Hormigón reciclado como áridos en hormigones estructurales (página 2)

Los hormigones reciclados demandan una mayor cantidad de agua para lograr similares consistencias que los hormigones convencionales, debido a los elevados valores de absorción de agua que presentan los áridos reciclados, en comparación con los áridos naturales, por lo que es preciso, para mantener la relación agua/cemento efectiva cuando se sustituye árido natural por reciclado en el hormigón, corregir la cantidad de agua total de la mezcla, adicionando el agua que absorberá el árido reciclado durante el amasado. Esta corrección, en el caso de los áridos reciclados, se realiza con un valor que oscila entre el 60 y 80% de su absorción de agua a las 24 horas, que se alcanza aproximadamente a los diez minutos después de sumergido (Eguchi, 2007). En el caso de los áridos naturales la corrección se realiza con un 50% de la absorción a las 24 horas (Acebedo, 1985) que se alcanza en un tiempo de 30 minutos. Si comparamos la dinámica de absorción de ambos áridos nos percatamos que es mucho más elevada en el caso de los reciclados, es decir, absorbe mucha cantidad en poco tiempo. Por esta razón se recomienda que en la fabricación de los hormigones reciclados se deban utilizar los áridos semi-saturados.

Manteniendo la relación a/c efectiva y sustituyendo árido grueso natural por reciclado, a partir de ciertos límites, se obtienen valores inferiores de resistencia a compresión en los hormigones. Para lograr hormigones reciclados con un 100% de sustitución de árido natural, con resistencias a compresión iguales a las de un hormigón convencional, es preciso disminuir la relación a/c efectiva (Soto, 2009). Por lo que si se pretende fabricar hormigones con similar volumen de pasta, el contenido de cemento se incrementa en el hormigón reciclado respecto al hormigón convencional.

• Fabricación del hormigón reciclado. Amasado.

El proceso de fabricación del hormigón reciclado es similar al del hormigón tradicional cuando se utilizan porcentajes reducidos de áridos reciclados. Para altos porcentajes de sustitución, a nivel internacional, se recomienda introducir cambios en el amasado y en las condiciones en que se utilizarán estos áridos. Existen dos tendencias fundamentales en este sentido, la primera de ellas opta por pre-saturar el árido reciclado antes del proceso de amasado y la segunda por la realización de un premezclado en seco (Sánchez y Alaejos, 2006). La pre-saturación tiene como ventaja que reduce las variaciones de laborabilidad y uniformidad de la mezcla y el inconveniente radica en: lograr en el árido reciclado la condición de saturado sin humedad superficial presenta importantes problemas operativos a escala industrial o a pie de obra. Es por ello que se recomienda usar el árido reciclado semi-saturado, mediante el regado previo de los acopios de áridos (Alaejos, 2007).

Por su parte el premezclado, que consiste en el mezclado seco de todos los componentes del hormigón añadiendo posteriormente el agua, tendría como ventaja el incremento del coeficiente de forma y la homogeneidad de la mezcla y como desventaja, una rápida pérdida de fluidez en el hormigón en los primeros 10 minutos (Cedex,2006).

Se han encontrado estudios en la bibliografía que evalúan las afectaciones en las propiedades del hormigón reciclado a partir de cambios en el proceso de fabricación del mismo en planta, que incluyen además criterios económicos (Eguchi, 2007 y Tam, 2008).

• Propiedades del hormigón reciclado.

Los principales resultados encontrados respecto a las propiedades del hormigón reciclado, que posteriormente serán utilizadas para el desarrollo de la etapa experimental, se describen en este epígrafe y se comparan con la de los hormigones tradicionales. Se analizarán en estado fresco la consistencia y la densidad, mientras que estado endurecido se abordarán la densidad, la resistencia a compresión, y la absorción de agua.

1.7.1. Parámetros del hormigón reciclado en el estado fresco.

Las principales diferencias del hormigón reciclado con el hormigón tradicional, en cuanto a sus propiedades en estado fresco, están en la consistencia y en la densidad. Los valores más frecuentes de densidad encontrados en la bibliografía aparecen en el rango de 2150 a 2400kg/m3 (Hernández, 2009), siempre menores a la densidad del hormigón hidráulico convencional fabricado con la misma dosificación, debido a que los áridos reciclados presentan una menor densidad que los áridos naturales. En el caso de la consistencia de los hormigones reciclados, cuando se compara con un hormigón convencional con igual relación agua/cemento total se produce un aumento de la misma, debido a tres causas fundamentalmente: el poder retener mayor cantidad de agua los áridos reciclados, a cambios en la granulometría de los mismos por el desprendimiento de partículas más finas de mortero y por su forma y textura rugosa.

Un problema importante que presentan los hormigones reciclados es su laborabilidad, ya que manifiestan con gran frecuencia una pérdida de fluidez, principalmente en los primeros 10 minutos después de mezclado el hormigón. La causa de esta disminución, es la cantidad de agua que es capaz de absorber el árido reciclado en poco tiempo, que se agudiza en los casos que dichos áridos se empleen secos. Por el inconveniente que esto representa, sobre todo para hormigones fabricados en plantas, aparecen en la literatura algunos estudios que relacionan la pérdida de fluidez con el tiempo.

Otra de las propiedades de los hormigones es el contenido de aire, que en el caso de los hormigones reciclados no presenta diferencias respecto a los tradicionales.

• Parámetros del hormigón en estado endurecido.

Las propiedades en estado endurecido del hormigón reciclado con respecto a las de un hormigón convencional, se verán afectadas en función de la calidad y cantidad de árido reciclado que se utilice como sustitución del árido natural, referentes al comportamiento de las propiedades físico-mecánicas de los hormigones reciclados.

• Densidad

Los valores de densidad del hormigón reciclado se encuentran entre los 2150 y los 2450 kg/m3 [Tam, 2007) dependiendo del porciento de sustitución y de la densidad del árido reciclado. Comparado con el hormigón convencional, para sustituciones entre 0 y 50% de árido natural por reciclado se obtienen densidades entre 100 y 95%, mientras que para sustituciones de un 100% estos valores pueden llegar hasta un 85% de la densidad del hormigón patrón (Reciclado,2006).

• Resistencia a compresión.

La resistencia del hormigón de árido reciclado podría ser más baja que la correspondiente a un hormigón de control hecho con áridos naturales a una misma razón w/c, cuando la resistencia del hormigón de control excediera la resistencia del hormigón original del cual es obtenido el árido reciclado. Algunas evidencias muestran que cuando el hormigón falla, la adherencia del mortero al árido de hormigón convencional es la que constituye la unión más débil. (Aguilar .2005)

Existe un acuerdo general sobre el hecho de que la resistencia a compresión y flexión es algo menor comparada con la de las mezclas de control, viéndose influenciadas por factores claves, tales como: la resistencia del hormigón original, la razón entre áridos finos/gruesos del hormigón original, la razón entre el tamaño máximo del árido del hormigón original y del árido reciclado y la absorción de agua del árido de hormigón reciclado (Stewart-Greco, 2001).

• Módulo de Elasticidad

El Módulo de Elasticidad alcanzado por los hormigones preparados con árido reciclado indica severos descensos en relación con los valores obtenidos por el hormigón patrón. Al igual que para la resistencia y dada la relación existente entre ésta y el módulo de elasticidad, las propiedades elásticas de los hormigones en estudio se vieron altamente influenciadas por el porcentaje de árido reciclado y por el tipo de árido (Martínez, 2005).

En cuanto al efecto del porcentaje de árido reciclado sobre el módulo de elasticidad de un hormigón de resistencia baja esperada y elaborado con cemento grado corriente, se registraron severos descensos cuando se reemplazó totalmente el árido grueso natural por árido grueso reciclado. Estos bajos valores se vieron aún más marcados cuando el reemplazo fue parcial.

La tentativa de utilizar un incremento de cemento de 30 kg/m3 para alcanzar un módulo de elasticidad equivalente al del hormigón patrón demostró que no fue suficiente o que, probablemente, este propósito no pasa exclusivamente por aumentar la dosis de cemento en la dosificación de las mezclas de árido reciclado. Esta propiedad sigue siendo altamente susceptible a la calidad del árido de hormigón reciclado y a la deformabilidad del mortero adherido a éste.

• Porosidad, absorción y permeabilidad.

La presencia de agua es el principal factor en el deterioro del hormigón, con excepción del deterioro mecánico. El transporte de agua a través del hormigón viene determinado por el tipo, tamaño, distribución e interconexión de los poros y fisuras. Estos factores determinan la permeabilidad del hormigón y a su vez, ésta condiciona decisivamente la durabilidad. Una vez producida la entrada del agua desde la superficie mojada, ésta circula por el hormigón en función de su porosidad, transportando a su vez las sustancias agresivas disueltas.

La incorporación del árido reciclado en el hormigón representa un aumento de su porosidad, de su capacidad de absorción y de su permeabilidad, aunque el resultado final depende también de las características de la nueva matriz cementante.

Diferentes estudios (Mulheron, 2012) que han evaluado esta propiedad en hormigones con sustitución del árido grueso natural por árido grueso reciclado han obtenido un aumento del coeficiente de absorción de los hormigones reciclados comparados con los hormigones convencionales. Estos incrementos dependen de la porosidad del árido reciclado y del porcentaje de sustitución, y pueden variar entre el 15% y 70% respecto a la absorción del hormigón convencional.

Otros estudios han comprobado que porosidad y permeabilidad aumentan con la inclusión de árido reciclado, siendo este efecto mucho más importante cuando se utilizan además las fracciones recicladas finas. El aumento de la porosidad en estos casos es de 1,5 a 2 veces mayor que la del hormigón de control. La permeabilidad es de 2 a 3 veces mayor que la del hormigón de control (Barra, 1996).

1.7.3. Durabilidad de hormigones reciclados.

Se entiende por durabilidad de un hormigón hidráulico a la capacidad de resistir a lo largo del tiempo los efectos del medio ambiente y los agentes que tienden a destruirlo (Acebedo, 1985). Los factores que determinan la durabilidad del hormigón son: la calidad del hormigón, que a su vez depende de la calidad de los materiales componentes, la dosificación utilizada en la confección y el proceso de fabricación del mismo. El otro factor lo constituye la naturaleza del medio ambiente que rodea al hormigón en particular los agentes y procesos que tienden a destruirlo.

La durabilidad del hormigón reciclado se va a ver afectada con respecto a la del hormigón convencional por la presencia de árido reciclado en su composición, el cual introduce un mayor volumen de poros y una pasta de distinta naturaleza a la del nuevo hormigón (Tam,2008).

Estas se consideran las principales causas que determinan el comportamiento de las distintas propiedades, que se utilizan para evaluar el hormigón fabricado con árido reciclado en comparación con el hormigón tradicional.

1.8. Potencialidades del uso de los áridos reciclados para la fabricación de hormigón en Cuba.

En Cuba existen diversas Plantas de Prefabricados, las cuales generan grandes cantidades de desechos sólidos de diferentes categorías, algunos son entregados a materia prima como es el caso de la recortería de acero y otros como: las probetas y elementos prefabricados de rechazo son almacenados en lugares identificados para cada tipo de residuo en la Planta. La disponibilidad en Cuba de dichas plantas de prefabricado con producciones de hormigón entre 20 y 35 MPa avalados por el Sistema de Gestión de Calidad implantado en cada una de ellas. Por la presencia de los elementos de rechazo o no conforme en las plantas, hace atractiva la alternativa de incorporar al proceso productivo las producciones no conformes de las cuales no está exenta cualquier planta que elabora el hormigón para los elementos prefabricados.

Lográndose así una gestión del residuo de construcción amigable con el medio ambiente y reduciendo la explotación de materias primas no renovables.

Para la producción de hormigón de acuerdo a la resistencia del material a obtener, según lo establecen los proyectos y los materiales que se poseen, la Empresa de Producción Industrial de Villa Clara (EPI-VC) se rige por las dosificaciones de hormigón establecida anualmente, por el Laboratorio Provincial de Materiales de la Construcción, perteneciente a la Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas de la Construcción (INVES CONS).

A continuación en la tabla 4 se muestra un resumen de las cantidades de desechos sólidos de hormigón y las probetas de laboratorio que se desechan mensualmente en cada una de las plantas de prefabricado.

Tabla 4 Cantidades de desechos sólidos de hormigón.

Fuente: Informe del Diagnóstico Ambiental de la Unidad Empresarial.

Los desechos sólidos de hormigón que se generan del proceso productivo en las diferentes plantas, se depositan en un área dentro de la instalación, lo que constituye un factor de contaminación del suelo, afectando así la imagen visual de la instalación. Para el desarrollo de la investigación se procedió a trabajar con la planta de IMS a partir de unos paneles de hormigón de rechazo. En las siguientes figuras se muestran las áreas creados por las distintas instituciones. A continuación se muestran algunas imágenes de las áreas destinadas en cada una de las platas de la provincia de Villa Clara.

Figura 5: Área donde se depositan los desechos sólidos de la producción en la planta de IMS.

Figura 6: Área donde se depositan los desechos sólidos de la producción en Luis Ramírez López.

Figura 7: Área donde se depositan los desechos sólidos de la producción en Remedios.

Figura 8: Área donde se depositan los desechos sólidos de la producción en Sagua. la Grande

Consideraciones finales:

• Los áridos reciclados obtenidos de la trituración de los escombros de hormigón presentan en su composición mortero adherido al árido natural, lo que constituye la causa fundamental de las diferencias entre las propiedades de los áridos reciclados y los áridos naturales.

• La densidad y la absorción de agua son las propiedades del árido reciclado que mayor diferencia presentan respecto al árido natural, por lo que son las que más lejos están de cumplir los requisitos que se establecen para el uso de los áridos naturales en el hormigón.

• En la medida que se incrementa el porciento de sustitución de árido grueso natural por reciclado, disminuye la densidad, la resistencia a compresión y aumenta el porciento de absorción de agua en el hormigón reciclado.

• Para obtener hormigones con árido reciclado, con propiedades similares al hormigón convencional, en sustituciones superiores al 50%, es necesario modificar la relación a/c y el contenido de cemento en las dosificaciones.

• En la provincia de Villa Clara se puede aprovechar los desechos de hormigón que se generan en las plantas de prefabricado, evitando así los depósitos de escombros y aprovechando un material que es totalmente reutilizable como árido reciclado en su fracción gruesa y fina.

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Anexos

Anexo #1. Especificaciones internacionales para los diferentes tipos de áridos

Autor:

Dra. Ing. Lesday Martínez Fernández

Ing. Lianet C. Del Valle Gil

Dr. Ing. Raúl González López

Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas

Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas