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Hormigones elaborados con reciclados de sobrantes de hormigones de mixer

Tema:  ARIDOS Y RECICLADOS
Autor: Ing. Claudio Zega – Ing. Darío Falcone – Ing. Angel Di Maio
Fecha Publicación: 31/12/2007

Se evaluó el comportamiento resistente en compresión y tracción de hormigones reciclados elaborados con distintos porcentajes de reemplazo del agregado grueso natural por agregado grueso reciclado. Este último fue obtenido de la trituración de un hormigón sobrante deuna mezcla elaborada en planta.

La utilización de los desechos de construcción y demolición ha adquirido un gran impulso a nivel internacional como consecuencia del incremento de los grandes volúmenes generados durante las últimas décadas. En el caso particular del reciclado de hormigones viejos para su empleo como agregados en la elaboración de nuevos hormigones, en reemplazo parcial o total del agregado grueso natural, el hecho adquiere mayor relevancia debido a que en muchos casos se está llegando a un agotamiento de las fuentes no renovables de agregados.

La generación más frecuente de los desechos de hormigón se encuentra vinculada a las tareas de reparación y/o remodelación de estructuras de edificios, así como también de pavimentos. Sin embargo, una fuente habitual de generación de tales desechos, y que no es tenida muy en cuenta, la constituyen los sobrantes de hormigón de los mixers, los cuales son depositados, en muchos casos, en predios de la propia planta o bien en terrenos baldíos, lo cual es más notorio en nuestro país al no existir disposiciones legales que indiquen en qué sitio deben ser depositados. En estos casos el hormigón sobrante (HS) es volcado directamente sobre el suelo.

En aquellos casos en que los hormigones sobrantes son transportados nuevamente a la planta elaboradora, es posible conocer las propiedades de los materiales con que fueron elaborados, así como también su nivel resistente. Sin embargo, debe considerarse que las características de estos hormigones sobrantes pueden verse modificadas con relación a las que presentaban en el momento de su elaboración, como consecuencia, por ejemplo, de una permanencia prolongada dentro del mixer, así como también por no recibir ningún tipo de tratamiento cuando son depositados (compactación, curado, etc.), hechos que conducen a la obtención de un hormigón de inferior calidad.

De acuerdo a lo expresado anteriormente, el principal objetivo de este trabajo consiste en evaluar comparativamente las propiedades mecánicas de hormigones con reciclados que fueron elaborados reemplazando 25, 50 y 75% en volumen del agregado grueso natural por agregado grueso obtenido de la trituración de un sobrante de hormigón convencional que había sido elaborado en una planta hormigonera. Asimismo, se realiza una comparación entre la resistencia a compresión de los hormigones con reciclados respecto a la del hormigón sobrante.

Además, se informan las características de los agregados gruesos reciclados evaluados, así como también algunas propiedades de las mezclas en estado fresco y los parámetros resistentes, tales como resistencia a compresión, módulo de elasticidad estático, resistencia a tracción indirecta y módulo de rotura en flexión.

Experiencias

Materiales y mezclas

Para la elaboración de los hormigones con reciclados se emplearon los mismos materiales que los utilizados para la elaboración del hormigón convencional producido en planta. Se empleó cemento Pórtland fillerizado, arena silícea de río, arena granítica de trituración y piedra partida granítica de tamaño 6-20. El agregado grueso reciclado, del mismo tamaño que el natural, fue obtenido de la trituración del HS. En todos los hormigones se utilizó un aditivo reductor de agua de mezclado.

En la figura 1 se muestra el depósito generado por los distintos restos de hormigones que regresan en los mixers y que son volcados a diario, en este caso dentro del mismo predio de la empresa hormigonera. Puede observarse que el volumen de material depositado es importante, superando la pila del depósito los tres metros de altura (referencia pared) y más de 30 metros de largo. El agregado grueso reciclado fue obtenido de la trituración de uno de los bloques de hormigón que se muestran en la figura, el cual fue identificado al momento de ser volcada la mezcla desde el mixer y sobre el que se conocían las proporciones de los materiales empleados para su elaboración.

En ese momento se moldearon probetas cilíndricas de 150 x 300 mm, que fueron sometidas a curado normalizado y ensayadas a la edad de 28 días, habiéndose obtenido una resistencia a compresión promedio de 20.3 MPa. Desde el momento en que el hormigón sobrante fue depositado en el terreno, permaneció expuesto a las condiciones ambientales existentes, habiéndose registrado temperaturas medias de 10º C. Luego de aproximadamente dos meses se procedió a la rotura del bloque de hormigón sobrante en trozos, los cuales fueron posteriormente triturados mediante una trituradora de mandíbulas, obteniéndose así el agregado grueso reciclado (ver figura 2).

En la figura 3 se informan las propiedades de los agregados finos y gruesos empleados para la elaboración de las diferentes mezclas, tales como el módulo de finura (MF), la densidad en condición de saturada y superficie seca (Dsss) y la absorción de agua en 24 horas (Ab). Puede observarse que el agregado grueso reciclado presenta una mayor absorción de agua y menor densidad que el agregado granítico natural, hecho que debe ser atribuido al mortero que forma parte de la composición de sus partículas [1,2].

Si bien la absorción de agua de la arena de trituración no es demasiado elevada, la presencia de un alto porcentaje de polvo en la misma condujo a que en la elaboración de un mortero de consistencia normal (flow: 110 ± 5) fuera necesario incrementar el contenido de agua en un 19% respecto al mortero patrón elaborado con arena silícea de río. Con relación a las proporciones de las mezclas empleadas para la elaboración de los hormigones reciclados, se mantuvieron las mismas que las utilizadas en el hormigón sobrante elaborado en planta a partir del cual se obtuvo el agregado reciclado.

En los hormigones reciclados parte de la piedra partida granítica fue reemplazada por el agregado grueso reciclado en porcentajes del 25, 50 y 75% en volumen, dando origen a los denominados hormigones R25, R50 y R75. Los porcentajes de agregados gruesos reciclados utilizados surgieron como conclusión de trabajos previos en los cuales se ha determinado que para reemplazos de hasta un 75% se han obtenido resistencias a compresión semejantes a las de los hormigones elaborados íntegramente con agregados naturales [3-6].

Los agregados gruesos, natural y reciclado, fueron empleados en la condición de humedad que poseían (secos al aire), corrigiéndose la cantidad de agua de mezclado en función de la absorción de los mismos. En la figura 4 se informan las proporciones de las mezclas correspondientes a los hormigones reciclados ejecutados en el laboratorio.

Resultados obtenidos

En estado fresco se determinaron algunas propiedades de los hormigones reciclados, tales como el asentamiento, medido con el cono de Abrams, el peso por unidad de volumen (PUV) y el contenido de aire naturalmente incorporado. Teniendo en cuenta la capacidad de absorción de agua del agregado grueso reciclado (6%), al aumentar el porcentaje de reemplazo en los hormigones R50 y R75 se incrementó la cantidad de agua de mezclado y la dosis de aditivo a fin de evitar una pérdida del asentamiento. Como consecuencia de ello, en todos los casos se obtuvieron mezclas de consistencia plástica.

Con relación a los pesos por unidad de volumen determinados en cada uno de los hormigones reciclados, en este estudio se verifica nuevamente que los mismos disminuyen a medida que se incrementa el porcentaje de agregado grueso reciclado utilizado, hecho que está directamente relacionado con la menor densidad que presentan estos últimos [4,6]. Con el propósito de caracterizar las propiedades resistentes de los hormigones con reciclados, se moldearon probetas cilíndricas de 150 x 300 mm y prismáticas de 75 x 100 x 430 mm, que fueron sometidas a curado normalizado (norma IRAM 1534).

Considerando que la única propiedad conocida del hormigón sobrante (HS) era su resistencia a compresión, sobre los hormigones reciclados se evaluó, además de este parámetro, el módulo de elasticidad estático, al tiempo que se determinó su comportamiento en tracción mediante el ensayo de tracción por compresión diametral y el módulo de rotura en flexión. Todos los ensayos fueron realizados a la edad de 28 días. En la figura 5 se presentan los resultados de resistencia a compresión de todos los hormigones, correspondientes al promedio del ensayo de como mínimo tres probetas. En las figuras 6 a 8 se indican los resultados del módulo de elasticidad estático, tracción indirecta y módulo de rotura de los hormigones reciclados respectivamente.

Análisis de resultados

Al considerar el comportamiento resistente de los hormigones en estudio (fi gura 5), puede apreciarse que los hormigones R25 y R50 presentan un nivel de resistencia a compresión similar, siendo el mismo aproximadamente un 9% inferior al del hormigón sobrante (HS). En el caso del R75, dicha disminución fue del 19% con respecto al HS y del 10% respecto de los R25 y R50.

Las pequeñas diferencias en las resistencias a compresión de los R25 y R50 respecto a la determinada en el hormigón sobrante (HS) elaborado y depositado en la misma planta pueden justifi carse debido a que en la elaboración de los primeros, al incrementar el porcentaje de reemplazo del agregado grueso natural por el reciclado, se incorporó un contenido extra de agua en función de la absorción del material para compensar la posible pérdida de asentamiento que podría haberse producido.

Este hecho hizo que si bien la razón a/c efectiva parecería ser igual en los tres hormigones con reciclados (a/c 0.65), la misma podría no ser tan así debido a que la cantidad de agua que el agregado grueso reciclado puede absorber dependerá de si éste entra en contacto directo con el agua de mezclado o con el mortero del hormigón [7].

Teniendo en cuenta esto es posible establecer que las diferencias observadas en los valores de resistencia pueden ser atribuidas, al menos en parte, al mencionado incremento de la razón a/c. Con relación al módulo de elasticidad estático de los hormigones con reciclados (fi gura 6), se observa una disminución del mismo conforme se incrementa el porcentaje de agregado grueso reciclado utilizado, hecho que concuerda con los resultados obtenidos en experiencias anteriores realizadas con agregados gruesos reciclados de otra procedencia [4,6]. Este comportamiento es atribuido a la menor rigidez que tienen los agregados gruesos reciclados como consecuencia de contener mortero del viejo hormigón en su composición.

En el caso de la resistencia a tracción indirecta (fi gura 7), los hormigones R25 y R50 presentan un comportamiento similar, mientras que en el R75 se produce una disminución de la misma del orden del 25%. Respecto del módulo de rotura (fi gura 8), se observa una disminución del mismo cuanto mayor es el porcentaje de agregado grueso reciclado utilizado, siendo las mismas del 7% para el R50 y del 17% para el R75, ambas con relación al R25.

En ambos casos, las disminuciones de resistencia observadas pueden ser atribuidas al incremento producido en las razones a/c de los hormigones R50 y R75 sumado a una mayor existencia de mortero, originando la formación de interfaces de inferior calidad, hecho que se manifi esta en forma más notoria cuando el hormigón es sometido a solicitaciones de tracción.

Conclusiones

De los resultados obtenidos en el presente estudio respecto al comportamiento resistente de hormigones elaborados con distintos porcentajes de agregado grueso reciclados proveniente de la trituración del hormigón sobrante de una mezcla de mixer, se puede concluir que:

  • El agregado grueso reciclado presenta menor densidad y mayor capacidad de absorción de agua que el agregado grueso natural, de igual tamaño máximo e igual tipo de roca natural (granítica), hecho que fue observado en experiencias previas en agregados reciclados obtenidos de la trituración de hormigones de desecho de distintas características. 
  • Las resistencias a compresión de los hormigones R25 y R50 son similares a la determinada en el hormigón sobrante (HS). En el caso del hormigón R75 la resistencia disminuyó en aproximadamente un 19% respecto al hormigón HS y un 10% respecto al R25, lo cual debe ser atribuido al incremento en la relación a/c y a una mayor utilización de agregado grueso reciclado.
  • El módulo de elasticidad estático de los hormigones con reciclados disminuye a medida que se incrementa el porcentaje de agregado grueso reciclado utilizado, situación que está directamente relacionada con la mayor deformabilidad que presentan los agregados reciclados.
  • Se observa una disminución de la resistencia a tracción indirecta y del módulo de rotura de los hormigones R50 y R75 respecto a las determinadas en el R25, hecho que puede ser atribuido a un incremento en las relaciones a/c de dichos hormigones y a un mayor contenido de mortero, lo cual produce una disminución en la calidad de las interfaces.
  • Considerando los resultados obtenidos en este estudio respecto a la utilización de agregados gruesos procedentes de la trituración de hormigones sobrantes que quedan en los mixers para la elaboración de nuevos hormigones, debe indicarse que es una alternativa de sumo interés, ya que se lograría eliminar ese material sobrante, lo cual conduciría al logro de una menor contaminación y a una reducción en el costo del nuevo hormigón.

Referencias

[1] Hansen, T.C., “Recycled aggregates and recycled aggregate concrete. Second State-of-the-art. Report developments 1945-1985”, RILEM Technical Committee- 37-DRC, Demolition and Recycling of Concrete, Materials and Structures, Vol. 19, Nº 111, 1986, pp. 201-246.

[2] Zega, C.J., “Hormigones reciclados: evaluación mediante métodos vibracionales”, Ciencia y Tecnología del Hormigón, LEMIT, Nº 10, 2003, pp. 65-71.

[3] Zega, C.J., Di Maio, A.A., “Influencia de las características de los agregados reciclados en la elaboración de hormigones”, Memorias 15º Reunión Técnica y Seminario de Hormigones Especiales de la AATH, 12 y 13 de octubre 2003, Santa Fe, Argentina. (Editado en CD).

[4] Di Maio, A.A.; Giaccio, G.; Zerbino, R., “Hormigones con agregados reciclados”, Ciencia y Tecnología del Hormigón, LEMIT, Nº 9, 2002, pp. 5-10.

[5] Zega, C.J.; Taus, V.L.; Villagrán Z.; Di Maio, A.A., “Comportamiento físicomecánico de hormigones sometidos a reciclados sucesivos”, Memorias Simposio fib “Structural Concrete and Time”, La Plata, Argentina, 28-30 de septiembre 2005, pp. 761-768.

[6] Zega, C.J.; Taus, V.L.; Di Maio, A.A., “Comportamiento físico-mecánico de hormigones reciclados elaborados con canto rodado”, Boletín Técnico del Instituto de Materiales y Modelos Estructurales, IMME, Venezuela, Vol. 44, Nº 3, noviembre 2006, pp. 17-26.

[7] Vázquez, E.; Barra, M., “Reciclaje y reutilización del hormigón”, Monografía CIMNE: Desarrollo sostenible del cemento y del hormigón, Nº 67, 2002, pp. 43-65.