Reciclado de hormigón sin preselección en origen

Dentro de los residuos de construcción y demolición las roturas de hormigón procedentes de demoliciones se destacan por el volumen que ocupan al ser llevadas a disposición final, favoreciendo el temprano agotamiento de las celdas de los rellenos sanitarios. Ante ello, su reciclado ha pasado a tener importancia prioritaria en las políticas de preservación medioambiental de muchas ciudades.

El presente estudio atiende las necesidades planteadas en la ciudad de Rafaela (Santa Fe). El objetivo del trabajo es dar a conocer los resultados de ensayos de laboratorio practicados sobre hormigones conformados por la combinación de agregados naturales con reciclados provenientes de la trituración de residuos de hormigones destinados al relleno sanitario municipal, de procedencia y calidades diversas y no preseleccionadas. Se elaboraron hormigones conteniendo 25%, 50% y 75% de áridos reciclados más un patrón de comparación con resultados que evidencian la factibilidad de su aprovechamiento con fi nes estructurales.

Introducción

El reciclado y reutilización de los residuos de construcción y demolición (RCD) se funda tanto en razones de valorización comercial como medioambientales. Los grandes cambios en el funcionamiento de la economía global provocan de forma cíclica la obsolescencia de edificaciones industriales, comerciales, obras de infraestructura urbana, vial [foto 1], etc., dando lugar a una intensa actividad de demolición.

Este fenómeno, sin embargo, no es nuevo. Ya en tiempos de posguerra los países europeos se encontraron con una gigantesca acumulación de escombros. El reaprovechamiento de los mismos para ser utilizados como materiales de construcción obtuvo muy buenos resultados, iniciándose por entonces en los Estados Unidos las primeras investigaciones en reciclado de hormigones [1].

El presente estudio se centra en la ciudad de Rafaela, próxima a los 100.000 habitantes, en la cual el volumen de RCD generado en la obra pública y privada ha pasado a ser una preocupación muy importante para las autoridades locales, entre otras razones por contribuir considerablemente al temprano agotamiento de la capacidad del relleno sanitario (RS) municipal[2] [3].

De tales residuos, los escombros de hormigón ocupan el espacio más significativo debido al tamaño de las roturas y la gran cantidad de vacíos desperdiciados entre las fracciones. El objetivo del presente trabajo es dar a conocer los resultados de las investigaciones realizadas en la UTN F. R. Rafaela sobre hormigones de uso estructural empleando para su confección granza proveniente de residuos de hormigón destinados al relleno sanitario.

Para el estudio se recogieron escombros de diversa procedencia sin seleccionar su origen, identificándose partes de pavimentos rígidos, roturas de rampas de accesos vehiculares y probetas ya ensayadas en laboratorio. [fotos 2, 3 y 4].

Metodología

Materiales

El hormigón recogido se fraccionó con una trituradora a mandíbulas equipada con un motor diesel de 9HP con capacidad de producción de 4 m³/hora [foto 5]. De dicho proceso se obtuvieron tres tamaños de agregados designados en función de sus T.M. (tamaños máximos) AR 37,5, AR 25,4 y AR 9,5. Esta última fracción se descartó para su empleo en hormigón estructural debido al elevado porcentaje de mortero adherido.

Normalmente se recomienda no utilizar la fracción menor a 4,75 mm en razón de su significativo contenido de mortero, que incide negativamente en algunas propiedades del hormigón, tales como la resistencia, el módulo de elasticidad, problemas asociados a la durabilidad, etc. [4] [5] [6] [7].

Como agregados naturales se emplearon arena silícea mediana del río Paraná (Santa Fe) y dos tamaños de piedra partida de origen granítico provenientes de Córdoba. En la tabla 1 se resumen las características más salientes junto a las de los agregados reciclados.

En estos últimos, dada su mayor porosidad en relación a la piedra natural, se halló la evolución de la absorción en el tiempo, factor que ha sido de utilidad para regular la consistencia al elaborarse los pastones de ensayo. Particularmente, el control de absorción a los 10 minutos parece ser un buen criterio para la selección o descarte del árido reciclado si los valores están en el orden del 5,3%, conforme se sugiere en ref.[6].

Tanto los agregados naturales como los reciclados utilizados fueron sometidos al ensayo de desgaste Los Angeles (IRAM 1532), registrándose para la piedra partida una abrasión del 16.90% y para el árido reciclado del 41,94%. El coeficiente hallado para el reciclado se enmarca dentro del rango mencionado por otros investigadores [4] [6]. Ambos tipos de agregados se encuentran debajo del límite del 50%, máximo prescripto en el Reglamento CIRSOC 201:2005, en vías de aprobación, el cual establece no superar el 30% de estar sometidos a una acción abrasiva severa (transporte vehicular intenso, rodamientos del material a granel, etc.).

La Instrucción española EHE 2007 establece el 40% como límite máximo para su uso en hormigones estructurales. Para la elaboración de los hormigones se utilizó cemento Pórtland CPN 40 y agua de red. No fueron empleados aditivos de ninguna índole.

El mortero adherido a los fragmentos se cuantificó a partir de la inmersión de muestras en ácido clorhídrico concentrado [tabla 2]. Si bien sus valores son aproximados, brindan información sobre la magnitud de su presencia en cada tipo de fracción granulométrica [fotos 6 y 7].

Desarrollo experimental

Se elaboraron tres hormigones con agregados reciclados sobre la base de un hormigón de referencia o patrón confeccionado con áridos naturales. Este último se diseñó bajo las siguientes premisas: resistencia característica, 25 MPa; desvío estándar, 4 MPa; contenido de cemento. 350 Kg/m³; relación agua/cemento (r.a.c.), 0,50; asentamiento (cono de Abrams) dentro de la escala de consistencia media (5 a 10 cm) propia de los hormigones plásticos.

Se decidió emplear la vía de mezclado en seco de los componentes con posterior incorporación del agua de amasado en lugar de la presaturación de los agregados con 24 horas de antelación; técnica utilizada por otros investigadores.

La línea de trabajo se sujetó a las siguientes pautas: a) mantener fijo el contenido de cemento conservando la r.a.c.; b) procurar obtener asentamientos dentro del rango plástico sin empleo de aditivos. Esto se alcanzó mediante combinaciones adecuadas de los agregados gruesos naturales con los dos tamaños mayores de los reciclados y con el control del tiempo de reposo de los pastones dentro de la hormigonera. En la tabla 3 se indica la composición en peso seco de los hormigones que se elaboraron.

La mejor aproximación a la curva de Füller, en procura de una adecuada trabajabilidad, condujo a descartar el empleo de AN 37,5 en los hormigones HR50 y HR75. En dicha tabla se vuelcan los módulos de finura obtenidos para la mezcla de agregados. Por cada hormigón se confeccionaron 15 probetas cilíndricas (15 x 30 cm) en tres pastones de igual composición (de cinco probetas cada uno) a fin de medir el desvío producto de la elaboración separada. En grupos de tres probetas se las ensayaron a compresión simple por tipo de hormigón y a las edades de 7, 28 y 60 días. También se ensayaron a tracción por compresión diametral tres probetas por tipo de hormigón a los 28 días.

Las restantes fueron ensayadas para determinar el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson. Asimismo, se moldearon cuatro probetas prismáticas (7 x 7 x 20 cm), una por cada tipo de hormigón, para su corte y observación mediante lupa estéreo binocular.

Resultados

En coincidencia con lo hallado en estudios afines [1], [4] las densidades de los agregados gruesos reciclados son menores a las de los naturales y disminuyen cuanto más pequeña se hace la fracción. En cambio, la absorción a 24 horas es marcadamente mayor en los reciclados y se incrementa con la disminución del tamaño debido al mayor volumen de mortero componente de los granos.

El elevado porcentaje encontrado en AR 9,5 ha sido una razón determinante para descartar su empleo en los experimentos sobre hormigones estructurales. En la figura 1 se grafican los resultados de los ensayos a compresión para los diferentes hormigones estructurales y a las distintas edades [foto 8]. En la tabla 4 se indican los desvíos estándar y los asentamientos medios para cada uno de ellos. En el hormigón HR 25 el asentamiento se incrementó notoriamente respecto del patrón (9 cm contra 5 cm) [foto 9].

No obstante, continuó dentro del rango plástico pretendido. En los restantes HR 50 y HR 75 los asentamientos se incrementaron aún más, saliendo del rango esperado, probablemente porque los tiempos normados no daban lugar a la saturación de la fracción reciclada. Esta circunstancia llevó a que se ampliara en cinco minutos más el tiempo establecido para reposo (hormigonera detenida), con lo cual se alcanzaron valores dentro de la consistencia pretendida, como se observa en la referida tabla. Las resistencias tempranas a la compresión de los hormigones estructurales son menores en los reciclados que en el hormigón patrón.

A los siete días los primeros alcanzan valores que van del 63 al 69% de sus resistencias a 28 días, en tanto que el de referencia llega al 83 por ciento.

A los 28 días las resistencias de los hormigones reciclados no difieren sustancialmente de la del patrón, estando en un rango que va del 92 al 100% de la del mismo. A los 60 días, los que tienen componentes reciclados alcanzan valores muy parecidos entre sí, estabilizándose en el 90% del de referencia. En todos los casos se obtuvieron niveles de resistencia comparables al del hormigón convencional, coincidiendo con los resultados hallados por otros investigadores en experiencias similares [5], [8].

La corrección de las tensiones medias a 28 días de todos los hormigones respecto del desvío estándar obtenido en laboratorio conduce a resistencias características que superan los 25 MPa planteados como premisa de diseño para el hormigón de referencia.

Las tensiones medias de tracción a 28 días obtenidas para todos los hormigones mediante el ensayo de tracción por compresión diametral se enmarcan entre el 9 y el 10% de las resistencias medias de compresión. Los que cuentan con componentes reciclados presentan un comportamiento similar al del hormigón con agregados naturales [tabla 5] [foto 10]. En la foto 10 se puede observar la imagen tomada de un corte practicado sobre la probeta de 7 x 7 x 20 (cm) elaborada a partir del hormigón HR 75.

Claramente se ve en ella la presencia del agregado reciclado en coloración más tenue. En la foto 11 se presenta un detalle, tomado con lupa de la interfase agregado reciclado-mortero, en el sector indicado en la imagen anterior, pudiéndose apreciar la adherencia entre ellos. Es conocido el hecho de que la mayor absorción y deformabilidad de los agregados reciclados respecto de los naturales conducen a una mayor adherencia y compatibilidad elástica entre la matriz y las inclusiones, pudiendo modificar el mecanismo de fisuración y rotura [5].

Los módulos de elasticidad y coeficientes de Poisson obtenidos a 28 días se indican en las tablas 6 y 7. Como se aprecia en la primera de ellas, con el incremento de agregados reciclados en la composición del hormigón desciende el módulo elástico Ello guarda relación directa con el aumento de la cantidad de mortero adherido. Como contrapartida, el coeficiente de Poisson crece. En ambos casos, el comportamiento coincide con la bibliografía [foto 12].

Conclusiones

Los estudios realizados ratifican experiencias similares de otros investigadores, comprobándose que es posible aprovechar para uso estructural (edificios, pavimentos, etc.) los hormigones recuperados de demoliciones o descartes. El empleo de ácido clorhídrico concentrado ha demostrado ser una alternativa sencilla, efectiva y económica para la determinación aproximada del porcentaje de mortero adherido a los agregados reciclados de origen granítico.

La determinación de la absorción temprana (5 y 10 minutos) en los áridos reciclados aporta información importante para regular la consistencia de los hormigones de recurrirse a la técnica de premezclado en seco de los componentes.

En este trabajo no se han contemplado aspectos vinculados a la durabilidad, tales como contenido de sustancias nocivas en áridos, permeabilidad al ión cloruro, penetración del agua a presión o absorción del hormigón endurecido, por lo que al decidir su empleo con fines estructurales se recomienda profundizar los estudios con ensayos y análisis complementarios que los incluyan según sus aplicaciones.

Los resultados obtenidos instalan en la sociedad local las posibilidades de reutilización de un residuo noble cuyo destino actual es el relleno sanitario o cavas de la ciudad de Rafaela con las consiguientes ventajas medioambientales y socioeconómicas que de ello derivan.

Agradecimientos

Los autores agradecen al CECOVI (U.T.N. F. R. Santa Fe) por haber facilitado el equipamiento de su laboratorio para la realización del ensayo de desgaste, y al INTI Rafaela por la colaboración prestada en la toma de imágenes con lupa.

REFERENCIAS

[1] Pietro García, F., Alonso Lavernia, J., “Reciclaje de escombros de la construcción: una alernativa ecológica para México”, AIDIS Argentina, Rev.Ingeniería Sanitaria y Ambiental N°93, (2005), pp. 94-101.

[2] Panigatti, M.C., Begliardo, H., Griffa, C., et al., “Relevamiento de Residuos de Construcción y Demolición en la Ciudad de Rafaela y Departamento Castellanos- Santa Fe”, 4° Encuentro PROCQMA, San Rafael (Mza), Edic. LEMaC, (2006), CD- ISBN 13: 978-42-056-7.

[3] Begliardo, H., Sanchez, M., Casenave, S., et al., “Trayectoria Origen-Destino de los RCD en la ciudad de Rafaela”, U.T.N. F.R.Rafaela, 5° Encuentro PROCQMA, San Nicolás, Edic. LEMaC (2008) CD-ISBN 978-950-42-0101-4.

[4] Alaejos Gutierrez, P., Sanchez de Juan, M., et al., “Monografía M-11 de la Asociación Científico Técnica del Hormigón Estructural”, GT/25, Madrid, (2005).

[5] Giaccio, G., Zerbino, R., “Mecanismo de rotura en compresión en hormigón reciclado”, A.A.T.H., Rev.Hormigón N° 41, (2005) pp. 25-38.

[6] Sánchez de Juan, M. “Estudios sobre la utilización de árido reciclado para la fabricación de hormigón estructural”, Tesis doctoral, E.T.S.I.C.C.y P., Univ. Politécnica de Madrid, 2004.

[7] Hernández, C., Fornasier, G., “Caracterización de hormigones elaborados con agregado grueso reciclado”, A.A.H.E., Rev. Hormigonar N° 7 (2005) pp. 6-14.|

[8] Zega, C., Taus, V, Di Maio, A., “Comportamiento físico-mecánico de hormigones reciclados elaborados con canto rodado”. IMME, vol.44, no.3,(2006) pp.17-26.