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Reciclado de Hormigón con canto rodado patagónico

Tema:  ARIDOS Y RECICLADOS
Autor: Ingenieros L. Señas1 , J. Valea1, C. Priano2, G. Cabo3, Docentes de la Universidad Nacional del Sur
Fecha Publicación: 31/08/2007

Se evaluaron algunas propiedades físicas de los agregados reciclados en hormigones elaborados. Los agregados reciclados presentaron menor densidad, mayor absorción y mayor desgaste que el canto rodado natural. En las mezclas en estado fresco se encontró, respecto al patrón, que los hormigones con reemplazo no modificaron el asentamiento en forma sustancial, pero el factor de compactación disminuyó a medida que aumentó el porcentaje de reciclado. En el hormigón endurecido las resistencias se vieron modificadas respecto al patrón, al igual que la capacidad y velocidad de succión capilar.

La tendencia actual en la construcción es tener un ciclo de vida lo más cerrado y eficiente posible. Se parte de un material de los llamados de primera generación, y tras un proceso de transformación se genera un insumo que, agotada su vida útil, produce un material de desecho, el cual, luego de recorrer otro proceso de transformación, da por resultado un elemento distinto, llamado de segunda generación. En la industria de la construcción el proceso ideal sería entonces: proyectar, construir, agotar la vida útil, demoler, reciclar y volver a proyectar con este nuevo material.

Las plantas de producción de agregado, proveniente de hormigones triturados, no son muy diferentes a las plantas encargadas de la producción de agregados convencionales, como piedra partida. Se pueden utilizar las mismas trituradoras de mandíbulas o bien las de cono. Desde 1982 la definición de agregado grueso dada por la ASTM ha incluido como tal al hormigón triturado. Asimismo, la Federal Highway Administration recomienda el uso de hormigón reciclado como agregado en sus especificaciones y guías. La National Stone Association reconoce que la industria del reciclado conserva los recursos naturales protegiendo el medio ambiente, soluciona el problema de los desechos que genera la construcción, puede ser económicamente beneficiosa y está destinada a crecer.

En nuestro país aún no tenemos normalizado su uso, pero ya se ha comenzado a estudiar las características de este nuevo material. Los trabajos encontrados a la fecha tratan el tema del reciclado de hormigón de piedra partida, pero dada la disponibilidad de canto rodado en la zona de influencia de la ciudad de Bahía Blanca se decidió iniciar una investigación sobre hormigones elaborados con este agregado en particular. Para evaluar el comportamiento de este nuevo concreto se procedió a reemplazar, en las mezclas tradicionales, diferentes porcentajes de agregado grueso natural –canto rodado– por agregado reciclado de hormigón de canto rodado triturado.

Materiales y mezclas

Cemento: Se usó cemento Pórtland normal proveniente de una fábrica ubicada en la provincia de Buenos Aires.

Agregado Fino: constituido por arena natural silícea proveniente de un yacimiento ubicado al sur de la provincia de Buenos Aires, de módulo de finura 2,96 (IRAM 1505) y cuya granulometría se muestra en la tabla 1. Ésta cumple con las especificaciones de calidad dadas por la norma IRAM 1512. Varios autores coinciden en que el uso de agregado fino reciclado para la elaboración de un nuevo hormigón trae consigo una disminución en la resistencia (hasta un 40%) debido a su mayor demanda de agua. Es por ello que en el presente trabajo sólo se hicieron reemplazos en el agregado grueso.

Agregado grueso:

a) Natural: constituido por canto rodado de tamaño máximo nominal 25 mm que cumple con los límites granulométricos indicados en la norma IRAM 1627. La granulometría se indica en la tabla 2.

b) Reciclado: El hormigón a reciclar provenía de la demolición de un tramo de pavimento de hormigón (H-21) elaborado con un canto rodado semejante al anteriormente indicado. Se redujo el material a reciclar con una trituradora de mandíbulas. Las partículas resultantes fueron de tres tipos: canto rodado, mortero y canto rodado con mortero adherido (Fotos Nº1, Nº2 y Nº3). En muchos casos el canto rodado se despega entero del mortero, debido a que la interfase no soporta el proceso de trituración (Foto Nº4).

Se clasificó el agregado resultante, de tal manera de ajustar la curva granulométrica a la indicada en la tabla 2; es decir, se tiene una distribución y un tamaño máximo nominal semejante al canto rodado patagónico que se utiliza en la zona de influencia de Bahía Blanca. Se evaluaron algunas propiedades del agregado natural (canto rodado) y del agregado reciclado (hormigón triturado), como granulometría, módulo de finura, densidad saturada y superficie seca, absorción de agua en 24 horas, índices de lajosidad (IRAM 1687-1) y elongación (IRAM 1687-2) y desgaste “Los Ángeles” (gradación “A” según la granulometría obtenida, IRAM 1532). En la tabla 3 se detallan las características estudiadas del agregado grueso natural y del reciclado.

Mezclas: Para estudiar el comportamiento de los hormigones reciclados, evidenciar diferencias respecto al hormigón patrón y determinar un porcentaje de sustitución óptimo se proyectaron cinco hormigones de relación agua/cemento 0,50 con diferentes porcentajes de reemplazo, en volumen, de agregado grueso natural (canto rodado) por agregado reciclado: 0%, 25%, 50%, 75% y 100%. De aquí en adelante serán identificados como HP (hormigón patrón sin ningún reemplazo de hormigón triturado), HR25, HR50, HR75 y HR (hormigón totalmente elaborado con agregado reciclado).

La tabla 4 muestra las proporciones de las mezclas estudiadas. De acuerdo a bibliografía encontrada, hormigones elaborados con agregados gruesos reciclados secos y arena natural demandan, para una misma trabajabilidad, un 5% más de agua que los hormigones convencionales debido a su mayor capacidad de absorción. Por tal motivo, y para no causar una pérdida de asentamiento, los agregados reciclados fueron saturados en agua 24 horas previas a su utilización.

Propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido

Se determinó en cada una de las mezclas frescas: asentamiento, medido con el cono de Abrams, y factor de compactación, con aparato Glanville (British Standard 1881-103). De cada pastón se moldearon probetas cilíndricas (150 x 300 mm) que fueron curadas en cámara húmeda durante 28 días. A esa edad se ensayó un grupo a compresión y otro a tracción por compresión diametral.

A tres probetas se les realizó un primer corte a 30 mm del extremo correspondiente a la base de contacto de la probeta con el molde y un segundo aserrado a 50 mm del anterior, obteniéndose tres “rodajas” para realizar la determinación de la capacidad y la velocidad de succión capilar de agua del hormigón endurecido (IRAM 1871).

Se hace notar que tres muestras constituyen una serie de ensayo. En la tabla 5 se muestran las propiedades de las mezclas en estado fresco: peso de la unidad de volumen (P.U.V.), asentamiento y factor de compactación obtenido con el aparato de Glanville (F.C.). En la tabla 6 se informan los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión (f´c), tracción (f´t), la determinación de la capacidad (C) y la velocidad de succión capilar (S) de agua del hormigón endurecido.

Discusión

Puede observarse en la tabla 3 que la densidad del agregado reciclado resultó ser menor, casi en un 13%, respecto a la del canto rodado. Es lógica la diferencia en la densidad teniendo en cuenta que las partículas trituradas tienen un porcentaje de mortero (de menor densidad que el canto rodado) adherido al canto rodado original e inclusive pueden estar constituidas por mortero únicamente.

Esta misma condición explica el importante aumento en el valor de la absorción de agua de los agregados reciclados frente a los naturales. La forma de las partículas provenientes de la trituración de hormigón depende de la calidad de éste y de la clase de trituradora que se utilice. Si se compara la forma del canto rodado y el material reciclado, se puede apreciar en la tabla 3, que el valor del índice de lajosidad indica la presencia de clastos redondeados en ambos casos.

Respecto a la presencia de partículas elongadas, es mayor el número en el material reciclado. El desgaste por abrasión (ensayo “Los Ángeles”) obtenido para los agregados reciclados fue más del doble respecto al de los agregados naturales.

Aún así, ambos resultados de pérdida se mantienen por debajo de los límites indicados como máximo en el Reglamento CIRSOC-201, 6.3.1.2.3 c). Este importante aumento en la pérdida por desgaste se atribuye al elevado porcentaje de mortero y/o pasta adherido al agregado natural, así como también a la presencia de partículas compuestas únicamente de mortero (Fotos Nº 5 y Nº 6).

A medida que se incrementa el porcentaje de reemplazo de agregado reciclado el peso de la unidad de volumen del hormigón disminuye (tabla 5). Esto se explica debido a la menor densidad que presenta el hormigón triturado frente al canto rodado. En cuanto al asentamiento se evidencia una leve disminución a medida que se incrementa el porcentaje de agregado reciclado utilizado, si bien este último fue saturado durante 24 horas previas a la elaboración del hormigón. De haberse utilizado el triturado de hormigón en estado seco, la pérdida de asentamiento hubiera sido mucho mayor, ya que dicho agregado continuaría absorbiendo agua luego de mezclado.

Similares conclusiones pueden hacerse respecto a los resultados del factor de compactación, ya que éste disminuye a medida que aumenta el porcentaje de agregado reciclado empleado en las mezclas. Se pudo observar una menor trabajabilidad, haciéndose más “ásperas” las mezclas que contenían alto reemplazo de agregado natural por el reciclado. En la Foto Nº 7 puede apreciarse el aspecto de un hormigón realizado con canto rodado y otro con 100% de agregado grueso reciclado. Este último presenta un menor porcentaje de canto rodado expuesto debido a que el resto de las partículas gruesas estaban constituidas por mortero, las cuales no se diferencian del nuevo mortero.

Se puede explicar el aumento de resistencia en alguna de las mezclas respecto al patrón (tabla 6), en la mayor adherencia relativa en la interfase mortero-agregados reciclados respecto a la que se verifica entre el canto rodado y el mortero. Algunos autores ya han hecho referencia a esta situación en hormigones de piedra partida. Sabido es que el vínculo entre el canto rodado, de superficie lisa, y el mortero es más débil que el que se presenta cuando el agregado tiene superficie rugosa. La capacidad de succión capilar (C) de cada hormigón se calcula como el promedio de la capacidad de succión capilar de cada una de las tres probetas (“rodajas”)(Ci) de la serie de ensayo.

La velocidad de succión capilar del hormigón (S), para cada una de las mezclas, se calculó como la pendiente de la recta obtenida mediante ajuste por cuadrados mínimos de la serie de puntos correspondientes al intervalo de tiempo comprendido entre 0,1 C y 0,9 C. Las gráficas de cada una de las mezclas se pueden observar en la figura 1.

En la mayoría de las mezclas con reemplazo tanto la capacidad como la velocidad de succión capilar aumentan respecto al hormigón patrón, haciéndose muy notorio cuando el agregado grueso está constituido en su totalidad por reciclado. Esto se debe al hecho de que los agregados de hormigón triturado poseen una mayor porosidad.

CONCLUSIONES

La densidad del 44 agregado reciclado es un 13% menor respecto a la del canto rodado.

La absorción de agua experimenta un importante aumento en los agregados reciclados frente a los naturales.

El agregado reciclado presenta mayor número de partículas elongadas que el canto rodado. No sucede lo mismo respecto a las lajosas, ya que el porcentaje es semejante en ambos casos.

El desgaste por abrasión (ensayo “Los Ángeles”) obtenido para los agregados reciclados fue más del doble respecto al de los agregados naturales.

A medida que se incrementa el porcentaje de reemplazo de agregado reciclado el peso de la unidad de volumen del hormigón disminuye.

El asentamiento evidencia una leve disminución a medida que se incrementa el porcentaje de hormigón triturado.

El factor de compactación disminuye a medida que aumenta el porcentaje de agregado reciclado empleado en las mezclas; es decir, hay una disminución de la trabajabilidad.

Teniendo en cuenta las resistencias obtenidas, el porcentaje de reemplazo sugerido sería hasta un 75%, ya que para valores mayores éstas comienzan a disminuir.

La capacidad y velocidad de succión capilar de los hormigones con reemplazo de agregado grueso natural por reciclado aumentan respecto al hormigón patrón, salvo para la mezcla con un 25% de reemplazo en que dichos valores disminuyen.

Se proyectaron cinco hormigones de igual relación agua/cemento con diferentes porcentajes de reemplazo de agregado grueso natural (canto rodado) por agregado reciclado. Se evaluaron algunas propiedades físicas de los agregados reciclados y se estudió el comportamiento de las mezclas en estado fresco y en estado endurecido. Los agregados reciclados presentaron menor densidad, mayor absorción y mayor desgaste que el canto rodado natural.

En las mezclas en estado fresco se encontró, respecto al patrón, que los hormigones con reemplazo no modificaron el asentamiento en forma sustancial, pero el factor de compactación disminuyó a medida que aumentó el porcentaje de reciclado. En el hormigón endurecido las resistencias se vieron modificadas respecto al patrón, al igual que la capacidad y velocidad de succión capilar.