Utilización de subproductos en la construcción

Transcripción

1 Utilización de subproductos en la construcción Posibilidades de los hormigones con áridos reciclados Enric Vàzquez Doctor en Ciencias. Catedrático de Universidad. ETS. Ingenieros de Caminos de Barcelona. UPC Sostenibilidad Report N.U. (Brundlandt) Desarrollo sostenible: el que cubre las necesidades de la generación actual sin poner en peligro las necesidades de las generaciones futuras. - Medio Ambiente - Aspectos Sociales - Aspectos económicos 1

2 Construcción Sostenible Una forma de proyectar y construir que permita la salud humana y esté en armonía con el medio ambiente. Durable (resistir sin pérdida de funcionalidad en un cierto tiempo) CONSTRUCCIÓN Sostenible (propiedad de un material una construcción o un elemento constructivo que no afecta a los seres vivos, el uso de materias primeras, la energía, la creación de residuos etc. - Un elemento principal es armonizar el proyecto y la elección de los materiales de construcción. - Chain management de la construcción es dirigido por el ciclo de los materiales de construcción. 2

3 Medidas MÁXIMO CIERRE DE LOS CICLOS, EN RELACIÓN A LAS MATERIAS PRIMAS - Reducir el uso de materias primas no renovables. - Promocionar el uso de materias primas renovables. - Promocionar el uso de materias o materiales secundarios. Medidas PREVENIR LA CREACIÓN DE CORRIENTES DE RESIDUOS. PROMOCIONAR EL USO DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN DEMOLICIÓN (RCD s) - Reducir el volumen de residuos en la construcción. - Recolección separada de residuos químicos. - Reutilizar los RCD s. 3

4 Ejemplo En el Reino Unido se consumen en la construcción: - 7 t/habitante/año de materias primeras. - 1,7 t de residuos por apartamento construido. - 50% de la emisión total CO 2 ligada a la construcción. La construcción puede consumir gran cantidad de residuos. Material primario Construcción Demolición Renovación Residuos Ejecución Incineración en sitio Ejecución Residuos Reciclado en el mismo sitio Transporte Separación Reciclado de áridos/cerámicos Reciclado de otros materiales Recuperación de energía Material para relleno 4

5 País Población en millones C&D en millones de t. C&D en Kg/cápita/año Residuos sólidos urbanos en Kg/cap/año Bélgica Dinamarca Finlandia Francia Grecia Holanda Irlanda Italia País Población en millones C&D en millones de t. C&D en Kg/cápita/año Residuos sólidos urbanos en Kg/cap/año Luxemburgo Portugal España UK Suecia Alemania Austria UE total

6 Austria Bélgica Alemania Dinamarca Finlandia Francia PAÍS % C&D RECICLADO Italia Noruega Holanda Portugal Catalunya España UK No hay datos 10 objectiu el objectiu el PLAN 2006 CATALUNYA Objetivo: 40 % RECICLADO 6

7 Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN) Incremento de demanda de áridos Déficit de áridos naturales - distancia a las canteras coste del transporte. - Expansión zonas urbanas. - Protección medioambiental Demoliciones - Incumplimiento de nuevas reglamentaciones. - Cambio de Función. - Deterioro, etc. Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN) Rechazos de producción - Especimenes de pruebas. - Hormigón premezclado fuera de especificación. - Productos que no llegan a ser comercializados. Eliminación de desechos - de restricciones ambientales. - Prohibición de vertederos mixtos. - Disposiciones gubernamentales para vertederos y tratamiento de deshechos. 7

8 Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN) Optimización del uso de recursos - Selectividad de usos. - Ahorro de energía. Desagravio en desastres - Sismos - Erupción volcánica. - Conflictos armados. - Desastres industriales. - Inundaciones. Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE LIMITAN) Recursos vírgenes baratos y accesibles Eliminación de deshechos ilimitada y barata Demolición no diseñada para la recuperación de materiales Inexistencia de normas que reglamenten la utilización de material reciclado en la industria de la construcción 8

9 Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE LIMITAN) Falta de legislación en el reciclado, recuperación, abastecimiento, destino, proceso de reconstrucción y responsabilidad de los usuarios de estos materiales reciclados. Coste de inversión y operación del proceso. Tipo de agregado reciclado ARH (hormigón) ARM (mixto) ARC (cerámico) ARA (arena) Aplicación Construcción de carreteras -Subbases Hormigones pobres y gravaligante hidráulico (cemento + cenizas + cemento, cenizas + cal) HORMIGÓN - Como suplemento

10 Reciclado de residuos de C&D en Alemania Plantas de machaqueo y cribado Capacidad disponible 1000 plantas de reciclaje 100 plantas separadoras Capacidad: t/h (cerca de 100 t/h en promedio) Cerca de millones t/a Utilización de la capacidad million t.= cerca de 33% Materia procesada por cada planta Plantas separadoras En el presente, cerca de t/a t/a Utilización de la capacidad t/a en promedio Agregado reciclado de Hormigón Agregado reciclado de Cerámica Agregado reciclado mixto Principal Componente min. 80% hormigón triturado o piedra, densidad seca > Kg/m 3 min. 85% cualquier material cerámico o pétreo, densidad seca > 1600 Kg/m 3 min. 50% material con dens. seca > Kg/m 3. max. 50% material con dens. seca > Kg/m 3. Componentes Sec. máx. 10% otros agregados máx. 5% mezcla asfáltica máx. 15% otros agregados máx. 10% mezcla asfáltica máx. 10% otros áridos máx. 5% mezcla asfáltica 10

11 Proposed concrete recycling system 11

12 Propiedades de los áridos reciclados Granulometría Forma, textura superficial Grava conv. Grava recic. Gravilla conv. Gravilla recic. IF = Propiedades de los áridos reciclados Mortero adherido - Análisis de láminas pulidas - Separación química (ácido clorhídrico) - Tratamiento térmico (Saturación del árido, aquecimiento a 500ºC, resfriamiento en agua fría, separación del árido convencional-mortero viejo, tamizado húmedo y secado con estufa. Densidad, absorción Coeficiente Los Angeles 12

13 aa aaa 13

14 Requerimientos para la aplicación a hormigones LIMITACIÓN DE CONTAMINANTES Que puedan influir en el fraguado del cemento Corrosión de armaduras (Cloruros) Hinchamiento por absorción humedad (p.e. madera) Formación de etringita (yeso) Reacción alcali-arido (vidrios PYREX) Descensos de resistencia (mezcla asfáltica) Permeabilidad árido > Permeabilidad mortero Hipótesis de frente de carbonatación para árido más poroso que el mortero nuevo 14

15 Permeabilidad árido = Permeabilidad mortero Hipótesis del frente de carbonatación cuando la permeabilidad del árido es igual a la del mortero Permeabilidad árido < Permeabilidad mortero Hipótesis del frente de carbonatación para permeabilidad del árido menor que la del mortero 15

16 Tipo de árido Tamaño frac. mm. Peso esp SSS Absorción de agua % Los Ángeles % pérdida Vol. mortero adherido Grava natural original Árido reciclado (a/c=0.4) Árido reciclado (a/c=0.7) Árido reciclado (a/c=1.2) Árido natural Árido reciclado (a/c=0.5) Composición de la Mezcla Hormigón Árido grueso Nivel de resistencia Cemento Arena Gravilla Grava Ac/C Hr Caliza Rico Hn Caliza Normal Hp Caliza Pobre Rr Hormigón reciclado Rico Rn Hormigón Reciclado Normal Rp Hormigón Reciclado Pobre Hormigón pobre C < 300 Kg/m 3 Hormigón normal 300 Kg/m 3 < C < 400 Kg/m3 Hormigón rico C > 400 Kg/m3 16

17 a Referencia f c 28 (mpa) E (mpa) E est (CEB) (mpa) E/E est Rr Rn Rp HO

18 Hormigón con distintos % de sustitución (Siempre sin 0/4mm) La resistencia = hasta el 20-30% El módulo hasta el 20-30% La fluencia = hasta el 30% La retracción = hasta el 30% Carbonatación depende del % de cemento La permeabilidad = hasta el 20% Conclusiones Exclusión de la fracción 0/4 o 0/2 mm Encontrar aplicación Estructural hasta el 20%, vigilar (árido-alcali), cemento bajo en alcalinos No estructural se puede sustituir toda la fracción superior a 4 mm Posible Grava Cemento y hormigón compactado con rodillo Árido con mezcla de cerámica Hormigón no estructural 18

19 UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS SIDERÚRGICOS Eficacia e Impacto Ambiental Dr. Enric Vàzquez Ramonich Catedrático de la ETS Ing. Caminos de Barcelona UPC Una oportunidad para ahorrar recursos naturales Escoria de Acero de Horno de Arco Eléctrico Procesado ÁRIDO SIDERÚRGICO En nuestro entorno t/año 1

20 COMPOSICIÓN QUÍMICA Fe 2 O 3 35,31 P 2 O 5 0,33 MnO 6,07 SiO 2 10,55 TiO 2 0,27 Al 2 O 3 7,67 CaO 23,62 MgO 2,86 Cal libre 0,14% Cr 2 O 3 2,60 2

21 Propiedades técnicas de los áridos siderúrgicos Ensayo Los Angeles UNE EN Árido siderúrgico 10/20 16,8% Árido siderúrgico 4/10 18,1% (NLT Ensayo de pulimento acelerado CPA (NLT 174/93) Árido siderúrgico CPA = 0,56 ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA UNE EN Densidad aparente de las partículas 3,50(g/cm3) Absorción 1,0% Contenido de magnesio expresado en MgO 3,15% Tiempo total de vapor 24 horas 0,14% Expansión 24 h (%) 0,14% Según la norma UNE-EN EN 13242, Áridos para capas granulares y capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas estructurales de firmes el árido siderúrgico ensayado se clasifica como de categoría V5. 3

22 Conductividad( µs/cm2) A2 388,5 A4 398 B2 383,5 B4 465,5 C2 ph 10,975 11,11 10,975 11,335 10,535 10,72 [F - ] (mg/kg) <10 <10 <10 <10 <10 <10 10 [Cl - ] (mg/kg) 100,16 65,03 81,145 77,8 58,65 72, [SO = 4 ] (mg/kg) 79,875 54,805 80,825 79,195 36,895 48,1 800 [Ba] (mg/kg) 11,105 9,23 8,265 8,415 7,365 9, [Mo] (mg/kg) 0,31 0,23 0,295 0,27 0,22 0,205 0,5 [Zn] (mg/kg) 0,33 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 4 [Cd] (mg/kg) <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,04 [Cu] (mg/kg) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 2 [Ni] (mg/kg) <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 0,4 [Cr] (mg/kg) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,5 [Se] (mg/kg) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,1 [Pb] (mg/kg) <0,01 <0,01 0,01 0,02 <0,01 <0,01 0,5 [As] (mg/kg) <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,5 [Sb] (mg/kg) <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,06 [Hg] (mg/kg) <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0, C4 329 Límite (mg/ Kg) 4

23 TRAMO EXPERIMENTAL CELSA TRAMO EXPERIMENTAL CELSA 5

24 Ensayo de deformación plástica en pista (NLT 173/84) Origen de la mezcla: Extendedora obra Temperatura de ensayo: 60ºC Presión de contacto: 900KN/m 2 Deformación (mm) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, tiempo (min) Gráfico 4: Deformación plástica mediante pista de ensayo en laboratorio 6

25 Valores de la Orden Circular 5/2001 de la Dirección General de Carreteras para mezclas bituminosas con un tipo de tráfico T00 Árido siderúrgico rgico Orden Circular 5/2001 Propiedad de áridos Los Angeles CPA Proyecto mezcla Estabilidad Deformación % huecos en mezcla % huecos en áridos Velocidad de deformación en intervalo 105 a 120min. Resistencia perdida en inmersión n compresión AS = 16,8% AS = 18,1% 0,56 17 KN 2,1 mm 5,8% 16,03% 3,3 µmm/min 21,3% <20% >0,55 >15 KN Entre 2mm y 3 mm Entre 4% y 6% > 15% <12 µmm/min < 25% Coeficiente de fricción TRRL (6 meses) Mezcla con árido siderúrgico= 63 Mezcla con árido granítico = 62 7

26 % acumulada que pasa ,063 0,125 0,25 0, ,5 40 Tamices de abertura cuadrada (mm) ASC ZA 25s ZA 25i ZA 40i ZA 40s 8

27 ASC 0411_30 total Densidad aparente de las partículas Contenido total de magnesio expresado como MgO en % Tiempo total de vapor 3,65(g/cm 3 ) 4,67 % 168 horas 1ª det. 2ª det. Media Densidad aparente conjunto compactado (g/cm 3 ) 2,73 2,74 Contenido de huecos del conjunto (%) 25,1 25,0 Volumen inicial de escoria (cm 3 ) 1631,4 1638,3 Lectura inicial (mm) 0,05 0,06 Lectura 24 h (mm) 0,330 0,440 Lectura 168 h (mm) 2,260 2,440 Expansión 24 h (%) 0,59 0,80 0,70% Expansión 168 h (%) 4,69 5,03 4,9 % Composición química AS 0/40 Fe 2 O 3 28,95 P 2 O 5 0,36 MnO 5,19 SiO 2 13,23 TiO 2 0,51 Al 2 O 3 8,84 CaO 31,11 MgO 4,04 Cal libre 0,87% Cr 2 O 3 1,92 9

28 UTILIZAR ESTOS ÁRIDOS REPRESENTA: Ahorrar recursos naturales. Ahorrar el vertedero. Tener buenas propiedades técnicas en su utilización. Comportamiento ambiental correcto. RECICLAR UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS SIDERÚRGICOS Eficacia e Impacto Ambiental Dr. Enric Vàzquez Ramonich Catedrático de la ETS Ing. Caminos de Barcelona UPC 10

29 Formigó Reciclat Procés de Transformació de Material d Enderroc en Granulat de Formigó Reciclat Enderroc d una estructura de formigó Planta Recicladora Granulat de Formigó Reciclat 20% de GFR 80% de Granulat Natural Ciment Aigua FORMIGÓ 1

30 2

31 Estudis UPC sobre Formigó amb Granulat Reciclat Durabilitat Dra. Marilda Barra Resistència a diferents esforços Dr. Antonio Marí Dra. Miren Etxeberría Dr. Manuel Gomez 3

32 Nova Instrucció EHE Ministerio de Fomento Comisión del Hormigón NOVA EHE Subcomisión Hormigón Reciclado Permetrà posar un 20% de GFR en qualsevol formigó estructural 4

33 Formigó Reciclat 1

34 2