Aprovechamiento de los escombros generados en actividades de demolición de placas de pavimento en Cartagena - Colombia Mónica Eljaiek Urzola, Edgar Quiñones Bolaños, Javier Mouthon Bello meljaieku@unicartagena.edu.co Resumen El presente artículo presenta los resultados de una investigación que evaluó el aprovechamiento de escombros en la elaboración de bloques de concreto macizos y huecos no estructurales y como agregado grueso en la elaboración de concretos. Para ambos casos se realizaron diseños de mezclas adecuadas con los escombros procedentes de la demolición de placas de pavimento de una vía principal de la ciudad de Cartagena, Colombia. Los escombros se utilizaron como material base y fueron sometidos a distintas etapas de trituración hasta obtener un estado propicio para su uso en cada caso. Para el concreto, se realizaron ensayos tales como resistencia a compresión y a flexión, peso unitario, densidad y absorción, determinando así la viabilidad técnica de los concretos. En el caso de los bloques con material reciclado se hicieron ensayos a la compresión, absorción y densidad, los cuales se compararon con las características de los bloques comerciales. Finalmente se seleccionó la mejor alternativa para concreto, que fue el concreto reciclado compuesto de escombros con el que se alcanzó 29,13 y 4,45 MPa de resistencia a la compresión y flexión respectivamente, y con el que se obtuvieron los menores costos de elaboración (17,5% menos que con el convencional) y mayores beneficios ambientales y económicos. En cuanto a los bloques también se obtuvieron buenos resultados ya que las resistencias obtenidas y las propiedades de absorción fueron muy similares a la de los bloques obtenidos en el comercio local a pesar de que no cumplieron con las normatividad técnica. Palabras Clave: agregados reciclados, concretos reciclados, residuos de construcción 554 1. Introducción La ciudad de Cartagena de Indias ha aumentado su actividad constructora en los últimos años y en consecuencia se están generando alrededor de 190.000 m3/año de escombros cuya disposición se hace muchas veces en sitios no autorizados con los correspondientes perjuicios a los propietarios de estos predios y a la comunidad en general por la contaminación que genera el acarreo o transporte de estos [1]. De acuerdo con los resultados obtenidos en estudios realizados para la disposición de los escombros generados en el Distrito[1][2], se requiere una escombrera con capacidad de aproximadamente 2.900.000 m 3 para disponer el volumen generado hasta el año 2018 [1]. Esto sugiere que para una altura de la escombrera de 20 metros se requeriría un área aproximada de 145.000 m 2 (14.5 ha), sin embargo de acuerdo con el Plan de Gestión Integral de Residuos sólidos de Cartagena [2], el área disponible para la escombrera es de 6.05 ha con una altura de 24 m conformada por 4 terrazas de 6 m de altura. El problema de contaminación producido por la manipulación, acarreo y disposición final de los escombros, adicional a la difícil consecución de áridos por agotamiento de las canteras actuales, justifica la exploración de alternativas de tratamiento y reutilización de escombros, para obtención de materiales de construcción de buena calidad y bajo costo, generación de industria y como consecuencia empleo y limpieza de la ciudad. 2011 pp 554-562 ISBN 978-607-607-015-4
En este documento se presentan los resultados de la investigación sobre dos alternativas de aprovechamiento de los escombros en el Distrito de Cartagena como son: concretos de baja resistencia y bloques para construcción de viviendas. 2. Metodología 555 Para evaluar la factibilidad técnica de los concretos de baja resistencia se elaboraron ocho diseños de mezclas en los que fueron analizados: agregado calizo de la cantera Cimaco localizada a 14 Km de Cartagena y los escombros procedentes de la demolición de placas de pavimento de la avenida Pedro de Heredia de Cartagena. Los escombros fueron sometidos a distintas etapas de trituración hasta obtener un estado propicio para su uso como agregado grueso. Luego, fueron combinados en distintas proporciones en peso con el agregado grueso natural obteniéndose cuatro agregados gruesos reciclados (AR) [3], radicando la diferencia entre ellos en el porcentaje de escombros como componente del agregado grueso (AR1:30%, AR2:50%, AR3:70% y AR4:100%). Consecutivamente, estos, al igual que el agregado Cimaco se sometieron a ensayos como ensayos de granulometría, peso unitario, densidad y absorción, humedad, resistencia al desgaste y al ataque de sulfatos que permitieron su caracterización como agregado grueso. Paralelamente, se realizó una combinación en peso de agregado natural y escombro manteniendo las proporciones iniciales, pero realizándoles un ajuste granulométrico conforme con la Norma Técnica Colombiana (NTC) 174 y se le practicaron los mismos ensayos buscando verificar su incidencia en la calidad del producto final. Las propiedades del agregado fino y del cemento también fueron estudiadas, adquiriendo toda la información necesaria para la elaboración del diseño de mezcla. Realizado esto, se elaboraron las mezclas, se tomaron las muestras y se prepararon los cilindros y viguetas que sirvieron para evaluar características de los concretos reciclados, tales como resistencia a compresión y a flexión, peso unitario, densidad y absorción, determinando así la viabilidad técnica de los concretos luego de su comparación con las características del concreto convencional; utilizando la resistencia a la compresión como parámetro base de ésta comparación. El estudio también contempló un análisis costo/beneficio como indicador de la viabilidad económica del proyecto, en el que se determinaron los ahorros, ganancias ó beneficios que su aplicación genera, tales como ahorros en disposición de escombros, disminución en costos de elaboración del concreto y reducción de la explotación de recursos naturales entre otros. En el estudio de factibilidad técnica del uso de escombros en la elaboración de bloques de concreto macizos y huecos no estructurales Nº 6 se desarrolló a partir de dos diseños de mezcla. El primer diseño de mezcla se conformó por un 50% de agregado natural (Arena Ingecost) y 50% de escombro triturado; mientras que el segundo diseño, contenía solo un 25% de agregado natural y 75% de escombro triturado. Con cada diseño de mezcla realizado, se elaboraron de forma manual dos tipos de bloques; huecos y macizos, los cuales se sometieron a ensayos de resistencia a la compresión, absorción y densidad, con el objetivo de evaluar la calidad del producto final. Ver Figura 1. Adicionalmente, se realizó un análisis de los costos de producción de los bloques elaborados, que comparados con los resultados técnicos obtenidos, permitió seleccionar la mejor alternativa. 2011
3. Resultados y Discusión Figura 1. Bloques elaborados con material reciclado 3.1 Agregados La capacidad de absorción de los agregados gruesos reciclados osciló entre 5.39% y 7.75%, por lo que no cumplen con los valores recomendados, los cuales se encuentran entre 0 y 5% [4]. Esto puede afectar propiedades del concreto como resistencia a la compresión y flexión y principalmente propiedades de durabilidad tal como su resistencia al desgaste [5]. Por otro lado, el agregado natural de Cimaco presenta una de 3,26% (acorde a lo recomendado), que al combinarse con los reciclados no ayuda en gran medida a disminuir la absorción de los agregados reciclados. Además se observó que los agregados finos producto de la trituración y utilizados para la elaboración de bloques, tienen un porcentaje de absorción muy alto (19.67%), siendo el valor máximo recomendado 4%; característica a la cual se le atribuye el aumento de la relación agua/cemento al momento de elaborar los bloques. En cuanto al desgaste, la NTC 174 recomienda que los agregados utilizados para la elaboración de concretos y bloques presenten como máximo un desgaste del 50% a la abrasión garantizando con esto su uso en cualquier tipo de construcción. Los agregados reciclados cumplieron satisfactoriamente dicha condición, lo cual es indicio de la buena calidad de dichos materiales. En cuanto a la sanidad al ataque de los sulfatos de magnesio la cual tiene un límite máximo de 18% según la NTC 174, se pudo verificar que el escombro es apto desde este punto de vista para la elaboración de concretos y bloques ya que el porcentaje de pérdida encontrado osciló entre 10.53% y 11.30%. Los agregados finos y gruesos reciclados, arrojaron resultados satisfactorios al ser sometidos a la prueba de contenido de materia orgánica; por lo que se consideran aptos para utilizar en la elaboración de bloques y concretos. 556 3.2 Concretos de Baja Resistencia La resistencia a la compresión es la principal propiedad del concreto pues influye directamente en las demás. Los resultados mostraron que los concretos reciclados alcanzaron y superaron, en su mayoría la resistencia de diseño de 24.5 MPa (3000 PSI) y se mostraron competitivos en relación a las resistencias logradas por el concreto convencional, incluso superando en algunas ocasiones los valores alcanzados por éste. (Ver Tabla 1). 2011 pp 556-569 ISBN 978-607-607-015-4
557 Tabla 1. Resistencias a la Compresión de Todos los Diseños[6] Edad Resistencia (MPa) (días) Convencional CR1 CR2 CR3 CR4 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7 23.48 25.85 29.52 26.34 24.19 14 25.06 29.56 31.49 26.81 26.55 28 27.62 30.66 32.16 30.37 29.13 Las resistencias obtenidas confirman que los concretos obtenidos son concretos normales y no de baja resistencia, permitiendo valorizar a los escombros proveniente de demolición de placas de pavimento y motivar a la vez la realización de estudios más profundos donde desde el comienzo se busque obtener concretos normales y porque no de alta resistencia. En la Tabla 2 se muestra una síntesis de las propiedades evaluadas de los concretos elaborados. Tabla 2. Resumen de las Propiedades de los Concretos Elaborados. [6] Peso Unitario (gr/cm 3 ) Absorción (%) Densidad Nominal (Kg/m 3 ) Resistencia Compresión (MPa) Resistencia Flexión (MPa) Concreto Asentamiento Mm Pulg. Convencional 2.32 8.04 2554 27.62 4.46 112.50 3.17 CR1 2.30 10.49 2535 30.66 4.87 88.33 4.50 CR2 2.34 6.10 2613 32.16 4.54 100.00 3.53 CR3 2.27 5.54 2363 30.37 4.94 116.67 4.00 CR4 2.29 6.36 2460 29.13 4.45 80.00 3.00 Acorde a la literatura, los concretos obtenidos tienen altos porcentajes de absorción que podrían afectar la durabilidad de los mismos. [6] [7] [8]. En cuanto a los costos, en la Tabla 3 se muestra un resumen de los costos de producción de cada uno de los concretos elaborados según el contenido de escombros presente. Tabla 3. Costos de Producción Concretos Elaborados [9] Tipo de Concreto Costo de Producción (Ton) Convencional US$ 92 CR1 US$ 87.7 CR2 US$ 83.9 CR3 US$ 80.5 CR4 US$ 75.9 Finalmente se puede observar que el Concreto Reciclado (CR2) cuyo contenido de escombros es del 50% del agregado grueso se muestra cómo una buena alternativa de concreto desde el punto de vista técnico, pues presenta el mejor comportamiento en cuanto a resistencia a la compresión además de presentar una densidad mayor y una absorción menor que la del concreto convencional. Sin embargo, concretos con 100% escombros (CR4), se convierte en la mejor alternativa de diseño pues al igual que el CR2 se obtienen resistencias adecuadas y propiedades aceptables en comparación con el concreto convencional además de presentar los menores costos de elaboración y mayores beneficios ambientales, económicos y para la ciudad. 3.3 Bloques para Viviendas Con los resultados de los ensayos se pudo demostrar que los bloques huecos elaborados con el diseño de mezcla 2 con dosificación 25-50-25 (Natural-Reciclado Fino-Reciclado Grueso- Reciclado) alcanzaron una mayor resistencia (42 kg/m 2 ), mayor densidad y menor costo. (Ver Tabla 4). 2011
Tabla 4. Selección de la mejor alternativa para la fabricación de bloques.[10] Ensayos Diseño de Mezcla 1 Diseño de Mezcla 2 Huecos Macizos Huecos Macizos Resistencia (kg/cm 2 ) 36.69 30.43 43.56 39.50 % Absorción 27.24 27.39 28.25 29.52 Densidad (kg/m 3 ) 2207.87 1904.06 2094.08 1822.50 Costos de producción (Unid) 842.70 1581.12 805.06 1506.84 Es bueno aclarar que los bloques elaborados no alcanzaron la resistencia esperada por la NTC 4024, (debido probablemente al aumento de la relación agua cemento por su alta capacidad de absorción y/o por el proceso de elaboración manual) pero la resistencia alcanzada es aceptada por la Norma Icontec 247, que los clasifica como Tipo 3 y Tipo 4. Los bloques huecos y macizos que alcanzaron mayor resistencia fueron aquellos que contenían en mayor porcentaje los agregados finos reciclados y gruesos reciclados. Además es importante recalcar que los bloques huecos tienen mayor consistencia y solidez que los bloques macizos. También se hizo una comparación con los bloques encontrados en el mercado, observando que al igual que los elaborados con escombros, tienen buenas propiedades de resistencia y densidad, excepto con la propiedad de absorción, pues estos presentan mayor absorción que los bloques elaborados con escombro por lo que se puede concluir que los bloques elaborados con escombro producto de la demolición de placas de concreto, presentan mejores características que los que se encuentran en el mercado. 4. Conclusiones Comparando los resultados obtenidos en este proyecto con las experiencias a nivel mundial se puede concluir que existen importantes coincidencias como es la factibilidad del uso de escombros como agregado grueso para la fabricación de concretos reciclados ofreciendo buenas resistencias a la compresión pero con porosidades más altas que el concreto normal, lo cual podría facilitar la penetración de agentes externos, que podrían corroer el refuerzo en el interior del concreto. Adicionalmente es importante mencionar que a nivel mundial no se han realizado muchos estudios relacionados con el uso de escombros para la fabricación de bloques y morteros. Sobre este uso se tienen experiencias en Cali (Colombia) y Medellín (Colombia) en las cuales se obtuvieron resultados favorables y de comportamiento similar a los obtenidos en este proyecto. 558 Agradecimientos A Holcim Colombia S.A. Sede Cartagena. Por facilitarnos sus laboratorios de control de calidad de concretos y suministrarnos los materiales para la elaboración de las mezclas. A los estudiantes: Mario de Alba, Fernando de la Barrera y Ligia González, como auxiliares de investigación del proyecto. Referencias Bibliográficas [1] Doria, Shirlena y Miranda, Paola. Lineamientos para la gestión y el manejo de los escombros generados en el distrito de Cartagena de Indias. Cartagena, 2004. [2]Alcaldía de Cartagena de Indias-UNIVERSIDAD DE CARTAGENA, Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos. 2007. [3] Salazar J. Alejandro. Síntesis de la Tecnología del Concreto. Cuarta Edición. Cali. 2004. p 132. 2011 pp 558-569 ISBN 978-607-607-015-4
[4]Sánchez de Guzmán, Diego. Tecnología del Concreto y Del Mortero. Quinta Edición. Bogotá, Bhandar Editores Ltda, 2001. [5] Angulo S.C, John V.M, Kanh H, Ulsen C. Characterisation and reciclability of construction and demolition waste in Brazil. Escola Politécnica, Universidade de Sao Paulo, Brazil, 2003. [6] VII Congreso Nacional Del Medio Ambiente. Gestión De Residuos De Construcción [en línea]. España, 2004. Disponible en: < http://www.concretonline.com/pdf/conamarcd14.pdf#search =%22conamaRCD14%22> Fecha de consulta: 8 de Agosto de 2006. [7] Salazar J. Alejandro. Proyecto utilización de residuos sólidos industriales y escombros de construcción para la producción de elementos de mampostería. Desarrollo de una planta piloto rentable. 2004. [8] Bocanumenth Á., Javier. Reciclaje de Escombros en la Construcción. Medellín. 1996. [9] de Alba M., de la Barrera F., Aprovechamiento de los escombros Generados en las Actividades de demolición de placas de pavimento. Como agregado grueso en la elaboración de concretos de baja resistencia. 2007. [10] Gonzalez L. Ligia. Aprovechamiento de escombros de concretos generados por las actividades de demolición de placas de pavimento por el proyecto Transcaribe, en la elaboración de bloques de concreto macizos y huecos no estructurales nº 6. 2007. 559 2011