El concreto con agregados reciclados como proyecto de sostenibilidad urbana Este artículo aborda la confección de un concreto usando agregados reciclados obtenidos de la valorización de escombros de concreto y mampostería.
Fuente: Obras y Proyectos - Revista de Ingenieria Civil - Universidad Católica de la Santísima Concepción !utores: Carlos "edoya # $uis %&ul 'l concreto con agregados reciclados como proyecto de sostenibilidad urbana Este artículo aborda la confección de un concreto usando agregados reciclados obteni obtenido dos s de la valori valorizac zación ión de escomb escombro ros s de concr concreto eto y mampos mamposter tería. ía. Se muestran aspectos como resistencia al esfuerzo de la compresión a 3, 7, 14, !, "# y $1 días% porosidad, velocidad de pulso ultrasónico y carbonatación% costo económico en comparación con un concreto convencional% y una rese&a de las política políticas s p'blicas p'blicas de (onstrucció (onstrucción n Sostenible Sostenible y aprovec)am aprovec)amiento iento de escombros formuladas en *edellín, (olombia. +a resistencia al esfuerzo de la comp compre resi sión ón y las las medi medida das s de velo veloci cida dad d de puls pulso o ultr ultras asón ónic ico o en algu alguna nas s mezclas fueron del orden del $! de la mezcla de referencia% así mismo la mezc mezcla la conf confec ecci cion onad ada a con con 1-1-- de agre agrega gado dos s reci recicl clad ados os,, most mostró ró una diferencia en cuanto a la profundidad de carbonatación de tan solo -.7 mm con respecto a la mezcla de referencia para una edad simulada de 7 a&os. +os resultados obtenidos con sustituciones de agregados naturales por agregados reciclados gruesos y nos en porcenta/es del " , "- y 1-- , y el avance en los lineamientos político0administrativos de la municipalidad en los once
a&os recientes, permiten deducir la posibilidad de confeccionar concretos estructurales y no estructurales para uso masivo en la construcción.
( Introducción ara la elaboración de un material tan usado como el concreto se re2uieren materias primas no renovables, las cuales a su vez generan un impacto ambiental negativo al ser obtenidas principalmente mediante minería a cielo abierto. En tal sentido, la comunidad de la ciudad de *edellín se ve afectada por la eplotación de canteras para la obtención de agregados, teniendo como consecuencia una degradación ambiental de la corteza terrestre urbana, material particulado en la atmósfera y, derivado de los procesos de demolición y edicación, disposición de esiduos de (onstrucción y 5emolición 6(5 en lotes 2ue pierden su potencial como paisa/e o 8reas urbanizables. (on una generación de este tipo de residuos de ! --- t9día 6:*;:% -1-, y una actividad etractiva 2ue degrada el ecosistema urbano, esta colectividad 2ue supera los .4--.--- )abitantes 65:
el ba/o costo de los agregados naturales para concreto como tambi?n de la disposición controlada de (5. : estos dos aspectos citados se suma el desconocimiento de determinadas características 2ue son atinentes al desempe&o físico0 mec8nico del concreto, tales como su resistencia al esfuerzo de la compresión a edades mayores a ! días y su durabilidad ante agentes atmosf?ricos del lugar. Este vacío cientíco se presenta como una dicultad en el momento de emprender proyectos de construcción con estructuras de concreto reciclado, ya 2ue garantizar el comportamiento futuro de una edicación u obra civil )ace parte de los compromisos contractuales del constructor. 5eterminar las resistencias al esfuerzo de la compresión a edades de 3, 7, 14, !, "# y $1 días del (:, así como su comportamiento ante agentes atmosf?ricos por medio de ensayos de porosidad, absorción y carbonatación, para predecir su durabilidad, se constituyen en un aporte a la comunidad cientíca colombiana 0pues se contaría con el conocimiento necesario para introducir o no un nuevo material ecológico en la actividad constructora0, y en una de las bases para 2ue por medio de los eco0materiales, se /usti2ue la implementación de una política p'blica de construcción sostenible a escala urbana. ) *ateriales y m?todo : continuación se describe el m?todo empleado desde la caracterización de las materias primas, )asta los ensayos y discusión de los resultados obtenidos. .1 Selección de materias primas> para los agregados naturales se escogieron a2uellos provenientes de cantera con trazabilidad de óptimo desempe&o en mezclas de concreto. En los escombros seleccionados y triturados se mantuvo una proporción de "- de concreto
demolido y "- de mampostería de ladrillo cer8mico con mortero de pega, esto, para el caso del agregado no reciclado. ara el caso del agregado grueso reciclado solo se traba/ó con residuos de concreto. Estos agregados fueron caracterizados mediante t?cnicas físicas> módulo de nura, porcenta/e de absorción y densidad aparente seca. . Ensayos de resistencia y durabilidad> se confeccionaron muestras cilíndricas de 1- cm de di8metro y - cm de altura, 2ue luego fueron sumergidas en un tan2ue de curado con agua saturada de cal, a una temperatura de 3 @ 3 A(. +as muestras se llevaron a la prensa )idr8ulica para determinar su resistencia al esfuerzo de la compresión a edades de 3, 7, 14, !, "# y $1 días. Bambi?n se analizaron muestras de concreto endurecido para determinar su comportamiento en cuanto a absorción, densidad CulD, porosidad y carbonatación. ara estos an8lisis se emplearon )ornos, e2uipo para velocidad de pulso ultrasónico y c8mara saturada con ( al "- y )umedad relativa entre el "- y el #- , 2ue es el rango m8s crítico para la carbonatación del concreto endurecido 6*oreno E. et al., --4. .3 para este punto se identicaron y analizaron los distintos acuerdos y decretos, eistentes y en curso, 2ue en *edellín y en su 8rea metropolitana abordan los asuntos de gestión y aprovec)amiento de (5 y la implementación de la construcción sostenible desde la perspectiva de las políticas p'blicas.
+ Resultados +( Obtención de los agregados Se procedió a )omologar los agregados reciclados, gruesos y nos, a la distribución arro/ada por los agregados naturales de referencia. Fna vez distribuidos los pesos por cada tamiz, se procedió a la selección de cantidades para obtener los distintos tipos de agregados para sustitución> a :gregado grueso natural% b :gregado no natural% c :gregado grueso "0% 7" natural0" reciclado% d :gregado no "0% 7" natural0" reciclado% e :gregado grueso "-0% " natural0" reciclado% f :gregado no "-0% " natural0" reciclado% g :gregado grueso 1--0% 1- reciclado% ) :gregado no 1--0% 1-- reciclado. En cuanto a los módulos de nura se evidencia 2ue los agregados gruesos y nos, tanto 1-- naturales 6a y b como 1-- reciclados 6g y ), presentan igual valor, debido a 2ue como se eplicó anteriormente, se )omologaron sus pesos por cada tamiz% sin embargo, en los agregados gruesos y nos "0 6c y d y "-0 6e y f se presentó un cambio, debido a 2ue una vez mezclados los agregados naturales y reciclados se procedió a realizar los ensayos granulom?tricos. En la Babla se comparan estas características en cuanto a los agregados gruesos% en la Babla 3 se comparan los agregados nos.
Es2uema corte y supercie de falla
veleta
de
+) Con,ección de las me&clas% ensayos de resistencia al esfuerzo de la compresión% y ensayos de durabilidad 3..1 (onfección de las mezclas +as mezclas fueron confeccionadas en el laboratorio de (onstrucción de la Fniversidad a -0> 1- de agregados naturales% b "0> 7" de agregado grueso natural y " de agregado grueso reciclado, y, 7" de agregado no natural y " de agregado no reciclado% c "-0> "- de agregado grueso natural y "- de agregado grueso reciclado, y, "- de agregado no natural y "- de agregado no reciclado% d 1--0> 1- de agregados reciclados. Se buscó un asentamiento del orden de los " cm a los 7." cm, empleando una relación :9( de -."- en las tres mezclas. En cuanto a la dosicación de las mezclas lo m8s relevante fue la diferencia presentada en el consumo de cemento y de agua, tomando la mezcla -0 como referencia, tal como se muestra en la Babla #. 3.. Ensayos de resistencia al esfuerzo de la compresión Se confeccionaron 3muestras de concreto por cada una de las mezclas, para un total de 1-, utilizando probetas cilíndricas de 1- cm de di8metro y - cm de altura. Se tomaron tres probetas por mezcla para cada edad de fallado 6
El promedio de los seis resultados de la mezcla "0 es del $!.-3 en comparación con la mezcla de referencia -0% el de la mezcla "-0 es del $".43 % y el de la mezcla 1--0 es del !#.7- . (abe anotar 2ue en las tres mezclas de concreto reciclado 0" , "- y 1-- de sustitución0 se reemplazó tanto el agregado grueso como el agregado no. *e)ta y *onteiro recomiendan reemplazar )asta el - del agregado grueso, encontrando 2ue cuando se sustituye m8s de este porcenta/e, la resistencia al esfuerzo de la compresión disminuye )asta en un - , aun2ue investigaciones posteriores )an demostrado 2ue el desempe&o en cuanto al esfuerzo de la compresión est8 entre un #4 y 1-- de una mezcla de control 6*e)ta y *onteiro, --#. El :merican (oncrete Gnstitute 6:(G, 2ue desde 1!$" creó el comit? """ H(oncrete Iit) ecycled *aterialsH, )a publicado numerosas investigaciones sobre el comportamiento y factibilidad de los agregados reciclados en el concreto, con resultados 2ue permiten inferir la posibilidad de sustituir agregados naturales por a2uellos obtenidos del recicla/e de estructuras demolidas de concreto 6:(G """0-4, --4. Se reportan resistencias al esfuerzo de la compresión de mezclas con sustituciones del - de agregados nos del orden del $! de las mezclas confeccionadas con agregados naturales 6Evangelista +. and de Crito J, --7. +a Gnternacional Fnion of +aboratories and Eperts in (onstruction *aterials, Sistems and Structures 6G+E*, es tal vez la entidad 2ue, con/untamente con el :(G, m8s )a traba/ado por consolidar un acervo de artículos y ponencias encaminados a )acer de la
producción y aplicación del concreto reciclado una pr8ctica con cada vez menos incertidumbre y m8s factibilidad a escala industrial. Entre sus comit?s se )alla el HG+E* Bec)nical (ommittee 1105=, Specications for concrete Iit) recycled aggregatesH, dedicado eclusivamente al estudio y socialización de avances en este aspecto. Se destacan los informes 2ue en distintas d?cadas esta entidad )a realizado 6Kansen B. (., --4, reportando el comportamiento de mezclas recicladas en cuanto a resistencia al esfuerzo de la compresión, durabilidad por medio de absorción, porosidad abierta, carbonatación y ;F. Fno de los traba/os m8s recientes sobre concreto reciclado de uso estructural, publicado por el :(G Journal Structural, reporta un óptimo comportamiento de una estructura de seis pisos de altura en cuanto a sismos, encontrando 2ue el desempe&o ante derivas y la disipación de la energía del sismo fueron comparables con el de una estructura en concreto con agregados naturales. Gncluso en el nivel m8imo, categoría terremoto, la estructura reciclada no colapsó 6Liao B., 5ing B. and )am B., -1". :sí mismo en el :(G *aterials Journal se reporta un traba/o en el cual se confeccionaron vigas para ser analizadas en cuanto a sus propiedades mec8nicas y resistencia al corte, )aciendo reemplazos de agregados naturales por agregados reciclados de concreto en porcenta/es del "- y 1-- , aplicando a su vez los códigos estadounidenses e internacionales para el cizallamiento de vigas, encontrando 2ue en el caso de los elementos con 1-- de reemplazo su desempe&o disminuyó en un 11 , pero las vigas con "- de agregados reciclados tuvieron un comportamiento similar a las muestras de control 6:rezoumandi *., -1". 3..3 Ensayos de durabilidad Estos fueron> m?todo de ensayo est8ndar para densidad, absorción y vacíos en el concreto seg'n :SB* (#40-# 6Babla $% carbonatación 6Babla 1-% y velocidad de puso ultrasónico 6Babla 11. +os resultados se muestran a continuación. ara los ensayos de carbonatación y velocidad de pulso ultrasónico no se analizó la mezcla "0.
esultado tipo en suelo inalterado
tor2ue08ngulo
de
veleta
de
corte
Porosidad Bal como se observa la mezcla "0 mantiene un comportamiento casi igual a la mezcla de referencia. +as dem8s muestras recicladas tambi?n presentan un comportamiento muy positivo, como es el caso de la mezcla "-0 2ue, por e/emplo, en cuanto a la densidad CulD seca fue del $"."4 % la mezcla 1--0 en este mismo aspecto llegó a un !$.73 . En cuanto a los valores de absorción y porosidad del concreto endurecido, todas las mezclas presentaron un comportamiento 2ue se inscribe en los par8metros establecidos por distintos investigadores, como 5. M.
Carbonatacion Se partieron las probetas cilíndricas en secciones de " cm de altura, y por cada sección se )icieron entre oc)o y diez mediciones radiales del frente de carbonatación. (omo indicador de pK se empleó una solución de fenolftaleína al 1 en alco)ol etílico Si bien las mezclas recicladas muestran una mayor profundidad de la carbonatación, ?stas se mantienen en un rango óptimo de desempe&o, pues en el caso de la mezcla "-0 2ue presenta el mayor valor 61.4 mm a un periodo de eposición e2uivalente a 7.4 a&os, se debe tener en cuenta 2ue, de )acer parte de una estructura ubicada en (olombia, la
norma nacional de sismo resistencia
;F. : continuación se muestran los resultados de las mezclas -0, "-0 y 1--0 . Seg'n *al)otra, un concreto 2ue presenta una ;F 2ue est? entre 3 ##m9s y 4 "7" m9s se considera bueno% por deba/o de este rango se considera regular y por encima de ?ste se considera ecelente 6ardo O. y ?rez E., -1-. ara las mezclas de uso normal 2ue est8n entre 1 *a y 3" *a, se considera como óptimo un desempe&o 2ue se ubi2ue en el rango de 3 ##- m9s y 4 "7" m9s.
++ Costos del concreto reciclado y del concreto natural o convencional Se tuvo en cuenta una producción a escala industrial estandarizada de agregados reciclados )ec)a por una planta recicladora ubicada en la ciudad de *edellín, lo 2ue permitió tener un elemento de comparación a la misma escala de la producción de los agregados naturales en la misma zona. Se costeó un metro c'bico para cada porcenta/e de sustitución de agregados, teniendo en cuenta 2ue el agregado reciclado presenta el #" del costo del agregado natural. + .ormatividad y conte/to político-administrativo en el período --40 -1" : continuación se presenta una tabla donde se describen los acuerdos y políticas p'blicas 2ue en este periodo se )an dado en la región ob/eto de estudio
Conclusiones En este traba/o se conrma 2ue los agregados obtenidos del recicla/e de escombros, aun2ue presentan diferencias en algunas de sus características, pueden ser susceptibles de emplearse como materias primas en un nuevo material para la construcción como el concreto, pues no todas las mezclas se re2uieren para uso estructural. Sin embargo, es factible confeccionar concretos de uso estructural si se observa 2ue la mezcla con sustituciones del " se mantiene pr8cticamente igual en su desempe&o 0resistencia, porosidad y costos0 con respecto a la mezcla de referencia, especialmente si se tiene en cuenta 2ue en todas las mezclas recicladas se sustituyeron los agregados gruesos y nos. En otros países se )an construido importantes estructuras sustituyendo el - del agregado grueso por 8rido reciclado, como es el caso del puente sobre el río Buria, en ;alencia, Espa&a 6:lae/os ., 5omingo :., --". Bambi?n en Suiza, :ndreas +eemann y (at)leen KoNmann 6-1 vienen traba/ando desde -1- en la investigación de concreto reciclado estructural con resultados alentadores. En la mezcla "-0 se presentó un desempe&o superior al $" en cuanto a la resistencia al esfuerzo de la compresión, comparada con la mezcla de referencia% la porosidad y la absorción de la mezcla "-0 tambi?n presentaron resultados positivos y, en cuanto a la profundidad de carbonatación y velocidad de pulso ultrasónico, su comportamiento se ubicó en los rangos óptimos de cara a la posibilidad de emplear este tipo de mezclas en estructuras convencionales cuyos concretos ei/an resistencias al esfuerzo de la compresión de 1 *a a 3" *a. : nivel internacional se identican traba/os 2ue sustituyen solo el agregado grueso o
el no natural por reciclados, como tambi?n otros 2ue sustituyen ambos
agregados, concluyendo en general 2ue la densidad de ?stos disminuye entre un " y 1- y 2ue la absorción aumenta dram8ticamente, siendo consecuentes estos resultados con los obtenidos en el presente traba/o y con los de otros autores en distintas regiones del mundo como Egipto 6Pagi) :., El0
Marmoty K., Ebid *. y Dba S., -13, Espa&a 6livarez *., +aNarga J., =al8n (. y 99III.readcube.com9articles91-.4-#7OS-71!0"-73-1"-------
