UNIVERSIDAD DE MAGALLANES

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1 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION Constructor Civil Proyecto de Trabajo de Titulación Reciclado de Hormigón Alumnos: Ivette Vargas Cárdenas. Sergio Zamorano Huichaleo. Profesor Guía: Yasna Segura Sierpe Ingeniero en Construcción Punta Arenas, Marzo 2010

2 RESUMEN El principal objetivo de éste trabajo conducente a título consiste en ver la factibilidad de reutilizar las probetas de hormigón que son ensayadas en el Laboratorio Austro-Umag. Para demostrar aquello se realizaron los ensayos al árido resultante de la trituración de las probetas, el cual es denominado árido reciclado. Las probetas de Hormigón se trituraron utilizando maquinaria y métodos similares a los que se emplea para preparar árido natural, resultando así el material pétreo que fue ensayado siguiendo los procedimientos normalizados del laboratorio, cuyos datos nos permitió realizar las dosificaciones para confeccionar el hormigón de prueba con árido reciclado. Con los resultados de los ensayos realizados al hormigón de prueba se analizaron estadísticamente según norma, lo cual nos arrojó conclusiones acerca de la posibilidad de utilizar el árido reciclado como constituyente del Hormigón, teniendo en consideración el alto porcentaje de absorción de agua por ser un material poroso y la fragilidad de las partículas al ser un material con poca resistencia al desgaste. Con estos datos se puede colaborar con el estudio de la reutilización de materiales de desecho en la construcción y aportar al cuidado del medio ambiente, reutilizando el material evitando que se acumule en vertederos o en lugares poco apropiados o no autorizados para el acopio de materiales de desecho.

3 ABSTRACT The main objective of this work leading to an engineering degree is to see the feasibility of reusing concrete specimens that are tested in the Austro- Umag laboratory. To demonstrate that, tests were done to the aggregate resulting in dry grinding of the specimens, which is known as recycled aggregate. The concrete specimens were crushed using machinery and methods similar to those used to prepare natural arid, resulting in the stony material that was tested following the standard procedures of the laboratory, whose data allowed us to make the dosages for the tested concrete with the recycled arid. With the results of tests done they were statistically analyzed according to standard procedures, which provided us with the conclusions about the possibility of using recycled arid as a constituent of concrete, taking into account the high percentage of water absorption of this porous material and the fragility of the particles as this material is of low resistance to wear drown. With this information we can cooperate with the study of the reuse of waste materials in construction and contribute to environmental care, avoiding the reuse of materials that are accumulated in landfills in innapropiate or unauthorized places to store waste materials.

4 INDICE ITEM PÁGINA. INTRODUCCIÓN 1 OBJETIVOS CAPITULO I RESIDUOS Y RECICLAJE DE HORMIGÓN Hormigón Residuos y Reciclaje CAPITULO II OBTENCIÓN DEL ARIDO RECICLADO Obtención de la muestra de árido reciclado Preparación de la muestra CAPITULO III ENSAYOS DEL MATERIAL RECICLADO Descripción Conceptos de ensaye Ensayo material reciclado Método para el cuarteo de muestras Tamizado y determinación de la granulometría Método para determinar el material fino menor que 0,080 mm Método de la densidad aparente

5 3.3.5 Método para determinar la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua en pétreos gruesos Método para determinar el desgaste mediante la máquina de los ángeles CAPITULO IV HORMIGÓN DE PRUEBA Método de preparación de mezclas de prueba en laboratorio Método para extraer muestras del hormigón fresco Método para determinar la docilidad mediante el cono de Abrams Método para refrentar probetas Método de ensaye a la compresión de probetas Cilíndricas Método de ensaye a la tracción por flexión de probetas prismáticas 81 CAPITULO V EVALUACIÓN ESTADÍSTICA Evaluación estadística de la resistencia.. 87 CONCLUSION

6 BIBLIOGRAFÍA

7 INTRODUCCION 1

8 INTRODUCCIÓN En la industria de la construcción actual se trata de minimizar costos y optimizar recursos. En las obras suele haber un gasto en extracción de escombros dado la mala ejecución de elementos de hormigón o bien cuando se requiere hacer una modificación en el proyecto o sólo se necesita demoler un elemento que ya no cumple su función. Esto no sólo ocurre en las obras, sino también sucede en la planta abastecedora de hormigón y a la cual se le atribuyen no sólo el generar probetas que no presentan utilidad una vez ensayadas, sino que deben cargar con el desperdicio de sobrantes de hormigón fresco, lo cual se traduce en una pérdida de material que no es utilizado. Para reducir estas pérdidas se debe hacer un estudio del reciclaje de este material y comprobar que se pueden obtener buenos resultados técnicos y económicamente convenientes. Por esta razón, se realizarán hormigones de prueba para conocer si realmente es factible utilizar el hormigón sobrante y sin uso, triturándolo, para reemplazar a los áridos que comúnmente son parte constituyente de los hormigones normales. De esta manera se trabajará con las dosificaciones, de tal manera de rehacer hormigones que cumplan con las resistencias mínimas, para finalmente ver o demostrar si se puede dar una solución para terminar con estos escombros y contribuir, además, con el ambiente. Para confeccionar hormigones se requieren de distintos materiales, los cuales son: áridos, cemento, agua y en algunos casos aditivos. En el caso de los áridos, éstos son sometidos a una serie de ensayes para determinar si realmente cumplen con ciertas características necesarias para obtener un buen resultado al momento de confeccionar hormigones. 2

9 Para el caso de los hormigones de prueba realizados en esta tesis se utilizará las probetas extraídas del Laboratorio Austro-Umag para reemplazar los áridos que forman parte de los hormigones normales, por lo tanto se les aplicarán los mismos ensayos que a estos. Por otra parte la idea de esta tesis se limita solo a demostrar la factibilidad de reutilizar los residuos de hormigón (que para este caso se utilizaron probetas) y ver si se pueden recuperar, ya sea como áridos simplemente o para conformar además parte de un nuevo hormigón. 3

10 OBJETIVOS Objetivo General Estudiar las probetas de hormigón ensayadas en el laboratorio Austro-Umag de la Universidad de Magallanes. Estableciendo los procesos de obtención del árido reciclado para la confección de hormigones. Objetivos Específicos - Describir el proceso de obtención del material reciclado. - Describir los métodos de ensaye del árido reciclado. - Analizar los resultados de los ensayos del árido reciclado para determinar la factibilidad de utilizarlo como agregado en la confección de hormigón, en reemplazo de los áridos comúnmente utilizados. - Determinar si el hormigón confeccionado con árido reciclado cumple con los requerimientos de diseño para la dosificación de acuerdo a la Norma NCh 1998.Of89 Evaluación estadística de la resistencia mecánica. 4

11 CAPITULO I RESIDUOS Y RECICLAJE DE HORMIGÓN 5

12 1.1 HORMIGÓN Para comenzar con el trabajo de esta tesis es necesario empezar por mencionar que es el Hormigón, y de esta manera entender que es lo que se pretende reciclar y lo que se quiere demostrar. Por lo tanto, cuando hablamos de Hormigón nos referimos al producto resultante de la mezcla de cemento (aglomerante), arena, grava o piedra machacada, y agua. Esta mezcla se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea. La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero no tiene buen comportamiento frente a los esfuerzos de tracción, flexión, cortante, etc., por este motivo es habitual usarlo asociado al acero, recibiendo el nombre de Hormigón Armado, comportándose el conjunto muy favorablemente ante las diversas solicitaciones. Producción mundial de Hormigón La producción mundial del cemento fue de más de millones de toneladas en Estimando una dosificación de cemento entre 250 y 300 kg de cemento por metro cúbico de hormigón, significa que se podrían producir de a millones de metros cúbicos, que equivalen a 1,5 metros cúbicos de hormigón por persona. Ningún material de construcción ha sido usado en tales cantidades y en un futuro no parece existir otro material de construcción que pueda competir con el hormigón en magnitud de volumen. En Chile la producción de Hormigón es de m 3 según estimación del ICH tomada entre Enero y Noviembre del 2009, excluyendo las regiones XI y XII de nuestro país. 6

13 Por otro lado en la Región de Magallanes se estima una producción aproximada de m 3 mensual, esto considerando sólo producción de Maqsa Austral, empresa Salfacorp y constructora Viclic. Así como la producción de hormigón es grande, también es considerable el material residual que se genera. 1.2 RESIDUOS Y RECICLAJE La sociedad industrializada contemporánea genera mucho volumen de residuos los cuales producen costos a las empresas y problemas medioambientales que se deben corregir para lograr un desarrollo sustentable, los residuos generados son estimados en 5,6 millones de toneladas anualmente en Chile, de los cuales 3,5 millones de toneladas corresponden al sector de la Construcción. Los escombros o residuos son derivados a distintos sitios de acopio de los cuales se pueden identificar rellenos sanitarios, sitios particulares y otros de forma clandestina, haciendo necesario un mayor control y gestión que regule esta situación considerando que para su reciclaje son separados aproximadamente un 10% de estos desechos, cantidad que debe crecer haciendo estudios de factibilidad de reutilización. En el proceso de Construcción y Demolición se pueden identificar elementos como tierra vegetal, suelo seleccionado, hormigón, madera, acero entre otros además de los calificados como peligrosos, tóxicos y/o combustibles, de éstos los materiales que son inertes y aprobados con los ensayos respectivos, son destinados a ser utilizados como relleno en la misma obra de construcción de lo contrario son llevados a botaderos debidamente autorizados, los otros son tratados según procedimientos estrictos según las leyes de cada país. 7

14 La categoría y calidad de los residuos resultantes en la industria de la construcción el donde son destinados y/o procesados dependen de la administración de la obra y de las políticas de cada empresa, variando de acuerdo a los costos que significa y de los compromisos contractuales a los cuales estén sujetos. Para cambiar esta modalidad se hacen estudios de los materiales que pueden ser reciclados, pero estos se deben complementar haciendo que sean atractivos y competitivos frente a las materias primas en cuanto a costos y calidad. En algunos casos serán productos beneficiosos teniendo en cuenta las distancias de transporte, la cantidad y calidad de los botaderos existentes y las necesidades de materiales extras o calidad, pero en otros puede resultar más costoso o poco viable. Árido reciclado. El árido reciclado es obtenido de residuos de construcción y/o demolición mediante el proceso de triturado de diversos materiales como hormigón, cerámicos o ladrillos, o la mezcla con otros materiales dependiendo de la selección de materiales que se haya hecho previamente, para los efectos de esta tesis se entenderá como árido reciclado el obtenido de la molienda de hormigón especificando su naturaleza cuando se haga referencia al obtenido de otro material. La utilización de árido reciclado en la construcción es una práctica habitual en países como Francia, Reino Unido, Países Bajos, Alemania, Austria, Suiza y Dinamarca. Algunas de las obras más importantes que se posee antecedentes de la utilización de este árido datan desde 1987 cuando se realizó la ampliación del puerto de Antwerp en Bélgica, para obtener el árido reciclado se demolió mediante explosivos varios muros del puerto originando casi m 3 de escombros, cuya cantidad fue crucial para tomar la determinación de reciclar el material resultante por consideraciones ambientales así como económicas. El hormigón producido disponía de una 8

15 resistencia de 35 N/mm 2 y para su fabricación se optó por saturar de agua el material antes de ser agregado a la mezcla con el fin de mejorar la trabajabilidad y corregir la cantidad de agua añadida. Luego en 1988 se utilizó casi 500 m 3 de hormigón reciclado en la construcción de unos estribos de un viaducto en la carretera de RW 32 cerca de Meppel en Holanda. En 1990 se realiza un segundo viaducto en la misma zona completando casi m 3 de este material, siendo empleado para ésta ocasión un porcentaje del 20% de árido grueso reciclado, obteniendo así muy buenos resultados por lo que se exige la utilización de dicho porcentaje de árido reciclado desde 1991 para algunos proyectos de construcción en ese país. En el año 2001 se publica en España un Plan Nacional de Residuos de Construcción y demolición (PNRCD) , contribuyendo a la impulsión de la reutilización de residuos provenientes de la construcción, haciendo necesario la elaboración de normativas técnicas que garanticen la utilización adecuada para las distintas aplicaciones. En Chile es menos común la utilización de éste material, pero no por ello se debe prescindir de normativas que regulen la obtención y la utilización en proyectos que lo requieran, fomentando el estudio acerca de este material. Producción de árido reciclado. Para la producción de árido proveniente de residuos o escombros de la construcción, se debe regular y ordenar la extracción desde el punto de origen, así como se ha mencionado anteriormente para lograr un árido de calidad se debe hacer una selección previa. Al momento de la demolición se deben tener especial cuidado en cuanto al procedimiento en si, como en el momento de recoger el material para que no se contamine con otros materiales como tierra, acero de construcción u otros 9

16 materiales que provoquen tratamientos posteriores influyendo en los costos de maquinarias y mano de obra. Otras de las consideraciones a tener en cuenta es el tamaño deseado para ser tratado dependiendo donde va a ser triturado, debiendo obtener un tamaño de 1200 mm para plantas fijas y de 400 o 700 mm para plantas móviles como mínimo, tamaños que debe ser preparado durante la demolición o dejándolo a cargo de la planta de producción. Las plantas de producción de áridos reciclados poseen maquinaria similar a la empleada para la obtención de árido natural, incorporando modificaciones como lo son sistemas de imanes para la separación del acero para el caso del hormigón armado así como de otras impurezas. Figura 1.1 Planta Móvil de tratamientos de residuos de construcción y demolición, Fuente: Sánchez, M. (2004). Estudio sobre la utilización de árido reciclado para la fabricación de Hormigón Estructural. Ingeniería de caminos, canales y puertos. Escuela técnica superior de ingenieros de caminos, canales y puertos Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, España. La selección de los materiales en obra puede ser una desventaja para la obra; puesto que requeriría mayor cuidado en los procedimientos, empleando mano de obra y maquinaria en mayor cantidad a la requerida para una 10

17 demolición normal, así como mayor planificación ya que la extracción de estos excedentes puede dificultar el aprovechamiento del transporte al incrementar el número de lugares de vaciado y quizás con ello las distancias y los pagos por derechos. Para la producción de árido reciclado se debe identificar el volumen producido en cada área donde se quiera emplazar una planta, situándola primeramente lo más cerca de la ciudad como sea posible, y según los requerimientos y destino final del producto obtenido debe considerarse el tipo de maquinaria a utilizar. Existen en el mercado plantas de producción móvil, semimóvil y fijas, equipadas con sistemas de eliminación de residuos o simples y distintos rendimientos pudiendo encontrar hasta volúmenes de 100 toneladas a la hora o más. Figura 1.2 Planta Fija de tratamientos de residuos de construcción y demolición, Fuente: Sánchez, M. (2004). Estudio sobre la utilización de árido reciclado para la fabricación de Hormigón Estructural. Ingeniería de caminos, canales y puertos. Escuela técnica superior de ingenieros de caminos, canales y puertos Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, España. Un punto importante en la elección de la maquinaria a emplear es el sistema de trituración, encontrando las denominadas de mandíbulas que reduce la cantidad de finos, cerca de un 10% en el proceso, y le da forma más 11

18 angulosa al árido haciéndola recomendable para la preparación de constituyente de hormigón, pero no siendo apropiada para la fase primaria, también están las trituradoras de impacto que posee un mayor inconveniente ya que produce desgaste de material prematuro y una gran cantidad de fino llegando a un 40% y está la trituradora de cono admitiendo un tamaño máximo de árido de 200 mm aproximadamente y produce una cantidad de finos menor al 20%. Figura 1.3 Trituradora de Mandíbula, Fuente: Schaeffler América del Sur, al_extraction_and_processing/jaw_crushers_col_2.jpg. 12

19 Figura 1.4 Trituradora de Cono, Fuente: Schaeffler América del Sur, al_extraction_and_processing/jaw_crushers_col_2.jpg. Figura 1.5 Trituradora de Impacto, Fuente: ZHENGZHOU YIFAN MAQUINARIA S.L, 13

20 La elección de la maquinaria puede llevar a emplear una combinación de dos o más sistemas de trituración haciendo más efectivo la producción del material requerido considerando además de esto factores como el espacio, costo de producción y consumo de energía. La combinación más utilizada es la machacadora de mandíbula para la trituración primaria y de impacto para la fase secundaria, consiguiendo de esta manera una optimización de costo y calidad del árido. La elección de los procesos de producción en conjunto con unas buenas coordinaciones logísticas y buenas prácticas, pueden hacer que la obtención del producto sea rentable y de calidad. Figura 1.6 Esquema de Planta Trituradora, Fuente: ABL internacional S. A., 14

21 Hormigón reciclado Con el fin de obtener resultados satisfactorios en la confección de hormigón reciclado, se han realizado estudios en España, México y Chile entre otros países, para determinar la factibilidad de reutilizar el hormigón y no desecharlo, concluyendo que es posible utilizar el árido obtenido del chancado de hormigones provenientes de demoliciones. En un estudio realizado en España se efectuó reciclaje de hormigón a nivel industrial, de tal forma de cumplir con las normativas vigentes para los hormigones de ese país, obteniendo buenos resultados en el proceso de elaboración del material reciclado resultando un árido con fracciones de tamaños dentro de las bandas granulométricas exigidas para la elaboración de hormigón. Para efectos de su estudio a nivel industrial, se constituyeron elementos estructurales de hormigones, como losas y pilares, a los cuales se les extrajeron muestras de hormigón fresco cada 30 días aproximadamente para evaluar su comportamiento, ensayando probetas a los 7 y 28 días cuyos resultados se expresan en la figura 1.1. Además, se extrajeron testigos los cuales se ensayaron de igual forma para obtener resultados en terreno. Según el ensayo realizado en España para mezclas de ensayo se propuso una relación de áridos reciclados en un 41% completando el agregado pétreo con un 52% de árido calizo natural y un 7% de ladrillo para confección de las probetas, cuyos resultados se indican en la figura 1.1. : 15

22 Figura 1.7 Resultados rotura a compresión, Fuente: Parra y Alfaro, J.L., Castilla, J., Palacios, P., Puchol L., (2003), Áridos reciclados para hormigón. Prueba industrial. Tesis Doctoral, Escuela técnica de superior de ingenieros en minas, Madrid, España. En dicho trabajo se comprobó que el ensayo aplicado a los áridos es el adecuado para el desarrollo del proyecto propuesto por los realizadores de estas pruebas, y los resultados obtenidos con la elaboración de hormigón son aceptables, dado que se obtienen resistencias similares para hormigones confeccionados con áridos reciclados y con árido normales, los que permiten disponer del material reciclado para futuras investigaciones, imponiéndose 16

23 como objetivo el estudio del comportamiento en ambiente salino y al ciclo hielo-deshielo. En Chile se han realizado investigaciones publicadas en la revista Bit pág 44, Edición del mes de Septiembre de 2005, en la cual se ensayaron distintas probetas confeccionadas de hormigón manteniendo la misma dosificación con el fin de comparar el comportamiento con distintos tipos de áridos. Se utilizó para el estudio una relación de agua/cemento de 0.6 y 0.45, manteniendo constante esta relación, reemplazando la cantidad de áridos utilizados para cada dosificación únicamente. Al variar sólo la calidad del árido se pudo concluir que las propiedades físicas de las probetas confeccionadas disminuyeron con la incorporación del árido reciclado, salvo en algunos casos que hacen indispensable el incorporar agentes que mejoren dichos inconvenientes. Lo más notorio es la diferencia de absorción de agua, el cual supera en casi siete veces el valor obtenido en áridos normales, demostrándose esto en el asentamiento de cono del hormigón fresco influyendo en la relación agua/cemento haciendo incrementar la dosis de agua y cemento en la dosificación. De ésta manera se logra tener una base para seguir estudiando el comportamiento del hormigón con materiales reciclados, y así poder lograr obtener resultados óptimos que satisfagan las necesidades de calidad y estándares exigidos en la construcción. Otro estudio realizado en Chile titulado Propiedades Físicas y Mecánicas de Bloques de Hormigón Compuestos con Áridos Reciclados, cuyo objetivo es mostrar resultados de hormigones fabricados con áridos reciclados provenientes de demoliciones de pavimentos; y cuya necesidad es de dar un uso adecuado y conveniente a los escombros que produce la industria de la construcción, mencionando como ejemplos estudiados y 17

24 realizados en Hong Kong muestran que un 55% de la producción total de desechos son de hormigones armados y sin armar. Aunque no hay estudios en Chile se pudo estimar que se generan alrededor de m3 de escombros en la IX Región de Chile (año 2005) según se menciona en publicación de Revista BIT Septiembre 2005 Número 44, Investigación Estudio: El hormigón reciclado Los materiales empleados se ensayaron del mismo modo a los descritos en éste documento y los resultados se emplearon para calcular la dosificación para la cual se emplea el método de Faury-Joisel que se basa en la granulometría de los áridos logrando el mejor ajuste, determinando la proporción a utilizar de cada elemento, (árido grueso, árido fino, cemento, agua y aditivos). Para el mezclado de la muestra se emplearon métodos convencionales para confeccionar probetas de 140 mm de ancho, 190 mm de alto y 390 mm de largo las que fueron ensayadas para determinar la resistencia máxima a la compresión. Según los resultados obtenidos se concluye que es hay factibilidad técnica para confeccionar hormigones estructurales con árido reciclado, como se muestra en una curva (Figura 1.2) diseñada a partir de los datos obtenidos de los ensayos a las muestras con árido reciclado y árido normal, comprobando que las resistencias son muy similares, no así la densidad que se ve disminuida notablemente. 18

25 Figura 1.8 Gráfico de Resistencias promedio de Bloques sometidos a ensayo de compresión (izquierda), Gráfico de densidades de Bloques confeccionado, Fuente: Valdés Gonzalo, Rapimán Jorge, 2007 Vol. 18 N 3, Propiedades Físicas y mecánicas de Bloques de Hormigón, Información Tecnológica. 19

26 Se deduce que si bien se hacen estudios, y se pueden obtener resultados satisfactorios, no son suficiente para lograr determinar que el árido reciclado es un material que se puede utilizar para estructuras soportantes de edificaciones u otro tipo de construcciones, ya que aún hay estudios por realizar y así lograr establecer criterios de aceptación y regulación que satisfaga las necesidades y que logre reemplazar el árido normal utilizado hasta hoy. Recomendaciones Los métodos y procesos en la obtención del árido para fabricar hormigón reciclado son similares a los empleados para áridos normales, se deben tener en cuenta ciertas consideraciones como por ejemplo, la situación de humedad antes de hacer la mezcla dado el alto porcentaje de absorción que puede afectar la relación agua/cemento, ésta alta porosidad se debe al proceso de trituración que deja al descubierto al mortero adherido al árido constituyente del hormigón a reciclar, el cual es particularmente poroso en la zona de Magallanes por la adición de un aditivo incorporador de aire que produce micro burbujas en el interior de la mezcla incrementando las oquedades en el mortero. Dicha condición se ve reflejada en el momento de hacer el mezclado cuando el árido reciclado retiene gran parte del agua de amasado provocando que se pueda incorporar más agua aumentando la relación agua/cemento, también se puede notar una disminución rápida de la trabajabilidad debido a la constante absorción de las partículas recicladas, lo que se traduce en problema al evaluar tiempos de transporte y colocación. Para reducir las desventajas que produce la incorporación de agua en el amasado es recomendable mantener los áridos acopiados permanentemente húmedos o saturados, lo cual puede traducirse en costos si no se posee un sistema adecuado para mantener ésta condición acompañado con un aditivo 20

27 superplastificante o también llamado reductor de agua, que logre mantener la docilidad del hormigón sin necesidad de añadir más agua de la necesaria. No se tiene mayor restricción en el uso de la calidad de cemento, agua y aditivos, salvo los especificados para la fabricación de cada tipo de hormigón y los recomendados en las normativas vigentes para estos materiales, en cuanto a su manipulación para la industria de la construcción. La correcta cuantificación de estos materiales puede hacer la diferencia al lograr un hormigón con resistencia deseada, similar a los hormigones con árido normal. Se hace la recomendación de no utilizar árido fino reciclado ya que el empleo de éste disminuye la resistencia, por ello se emplea árido fino normal para completar la banda granulométrica requerida en la confección de hormigón. Al mencionar las propiedades y la forma de fabricación, se pude deducir que no dista mucho de un hormigón normal pudiendo introducirse a la producción masiva, siendo justificada su uso por la problemática medioambiental mencionada anteriormente, debiendo para ello regular la normativa que rija la obtención y fabricación del hormigón con árido reciclado. Cabe mencionar que para la obtención del árido reciclado es necesario establecer organismos que regulen los residuos procedentes de la construcción produciendo gestiones de clasificación que logren distribuir los materiales de mejor calidad ordenando los vertederos utilizados actualmente para el acopio de todo tipo de material de desecho. Así asegurando la calidad de la obtención de áridos reciclados limpios permitiendo producir sin inconvenientes previendo gastos de limpieza y clasificación innecesarios, pudiendo encarecer el producto final haciendo que sea poco atractivo como alternativa. Finalmente el cambio de mentalidad frente a los problemas medioambientales, el hecho de legislar frente al uso y destino de los desechos no tan solo de la construcción, si no que de otras industrias, es una 21

28 gestión importante para que estos estudios puedan dar verdaderos frutos e incentivar a la investigación y utilización de estos materiales alternativos. 22

29 CAPITULO II OBTENCIÓN DEL ÁRIDO RECICALDO 23

30 2.1 OBTENCION DE LA MUESTRA DE ÁRIDO RECICLADO Para realizar un estudio del comportamiento del árido reciclado y lograr hacer las muestras de hormigón con la incorporación de dicho material se debe obtener hormigón endurecido para ser molido. Para la obtención del material reciclado, se recurrió al Laboratorio Austro- Umag de la Universidad de Magallanes, donde se seleccionaron probetas de hormigón ya ensayadas a la compresión y flexotracción las que se representan en cilindros y vigas respectivamente. Se recurrió a estos elementos con el fin de obtener un parámetro de comparación y aceptación por la norma NCh Of89 Evaluación estadística de la resistencia mecánica, ya que se cuenta con los datos arrojados de los ensayes en ellos realizados, además de tratarse de muestras representativas de mezclas confeccionadas para algún elemento constructivo, obtenidas de acuerdo a los procedimientos descritos en el presente documento y así poder obtener conclusiones comparando los resultados. Figura 2.1 Probetas del laboratorio Austro-Umag, Fuente: Elaboración propia 24

31 Al tratarse de muestras ensayadas, se recurre al registro del laboratorio para tabular los datos para el posterior análisis. Considerando que el material para confeccionar hormigón reciclado se acopiará en un solo lugar, sin diferenciar la procedencia, se consideran que no tan sólo variará la resistencia y cantidad de cemento y áridos sino que también variará la calidad de cementos, calidad de áridos, incorporación de aditivos y calidad en los procedimientos de confección y colocación del hormigón, factores que incidirán en el producto final del reciclaje. Se considera además resolver el problema del Laboratorio Austro-Umag, al reducir el espacio destinado para los ensayos y el acopio de materiales propios del laboratorio, y librar de una molestia para la comunidad Universitaria que se puede ver invadida por estos escombros que no representan utilidad alguna y de ésta manera sacar provecho a este material. Al obtener resultados satisfactorios se resolverá además parte del volumen de escombros que se generan en botaderos al demoler elementos de hormigón ya sea por reposición o por cambios de obras y de ésta manera poder, no tan sólo ahorrar costos para las obras y contribuir con el medio ambiente, si no que generar un nuevo producto que disminuiría la demanda de material proveniente de pozos o canteras que en su explotación degradan el suelo e intervienen el ecosistema. 2.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Una vez seleccionado el material de laboratorio se deben preparar las muestras considerando la forma y tamaño del producto final para ser ingresados en la máquina chancadora. Se debe obtener un tamaño máximo de 4, lo cual se logra en algunos casos pues la probeta cilíndrica se fractura en tres partes de 10 cm (4 app.), y considerando que posee un diámetro de 15 cm.; en otros casos se fractura en un poco menos de la mitad lo cual deja 25

32 un tamaño aproximado de 20 cm. por un diámetro de 15 cm lo cual es desfavorable para que el material pase libremente por la rejilla primaria de la máquina chancadora. Las probetas fueron llevadas a una planta de procesamiento de áridos en camión normal (Figura 2.2), donde se encuentra una máquina que posee una rejilla para filtrar bolones de menos de 4 por lo que se tuvo que recurrir a la ayuda mecánica para poder reducir de tamaño los elementos de hormigón a reciclar. Primeramente se revolvió el material con un cargador frontal el cual lo levantó, dejándolo caer luego, para que se desprendiera el material suelto resultante de los ensayes destructivos a los que fueron sometidos. Luego se redujo a un tamaño menor mediante el martillo de un mini cargador, cincelando el material hasta que alcanzara un tamaño adecuado (Figura 2.3). Figura 2.2 Traslado del material a la planta, Fuente: Elaboración propia 26

33 Figura 2.3 Reducción del tamaño de las probetas, Fuente: Elaboración propia De este proceso se obtuvo una cantidad de 2 m 3 aproximadamente en material con el material cargado en el laboratorio. El material que se utilizó fue un volumen aproximado de 1,5 m 3 para ser chancado. El material fue colocado sobre el buzón de carga (Figura 2.4) de la máquina chancadora siguiendo el procedimiento normal adoptado por la empresa; el buzón de carga cuenta con un equipo mecánico al que le vibran las paredes y la rejilla que tiene en su interior, haciendo que el material se reacomode para ingresar por ésta hacia un triturador primario o de muela, el cual comprime el material, luego pasa mediante cintas trasportadoras (Figura 2.5) al lavado siguiendo el trayecto hacia un triturador secundario que despedaza el material hasta alcanzar un tamaño que puede pasar por la malla de 25 mm 27

34 Figura 2.4 Buzón, Fuente: Elaboración propia El material que no alcanza a pasar por dicha malla (25 mm) vuelve a pasar mediante cinta transportadora por el triturador secundario, tantas veces fuese necesario hasta que todo el material alcance dicho tamaño. El material resultante queda acopiado cayendo gravitacionalmente desde la cinta trasportadora formando un cono. El material resultante de la planta es llevado hacia las canchas de acopio mediante cargador frontal. 28

35 Figura 2.5 Cintas transportadoras, Fuente: Elaboración propia El proceso de obtención y preparación de la muestra puede tardar mucho tiempo considerando que se debe acopiar una cantidad adecuada de material para triturar que no sólo satisfaga la demanda requerida en algún pedido, sino que además se debe contar con las horas máquina que se emplearán, influyendo en esto si se trata de un arriendo o una planta dedicada al rubro. Esto se traduce en costos que se traspasan al producto final afectando su rentabilidad lo cual se puede comprobar haciendo un estudio de factibilidad económica evaluando los procesos que se ven involucrados para producir el producto final, siendo comparado con la producción de áridos normales. 29

36 CAPITULO III ENSAYOS DEL MATERIAL RECICLADO 30

37 3.1 DESCRIPCIÓN Antes de confeccionar cualquier hormigón es necesario hacer ciertos ensayos a los áridos que lo componen para saber si éstos cumplen y si se encuentran dentro de los parámetros establecidos en las normas respectivas. En el caso de esta tesis el material a ensayar es el hormigón reciclado, el cual reemplazará a los áridos comúnmente utilizados. Por lo tanto se toma una fracción del material reciclado y chancado desde la planta donde se efectuó el triturado y se lleva al Laboratorio Austro-Umag para someterlos a los ensayos que generalmente se practican a los áridos, según las normas respectivas. Con respecto a los ensayos practicados a los áridos tenemos como referencia las siguientes normas: - NCh. 164 Of. 76, Áridos para morteros y hormigones- Extracción y preparación de muestras. - NCh. 165 Of. 77, Método para tamizar y determinar la granulometría - NCh Of. 77, Método para determinar el material fino menor que 0,080 mm. - NCh Of. 78, Método para determinar el desgaste mediante la Máquina de los Ángeles. - NCh Of. 77, Método para la densidad aparente. - NCh.1117 Of. 77, Método para la determinación de la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua en pétreos gruesos. 31

38 3.2 CONCEPTOS DE ENSAYE El material resultante del chancado de las probetas obtenidas del Laboratorio Austro-Umag, se ensayaron de acuerdo a la normativa vigente, las cuales describen los ensayos a los áridos que son constituyentes del hormigón y que se utilizan comúnmente en la confección de éste. Se toman los datos y conclusiones de dichos resultados, los cuales serán relevantes al momento de realizar los hormigones de prueba, para realizar las dosificaciones y ensayos destructivos de los hormigones y así concluir los resultados finales obtenidos, y por último compararlos con estadísticas de hormigones normales realizados por el Laboratorio Austro-Umag. 3.3 ENSAYO MATERIAL RECICLADO Método para el cuarteo de muestras Preparación de la muestra. Para la preparación de la muestra se utilizó como referencia la NCh. 164 Of. 76, en la cual se mencionan los requerimientos para la extracción y preparación de muestras de ensayos. Se necesita una superficie horizontal y limpia, libre de cualquier impureza que pueda alterar el material. Se deposita el material producto del chancado de las probetas 1 en la superficie elegida y se procede a homogeneizarla con una pala, mezclando el material húmedo hasta incorporar todas las partículas de la muestra de manera uniforme. 1 Triturado de las probetas de hormigón 32

39 Figura 3.1 Homogeneización de la muestra, Fuente: Elaboración propia Reducción de la muestra Para obtener la cantidad necesaria de muestra se debe realizar una reducción de ésta mediante el procedimiento denominado cuarteado que consiste en dividir la muestra en partes iguales hasta reducirla a la cantidad adecuada para los ensayos. El cuarteado se puede realizar de dos maneras: manual, mediante pala (Figura 3.2) y mediante cuarteador. En nuestro caso para la reducción del material se elige el cuarteo manual, para lo cual se extiende la muestra en círculo, tratando de darle un espesor uniforme; se divide el círculo en cuatro partes iguales y se seleccionan los dos cuartos opuestos. Se retira el material cuidando de incorporar el material fino con una brocha, limpiando los espacios despejados. Este proceso se repita tantas veces sea necesario hasta obtener la cantidad requerida. 33

40 Figura 2.2 Cuarteo de la muestra, Fuente: Elaboración propia Figura 3.2 Cuarteo de la muestra, Fuente: Elaboración propia Tamizado y determinación de la granulometría. Con la finalidad de conocer el porcentaje de tamaños distribuidos en la muestra de áridos reciclados, se realiza la granulometría 2, proceso que determina el porcentaje de áridos retenidos y que pasan por una serie de mallas o tamices. Este procedimiento nos permitirá analizar si el árido reciclado posee una relación de tamaños de partículas adecuada para obtener un hormigón de calidad y homogéneo. 2 Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas (granos) que constituyen un árido. 34

41 Acondicionamiento de la Muestra de Ensaye. Antes de realizar el procedimiento, la muestra fue homogeneizada de acuerdo al procedimiento de cuarteo descrito anteriormente humedeciendo la muestra para evitar la pérdida de material fino y la segregación excesiva de la muestra. Posterior al cuarteo y luego de alcanzar una fracción de muestra adecuado para realizar el proceso de granulometría, se secó en horno a una temperatura de 110±5 C. Tamaño de la Muestra de Ensaye. Se preparó la muestra con un tamaño en kilos de acuerdo a la Tabla N 3.1 que determina que se necesita una masa de 10 kg como mínimo, para lo cual se preparó una masa de kg esto asegura la cantidad adecuada para realizar el procedimiento. Tamaño máximo absoluto (Da) [mm] Masa mínima de la muestra [kg] , Tabla 3.1 Tamaño muestra ensaye de las gravas. Fuente: NCh. 165 Of

42 Procedimiento de ensaye. Se seleccionan los tamices de acuerdo al tipo de áridos correspondientes al tipo grueso los cuales corresponden a los tamaños de malla 1, 3/4, ½, 3/8, N 4 y N 8. Se verificó que los tamices se encontraban en un buen estado, limpios y con sus alambres completos y sin deformaciones. Se efectuó el procedimiento de acuerdo a lo establecido en la norma NCh Of. 77, con el árido seco, realizando la incorporación de las partículas a cada malla mediante una poruña o cuchara, de ésta manera se hace pasar todo el material por los tamices indicados. Se registran todos los pesos aproximando al gramo o al 0,1%, incluyendo el material de residuo que pasa por el último tamiz, que en nuestro caso es el N 8. Cálculos Se calcula el peso total (PTG) como el peso total del material (PT) menos el peso del material de sobretamaño (Pesobretamaño). Ptg= 12,860 Kg. Se calcula y se registra en el formulario de ensaye (Tabla 3.2) los porcentajes retenidos sobre las mallas, de la siguiente forma: peso material retenido en tamiz % retenido = 100 P TG 36

43 Se calcula también el porcentaje que pasa en cada tamiz como: % que pasa = % que pasa % Tamiz Tamiz Superior retenido Tamiz Se sumaron todos los pesos retenidos, incluyendo el residuo cuyo resultado no difiere en más de un 0,5 % de la masa inicial registrada por lo que se estima que el procedimiento está dentro de lo establecido, según los requerimientos para las gravas. Se expresaron los resultados obtenidos en el registro anotando los porcentajes retenidos y los acumulados. Se complementó este ensaye con los cálculos del módulo de finura. 37

44 Granulometría Tamiz serie preferida [mm] Tamiz serie compl. [mm] Peso [Kg] % retenido 1 % que pasa , ,0 20-1,92 15,0 85, ,5 6,425 51,0 34,0 10-2,117 17,0 17, ,3 5-1,45 12,0 5,0 2,5-0,247 2,0 3,0 1,25-0,684 6,0-3,0 0,630-0,315-0,160 - R 12,843 Tabla 3.2 Granulometría árido grueso, Fuente: Elaboración propia Expresión Gráfica. Se expresaron los resultados en forma gráfica, ubicando los porcentajes en un plano coordenado en el cual se encuentran los valores horizontales expresados en escala logarítmica y señalan las aberturas de los tamices; y en vertical se anotan los porcentajes de las fracciones de material que pasan los tamices de ensayo (Gráfico 3.1). 38

45 Porcentaje que Pasa [%] Porcentaje Retenido [%] BANDA GRANULOMETRICA GRANULOMETRIA ARIDO RECICLADO BANDA PARA HORMIGÓN GRUESO SEGÚN TABLA E "MANUAL DE CARRETERAS VOL. 8" Serie de Tamices [mm] Gráfico 3.1 Trazado de curva granulométrica, Fuente: NCh. 165 Of. 77 La finalidad de hacer la expresión gráfica de los resultados es, comparar de forma visual los materiales con los utilizados normalmente en la confección de hormigón, además de poder comprobar si está dentro de los límites de las bandas requerida para confeccionar dicho material determinada según Método del manual de Carreteras Vol. 8 (Tabla 3.3), y debe cumplir con los límites especificados en Tabla E. del manual de Carreteras Vol.8. Se puede apreciar en la gráfica que en los tamaños más gruesos entre las mallas 25 mm y 16 mm el árido obtenido está casi al límite superior de la banda lo cual puede deberse a la cantidad de árido normal encontrado en las probetas de hormigón. Además se puede observar que nuestra muestra obtenida cumple con los rangos exigidos en dicha banda en los límites inferiores, por lo tanto en este ensayo el material reciclado estaría dentro de los rangos establecidos para poder ser utilizados en la confección de un hormigón. 39

46 Tabla 3.3 Granulometría árido grueso, Fuente: Manual de Carreteras Vol. 8, tabla E Método para determinar el material fino menor que 0,080 mm Procedimiento de ensayo Se toma una parte de la muestra del hormigón chancado, se humedece y se reduce por cuarteo hasta obtener, en estado seco, la cantidad necesaria para el ensayo. Luego que se tiene la cantidad requerida según el tamaño máximo nominal del pétreo, se seca la muestra en horno a temperatura constante. Una vez seca la muestra se pesa y se registra este dato, el cual será la masa inicial (peso sucio seco). Cuando está listo este paso, el material se tiene que lavar; para esto se toma el tamiz de malla N. 200 y la malla N. 16, ésta última se utiliza como protección para que no se pierda material durante el proceso de lavado. 40

47 Figura 3.3 Tamiz N 200, Fuente: Elaboración propia Finalmente se reúne el material retenido en la malla N 200 más el material limpio y se seca en horno a temperatura constante, para luego pesar el material seco; se registra este dato el cual será la masa final (peso seco limpio). 41

48 Figura 3.4 Material limpio, Fuente: Elaboración propia Cuando se tiene el dato de la masa inicial y la masa final se puede calcular la cantidad de fino bajo la malla N 200, para esto se procede de la siguiente manera: Donde, Mi Mf Mi x100 M i = Masa inicial de la muestra de ensayo seca (g). M f = Masa de la muestra de ensayo lavada y seca (g). Datos de ensayo M i = 7992 g. M f = 7755 g. 42

49 Cálculo del material fino menor que 0,080 mm X100 Porcentaje material fino= 2,96% Resultados Para las gravas, según la Norma, para Hormigones sometidos a desgaste se pide un porcentaje de 0,5% bajo la malla N. 200, y para Hormigones no sometidos a desgaste un 1,0% bajo la malla N.200. El porcentaje de material fino menor que 0,080 mm resultante del material reciclado ensayado resultó ser superior al exigido por Norma, ya que las probetas al ser trituradas, se desprende el material constituyente del hormigón, como es el cemento cuyo grano pasa por la malla N Método de la densidad aparente Procedimiento de ensayo Densidad Aparente Compactada 3 (Procedimiento por Apisonado) Se toma una cantidad de muestra igual al doble de la capacidad volumétrica del recipiente a utilizar, el material se seca previamente y se procede al ensaye. Se llena el recipiente en tres capas de espesor similar, a excepción de la ultima capa que tiene que tener un exceso del árido por sobre la medida 4. El material se va depositando en el recipiente con una poruña y cada capa se 3 Densidad aparente del árido compactado en la medida que lo contiene. 4 Recipiente de capacidad volumétrica normal. 43

50 empareja apisonando el material con una varilla pisón, dando 25 golpes uniformemente repartidos (Figura 3.5). La segunda capa se apisona haciendo penetrar el pisón en la capa inmediatamente inferior, haciendo el mismo proceso con la última capa; luego se elimina el exceso de material utilizando la varilla pisón como regla de enrase, desplazándola de los bordes de la medida sin ejercer presión. Finalmente se determina y registra la masa que llena la medida, para lo cual se pesa la medida con el material compactado. Figura 3.5 Apisonado del material, Fuente: Elaboración propia 44

51 Datos de ensayo Masa del material + peso de la medida. M 1 = g M 2 = g M3 = g M4 = g Datos de la medida. Pm = 4837 g. V = 9439 cm3 Donde Pm = peso de la medida. V = volumen de la medida. Cálculos Cálculo de la masa del material m1, m2, m3, m4 = Peso del material - peso de la medida. 45

52 Muestra gemela N Peso del material + peso medida (gr) Peso de la medida (gr) Masa del material (gr) Símbolo m m m m4 Tabla 3.4 Registro de masa para el cálculo de la densidad aparente compactada de árido reciclado, Fuente: Elaboración propia Cálculo de la densidad - Fórmula D = M V Donde, D = densidad m = masa del material v = volumen de la medida. 46

53 Masa del material (g) Volumen de la medida (g) Dendidad (g/cm 3 ) Símbolo d d d d4 Tabla 3.5 Densidad aparente compactada de árido reciclado, Fuente: Elaboración propia Densidad muestra gemela 1 ( d 1+ d2) 2 ( ) 2 = 1522g / cm 3 Densidad muestra gemela 2 ( d 3 + d4) 2 ( ) 2 = 1539,5g / cm 3 Resultados Se debe aceptar la determinación de cada densidad aparente cuando la diferencia entre los dos resultados obtenidos por un mismo operador, en ensayos sobre muestras gemelas, sea igual o inferior a 30 Kg/m 3. Según los resultados obtenidos la muestra gemela 1 da como resultado 1522 g/cm 3 y la muestra gemela 2 es igual a 1539,5 g/cm 3, por lo tanto la diferencia entre ambos resultados es 17,5 g/cm 3, lo cual es menor a 30 kg/cm 3 (manual de 47

54 carretera vol agregados petreos: metodo para determinar la densidad aparente) Densidad Aparente Suelta 5 (Procedimiento por Simple Vaciado). Se toma una cantidad de muestra igual al doble de la capacidad volumétrica del recipiente a utilizar, el material se seca y se procede al ensaye. Se llena el recipiente con el material, dejándolo caer desde una altura de aproximadamente 5 cm. sobre el borde superior del recipiente, en este caso se llena la medida de una sola vez deslizando la poruña por el borde de manera que se distribuya el material uniformemente (Figura 3.6). Al igual que en el caso anterior el exceso de material se elimina enrasando con la varilla pisón. Luego se determina y registra la masa que llena el recipiente. Figura 3.6 Llenado de la medida, Fuente: Elaboración propia 5 Densidad aparente del árido vaciado en la medida que lo contiene. 48

55 Datos de ensayo Para determinar las densidades se prepararon cuatro fracciones de material reciclado denominados M, dividido en dos grupos obtenidos del cuarteo para ser ensayados como muestras gemelas. Densidad Aparente Suelta - Masa del material + peso de la medida. M 1 = g. M 2 = g. M3 = g. M4 = g. - Datos de la medida (recipiente). Pm = 4837 g. V = 9439 cm 3 Donde Pm = peso de la medida. V = volumen de la medida. Cálculos Cálculo de la masa del material m1, m2, m3, m4 = (Peso del material + peso de la medida)- peso de la medida. Estas masas se calculan y se registran como se ve en la tabla

56 Muestra gemela N Peso del material + peso medida (g) Peso de la medida (g) Masa del material (g) Símbolo m m m m4 Tabla 3.6 Registro de masas del árido reciclado para cálculo de la densidad aparente suelta, Fuente: Elaboración propia Cálculo de la densidad Fórmula D = M V Donde, D = densidad m = masa del material v = volumen de la medida. 50

57 Masa del material (g) Volumen de la medida (g) Densidad (g/cm 3 ) Símbolo d d d d4 Tabla 3.7 Registro de las densidades aparente suelta del árido reciclado, Fuente: Elaboración propia Densidad Muestra gemela 1 ( d 1+ d2) 2 ( ) 2 = 1440g / cm 3 Densidad Muestra gemela 2 ( d 3 + d4) 2 ( ) 2 = 1450g / cm 3 Resultados Se debe aceptar la determinación de cada densidad aparente cuando la diferencia entre los resultados obtenidos por un mismo operador, en ensayos sobre muestras gemelas, sea igual o inferior e 30 Kg/m 3 (manual de carretera 51