Caracterización de hormigones elaborados con agregado grueso reciclado

Sin ningún lugar a dudas la supervivencia del hombre en los próximos años estará fuertemente influenciada por el uso racional de los recursos naturales. Esta búsqueda implica, para la industria de la construcción, un claro vuelco a materiales y técnicas constructivas más “amigables” con el medio ambiente.

En este marco, la caracterización y utilización de hormigones elaborados con agregado grueso proveniente de la trituración de hormigón ha comenzado a convertirse en una alternativa viable en nuestro país [1]. Este trabajo intenta caracterizar el comportamiento resistente y de durabilidad de mezclas elaboradas con 100% de reemplazo del agregado grueso natural (AN) por agregado grueso reciclado proveniente de hormigones de diferente origen.

INTRODUCCIÓN

La utilización de agregados reciclados para la elaboración de hormigones se ha convertido en una práctica habitual en los países industrializados donde existe un fuerte compromiso por el impacto ambiental y por la preservación de los recursos naturales [2]. En el presente trabajo se evalúa la factibilidad de utilizar un agregado grueso reciclado (AR) proveniente de la trituración de hormigones como reemplazo del agregado grueso granítico de uso habitual en la Ciudad de Buenos Aires (AN). El estudio abarca, en primer lugar, una caracterización completa del material de acuerdo con la norma IRAM 1531, comparándolo con el agregado grueso granítico y analizando el cumplimiento de los límites especificados en el reglamento vigente.

En segundo lugar, fueron elaborados hormigones con diferentes contenidos unitarios de material cementiceo con 100% de reemplazo del agregado grueso granítico, donde se evaluaron tanto las características en estado fresco (asentamiento, contenido de aire, peso de la unidad de volumen, etc.) como en estado endurecido (resistencia a compresión, módulo de elasticidad estático y dinámico, succión capilar, penetración de agua, permeabilidad a los cloruros, velocidad de pulso ultrasónico, etc.). Los resultados obtenidos permiten establecer claramente las ventajas y limitaciones de un material que podrá convertirse en una alternativa viable en nuestra industria en los próximos años.

MATERIALES UTILIZADOS

Fueron caracterizados de acuerdo con la norma IRAM 1531 un agregado grueso natural (piedra partida granítica de tamaño máximo nominal 19 mm identificado como AN) de uso habitual en la ciudad de Buenos Aires. Para los hormigones con agregado grueso reciclado fueron estudiados dos agregados procedentes de la trituración de hormigones. Las características de los mismos se indican en la Tabla 1. Como puede observarse, los agregados reciclados provienen de dos fuentes claramente diferentes.

En primer término, el  agregado AR1 fue obtenido a escala de laboratorio con una trituradora de mandíbulas marca Gilson Comban Inc Modelo LC-34. Para ello fueron trituradas probetas de hormigón de resistencias variables entre H-17 y H-47, obteniéndose un agregado que posee un 72% de material retenido en el tamiz de 4,75 mm. Este material pasante por el tamiz de 4,75 mm fue descartado para este estudio por su elevada absorción de agua y por contener una gran cantidad de material pulverulento. De esta forma se obtuvo un agregado grueso reciclado fracción 6-20 mm.

En la Tabla 2 se muestran las características físicas comparadas de cada fracción. En segundo lugar, el agregado AR2 proviene de un productor de hormigón elaborado que realiza una trituración a nivel industrial de hormigón obtenido de la reparación y rotura de pavimentos de diferente origen, tipo, resistencia y edad. Este agregado es separado por el mismo productor en las fracciones indicadas en la Tabla 1. Para este estudio fue caracterizada la fracción de 6-20 mm. En la Tabla 3 se pueden observar los 3  agregados empleados (AN, AR1 y AR2), caracterizados según lo indica la norma IRAM 1531 y sus complementarias.

PROGRAMA EXPERIMENTAL

Para evaluar el comportamiento mecánico y de durabilidad fueron elaborados hormigones con tres contenidos unitarios de material cementíceo (CUMC). Dicho material está compuesto por la mezcla de un 70% de cemento Pórtland normal CPN40 y un 30% de escoria granulada de alto horno molida (EAH), incorporándose ambos componentes por separado durante el mezclado.

En la Tabla 4 se pueden observar algunas características físicas, químicas y mecánicas del cemento y de la escoria de alto horno. La EAH fue caracterizada de acuerdo con la norma IRAM 1667, determinándose la relación de óxidos (CaO+MgO+Al2O3/SiO2), el contenido de sulfuros y los índices de hidraulicidad y de vitrificación. Adicionalmente se determinó a finura Blaine de la misma. En el caso del cemento Pórtland, se presentan de forma indicativa algunos de los ensayos descriptos como requisitos en la norma IRAM 50000.

Asimismo, como agregado fino fue utilizada una mezcla de arena fina procedente del Río Paraná (MF = 1,90 y densidad SSS = 2,63) y arena gruesa procedente del Río Uruguay (MF = 3,05 y  densidad SSS = 2,63). En la Tabla 5 se detallan los principales parámetros de las mezclas estudiadas, destacándose que la variable de ajuste entre las mezclas con 300 y 350 kg/m3 de material cementíceo fue la de  modificar el contenido unitario de agua (CUA) de forma de mantener el asentamiento en el Cono de Abrams en un rango de 7,0 ± 1,5 cm. En cambio, los hormigones elaborados con 400 kg/m3 de aglomerante presentan un contenido de agua constante y la consistencia se obtuvo modificando la dosis de aditivo superfluidificante.  

RESULTADOS OBTENIDOS 

4.1.Estado Fresco

En la Tabla 6 se muestran los resultados obtenidos de las determinaciones en estado fresco de los hormigones estudiados. Como fue mencionado anteriormente, el contenido unitario de agua fue ajustado para asentamiento constante en las mezclas 300 y 350, mientras que en las mezclas 400 el ajuste fue realizado variando la dosis de aditivo SF. De los resultados en estado fresco se observa que, como era previsible, los hormigones elaborados con 100% de reemplazo del agregado grueso natural presentan, para obtener una misma trabajabilidad, contenidos de agua (o de aditivo superfluidificante) algo superiores respecto de la mezcla patrón. También se verifica un menor peso unitario y un leve aumento del contenido de aire. Sin embargo, debe destacarse que el aspecto visual de los hormigones elaborados y su terminación superficial son totalmente comparables, siendo muy difícil establecer y distinguir entre las mezclas elaboradas con agregados reciclados y la mezcla patrón con agregado natural.

4.2. Características mecánicas  

Fueron realizados ensayos de compresión (RC), tracción por flexión (MRF), módulo de elasticidad dinámico (Ed) y estático (E), velocidad de pulso ultrasónico (VPU) y esclerometría (IE). Los resultados obtenidos se pueden observar en la Tabla 7. En primer lugar, puede observarse que los niveles de resistencia a la compresión de las mezclas de 300 y 350 kg/m3 son comparables y no se aprecian diferencias sustanciales entre los hormigones con AN (REF) y AR (R1 y R2). Sin embargo, analizando los resultados de resistencia a compresión de las mezclas de 400 kg/m3 de material cementíceo se observa que el desarrollo resistente de los hormigones R1- 400 y R2-400 es sensiblemente inferior comparado con el hormigón REF- 400 elaborado con agregado natural. En lo que se refiere a resistencia a tracción (por flexión y por compresión diametral), se observa que, sobre todo a los 28 días, los hormigones  R1 y R2 presentan resultados inferiores respecto de las mezclas patrón REF. De acuerdo a la forma de la rotura observada, se evidencia el agregado reciclado fracturado, con mayor frecuencia en las mezclas más ricas en cemento. Esto está directamente influenciado por la composición misma del agregado reciclado, cuyas partículas están compuestas por trozos de agregado grueso natural que presenta adherido, en porcentajes variables, mortero del hormigón original. Asimismo, el módulo de elasticidad del agregado reciclado es, obviamente, inferior al del agregado natural granítico utilizado. El hecho de emplear un agregado grueso de menor módulo de elasticidad es determinante y se traduce en el hecho que los hormigones R1 y R2 presentan disminuciones del orden del 25 al 30% tanto en el módulo estático como dinámico, en compración con las mezclas de referencia REF.

4.3. Aspectos relacionados con la durabilidad

4.3.1 Discusión

Más allá de las propiedades mecánicas de los hormigones estudiados, es fundamental analizar los aspectos relacionados con la durabilidad del hormigón con agregado reciclado. Este análisis es más que importante si tenemos en cuenta que las mezclas R1-300, R2-300, R1-350 y R2-350 presentan, en lo que hace al nivel de resistencia a la compresión, resultados similares a la mezcla de referencia correspondiente (REF-300 y REF-350). Si a este comportamiento le sumamos el hecho que las mezclas de CUMC 300 se encuadran dentro de la  clasificación de hormigones clase H- 21 y las mezclas con CUMC 350 de hormigones clase H-30, surge el siguiente planteo: ¿El agregado reciclado puede emplearse para elaborar hormigones estructurales o su implementación se encuentra asociada únicamente a hormigones de relleno y/o de baja calidad?. Sin ningún lugar a dudas, la respuesta surgirá no sólo del comportamiento mecánico de estos hormigones sino también de su capacidad de resistir acciones externas que afecten la durabilidad de las estructuras.

4.3.2 Resultados obtenidos

En la Tabla 8 se presentan algunos parámetros evaluados que intentan definir a los hormigones con agregado reciclado desde el punto de vista de la durabilidad. Para ello se realizaron los siguiente ensayos:

• Determinación de la permeabilidad al ión cloruro por el método acelerado ASTM C-1202.
• Determinación de la capacidad (Cs) y de la velocidad (S) de succión capilar de acuerdo con la norma IRAM 1871-04.
• Determinación de la penetración de agua a presión de acuerdo con la norma IRAM 1554.
• Determinación de la absorción total del hormigón endurecido de acuerdo con la norma ASTM C-642.
• Determinación del desgaste superficial del hormigón adaptando el ensayo de desgaste Dorry empleado para baldosas aglomeradas con cemento.

El ensayo de desgaste Dorry fue adaptado del ensayo especificado en la norma IRAM 1522 para evaluar la resistencia al deterioro superficial del hormigón. Para ello se cortan prismas de 5 cm de espesor y de 10 cm de lado por 5 cm de ancho y se ensaya la muestra para un recorrido de 500 metros. El desgaste es medido como la diferencia de alturas y de peso de la probeta antes y después del recorrido sobre el abrasivo especificado. La foto 1 muestra una vista del equipo empleado mientras que en la foto 2 se muestran las probetas de hormigón utilizadas.

Respecto de la succión capilar (evaluada según norma IRAM 1871-04), se aprecia que las mezclas con agregado reciclado presentan una velocidad de succión capilar sensiblemente mayor que los hormigones de referencia correspondientes. Este comportamiento es, sin dudas, una limitante respecto a cómo funciona uno de los mecanismos de transporte de sustancias externas a la masa del hormigón reciclado. Tabla 8  

Como aclaración importante vale decir que el comportamiento mecánico de estos hormigones será variable y dependerá fuertemente del tipo y calidad del hormigón que se tritura para la obtención del agregado reciclado. Debido a ello, las conclusiones del presente estudio son válidas únicamente para el conjunto de materiales empleados, y la utilización de agregados provenientes de la trituración de hormigón deberá ser evaluada en cada caso en particular.

CONCLUSIONES  

Analizando los resultados obtenidos en el presente estudio, se concluye lo siguiente:

• El reemplazo total de agregado grueso natural por agregado grueso reciclado en diferentes tipo de hormigones es factible técnicamente.3) o una demanda de aditivo superfluidificante (mezclas CUMC 400 kg/m3) levemente superior a lo obtenido en los hormigones de referencia.
• Los niveles de resistencia a compresión de las mezclas 300 y 350 son comparables con las mezclas de referencia a todas las edades.Sin embargo, las mezclas con CUMC de 400 kg/m3 con agregado grueso reciclado presentan, especialmente para niveles de resistencia superiores a 40 MPa, una resistencia a la compresión sensiblemente inferior respecto del hormigón de referencia.
• La deformabilidad de los hormigones elaborados con agregado grueso reciclado es mayor respecto de los hormigones con agregado natural.  Esto se observa en el módulo de elasticidad con reducciones del orden del 25% al 30% tanto a 7 como a 28 días.
• Respecto de los parámetros durables evaluados en este estudio, las mezclas elaboradas con agregado grueso reciclado evidencian un hormigón más poroso, más susceptible de ser atacado y por ende menos resistente a los factores externos. Esto implica que las mezclas R1 y R2 de 300 y 350 kg/m3 de material cementíceo son más susceptibles desde el punto de vista de la durabilidad aun cuando los niveles de resistencia a compresión son comparables a los hormigones REF- 300 y REF-350 (H-21 y H-30 respectivamente).