ÁRIDOS RECICLADOS PARA HORMIGÓN. PRUEBA INDUSTRIAL. José Luis Parra y Alfaro, Jorge Castilla Gómez, Pilar Palacios Lancina, Lorenzo Puchol Oliver

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1 ÁRIDOS RECICLADOS PARA HORMIGÓN. PRUEBA INDUSTRIAL José Luis Parra y Alfaro, Jorge Castilla Gómez, Pilar Palacios Lancina, Lorenzo Puchol Oliver RESUMEN En este artículo se describe el modo de elaborar un hormigón, a escala industrial, con áridos reciclados y verificar el comportamiento y prestaciones de dicho hormigón tanto inicialmente como con el tiempo, mediante la construcción de diversas estructuras. PALABRAS-LLAVE Áridos reciclados, hormigón, prueba industrial, dosificación, resistencia. INTRODUCCIÓN Los residuos de construcción y demolición constituyen cada día un problema más importante en la sociedad. Están alcanzando un volumen que hace difícil obtener una situación sostenible en su eliminación y en la correcta gestión de vertederos. Por esta razón y considerando que en España el reciclado de RCD (residuos de construcción y demolición) está todavía en fase embrionaria, al tiempo que se están desarrollando reglamentaciones, como el Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición, que pretenden fomentarlo, CEMEX Hormigón y la E. T. S. de Ingenieros de Minas de Madrid han puesto en marcha el proyecto que se presenta en este artículo, que pretende avanzar en el estudio de la viabilidad de la utilización controlada de RCD como áridos reciclados para la fabricación de hormigones, dado que esta aplicación, aunque es la de mayor exigencia en aspectos de calidad, también es la que mayor cantidad de áridos precisa. Por otra parte, abre la posibilidad de utilizar áridos reciclados a partir de RCD en otras aplicaciones, como áridos para bases y subbases de carreteras. OBJETIVO DEL PROYECTO El objetivo de este proyecto ha sido elaborar un hormigón, a escala industrial, con áridos reciclados y verificar el comportamiento y prestaciones de dicho hormigón tanto inicialmente como con el tiempo, mediante la construcción de diversas estructuras. Las instalaciones donde se ha realizado dicha prueba pertenecen a la empresa CEMEX España.

2 ELECCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS Elección del árido reciclado Se ha tratado de obtener un hormigón elaborado con áridos reciclados que pueda ser utilizado como hormigón estructural. Por ello, las especificaciones del árido a utilizar deben cumplir todos los requerimientos que se exigen a un árido en la EHE, o, en su caso, al anexo referente a los áridos reciclados. El árido reciclado ha sido proporcionado por la empresa TEC-REC (Tecnología y Reciclado, S. L.). La fracción utilizada de entre todas las que ofrece la planta es la comprendida entre mm y 4 mm (fracción -4 mm). Fig. 1: Vista general de la planta de TEC-REC. Las características de los áridos de esta planta cumplen el Pliego de Condiciones Técnicas Generales de Carreteras y Puentes PG3 y Prescripciones Técnicas requeridas en la Norma Española PNE , Anexo Áridos Reciclados, como se indica a continuación: Tabla 1: Granulometría. Elaboración propia..4 Tamices UNE % que pasa Huso

3 Curva Granulométrica % que pasa ,1, Tamices UNE (mm) Fig. 2: Curva granulométrica. Elaboración propia Tabla 2: Especificaciones Técnicas. Fuente TEC-REC. Especificaciones Técnicas de la Norma Áridos Reciclados (Anexo PNE ) Norma Ud. Especificación TEC REC Caras de Fractura en Rechazo Tamiz 5 UNE UNE EN % >5 Cumple Cernido Tamiz,63 UNE UNE EN % < 2/3,4 mm 7 Forma Geométrica del Grano (Índice de Lajas) UNE EN % <35 34 Coeficiente Desgaste "Los Ángeles" UNE EN % <35 33 Coeficiente de Limpieza UNE % >2 >2 Elementos Contaminantes Incompatibles Visual % <1 <1 Contenido Materia Orgánica UNE EN % Exento Exento Equivalente de Arena UNE EN % >3 87 Índice Plasticidad UNE 1314 % No plástico No plástico Contenido en Sulfatos Solubles en Ácidos UNE EN %,2 - Sin Req. Cumple Contenido Total de Azufre UNE EN % <1 - Sin Req. Cumple Fig. 3: Árido Reciclado que posteriormente se utilizará en la elaboración del hormigón. 3

4 Elección del árido natural Los áridos que se han utilizado son los que normalmente se emplean en la planta de hormigón preparado de CEMEX Hormigón; como se pretende que el hormigón se asemeje lo más posible a un hormigón convencional, se optó por un árido de tipo calizo, que tiene características similares al árido reciclado, puesto que los dos provienen de instalaciones de machaqueo. Elección del cemento El cemento seleccionado es el empleado habitualmente en la planta de hormigón preparado. Es de tipo resistente 42.5, denominado CEM II/A-P 42.5 R, fabricado por CEMEX España en su fabrica de Castillejo. DETERMINACIÓN DE LA DOSIFICACIÓN Dosificación del árido reciclado La dosificación inicial que se ha pretendido utilizar se determinó previamente en una serie de trabajos llevados a cabo en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de Madrid [5], con la colaboración de CEMEX Hormigón, a lo largo de varios años. Esta línea de investigación se llevó a cabo en varias fases, en las que se estuvieron determinando en laboratorio las características de distintas mezclas de áridos reciclados (hormigón y cerámica) con áridos naturales, siendo la grava la fracción sustituida. Se experimentó el comportamiento de estas mezclas de áridos y el comportamiento del hormigón elaborado con estas mezclas. Finalmente, se llegó a la conclusión que una mezcla que contuviera un porcentaje de árido reciclado en torno al 5 %, siendo éste de naturaleza mayoritariamente procedente de hormigón reciclado (aunque permitiendo una cierta presencia de materiales de origen cerámico no superiores al 15 % del total de la masa del árido reciclado), sería en principio apta para la fabricación de hormigones estructurales, a falta de comprobar sus características de durabilidad de forma fiable, y siempre previa caracterización. Dosificación del hormigón El hormigón elegido para realizar la prueba ha sido el hormigón más común de los usados en edificación: HA-25/B/2/I. La dosificación para este tipo de hormigón es la siguiente: Arido Fino 82 kg/m 3 Grava 1 kg/m 3 Cemento (CEM II/A-P 42.5 R) 32 kg/m 3 Aditivo (Sikament 39) 1.2 % del peso del cemento El Sikament 39 es un aditivo superplastificante polivalente para hormigones. 4

5 PRUEBAS DE LABORATORIO Ensayos realizados al árido reciclado Se realizaron los ensayos de granulometría, conforme a la Norma UNE-EN 933-1:1998, calculando con ella el contenido de finos, y la determinación del coeficiente de forma, según la Norma UNE , para las fracciones retenidas en los tamices de aberturas 4, 8 y 16 mm. Los resultados obtenidos fueron los siguientes: Granulometría Árido Reciclado ,1, Tamiz UNE Fig. 4: Curva granulométrica. Árido Reciclado 6-2. En dicho ensayo, el porcentaje de pasa por el tamiz,63 finos fue de.15 %. Los resultados para el coeficiente de forma fueron: Tabla 3. Coeficiente de Forma. Coeficiente de Forma. UNE 7 238:1971 Retenido en tamiz 4. mm.21 Retenido en tamiz 8. mm.25 Retenido en tamiz 16. mm.27 Estos resultados cumplen las especificaciones de la Instrucción EHE para hormigones estructurales (valores mayores de.2.). Elaboración de probetas de hormigón Se realizaron las pruebas para comprobar el comportamiento del material reciclado, elaborando 8 probetas de hormigón, (4 con hormigón reciclado y 4 con hormigón convencional). Se introdujo un 48 5

6 % de material reciclado, de tamaño grava, formando parte del árido grueso. Este porcentaje es aquél que se corresponde con el determinado en pruebas anteriores. Estas pruebas determinaron que la incorporación de 52 % de árido natural de tipo calizo, 41 % de hormigón y 7 % de ladrillo es adecuada. Para el hormigón convencional y el hormigón con áridos reciclados las cantidades que se utilizaron fueron las siguientes: Tabla 4: Dosificación de las probetas con árido reciclado. Elemento Cantidad empleada Dosificación por m 3 Hormigón Hormigón reciclado convencional Árido Fino 885 kg 23.3 kg 23.3 kg Grava Caliza 26.3 kg kg 1 kg Grava Reciclada kg Cemento (CEM II/A-P 42.5 R) 32 kg 8.42 kg 8.42 kg Aditivo (Sikament 39) 32 cm 3 84 cm 3 84 cm 3 Agua 16 l 4.2 l 4.2 l Los resultados obtenidos en el ensayo de rotura a compresión se recogen en la siguiente tabla: Tabla 5: Resultados Rotura a compresión. Probeta Hormigón. Hormigón 7 días 28 días Convencional 32.8 MPa 4.1 MPa Reciclado 34.3 MPa 38.7 MPa Resistencia (MPa) Reciclado Convencional Edad (días) Fig.5: Resultados rotura a compresión. El aspecto más importante de estos resultados es que ambos hormigones no difieren mucho en los resultados. 6

7 REALIZACIÓN DE LA PRUEBA INDUSTRIAL En este estudio pretende describir cómo se puede llevar a cabo una prueba a escala industrial, de fabricación de hormigón con áridos reciclados y ver su evolución en el tiempo con ensayos en diferentes edades y tipos de curado. De las aproximadamente 4 toneladas de árido reciclado empleado, de una fracción /4 mm, se realizaron los siguientes cortes: /6 mm; 6/2 mm; 2/4 mm. Se confeccionaron 4 m 3 de hormigón de tamaño máximo de árido grueso 2 mm, La mitad con áridos reciclados y el resto exclusivamente con áridos naturales. Fig. 6: Encofrado losas Las características de las losas que se construyeron son las siguientes: losas rectangulares de hormigón armado de 5.2 x 3 m de lado con un grosor de 2 cm, con mallazo convencional De las losas fue previsto sacar testigos a intervalos de tiempo determinados y ver su evolución. En principio se tomaron testigos cada treinta días a partir de la realización de la prueba. También se construyó un pilar de sección cuadrada de 2 m de longitud y 3 cm de lado Fig. 7: Encofrado pilar 7

8 Para realizar otros ensayos se tomaron muestras de hormigón fresco, con el que se elaboraron probetas normalizadas, según la Norma UNE Con cada tipo de hormigón se construyeron 8 probetas cilíndricas de 3 X 15 cm. Asimismo se elaboraron 6 probetas cúbicas de 1 cm de lado. Del mismo modo se determinó la consistencia del hormigón fresco mediante el método del cono de Abrams, según la Norma UNE 83313:199 Estas probetas se desenmoldaron y se depositaron en cámara húmeda en condiciones normalizadas para el curado de hormigón, según la Norma UNE Fig. 8: Desenmoldado de probetas cilíndricas Fig. 9: Desenmoldado probetas cúbicas Fig. 1: Probetas desenmoldadas Fig. 11: Almacenamiento en cámara húmeda 8

9 RESULTADOS DE LA PRUEBA INDUSTRIAL Para la prueba industrial y dadas las características de la planta, se consideró conveniente hacer una dosificación de árido reciclado al 5 % con árido natural, por motivos operativos La prueba comenzó con la elaboración del hormigón con árido reciclado, con el que se confeccionaron el pilar y una de las losas, ambos descritos anteriormente. Del mismo modo se elaboró el hormigón convencional y su losa correspondiente. En la dosificación se tuvo en cuenta la humedad contenida en la arena. Fig. 13: Elaboración losa hormigón reciclado Fig. 14: Elaboración losa hormigón convencional La consistencia del hormigón fresco, determinado por el método del cono de Abrams fue de 6 mm para el hormigón reciclado y 8 mm para el hormigón convencional. Resistencia a compresión Se realizaron ensayos a compresión a distintas edades con las probetas elaboradas con el hormigón fresco en el momento de su realización y, del mismo modo, se extrajeron probetas testigo de los elementos hormigonados. Los resultados obtenidos para las probetas de hormigón fresco y para las probetas de testigo fueron los siguientes: 9

10 Tabla 6: Resultados probetas de hormigón. Prueba industrial. Edad Reciclado Convencional 7 días 27.4 MPa 33.4 MPa 28 días 31.9 MPa 36.4 MPa 6 días 34.4 MPa 38.4 MPa Resistencia (MPa) Edad (días) Reciclado Convencional Fig. 17: Resultados probetas de hormigón Tabla 7: Resultados probetas testigo. Tipo 28 días 6 días Reciclado (Pilar) 32.3 MPa 37.8 MPa Reciclado (Losa) 35.9 MPa 37.4 MPa Convenc MPa 4.7 MPa Resistencia (MPa) Edad (días) Fig.18: Resultados probetas testigo 1

11 CONCLUSIONES 1. Los ensayos realizados a los áridos fueron correctos y adecuados para su utilización en el objeto del proyecto, ya que se asemejaban bastante a un árido convencional en todos los ensayos de la EHE. Los resultados que pueden ser analizados, son los obtenidos en las pruebas laboratorio, comentados anteriormente, realizados para comprobar la validez de la dosificación obtenida. 2. Los resultados obtenidos son correctos y aceptables para la elaboración de hormigón con áridos reciclados, lo que hace que se prolongue el estudio desarrollando experimentos posteriores. TRABAJOS FUTUROS Los ensayos que actualmente están en fase de realización son: Determinación del comportamiento de las probetas frente al ataque con agua de mar y con aguas puras; sometimiento de las probetas a ciclos de hielo-deshielo, determinando en todos ellos las variaciones de dimensiones y el comportamiento del árido. También está previsto realizar, entre otros, ensayos de desgaste, estabilidad dimensional y elasticidad. BIBLIOGRAFÍA 1. Ravindra K. Dhir, Neil A. Henderson, Mulesh C. Limbachiya. Use of recycled concrete aggregate. Londres. Reino Unido. 2. Plan de Gestión Integrada de los Residuos de Construcción y Demolición de la Comunidad de Madrid T.C. Hansen. Recycling demolished concrete masonry RILEM Report Erik K. Lauritzen. Demolition and reuse of concrete masonry. RILEM Pr José Luis Parra y Alfaro Caracterización de RCD de la Comunidad de Madrid como áridos reciclados para fabricación de hormigón. Tesis Doctoral. Madrid J.M. Gómez Soberón, E, Vázquez Ramonich, L. Agulló Fité. Hormigón con áridos reciclados. Una guía de diseño para el material. CIMNE. Barcelona Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición Comisión Europea. Management of construction and demolition waste. Dirección General de Medio Ambiente S. Park. Recycled concrete construction. Rubble as aggregate for new concrete. BRANZ M. Rung et al.recycled material in concrete. Univ. de Tejas. Estados Unidos. 1995w 11