de absorción que los restantes áridos reciclados procedentes de la misma fuente de RCD. El por ciento de finos (menor de 74µm) del árido natural es de 5%, igualmente presenta menos partículas menores que los tamices de 0.149mm y 0.297mm, comparado con los áridos reciclados (Figura 1). Analizando los tres áridos reciclados procedentes de una misma fuente de RCD, se puede observar (Tabla 2) que los áridos provenientes de trituración conjunta de las fracciones gruesas y finas (AR1-TF, AR2-TF) presentan los módulos de finura más elevados Fabricación de los morteros La norma cubana NC 175:2002, estable las dosificaciones volumétrica 1:4:2 (Cemento: Arena: Hidrato de Cal) para morteros tipo III (morteros de colocación y revestimiento adecuados para su utilización sobre el nivel del terreno). Esta dosificación fue la empleada para la confección de los morteros fabricados con la arena natural (AN) utilizada en el estudio. Para los morteros elaborados con áridos reciclados se utilizó una dosificación volumétrica 1:5:1. En estudios anteriores [8], [12], se ha comprobado que esta dosificación es equivalente a la 1:4:2

4 establecida por la norma cubana para áridos naturales, pues el mayor contenido de finos de los áridos reciclados (Figura 2) compensa la menor utilización de filler. Tabla 3: Características y composición de los morteros estudiados Dosificación a/c Nomenclatura Árido Filler a/c total volumétrica efectiva MP-HC 1:4:2 AN HC MR1-T-HC 1:5:1 AR1-T HC MR1-F-HC 1:5:1 AR1-F HC MR1-TF-HC 1:5:1 AR1-TF HC MR2-T-R 1:5:1 AR2-T HC MR2-F-R 1:5:1 AR2-F HC MR2-TF-R 1:5:1 AR2-TF HC Los morteros fueron fabricados según se establece en la normativa cubana. Las probetas fueron desencofradas a las 24 horas y mantenidas en un ambiente húmedo hasta la edad de ensayo Ensayos realizados Se realizaron los ensayos recomendados por la norma cubana para la evaluación de morteros de albañilería (retención de agua, resistencia a compresión y resistencia a la adherencia por tracción). Además, se midió la resistencia a flexión. Los ensayos en estado endurecido se realizaron a la edad de 28 días. 3. Resultados y discusión 3.1. Retención de agua La norma cubana NC 175:2002 recomienda un valor mínimo de retención de agua del 90%. En la Tabla 4 se muestran los valores de retención de agua obtenido por los morteros estudiados. Se puede observar que todos los morteros cumplieron con el valor de retención de agua establecido por la norma cubana. El contenido de material fino es fundamental para obtener un buen desempeño en esta propiedad. Al ser mayor la proporción volumétrica de material fino (hidrato de cal) que utilizan los morteros con áridos naturales (1:4:2 por 1:5:1 los reciclados), cabía esperar un mayor valor de retención del mortero de árido natural. Sin embargo, los morteros reciclados alcanzan desempeños similares al mortero de árido natural. La mayor cantidad de material fino presente en los áridos reciclados logra que estas dos dosificaciones obtengan valores similares para esta propiedad. Tabla 4: Retención de agua de los morteros estudiados. Morteros Retención de agua (%) MP-HC 91.3 MR1-T-HC 92.2 MR1-F-HC 90.9 MR1-TF-HC 90.1 MR2-T-HC 90.8 MR2-F-HC 92.9 MR2-TF-HC Resistencia a flexión y compresión La resistencia a flexión no posee un valor mínimo según la normativa cubana. Los resultados alcanzados para esta propiedad por los morteros estudiados se muestran en la Tabla 5. Hay que

5 destacar que el mortero de árido reciclado MR1-T-HC, sobrepasó el valor de resistencia a flexión del mortero patrón de árido natural. Los morteros que utilizaron en su fabricación áridos reciclados obtenidos con la fracción fina de los RCD (MR1-F, MR1-TF, MR2-F, MR2-TF), experimentaron un decrecimiento en esta propiedad comparados con los morteros fabricados con los áridos proveniente de la fracción gruesa de la misma fuente de RCD (MR1-T, MR2-T). Para morteros tipo III, la norma cubana exige un valor de resistencia a compresión a los 28 días superior a los 5,2 MPa. Este valor, según las dosificaciones propuestas por la norma, es fácil de alcanzar con el empleo de áridos naturales. En la Tabla 5 se muestran los valores de resistencia a compresión de los morteros analizados. Los morteros fabricados con áridos obtenidos de la trituración de los RCD (ya sea de triturar solo la fracción gruesa como la fracción gruesa y fina) sobrepasaron con holgura el estándar normado. Los morteros fabricados con los áridos reciclados proveniente de la fracción fina de los escombros también cumplieron con el valor mínimo de la norma, pero obtuvieron valores significativamente menores que los morteros obtenidos de la fracción gruesa de los escombros. De este hecho se puede inferir que el procesamiento utilizado para la obtención de los áridos presenta influencias importantes en las propiedades de los morteros a fabricar. Tabla 5: Propiedades mecánicas de los morteros Morteros Resistencia a Resistencia a Adherencia (MPa) flexión (MPa) compresión (MPa) MP-HC 2,5 7,6 0,37 MR1-T-HC 3,0 9,6 0,40 MR1-F-HC 2,0 6,3 0,30 MR1-TF-HC 2,3 8,1 0,35 MR2-T-HC 2,5 7,3 0,32 MR2-F-HC 1,7 6,6 0,27 MR2-TF-HC 1,6 8,3 0, Adherencia La normativa cubana define un límite de adherencia a cumplir por los morteros de albañilería en función del uso que tendrán. De manera general, indica que para valores de 0,3MPa es adecuado su uso tanto en interior como exterior en paredes y techos, utilizando tanto pintura como enchape. Admitiendo 0,2MPa para paredes interiores con pintura como terminación. En la Tabla 5 se muestran los valores de adherencia registrados por los morteros. Todos los morteros, excepto el MR2-F-HC, superaron los 0,3MPa fijados por la normativa. Se puede apreciar como la utilización de la fracción fina de los escombros como árido fino reciclado provoca la disminución de la adherencia de los morteros, de forma similar a lo ocurrido con la resistencia a compresión. Conclusiones A partir de los resultados de la fase experimental de este estudio se puede concluir que: Los morteros de albañilería fabricados con áridos reciclados mixtos obtenidos a partir de la fracción gruesa de los RCD, con una dosificación volumétrica 1:5:1 (cemento árido reciclado hidrato de cal), cumplen las estándares fijados por la norma cubana, independientemente de la composición que presenten los RCD. El procesamiento empleado en la obtención de los áridos reciclados tiene más influencia sobre las propiedades de los áridos y las prestaciones de los morteros de albañilería fabricados con estos, que la composición de las fuentes de RCD.

6 Agradecimientos Los autores desean agradecer a la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID) del Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación, por la financiación aportada al proyecto que da origen al presente trabajo. Referencias bibliográficas [1] C. Acosta, Los áridos de La Habana estudiados como sistema, in 10mo Simposio Internacional de Estructuras, Geotecnia y Materiales de Construcción, [2] I. Muñoz Fernández, Estudio económico y ambiental del cambio de la gestión de residuos de construcción y demolición en la ciudad de La Habana, Universidad Politécnica de Cataluña, [3] J. S. Damtoft, J. Lukasik, D. Herfort, D. Sorrentino, and E. M. Gartner, Sustainable development and climate change initiative, Cement and Concrete Research, vol. 38, no. 2, pp , [4] H. Yuan and L. Shen, Trend of the research on construction and demolition waste management, Waste Management, vol. 31, no. 4, pp , [5] J. Silva, J. de Brito, and R. Veiga, Incorporation of fine ceramics in mortars, Construction and Building Materials, vol. 23, pp , [6] M. Braga, J. de Brito, and R. Veiga, Incorporation of fine concrete aggregates in mortars, Construction and Building Materials, vol. 36, pp , [7] I. Vegas, I. Azkarate, A. Juarrero, and M. Frías, Diseño y prestaciones de morteros de albañilería elaborados con áridos reciclados procedentes de escombro de hormigón, Materiales de Construcción, vol. 59, pp. 5 18, [8] I. Martínez, M. Etxeberria, E. Pavón, and N. Díaz, A comparative analysis of the properties of recycled and natural aggregate in masonry mortars, Construction and Building Materials, vol. 49, pp , [9] I. Martínez, M. Etxeberria, and E. Pavón, Evaluación de morteros de albañilería elaborados con áridos reciclados mixtos con diferentes procesos de obtención, Revista Cubana de Ingeniería, vol. 3, no. 2, pp , [10] V. Corinaldesi and G. Moriconi, Behaviour of cementitious mortars containing different kinds of recycled aggregate, Construction and Building Materials, vol. 23, no. 1, pp , [11] L. Evangelista and J. De Brito, Durability performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates, Cement & Concrete Composites, vol. 32, no. 1, pp. 9 14, Autor de contacto: Iván Martínez Herrera Departamento de Ingeniería Civil, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría Calle 114 No e/ Rotonda y Ciclovía, Marianao. CP Teléfono: Correo electrónico: imartinez@civil.cujae.edu.cu TEMÁTICA ESPECÍFICA: Reciclaje de escombros