dosificación óptima de una mezcla de concreto con

5

DOSIFICACIÓN ÓPTIMA DE UNA MEZCLA DE CONCRETO CON MATERIALES RECICLADOS PROCEDENTES DE RESIDUOS DE

CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN (RCD) DE LA CIUDAD DE CAL I PARA USO EN OBRAS VIALES DE BAJO TRÁNSITO

CAROLINA MENA SANCLEMENTE

YURANY VALDÉS CASTRO

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL SANTIAGO DE CALI

2014

6

DOSIFICACIÓN ÓPTIMA DE UNA MEZCLA DE CONCRETO CON MATERIALES RECICLADOS PROCEDENTES DE RESIDUOS DE

CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN (RCD) DE LA CIUDAD DE CAL I PARA USO EN OBRAS VIALES DE BAJO TRÁNSITO

CAROLINA MENA SANCLEMENTE

YURANY VALDÉS CASTRO

Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar el título de Ingeniero Civil.

Directora: Vivian Andrea Ulloa M.

Codirector:

José Javier Martínez

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL

SANTIAGO DE CALI 2014

7

DEDICATORIA

A Dios porque gracias a él hoy somos lo que somos. A nuestros padres quienes han sido un gran apoyo en este camino, gracias por tanto esfuerzo y dedicación en nuestras vidas. A nuestros hermanos y familia porque siempre nos han acompañado y nos han enseñado a ser fuertes y perseverar. A nuestros amigos y compañeros gracias por estar en cada momento que los necesitamos por ser un gran apoyo en nuestras vidas. A la Universidad Javeriana porque gracias a su excelente formación hoy lograremos nuestro título como profesionales. Este es un gran triunfo, un gran paso, que sin la ayuda de cada uno de ellos jamás lo hubiésemos logrado.

Carolina y Yurany.

8

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Vivian Andrea Ulloa M., directora del trabajo de grado, por el apoyo y conocimiento

brindado durante la realización de esta investigación.

ErloTravi, por su apoyo en las pruebas realizadas en el laboratorio de Ingeniería

Civil.

A las empresas Ingeniería y Minería de Occidente S.A. (INGEOCC), Argos S.A. y

Progea del Valle S.A., por su patrocinio con los materiales, estos fueron la

herramienta fundamental para el desarrollo de esta investigación.

A todas aquellas personas que de una u otra manera aportaron un granito de

arena para que esta investigación se realizara, mil gracias a todos ustedes.

9

CONTENIDO

ABSTRACT ..................................................................................................................... 16

RESUMEN ....................................................................................................................... 17

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 18

1. OBJETIVOS ............................................................................................................. 20

1.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 20

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 20

2. ANTECEDENTES..................................................................................................... 21

2.1 ANTECEDENTES DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN… .............................................................................................................. 21

2.1.1 Historia de los RCD .................................................................................... 21

2.1.2 Composición de los RCD ............................................................................ 24

2.1.3 Procesos delos Residuos de Construcción y Demolición ............................ 25

2.1.4 Ventajas de Reciclar RCD .......................................................................... 26

2.1.5 Desventajas de los RCD ............................................................................. 26

2.2 RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN EN CALI ........................... 26

2.3 CANTIDAD DE ESCOMBROS PRODUCIDOS EN CALI ................................... 28

2.4 SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CARRETERAS TERCIARIAS EN COLOMBIA .. 29

2.5 MARCO NORMATIVO PARA EL MANEJO DE LOS RCD EN COLOMBIA ....... 30

2.5.1 Decreto 357 de 1997 .................................................................................. 30

2.5.2 Decreto 1713 de 2002 ................................................................................ 30

2.5.3 Planes de Gestión Integral de Residuos Sólidos en la ciudad de Cali (PGIRS). ................................................................................................................... 30

2.5.4 Decreto Nº 0291 de 2005 ........................................................................... 31

2.5.5 Ley 1259 de Diciembre 19 de 2008 ............................................................ 31

2.5.7 Proyecto de acuerdo 267 de 2010 .............................................................. 31

2.5.8 Resolución 2397 de 2011 ........................................................................... 32

3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 33

3.1 CONCRETO CONVENCIONAL ......................................................................... 33

3.1.1 Cemento Portland ....................................................................................... 33

3.1.2 Agregados Naturales .................................................................................. 34

10

3.1.3 Agregados Reciclados ................................................................................ 36

3.1.4 Aditivos ....................................................................................................... 37

3.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ........................................................... 38

3.2.1 Granulometría ............................................................................................ 38

3.2.2 Gravedad Específica y Absorción ............................................................... 39

3.2.3 Densidad de Bulk (Peso Unitario) ............................................................... 39

3.2.4 Índice de Aplanamiento y Alargamiento ...................................................... 39

3.2.5 Resistencia al Desgaste ............................................................................. 40

3.2.6 Módulo de finura ......................................................................................... 40

3.3 MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLA ............................................................... 41

3.3.1 Método de Fuller ......................................................................................... 41

3.3.2 Método de Bolomey .................................................................................... 42

3.4 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO .............................................. 43

3.4.1 Resistencia a la Compresión ...................................................................... 43

3.4.2 Resistencia a la Flexión .............................................................................. 44

3.4.3 Módulo de Elasticidad................................................................................. 45

3.5 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CONCRETO ..................................................... 45

3.5.1 Consistencia o fluidez ................................................................................. 45

3.5.2 Segregación ............................................................................................... 46

3.5.3 Exudación ................................................................................................... 46

3.5.4 Estabilidad .................................................................................................. 46

4. CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS .......................................................... 47

4.1 AGREGADO FINO ............................................................................................ 47

4.2 AGREGADO GRUESO ..................................................................................... 49

4.3 AGREGADO GRUESO RECICLADO ................................................................ 52

4.3.1 Toma de Muestra del Agregado Reciclado en la Ciudad de Cali ................ 52

4.3.2 Sitios de Disposicion Final PROGEA .......................................................... 53

4.3.3 Proceso de obtención del nuevo agregado reciclado .................................. 53

4.4 ADITIVO SIKAPLAST RM-100 .......................................................................... 59

5. DISEÑO DEL CONCRETO ....................................................................................... 60

5.1 DISEÑO DEL CONCRETO CONVENCIONAL MÉTODO BOLOMEY .............. 61

11

5.2 DISEÑO DEL CONCRETO CON 25%, 50% y 100% DE AGREGADOS PROVENIENTES DE RCD .............................................................................................. 64

6. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO ANÁLISIS DE DATOS Y RESULTADOS ................................................................................................................ 68

6.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON AGREGADO 100% NATURAL ....... 69

6.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON 25% DE AGREGADO RECICLADO 71

6.3 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON 50% DE AGREGADO RECICLADO 74

6.4 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON 100% DE AGREGADO RECICLADO… ................................................................................................................ 76

6.5 VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN ....................................... 78

6.6 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN CON AGREGADO 100% NATURAL ................ 79

6.7 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN CON 25% DE AGREGADO RECICLADO ........ 82

6.8 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN CON 50% DE AGREGADO RECICLADO ........ 83

6.9 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN 100% DE AGREGADO RECICLADO ............... 85

6.10 VARIACION MÓDULO DE ROTURA ................................................................ 86

6.11 MÓDULO DE ELASTICIDAD ............................................................................. 87

6.11.1 Módulo de Elasticidad con Agregado 100% Natural ................................... 87

6.11.2 Módulo de Elasticidad con 25% Agregado Reciclado ................................. 89

6.11.3 Módulo de Elasticidad con 50% Agregado Reciclado ................................. 91

6.11.4 Módulo de Elasticidad con 100% Agregado Reciclado ............................... 92

6.12 VARIACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD ................................................ 94

6.13 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CONCRETO ..................................................... 95

6.13.1 Consistencia o Fluidez ................................................................................ 95

6.13.2 Segregación ............................................................................................... 95

6.13.3 Exudación ................................................................................................... 96

6.13.4 Estabilidad .................................................................................................. 96

7. ESTUDIO DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DEL CONCRETO RÍGIDO NATURAL Y RECICLADO .................................................................................................................... 97

7.1 APLICACIONES DEL CONCRETO RECICLADO .................................................... 100

8. CONCLUSIONES ................................................................................................... 102

9. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 105

10. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 106

12

LISTA DE TABLAS

Pg.

Tabla 1 . Gestión de residuos de construcción y demolición en Europa ...................... 22

Tabla 2. Clasificación del cemento. ............................................................................ 34

Tabla 3. Clasificación de los agregados naturales. ..................................................... 35

Tabla 4. Clasificación de los agregados reciclados. ................................................... 36

Tabla 5. Propiedades de los agregados reciclados según el tipo. .............................. 37

Tabla 6. Carga abrasiva. ............................................................................................ 40

Tabla 7.Valores de a en función de la tipología de árido y la consistencia del hormigón. .................................................................................................................... 43

Tabla 8. Características agregado fino. ...................................................................... 48

Tabla 9. Granulometría agregado fino. ....................................................................... 48

Tabla 10. Características agregado grueso. ............................................................... 50

Tabla 11. Granulometría agregado grueso. ................................................................ 51

Tabla 12. Muestra de agregado reciclado tomado de diferentes sacos. ..................... 56

Tabla 13. Muestra de agregado reciclado tomado de un saco. .................................. 56

Tabla 14. Características agregado grueso reciclado. ................................................ 57

Tabla 15 . Granulometría agregado reciclado. ............................................................ 58

Tabla 16. Comparación Método de Fuller y Método de Bolomey para dosificación con agregados 100% natural. ............................................................................................ 62

Tabla 17. Estimación de las proporciones de los agregados. ..................................... 63

Tabla 18. Ajuste por humedad y absorción. ............................................................... 63

Tabla 19. Cantidades reales a usar en la mezcla de concreto ................................... 63

Tabla 20. Dosificación método Bolomey, 25% agregado reciclado ............................ 65

Tabla 21. Dosificación método Bolomey, 50% agregado reciclado ............................ 66

Tabla 22. Dosificación método Bolomey, 100% agregado reciclado .......................... 67

Tabla 23. Resultados resistencia a la compresión agregado 100% natural ................ 69

Tabla 24. Análisis estadístico resistencia a compresión agregado 100% natural ....... 70

13

Tabla 25. Análisis de Varianza resistencia a compresión agregado 100% natural ..... 71

Tabla 26. Resultados resistencia a la compresión 25% agregado reciclado .............. 72

Tabla 27. Análisis estadístico Resistencia a Compresión 25% agregado reciclado ... 72

Tabla 28. Análisis de Varianza Resistencia a Compresión 25% agregado reciclado . 73

Tabla 29. Resultados resistencia a la compresión 50% agregado reciclado .............. 74

Tabla 30. Análisis estadístico Resistencia a Compresión 50% agregado reciclado. .. 74

Tabla 31. Análisis de Varianza Resistencia a Compresión 50% agregado reciclado . 75

Tabla 32. Resultados resistencia a la compresión 100% agregado reciclado ............ 76

Tabla 33. Análisis estadístico resistencia a compresión 100% agregado reciclado. .. 77

Tabla 34. Análisis de Varianza Resistencia a Compresión 100% agregado reciclado..................................................................................................................................... 77

Tabla 35. Resultados Módulo de Rotura agregado 100% natural. ............................. 81

Tabla 36. Análisis estadístico Módulo de Rotura 100% agregado natural. ................. 81

Tabla 37. Resultados Modulo de Rotura 25% agregado reciclado. ............................ 82

Tabla 38. Análisis estadístico Módulo de Rotura 25% agregado reciclado. ............... 83

Tabla 39. Resultados Módulo de Rotura 50% agregado reciclado. ............................ 84

Tabla 40. Análisis estadístico Módulo de Rotura 50% agregado reciclado. ............... 84

Tabla 41. Resultados Módulo de Rotura 100% agregado reciclado. .......................... 85

Tabla 42. Análisis estadístico Módulo de Rotura 100% agregado reciclado .............. 85

Tabla 43. Resultados Módulo de Elasticidad agregado natural. ................................. 88

Tabla 44. Resultados módulo de elasticidad 25% agregado reciclado. ...................... 90

Tabla 45. Resultados Módulo de Elasticidad 50% agregado reciclado. ...................... 91

Tabla 46. Resultados Módulo de Elasticidad 100% agregado reciclado. .................... 93

Tabla 47. Costo concreto con agregado 100% natural ............................................... 98

Tabla 48. Costo concreto con 25% agregado reciclado.............................................. 98

Tabla 49. Costo concreto con 50% agregado reciclado.............................................. 99

Tabla 50. Costo concreto con 100% agregado reciclado............................................ 99

14

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Figura 1. Composición de los residuos de construcción y demolición. ........................ 24

Figura 2. Procesos realizados a los RCD. .................................................................. 25

Figura 3. Localización escombreras Santiago de Cali. ............................................... 27

Figura 4. Sitio de disposición final ubicado en Candelaria – Valle del Cauca. ............ 28

Figura 5. Bloques de concreto a base de RCD ........................................................... 29

Figura 6. Esquema de un aparato apropiado para la prueba de flexión del concreto.. 44

Figura 7. Agregado fino. ............................................................................................. 47

Figura 8. Curva granulométrica agregado fino. ........................................................... 49

Figura 9. Agregado grueso. ........................................................................................ 50

Figura 10. Curva granulométrica agregado grueso. .................................................... 51

Figura 11. Localización escombrera Progea S.A. ....................................................... 52

Figura 12. Sitio de disposición final. Candelaria.......................................................... 53

Figura 13. Material reciclado. ...................................................................................... 54

Figura 14.Proceso para la obtención del agregado grueso reciclado. ......................... 55

Figura 15. Separación agregado grueso reciclado. ..................................................... 55

Figura 16. Agregado Reciclado. .................................................................................. 57

Figura 17.Curva granulométrica agregado reciclado .................................................. 58

Figura 18. Curva granulométrica Bolomey 25% agregado reciclado ........................... 65

Figura 19. Curva granulométrica Bolomey 50% agregado reciclado ........................... 66

Figura 20. Curva granulométrica Bolomey 100% agregado reciclado ......................... 67

Figura 21. Fallas de los cilindros de 10 x 20 mm ........................................................ 68

Figura 22. Resultados resistencia a compresión agregado 100% natural ................... 71

Figura 23. Resultados resistencia a compresión 25% agregado reciclado. ................ 73

Figura 24. Resultados resistencia a compresión 50% agregado reciclado ................. 75

Figura 25. Resultados resistencia a compresión 100% agregado reciclado. .............. 78

Figura 26. Resistencia a la compresión promedio 28 días. ......................................... 79

15

Figura 27.Proceso para llevar a cabo el ensayo de flexión. ........................................ 80

Figura 28. Resultados resistencia a flexión con agregado 100% natural. ................... 82

Figura 29. Resultados resistencia a flexión 25% agregado reciclado. ........................ 83

Figura 30. Resultados resistencia a flexión 50% agregado reciclado. ........................ 84

Figura 31. Resultados resistencia a flexión 100% agregado reciclado. ...................... 86

Figura 32.Módulo de Rotura promedio 28 días. .......................................................... 86

Figura 33. Equipo utilizado para hallar módulo de elasticidad .................................... 87

Figura 34. Módulo de elasticidad agregado natural .................................................... 89

Figura 35.Módulo de elasticidad 25% agregado reciclado .......................................... 91

Figura 36.Módulo de elasticidad 50% agregado reciclado. ......................................... 92

Figura 37.Módulo de elasticidad 100% agregado reciclado. ....................................... 93

Figura 38. Variación módulo de elasticidad. ............................................................... 94

Figura 39. Asentamiento promedio ............................................................................. 95

Figura 40.Variación de los costos de acuerdo a la cantidad de agregado reemplazado................................................................................................................................... 100

16

ABSTRACT

The worldwide construction industry is one of the principal economics activities, but also is one of the most contaminating agents of environment. Construction brings thousands of tons of solid waste without give an appropriate handle. The use of recycled aggregates from Construction and Demolition or Deconstruction Waste (C&D) highly will contribute to a better environment developing. The government set up a normatively which stimulates or prescribed the selection and separation of these materials to give an adequate use of them.

The general aim of this project is to find an optimum dosage of a concrete mix replacing natural aggregates for recycled ones, that come from constructions and demolitions, to allow obtain good quality.

Three different designs were conducted replacing 25%, 50% and 100% of the natural aggregate for recycled aggregate. Those were analyzed and assessed properties such as moisture absorption and density to know what effects it has on the production of concrete using recycled materials to determine if their use in low-traffic road works possible. Likewise, mechanical properties such as compressive strength were evaluated at 7, 14 and 28 days, the tensile strength at 7 and 28 days and elastic module at 28 days.

The analysis of the results of the mechanical properties was performed using the t-student statistical methods and ANOVA analysis for determining the variance between the results of different designs and representativeness.

Finally we conclude with the results and the characteristics of the aggregates used a recommended design for use in low-traffic road work is the design with 25% recycled aggregate.

Key words : recycled aggregates, mechanical properties, dosage, compressive strength, recycling, C&D, tensile strength.

17

RESUMEN

El sector de la construcción a nivel mundial es una de las principales actividades económicas pero a su vez una de las mayores contaminantes del medio ambiente, puesto que proporcionan miles de toneladas de residuos sólidos sin proporcionar un manejo adecuado a éstos. El uso de agregados de Residuos de Construcción y Demolición contribuye notablemente a un mejor desarrollo ambiental. El gobierno debe establecer una normativa que incentive o prescriba la selección y separación de estos materiales para así poder darles un uso adecuado.

El objetivo general del presente trabajo es encontrar la dosificación óptima de mezclas de concreto reemplazando agregados naturales por agregados reciclados provenientes de construcciones y demoliciones, que permitan obtener un concreto de buena calidad.

Se realizaron 3 diseños diferentes, reemplazando un 25%, 50% y 100% del agregado natural por agregado reciclado. Se analizaron y evaluaron propiedades como la humedad, absorción y densidad para saber qué efectos tiene sobre la producción de un concreto el uso de materiales reciclados y así determinar si es posible su utilización en obras viales de bajo tránsito. De igual forma, se evaluaron las propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión a 7,14 y 28 días, la resistencia a la flexión a 7 y 28 días y el módulo de elasticidad a 28 días.

El análisis de los resultados de las propiedades mecánicas se realizó mediante los métodos estadísticos t-student y análisis ANOVA, que permiten determinar la varianza que hay entre los resultados obtenidos de los diferentes diseños y su representatividad.

Finalmente se concluye con los resultados obtenidos y las características de los agregados utilizados que un diseño recomendable para uso en obra viales de bajo tránsito es el diseño con un 25% de agregado reciclado.

Palabras Claves: Agregados reciclados, Propiedades Físico-mecánicas, Dosificación, Resistencia a Compresión, reciclaje, RCD (Residuos de Construcción y Demolición), reutilización, aprovechamiento, Resistencia a la flexión.

18

INTRODUCCIÓN

La industria de la construcción es un sector muy importante en el desarrollo económico y social de un país, es considerada como una actividad de constante desarrollo ya que se encarga de la infraestructura básica general como viviendas, vías, puentes, plantas hidroeléctricas, hospitales, colegios entre otros.

Ante la constante evolución en la construcción, diariamente se producen toneladas de residuos sólidos los cuales generan una alta contaminación ambiental y visual por las grandes cantidades que resultan como consecuencia de demoliciones de edificaciones, infraestructuras obsoletas, remodelaciones o las mismas construcciones de nuevas obras que generan residuos sin una disposición final adecuada.

Actualmente varios países son gestores de la recolección y reutilización de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD), acción que se realiza con el propósito de generar una optimización de los recursos naturales y minimizar la contaminación. Algunos de estos países son Holanda, Bélgica, Dinamarca y España. En estos países existen normas y leyes que permiten la reutilización de los RCD para contribuir de una manera apropiada a la eliminación o aprovechamiento de los residuos generados en la industria de la construcción.

Los agregados reciclados pueden ser utilizados en diferentes campos de la construcción, ya sea como materia prima del concreto, bases o subbases en carreteras, elaboración de adoquines, construcción de sardineles, entre otros.

En Colombia, más específicamente en la ciudad de Cali, se generan aproximadamente 2480m3 de Residuos de Construcción y Demolición, lo cual tiene en alerta a autoridades, empresarios, profesionales, estudiantes y especialmente a aquellos que se relacionan con el sector de la construcción, puesto que la ciudad no cuenta con adecuados sitios de disposición final para estos materiales lo cual hace que se les de un manejo inapropiado.

Dada la ausencia de optimización de los recursos naturales que se presenta en la ciudad de Cali, la falta de aplicación de tecnología y técnicas de construcción limpias en la industria de la construcción y la contaminación ambiental y social que se generan por el mal manejo de los RCD, en este trabajo se busca un diseño de concreto rígido que sea óptimo para ser utilizado en la construcción de obras viales con bajo volumen de tránsito.

19

En el desarrollo de este trabajo se reemplazaron porcentajes del 25%, 50% y 100% de agregado grueso natural por agregado reciclado de concreto y mampostería, buscando la dosificación que cumpla con las exigencias requeridas para la construcción de obras viales de bajo tránsito. Igualmente se muestra que los RCD pueden convertirse, con un manejo y tratamiento adecuado, en un nuevo insumo como agregado y de esta forma estos pueden ser utilizados para la producción de nuevos productos de calidad para nuevas obras civiles.

20

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Establecer la dosificación óptima para el diseño de concretos utilizando materiales reciclados de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) para ser usados en obras viales de bajo tránsito en la ciudad de Cali.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Emplear técnicas normalizadas para la caracterización de los agregados de RCD en concreto, para obras viales de tercer orden.

• Analizar las propiedades físico-mecánicas de los agregados reciclados respecto a la normativa actual para obras viales terciarias con materiales convencionales.

• Realizar diseños de concretos utilizando agregados reciclados para obras viales de tercer grado, de manera que no ponga en riesgo su estabilidad y funcionalidad.

• Evaluar el comportamiento de los diseño de concreto con diferentes porcentajes de sustitución de agregados reciclados gruesos, de manera que cumplan con los requerimientos mínimos establecidos por la normatividad.

• Comparar las propiedades físico-mecánicas de mezclas de concreto con agregado reciclado respecto a mezclas de concreto con agregado natural.

• Evaluar el potencial de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) para ser utilizados en nuevas obras de Ingeniería Civil.

21

2. ANTECEDENTES

2.1 ANTECEDENTES DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN

2.1.1 Historia de los RCD

La historia de los RCD se remonta al final de la Segunda Guerra Mundial. En los años posteriores a la contienda hubo un factor principal que disparó la cantidad de estos residuos. “La destrucción producida por los bombardeos había creado montañas de escombros en los corazones de grandes ciudades Europeas”1. Por esta razón, aparecieron los vertederos donde se depositaban gran parte de estos escombros.

“Sin embargo existe un referente histórico del uso de RCD, se trata del aparejo de construcción usado desde mediados del siglo. I a. C. que los romanos denominaron opus signium (de Signia, en el Lacio) que es una especie de concreto compuesto de cal, arena o puzolana y ladrillo picado o polvo de ladrillo, que además de su dura consistencia, resultaba impermeable”2.

En países como Bélgica, Dinamarca y Holanda el apoyo al reciclaje es reconocido por su amplio alcance, con más de 75% en los RCD3. Otros países, como Reino Unido o Austria, siguen la tendencia del reciclaje de los RCD con un porcentaje aproximado del 40%.

De igual forma en España no con un alto porcentaje de reciclaje pero si muy útil e importante, se tiene el 15% de reciclaje de los escombros y residuos generados por las construcciones y demoliciones. Un porcentaje considerable de este 15% es comercializado para su reutilización en construcción de vías como bases o sub bases y el resto utilizado para rellenos o restauración de

1DE SANTOS, MONERCILLO Y GARCÍA. Gestión de Residuos en las obras de demolición y construcción. España: 2011, p. 13. 2 ULLOA, Vivian. Durabilidad de hormigones armados, con árido reciclado: una evaluación de la corrosión en un ambiente marino. Valencia: 2012, p. 57. 3 LOPEZ GAYARRE, Fernando. Influencia de la variación de los parámetros de dosificación y fabricación de hormigón reciclado estructural sobre sus propiedades físicas y mecánicas. Gijón: 2008, p. 21

22

espacios degradados4. En la Tabla 1 se puede apreciar un panorama de la producción de Residuos de construcción y demolición en Europa.

Tabla 1 .Gestión de residuos de construcción y demolición en Europa5

Fuente: Sánchez, Martha y Alaejos María del Pilar. Estudio sobre las propiedades del árido reciclado. Utilización en hormigón estructural. Revista.

En Estados Unidos los residuos procedentes de demolición de estructuras son alrededor de 12,3 millones de toneladas anuales6. Debido a la alta producción de agregado natural en este país (2 billones de toneladas anuales), se busca reducir esta producción para así perseverar este recurso que es tan importante en el área de la construcción.

Brasil es el primer país en América Latina donde fue instalada una planta cuyas operaciones se enfocan en el reciclaje de estos residuos, implementando soluciones a los problemas generados, según la Resolución emitida por el Congreso nacional del Medio Ambiente - CONAMA en el año 2002. Este país cuenta además, con la aprobación de la Política Nacional de Residuos Sólidos, donde todos los municipios brasileños deben aplicar un plan de gestión de residuos para la buena disposición de los escombros, ya que, aproximadamente el 60% del total de los residuos producidos son provenientes

4Ibid., p.21 5 SANCHEZ, Martha y ALAEJOS María del Pilar. Estudio sobre las propiedades del árido reciclado. Utilización en hormigón estructural. p 10. 6Transportation Applications of Recycled Concrete Aggregate—FHWA State of the Practice National Review 2004; USA, 2004; pp. 1-47.

País

Producción de residuos de

construcción (Mill. t) anual

Promedio (Kg/hab)

N° de plantas de reciclado

Destino del porcentaje

Vertido Reciclado Otros Holanda 11,7 718 120 9 90 1 Bélgica 6,7 666 92 17 81 2 Dinamarca 2,6 509 30 16 75 9 Reino Unido 30,0 509 50-100 55 45 0 Austria 4,7 580 150 59 41 0 Alemania 59,0 720 1000 82 18 0 Francia 23,6 404 50 85 15 0 España 12,8 325 ≈ 40 >90 <10 -

23

de procesos de construcción y demolición7. En Colombia, el tema de reciclar RCD y darle un mejor aprovechamiento es una cuestión hasta el momento experimental. Ciudades como Bogotá, producen un promedio de 14.027.000 m3de Residuos de Construcción y Demolición anuales; todo esto se debe al constante crecimiento y desarrollo urbano, por las obras que adelantan empresas públicas y constructoras privadas, encargadas de proyectos de construcción de vivienda, centros comerciales, infraestructura vial, entre otras8. De toda esta cantidad producida, solo una parte llega a los dos únicos sitios de disposición final oficiales que tiene la ciudad: La Fiscalía y Cantarrana. Una tercera parte termina en andenes, separadores, bahías, lotes, ríos y humedales. A pesar de que existen leyes las cuales aclaran que como mínimo el 5% de los residuos provenientes de construcciones y demoliciones en la ciudad de Bogotá deben ser reciclados, es un tema que no está todavía muy normalizado.

La ciudad de Cali genera aproximadamente 2480 m3 de escombros diarios, de los cuales el 77% es proveniente de las constructoras y obras públicas y el 23% lo aportan las remodelaciones de viviendas de particulares (CAMACOL). Al igual que en Bogotá, Cali no cuenta con los suficientes sitios de disposición final ni tampoco con plantas que permitan la reutilización de estos materiales, por tal razón existen muchos botaderos ilegales en la ciudad.

En la ciudad de Medellín se generan aproximadamente entre 8000 y 8500 toneladas diarias9 de RCD, lo que se convierte en un problema ambiental sumándole la falta de lugares para realizar la disposición final de estos. En la actualidad la ciudad cuenta con una sola escombrera autorizada sobre el perímetro de la ciudad con cinco centros de acopio pertenecientes a varias empresas de Medellín E.S.P. Sin embargo, para esta actividad el municipio de Medellín requiere asistencia de las 16 escombreras autorizadas por la región, lo que genera un incremento con los costos de transporte de disposición final y se opta en ocasiones por

7GUARÍN Nataly, MONTENEGRO Liseth, WALTEROS Luis, REYES Sandra. Estudio comparativo en la gestión de Residuos de Construcción y Demolición en Brasil y Colombia. p. 3. Bogotá D.C. 8Foro internacional Gestión integral de los RCD. Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos (UAESP). Bogotá D.C. 2012. 9BRAN, Alexis. Propuesta para el manejo integral de los residuos de la construcción y la demolición. Medellín.

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disponerlos en sitios no autorizados aumentado a un más la contaminación ambiental y visual.

2.1.2 Composición de los RCD

La composición de los RCD depende del tipo de construcción, por tal razón sus componentes varían dependiendo del lugar, ya sea países o regiones; esto dado a la variedad de técnicas existentes y aplicadas en el ámbito de la construcción. Dependiendo del tipo de construcción, también dependen las materias primas y los materiales de construcción lo cual genera una gran variedad en los elementos que componen los residuos de construcción y demolición.

Un breve listado de los elementos que componen los RCD incluye el concreto simple, asfalto, ladrillo, teja cerámica, porcelana, revestimiento, restos de concreto, madera, vidrio, plástico, piedras, tierras, yeso, papel y otros residuos procedentes de la construcción y de las demoliciones. La composición media de estos residuos se muestra en la Figura 1.

Figura 1 . Composición de los residuos de construcción y demolición.

Fuente: Sánchez, Martha y Alaejos María del Pilar. Estudio sobre las propiedades del árido

reciclado. Utilización en hormigón estructural. Revista. 2001.

25

2.1.3 Procesos delos Residuos de Construcción y Dem olición

En general los RCD resultan de actividades realizadas por el hombre como la demolición de edificios, infraestructuras de carreteras y desperdicios que se generan de materiales de construcción, ya sea en la construcción de nuevas obras o remodelación. Por tales motivos, diariamente se produce un volumen muy alto de estos materiales a los cuales no se les realiza un buen proceso para su disposición final.

Los RCD en su mayor parte resultan ser residuos inertes o asimilables a inertes, por consiguiente son poco peligrosos para la salud. Pero dado al gran volumen que estos ocupan, sí se considera que generan un alto grado de contaminación visual. Por esto, se deben realizar actividades de recuperación de estos materiales en los lugares de generación, como son las obras, y aplicar métodos de clasificación o separación de los residuos. En la Figura 2 se muestra el proceso más adecuado que se le debe realizar a los RCD, teniendo en cuenta que después de una demolición ya sea de una estructura o vía, se debe seleccionar el material que se desea triturar para así obtener un material de buena calidad que pueda ser reutilizable en la construcción de nuevas obras civiles.

Figura 2 . Procesos realizados a los RCD.

Fuente: Elaborado por los autores. Fotos tomadas en visita realizada a Candelaria - Valle del

Cauca. Empresa perteneciente a Progea. 2013.

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2.1.4 Ventajas de Reciclar RCD

Las ventajas de reciclar RCD son principalmente ambientales y económicas, e inicialmente puede ser posible su reutilización en labores de la misma construcción, por medio de la obtención de agregado reciclado, el cual debe ser apto para la construcción y cumplir con los requisitos mínimos de calidad exigidos de acuerdo a las normas establecidas en cada país. De igual forma ecológicamente se obtiene un beneficio en el entorno, ya que los escombros se convierten en materiales suplentes de los agregados que provienen exclusivamente de reservas naturales y de las que el ser humano se satisface sin medida. Dándole una utilidad a los RCD, se le da un aumento de la vida útil de los rellenos sanitarios, ya que al reducir su volumen de ocupación en estas actividades, disminuye la degradación de los recursos naturales no renovables.

2.1.5 Desventajas de los RCD

Una de las grandes desventajas que se presentan en la recolección y fabricación de nuevas piezas con los Residuos de Construcción y Demolición, es que Colombia no cuenta con una normativa técnica específica de aplicación de estos, lo cual hace que su reutilización no sea la más adecuada; además se desconoce el comportamiento mecánico de estos materiales. Otra de las desventajas es que Colombia no cuenta con sitios adecuados de disposición final donde se separen los materiales que provienen de las demoliciones, lo cual hace que el proceso de selección de estos sea más complicado. Igualmente estos residuos necesitan un mayor control para que se garantice una uniformidad del material.

2.2 RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN EN CALI

Los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) son aquellos que como su nombre lo indica provienen del sector de las obras civiles como consecuencia de demoliciones de edificaciones o vías, reparaciones, reformas y construcción de obras nuevas. Se trata de residuos conformados por restos de concreto, pavimentos, ladrillos, vidrios, yesos, plásticos, maderas y agregados mezclados. La mayoría de estos materiales pueden ser reciclados para reutilizarlos en la producción de un nuevo producto.

La situación actual de la ciudad de Cali con respecto al manejo, aprovechamiento y disposición final de los Residuos de Construcción y

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Demolición no está controlada a pesar de que existen leyes y decretos para ello. En los últimos años, la ciudad de Cali ha entrado en una transformación que cada día aumenta más la construcción y demolición de obras civiles; debido a estos cambios, diariamente se producen grandes cantidades de RCD. Esta cifra ha sobrepasado la capacidad de sitios adecuados para el depósito de estos materiales. Según el Dagma, Cali cuenta con 3 escombreras legales y un sinnúmero de lugares ilegales especialmente en el oriente de la ciudad donde llegan carretilleros y volquetas diariamente a depositar estos residuos sin tener un control sobre esto. Las escombreras legales son las siguientes:

• Escombrera el Carmelo: Está ubicada en el corregimiento del El Carmelo, en la vía a Candelaria. Está siendo rellenada con escombros provenientes de Cali y es la que mejor tiene control en cuanto al manejo de los RCD.

• Escombrera la Dolores: Está ubicada en la recta Cali – Palmira. • Escombrera de la Carrera 50 con Autopista Simón Bolívar: a pesar de que

está a punto de colapsar continua recibiendo residuos procedentes de construcciones y demoliciones

En la figura 3 se muestra la localización de las escombreras legales que actualmente funcionan en la ciudad de Cali.

Figura 3 . Localización escombreras Santiago de Cali.

Fuente: Mapa comunas Santiago de Cali. Alcaldía Municipal. Ubicación de escombreras

actuales. 2013. Elaboración propia.

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Según el Dagma, dentro de las escombreras ilegales más críticas de la ciudad se encuentran: Mojica, Vallado, PTAR, Cuy, Alfonso López, Floralia y Saratoga.

Hoy en día, existen empresas privadas que se encargan de mejorar el uso de los RCD en la ciudad, como lo es Progea del Valle S.A.10, que hace parte de los servicios ofrecidos por la empresa CODINSA S.A. la cual se encarga de hacer la recolección de los residuos para hacer una selección y posterior al tratamiento de los mismos poder reutilizarlos en otras obras civiles.

2.3 CANTIDAD DE ESCOMBROS PRODUCIDOS EN CALI

En el municipio de Cali se recogen aproximadamente 2480 m3de escombros provenientes del sector de la construcción. Progea del Valle S.A. se ha encargado de hacer estudios en la ciudad de Cali y posee sitios de disposición final donde se seleccionan los materiales para realizar rellenos y para ser reutilizados en bloques de concreto que ellos fabrican. En la Figura 4 se visualiza la manera como son depositados gran parte de estos materiales que diariamente llegan de las diferentes construcciones que hay en la ciudad de Cali.

Figura 4. Sitio de disposición final ubicado en Candelaria – Valle del Cauca.


Cauca. Lote Relleno con RCD. 2013.

10Progea del Valle S.A.: Son una empresa dedicada a atender oportunamente las necesidades de los clientes prestando a ellos un servicio integral en el manejo de Escombros (Recolección, Transporte y Disposición Final).

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Progea se ha dedicado a la reutilización de Residuos de Construcción y Demolición, con estos residuos han fabricado bloques de concreto como se puede apreciar en la Figura 5, estos bloques han sido utilizados exclusivamente para uso peatonal.

Figura 5. Bloques de concreto a base de RCD


Cauca. 2013.

2.4 SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CARRETERAS TERCIARIAS E N COLOMBIA

Colombia es un país en vía de desarrollo en lo que respecta a sus carreteras, cuenta con aproximadamente 160.000 km entre carreteras primarias, secundarias y terciarias11. Colombia, se caracteriza por tener una gran vocación agrícola.“Afirma el PNUD (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo) que el 31% de la población colombiana son habitantes rurales. Por tal razón, con el fin de hacer más competitivo al campesino y sus aledaños, el Instituto Nacional de Vías ha firmado 445 convenios con diferentes alcaldes del país, por un valor cercano a los $300.000 millones, para la atención de cerca de 7.800 kilómetros de vías terciarias de los diferentes municipios”12. Con esta inversión se busca la construcción de terraplenes, obras de drenaje, construcción de placas huellas y afirmado, lo cual permitirá una mejor movilidad en las zonas rurales y un mayor crecimiento económico puesto que podrán comercializar sus productos a las cabeceras municipales.

11 Instituto Nacional de Vías, Institutito Nacional de Concesiones. 2013. 12 INVIAS, Comprometido con las vías terciarias del país. Octubre de 2013.

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2.5 MARCO NORMATIVO PARA EL MANEJO DE LOS RCD EN CO LOMBIA

Existen legislaciones basadas en los principios de la Constitución Política de Colombia, son expedidas por los diferentes departamentos y municipios para el manejo adecuado de los RCD. A continuación se nombran algunas de estas.

2.5.1 Decreto 357 de 1997

Utilizado en la ciudad de Bogotá. Este decreto regula el manejo, transporte y disposición final de escombros y materiales de construcción. En este decreto se tratan las normas de conducta, como la prohibición de arrojar, ocupar, descargar o almacenar escombros y materiales de construcción en áreas de espacio público. Otro aspecto importante es la localización de las escombreras y los sitios de transferencia; las escombreras deben estar situadas en lugares donde su paisaje se encuentre degradado como minas y canteras abandonadas. Para la obtención de estos sitios el Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente entregara los términos de referencia para la aprobación de estos sitios. Por último este decreto contiene sanciones y medidas preventivas que se deben tener respecto a estos residuos.

2.5.2 Decreto 1713 de 2002

Decreto establecido a nivel nacional. El artículo 44 establece la recolección de escombros y se da a conocer que todo productor de escombros es responsable de su recolección, transporte y disposición de estos residuos a escombreras autorizadas. Esta actividad la puede realizar cualquier empresa prestadora de servicio de aseo o recolección de escombros. Igualmente se debe coordinar estas actividades en el marco de los programas establecidos para el desarrollo del respectivo Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos, PGIRS.

2.5.3 Planes de Gestión Integral de Residuos Sólido s en la ciudad de Cali (PGIRS)

El gobierno nacional estableció que todos los municipios tienen la responsabilidad de formar PGIRS, como una medida para garantizar la eliminación de basureros a cielo abierto y promover el desarrollo de programas y proyectos que mitiguen los impactos ambientales debido al manejo inadecuado de los Residuos Sólidos. En la ciudad de Cali se ha adoptado este plan para el período que va entre el 2004 a 2019. Dentro de este plan hay una

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línea estratégica que busca una producción más limpia de los residuos especiales entre los que se encuentran los escombros. Con el plan se busca implementar el plan de control a la generación, separación, almacenamiento debido, transporte y deposición de estos sin afectación a la salud humana y al ambiente. También busca localizar estaciones de transferencia y disposición final y como incentivar de forma directa e indirecta la investigación para implementar alternativas de aprovechamiento de escombros para que puedan ser razonablemente utilizables.

2.5.4 Decreto Nº 0291 de 2005

Por medio del cual se regula la gestión integral de escombros en el municipio de Santiago de Cali, a través de actividades de generación, recolección, transporte, trasferencia, almacenamiento, aprovechamiento y disposición final de los escombros.

2.5.5 Ley 1259 de Diciembre 19 de 2008

Se instaura esta ley a nivel nacional. Es un instrumento de control y sanción para los infractores de las normas de aseo, limpieza y recolección de escombros. La finalidad de esta ley es crear el comparendo ambiental como instrumento de cultura ciudadana, sobre el adecuado manejo de residuos sólidos y escombros, previendo la afectación del medio ambiente y la salud pública mediante sanciones pedagógicas y económicas a todas aquellas personas naturales o jurídicas que infrinjan la normatividad existente.

2.5.6 Ley 1333 de 2009

Se establece a nivel nacional el procedimiento sancionatorio ambiental. Las sanciones solamente serán puestas por las entidades ambientales en el caso que se incumplan con permisos o controles ambientales.

2.5.7 Proyecto de acuerdo 267 de 2010

Este proyecto busca diseñar el plan de manejo, aprovechamiento y disposición final de materiales y escombros como protocolo en los procesos de construcción y demolición de obra civil que se adelanten en la ciudad de Bogotá. Este plan se construye a raíz de que en la capital diariamente se producen toneladas de escombros y desechos de construcción, los cuales son depositados de manera clandestina en parques, separadores, zonas verdes, conjuntos residenciales y potreros. Con este proyecto se busca crear una

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iniciativa de reutilizar, reciclar y valorizar los residuos producidos por la construcción, con el fin de obtener un producto favorable con materiales reciclados, para así disminuir el impacto sobre el medio ambiente. De igual manera este proyecto busca crear la Bolsa Distrital de Materiales Reutilizables de Construcción.

2.5.8 Resolución 2397 de 2011

Por medio del cual se regula el tratamiento y aprovechamiento de escombros en el Distrito Capital. Toda entidad pública que realice obras de infraestructura al interior del perímetro urbano debe realizar estudios y diseños para lograr la utilización de elementos reciclados que vienen de los centros de tratamiento y aprovechamiento de escombros legalmente constituidos.

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3. MARCO TEÓRICO

El diseño de mezcla de concreto es un proceso que consiste en la selección de elementos disponibles como cemento, agregados, agua, aditivos y la determinación de sus cantidades relativas para producir un concreto económico que cumpla con las especificaciones de la norma; como tener una buena manejabilidad, endurecer a la velocidad apropiada, durabilidad, estabilidad, propiedades de resistencia, módulo de elasticidad y apariencia adecuada.

Hoy en día existen diversos métodos de diseño disponibles, estos permiten saber las proporciones relativas de materiales con los que se debe trabajar.

3.1 CONCRETO CONVENCIONAL

El concreto se define como una mezcla de diversos materiales que se utilizan en la construcción. “En términos generales, el concreto u hormigón puede definirse como la mezcla de un material aglutinante (Cemento Portland Hidráulico), con un material de relleno (agregados), agua y eventualmente aditivos, que al endurecerse forma un todo compacto y después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos”13. Se debe tener en cuenta que para la realización de un concreto se debe contar con una adecuada dosificación para que así este cumpla con las normas de calidad requeridas. Otra definición puntual del concreto es la unión de cemento, agua, aditivos, grava y arena. Al concreto se le adiciona un aditivo para reducir el agua, acelerar la resistencia e incrementar su trabajabilidad. A continuación se definen los materiales que se utilizan para obtener el concreto.

3.1.1 Cemento Portland

El cemento es una de las materias primas más populares e indispensables de la construcción. “Es un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten unir fragmentos minerales entre sí, para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuada”14. Se obtiene principalmente de rocas calizas y arcillas pulverizadas, estas son

13SÁNCHEZ, Diego. Diseño de mezcla de concreto. En: Tecnología del concreto y del mortero. 5 ed. Bogotá D.C.: 2001. Editorial: Biblioteca de la construcción. p. 19. 14Ibid.,p.27

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puestas en un horno rotatorio las cuales al someterlas a altas temperaturas se obtiene Clinker. El Clinker al ser triturado y adicionado con yeso forma el cemento.

Según la dosificación de las materias primas se producen diferentes tipos de cemento.

En la Tabla 2 se puede apreciar la clasificación del cemento y las características principales de cada uno.

Tabla 2.Clasificación del cemento.15

Fuente: SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego. Tecnología del Concreto y del

Mortero.

3.1.2 Agregados Naturales

Son aquellos materiales inertes, de forma angular, natural o artificial, que son llamados también áridos. Se dividen en dos grupos: los agregados finos y los agregados gruesos. Los primeros poseen partículas que tienen un diámetro inferior a 4,75 mm y no menor de 0,075 mm y se les conoce como arena. Y los segundos poseen partículas que tienen un diámetro mayor a 4,75 mm y se le

15Ibid.,p.48

TIPO CARACTERÍSTICAS

I Destinado a obras de concreto en general, al que no se le exigen propiedades especiales. Adecuado para suelos, estructuras de concreto reforzado, pavimentos, entre otros.

I-M Destinado a obras de concreto en general, al que no se le exigen propiedades especiales pero tienen resistencias superiores a las del tipo I.

II Destinado en general a obras de concreto expuestas a la acción moderada de sulfatos y a obras en donde se requiere moderado calor de hidratación. Es adecuado para grandes muelles, grandes contrafuertes y muros de contención.

III Es el que desarrolla altas resistencias iníciales. Utilizado para la construcción rápida cuando es necesario eliminar los encofrados lo más deprisa posible.

IV Es el que desarrolla bajo calor de hidratación. Se utiliza cuando la masa de la estructura, como en el caso de las presas de gran tamaño, requiera un control cuidadoso del calor de hidratación.

V Es el que ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos.

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conoce como grava16. Los agregados naturales se obtienen de la explotación de fuentes naturales como depósitos de arrastres fluviales y canteras. Todas las partículas que provienen de los agregados tienen su origen en una masa mayor a la que se ha fragmentado por procesos como abrasión o mediante la trituración mecánica realizada por el hombre, por lo que gran parte de sus características vienen dadas por la roca madre que le dio su origen.

Una clasificación más amplia donde se indican los nombres más usuales de las fracciones se muestra en la Tabla 3.

Tabla 3. Clasificación de los agregados naturales.17

Tamaño de las partículas en mm

Denominación más corriente Clasificación

Clasificación como agregado para concreto

Inferior a 0,002 Arcilla Fracción muy fina No recomendable

Entre 0,002 - 0,074 Limo Entre 0,074 - 4,76

Arena Agregado fino

Material apto para producir concreto

(No. 200) - (No. 4) Entre 4,76 - 19,1

Gravilla

Agregado grueso

(No. 4) - (3/4")

Entre 19,1 - 50,8 Grava

(3/4") - (2") Entre 50,8 - 152,4

Piedra (92") - (6") Superior a 152.4

Rajón, piedra bola (6")

Fuente: SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego. Tecnología del Concreto y del Mortero.

16Ibid.,p.69 17Ibid.,p.70

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3.1.3 Agregados Reciclados

Son aquellos procedentes de Residuos de Construcción y Demolición (RCD). Estos materiales son triturados para lograr un tamaño deseado para ser usado en la mezcla de concreto. Como estos materiales provienen de construcción y demolición de estructuras y obras civiles, pueden contener diferentes tipos de materiales como cerámica, plástico, vidrio, madera, entre otros. Antes de procesar y triturar todos estos materiales deben ser debidamente seleccionados y separados.

Hoy en día existe una amplia gama de agregados reciclados por lo cual se debe hacer su respectiva clasificación según sus compuestos, características o aplicaciones.

La RILEM (International union of laboratories and experts in construction, materials, systems and structures) fue fundada en junio de 1947 con el propósito de promover la cooperación científica en el área de los materiales de construcción y de las estructuras y busca promover la construcción sostenible y segura, con mejores prestaciones y costos más reducidos para la sociedad. Dentro de sus recomendaciones, la RILEM propone la clasificación de los agregados reciclados en tres tipos los cuales se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4. Clasificación de los agregados reciclados.

CLASIFICACIÓN

CARACTERÍSTICAS

Tipo I Agregados que proceden principalmente de los escombros de mampostería (Ladrillo).

Tipo II Agregados que proceden principalmente de los escombros de concreto.

Tipo III Consiste en una mezcla de agregados reciclados y agregados naturales (máximo 20% de agregado reciclado y mínimo 80% de agregado natural)

Fuente: RILEM. Specifications for concrete with recycled aggregates.

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De acuerdo al tipo de agregado reciclado este debe cumplir con unas características específicas las cuales se definen en la Tabla 5.

Tabla 5. Propiedades de los agregados reciclados según el tipo.

CARACTERÍSTICAS TIPO I TIPO II TIPO III

Densidad seca mínima (kg/m3) 1500 2000 2400 Máxima absorción de agua (%) 20 10 3 Contenido máximo de impurezas (vidrio, asfalto, etc.) (%) 5 1 1 Contenido máximo de metales (%) 1 1 1 Contenido máximo de materia orgánica (%) 1 0.5 0.5 Contenido máximo de finos (<0.063 mm) (%) 3 2 2 Contenido máximo de arena (%) 5 5 5 Contenido máximo de sulfatos (%) 1 1 1

Fuente: RILEM. Specifications for concrete with recycled aggregates.

Dentro de las ventajas más destacadas de los agregados reciclados que están constituidos por Residuos de Construcción y Demolición se encuentra que no desprenden olores, no atraen grandes cantidades de parásitos y casi el 75% de los residuos que genera una obra son inertes y estos materiales son los que pueden ser reutilizados.

3.1.4 Aditivos

“Los aditivos son considerados un ingrediente más en el concreto y son empleados para la modificación de las propiedades de este, de tal modo que se lo hagan más adecuado para las condiciones de trabajo o por economía”18

Los aditivos se clasifican de acuerdo a su función. A continuación se muestran los tipos de aditivos:

• Aditivos inclusores de aire. • Aditivos reductores de agua. • Aditivos retardantes. • Aditivos acelerantes. • Aditivos superplastificantes. • Aditivos minerales.

18Ibid., p. 261

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Se da la definición de los aditivos súper plastificantes, puesto que con este tipo de aditivo se va a trabajar.

Aditivos súper plastificantes: “Son sustancias químicas o combinaciones de sustancias químicas que cuando se adicionan a un concreto normal, le imparten una manejabilidad extrema o le proporcionan una gran reducción de agua”19. Entre las características más importantes de este tipo de aditivos, se encuentra la producción de un concreto fluido y el aumento de la manejabilidad del concreto, es decir, brinda mayores asentamientos a la mezcla del concreto.

3.2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

A continuación se describen las propiedades que se van a evaluar en este trabajo.

3.2.1 Granulometría

Se refiera a la distribución de los tamaños de partículas que contienen los agregados. Esta se establece mediante una serie de tamices (norma ASTM C 136). Los tamices retienen las partículas mayores a los agujeros, mientras que las partículas más pequeñas pasaran a través del mismo. “Los resultados del análisis granulométrico se describen mediante los porcentajes acumulados de áridos que pasan a través de, o que son retenidos por, un tamaño de tamiz especifico”.20 Se utilizan dos definiciones para describir el tamaño máximo de partícula en una mezcla:

Tamaño máximo: Es el tamaño de tamiz más pequeño a través del cual pude pasar el 100% de las partículas de la muestra.

Tamaño máximo nominal: Es el tamiz de mayor tamaño que retiene parte de las partículas del agregado, pero generalmente no más del 10%.

19Ibid., p. 273 20MAMLOUK, Michael y ZANIEWSKI John.Áridos. En: Materiales para Ingeniería Civil. 2 ed. España. 2009. p 183.

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3.2.2 Gravedad Específica y Absorción

Gravedad Específica: Es la relación entre la masa de un volumen de sólidos y la masa de un volumen igual de agua a una temperatura establecida21. Su valor es adimensional.

Absorción: Es la masa del agua que llena los poros permeables de las partículas de agregado sin incluir el agua adherida a la superficie de las mismas22. Se expresa como porcentaje.

3.2.3 Densidad de Bulk (Peso Unitario)

Es la masa de un volumen unitario total de un agregado, el cual incluye el volumen de las partículas individuales y el volumen de vacíos entre las partículas23. Se expresa en kg/m3. Este ensayo tiene 3 métodos diferentes de realización, para este caso como son agregados de tamaño nominal menor o igual a 37.5 mm (1 ½”) se utiliza el método del apisonado o varillado, el cual consiste en llenar un recipiente cilíndrico en 3 capas, cada capa debe apisonarse 25 golpes con una varilla metálica. Cada capa debe ser uniforme y se debe evitar que la varilla golpee la capa anterior.

3.2.4 Índice de Aplanamiento y Alargamiento

Este ensayo permite definir la forma dominante de las partículas ya sea plana o alargada. Dichas partículas son previamente seleccionadas por medio de un cuarteo hasta tener una muestra representativa. Según la I.N.V.E 230, este ensayo permite establecer si el agregado es el adecuado o no para el uso que se le piense dar. “Las partículas planas y alargadas dificultan la compactación del concreto, ocasionando de esta manera problemas de durabilidad en las estructuras”24

21Instituto Nacional de Vías. Especificaciones de construcción y normas de ensayo. I.N.V.E 223. 22Ibid., p.5 23 Instituto Nacional de Vías. Especificaciones de construcción y normas de ensayo. I.N.V.E 217. 24 Instituto Nacional de Vías. Especificaciones de construcción y normas de ensayo. I.N.V.E 230.

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3.2.5 Resistencia al Desgaste

Consiste en determinar qué tan resistente es una agregado cuando se somete a una carga abrasiva en la máquina de los ángeles. “El porcentaje de desgaste es usado como un indicador que permite definir de una forma relativa la calidad y la competencia de agregados pétreos”25.

La carga abrasiva consistirá en esferas de acero de un diámetro aproximado de 46.8 mm (1 27/32”) y una masa comprendida entre 390 g y 445 g. Esta depende de la granulometría del ensayo.

Tabla 6. Carga abrasiva.26

Granulometría de ensayo

Número de esferas

Masa Total g

A 12 5000±25 B 11 4584±25 C 8 3330±20 D 6 2500±15

Fuente: Resistencia al desgaste de los agregados de tamaños menores de 37.5 mm (1½") por medio de la máquina de los ángeles.

3.2.6 Módulo de finura

El Módulo de Finura (MF) permite especificar qué tan fino o grueso es el agregado según los tamices por los cuales la muestra sea retenida y la porción del material que atraviesa dichos tamices. Se calcula sumando los porcentajes retenidos acumulados en los tamices estándar y dividiendo la suma entre 100.

Los tamices especificados que se deben utilizar son: tamiz No. 100, No. 50, No. 30, No. 16, No. 8, No. 4, 3/8”, 1/2”, 3/4”.

Según la NTC 174 en su numeral 6.3 se establece que los módulos de finura de agregado para la elaboración de concreto no deben ser menores de 2,3 ni mayores de 3,1.

25 Instituto Nacional de Vías. Especificaciones de construcción y normas de ensayo. I.N.V.E 218. 26Ibid.,p.3

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�� =�%�� (3/4" + 1/2" + 3/8" + � 4 + � 8+ � 16 + � 50 + � 100)/100

(1)

3.3 MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLA

“Es un proceso que consiste en la selección de los ingredientes disponibles (cemento, agregados, agua y aditivos) y la determinación de sus cantidades relativas para producir, tan económicamente como sea posible, concreto con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de resistencia, durabilidad, peso unitario, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas. Estas proporciones dependen de las propiedades y características de los ingredientes usados, de las propiedades particulares del concreto especificado, y de las condiciones particulares bajo las cuales el concreto será producido y colocado”.27 La información más importante para el diseño de mezcla que se requiere es:

• Análisis granulométrico de los agregados. • Pesos unitarios de los agregados. • Pesos específicos de los agregados y del cemento. • Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados. • Tipo de cemento. • Relación agua/cemento. • Contenido de aire.

A continuación se definen dos métodos muy importantes para la realización de una mezcla de concreto.

3.3.1 Método de Fuller

Es uno de los métodos más clásicos para la realización de diseños de concreto. “En el método de Fuller la curva granulométrica de referencia, para obtener una buena compacidad y docilidad, es la denominada parábola de Gessner”28. Su ecuación es:

27SÁNCHEZ, Diego. Diseño de mezcla de concreto. En: Tecnología del concreto y del mortero. 5 ed. Bogotá D.C.: 2001. Editorial: Biblioteca de la construcción. p. 221. 28CORREA, Diana. Dosificación ponderal para hormigones de alta y baja densidad. Universidad Politécnica de Cataluña. 2011. p. 13

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Y = 100"dD (2)

donde: Y = Porcentajeenvolumenquepasaporcadatamizdeaberturad. d = Aberturaenmmdecadaunodelostamicesdelaserieempleada. D = Tamañomáximodelagregadoenmm.

3.3.2 Método de Bolomey

Es un método de dosificación que constituye un perfeccionamiento de la ley de Fuller. Este trata de obtener un concreto económico en cemento con base a sus resistencias, consistencia de la masa y forma de los agregados (redondeados o de machaqueo). “El método está indicado para concretos en masa, grandes macizos, presas, entre otros. Se debe tantear con mucho cuidado la curva granulométrica y los porcentajes de finos, pues aquí interviene, también, el cemento utilizado”29

Bolomey propuso una curva granulométrica continua de agregado más cemento, muy similar a la propuesta por Fuller-Thompson, de ecuación:

Y = a + (100 − a)@AB(3)

donde: Y = Tantoporcientoenvolumenquepasaporcadatamizdeaberturad. d = Aberturaenmmdecadaunodelostamicesdelaserieempleada. D = Tamañomáximodeláridoenmm.

29 GIRALDO, Orlando. Dosificación de mezclas de hormigón. Universidad Nacional de Colombia sede Medellín. 2006. 58 p.

43

a = Parámetroquetomadistintosvaloresenfuncióndeltipodeáridoy delaconsistenciadelhormigón. DichosvaloressepresentanenlaTabla630. Tabla 7.Valores de a en función de la tipología de árido y la consistencia del

hormigón.

Tipo de agregado Consistencia del concreto Valores de a

Rodado Seca - Plástica 10

Blanda 11 Fluida 12

Machacado Seca - Plástica 12

Blanda 13 Fluida 14

Fuente: CORREA, Diana. Dosificación ponderal para hormigones de alta y

baja densidad.

3.4 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO

3.4.1 Resistencia a la Compresión

La resistencia a la compresión es la principal propiedad mecánica del concreto. Es la resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero sometido a carga axial. El signo con el que se representa es f’c, se expresa comúnmente en Mega Pascales (MPa) o en kg/cm2 y los cilindros se ensayan a diferentes edades (3, 7, 14 y la más necesaria a los 28 días). La resistencia a la compresión de peso normal se encuentra entre 20 MPa y 40 MPa. “Los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión de las muestras de prueba, a la edad de ensayo establecida, deben ser usadas para establecer la composición de la mezcla de concreto propuesta y debe alcanzar una resistencia para cumplir con los criterios de durabilidad”31. El ensayo universalmente conocido para determinar la resistencia a la compresión del concreto, es el ensayo sobre probetas cilíndricas elaboradas en moldes

30CORREA, Diana. Dosificación ponderal para hormigones de alta y baja densidad. Universidad Politécnica de Cataluña. 2011. p. 23. 31 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE. Titulo C – Concreto estructural. Comisión asesora permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes. Bogotá D.C.

44

especiales que tienen 150 mm de diámetro y 300 mm de altura o moldes que tienen 100 mm de diámetro y 200 mm de altura.

3.4.2 Resistencia a la Flexión

La resistencia a la flexión es una propiedad mecánica del concreto y es también conocida como módulo de rotura. Se define como el esfuerzo máximo aplicado a una probeta justo antes de que se rompa en un ensayo de flexión. “La prueba de resistencia a la flexión es importante para el diseño y la construcción de carreteras y pavimentos”32. La resistencia a flexión se determina mediante el método de ensayo de la ASTM C-78; los resultados son calculados y reportados como el Módulo de Rotura.

Figura 6. Esquema de un aparato apropiado para la prueba de flexión del concreto.

Fuente: Método para hallar la resistencia a flexión del concreto. NTC 2871.

Cuando la fractura de la viga se inicia dentro del tercio medio de la distancia entre apoyos se calcula mediante la siguiente expresión:

GH = IJKLM(4)

donde: MR = Móduloderoturadelconcreto, en kg cmR⁄

32MAMLOUK, Michael y ZANIEWSKI John. Hormigón de cemento Portland. En: Materiales para Ingeniería Civil. 2 ed. España. 2009. p 295.

45

P = Cargamáximaaplicadaenkg. L = Luzlibreentreapoyosencm. b = Anchodelavigaencm. d = Alturadelavigaencm. El Comité Europeo del Concreto ha establecido una relación entre flexión y compresión, que puede ser utilizada cuando no se disponga de datos de flexión y es la siguiente:

GH = VWX′�(5)

donde: MR = Móduloderoturadelconcretoenkg/cmR f Zc = Resistenciaalacompresióndelconcretoenkg/cmR K = Constantequevaríaentre2.0y2.7(ACIrecomienda2.0yel comitéEuropeorecomienda2.5)

3.4.3 Módulo de Elasticidad

Es la relación entre la fatiga unitaria y la correspondiente deformación unitaria en un material sometido a un esfuerzo que está por debajo del límite de elasticidad del material. “También es llamado coeficiente de elasticidad, módulo de Young o módulo elástico”33.

En este ensayo se obtiene la curva tensión deformación del concreto. En dicha curva se representan los valores obtenidos de los alargamientos frente a los esfuerzos aplicados.

3.5 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CONCRETO

3.5.1 Consistencia o fluidez

Esta propiedad indica la humedad y calidad de la mezcla por el grado de fluidez que tiene el concreto, que tan dura (seca) o blanda (fluida) es la mezcla; este grado de fluidez se determina por el asentamiento que se obtiene por medio del ensayo del cono de Abrams o el Slump.

33

Ibid., p 297.

46

3.5.2 Segregación

Los componentes del concreto son heterogéneos, es decir que se encuentran líquidos, polvo, fragmentos de piedras, arena y un pequeño porcentaje de espacios de aire y cada uno tiene su respectiva densidad lo que genera una tendencia a separar las partículas por falta de cohesión de la pasta cementante con los demás componentes. La segregación hace que las partículas más pesadas desciendan y se genere mala distribución del agregado en la mezcla.

3.5.3 Exudación

La exudación es la migración del agua hacia la superficie superior del concreto en estado fresco. La tendencia del agua de subir a la superficie del concreto recién vaciado se puede determinar por el método de la ASTM C232.

3.5.4 Estabilidad

Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin mediar la aplicación de fuerzas externas. Se cuantifica por medio de la exudación y la segregación.

47

4. CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS

Para llevar a cabo la realización de esta investigación se tuvieron en cuenta una serie de recursos aportados por diferentes empresas del sector de la construcción de la ciudad de Cali; la Industria Cementera Argos, proporcionó la arena y cemento para la realización de esta investigación; la empresa Ingeniería y Minería de Occidente (INGEOCC) proporcionó la grava; la empresa Sika el adhesivo Sikaplast RM-100; la empresa Progea entregó los Residuos de Construcción y Demolición (agregados reciclados) debidamente triturados.

Las características principales de los materiales son mostrados a continuación a través de una serie de ensayos que se realizan de acuerdo a las Normas de INVIAS (I.N.V.E).

4.1 AGREGADO FINO

Para la realización de la investigación se utilizó un agregado fino natural triturado de piedra caliza proveniente de la cantera San Marcos.

Figura 7 . Agregado fino.

Fuente: Elaborado por los autores. Foto tomada en el laboratorio de la Universidad Javeriana

Cali. 2013.

Las características de este material se encuentran resumidas en la tabla 8.

48

Tabla 8. Características agregado fino.

Propiedad Resultado Límites

Densidad aparente (kg/m3) 2610 2500 - 2700

Absorción (%) 1,72 < 4

Módulo de finura 2,92 Entre 2,3 y 3,1

Contenido materia orgánica 0 1 - 5

Los resultados que se aprecian en la Tabla 8 de densidad aparente, absorción, módulo de finura y materia orgánica, muestran valores aceptables teniendo en cuenta recomendaciones de las normas. Se concluye que de acuerdo a su módulo de finura, se tiene una arena media. Igualmente Con base en la norma INVE E - 223 al compararlo en la escala de vidrios de color normalizado el agregado fino dio como resultado un material con cero contenido de materia orgánica, ya que el color de la superficie de la muestra de ensayo, es más claro que el color normal de referencia.

La caracterización del agregado depende de la granulometría obtenida, y si cumple o no con los parámetros que las normas exigen. En la Tabla 9 se muestran los porcentajes obtenidos mediante el ensayo de granulometría. Se concluye que el material cumple con los criterios de la NTC 174 y es apto para la elaboración del concreto.

Tabla 9. Granulometría agregado fino.

Abertura del Tamiz Masa Retenida

(g)

(%) (%) (%) Criterios de la NTC 174

mm Pulg (No.) Retenido Ret. Acumulado Pasa % pasa % pasa

25,40 1" 0,0 0,0 0,0 100,0 19,00 3/4" 0,0 0,0 0,0 100,0 12,70 1/2" 0,0 0,0 0,0 100,0 9,51 3/8" 0,0 0,0 0,0 100,0 100,0 100,0 4,75 Nº 4 2,70 0,6 0,6 99,4 100,0 95,0 2,36 Nº 8 65,55 14,5 15,1 84,9 100,0 80,0 1,18 Nº 16 130,04 28,8 43,9 56,1 85,0 50,0 0,60 Nº 30 88,65 19,6 63,5 36,5 60,0 25,0

0,30 Nº 50 68,60 15,2 78,6 21,4 30,0 10,0

0,15 Nº 100 52,74 11,7 90,3 9,7 10,0 2,0

0,08 Nº 200 35,15 7,8 98,1 1,9 0,0 0,0

Fondo Fondo 8,66 1,9 100,0 0,0

TOTAL 452,09 100,0

49

De acuerdo a las especificaciones de la NTC 174, el agregado fino cumple con los estándares para la utilización en el diseño del concreto tal como se muestra en la Figura 8.

Figura 8. Curva granulométrica agregado fino.

De esta grafica se puede concluir que el agregado fino está dentro de las especificaciones, es decir, es un material bien gradado.

4.2 AGREGADO GRUESO

El agregado grueso utilizado en la presente investigación es proveniente de roca caliza, fue extraído de la cantera de INGEOCC y donado por la misma. En la Figura 9 se aprecia el material grueso que se utilizó en la realización de este trabajo.

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10

% P

asa

acum

ulad

o

Tamaño de partícula (mm)

Límite Inferior Curva granulométrica del agregado Límite superior

50

Figura 9. Agregado grueso.


Cali. 2013.

Las características principales de este material se encuentran en la tabla 10.

Tabla 10.Características agregado grueso.


Densidad aparente (kg/m3) 2653 2500 - 2800 Absorción (%) 2,07 < 4 Índice de alargamiento (%) 71,17 - Índice de aplanamiento (%) 30,14 - Coeficiente de los ángeles (%) 15 < 35

Los resultados que se aprecian en la tabla 10 de absorción, índice de alargamiento y aplanamiento, muestran valores aceptables teniendo en cuenta recomendaciones de las normas. El índice de alargamiento y aplanamiento según los resultados obtenidos indican que las partículas gruesas son más alargadas que aplanadas.

En la Tabla 11 se muestran los porcentajes obtenidos en el ensayo de granulometría por tamizado del agregado grueso, según los criterios de INVIAS el material es apto para la elaboración del concreto, ya que la mayor parte de sus partículas son retenidas hasta el tamiz N°4.

51

Tabla 11. Granulometría agregado grueso. Abertura del Tamiz

Masa Retenida (g)

(%) (%) (%) Criterio INVIAS


50,80 2" 0,0 0,0 0,0 100,0 38,10 1 1/2" 0,0 0,0 0,0 100,0 100,0 100,0 25,40 1" 0,0 0,0 0,0 100,0 100,0 90,0 19,00 3/4" 2437,70 49,5 49,45 50,55 55,0 20,0 12,70 1/2" 2184,60 44,3 93,77 6,23 10,0 0,0 9,51 3/8" 226,30 4,6 98,36 1,64 5,0 0,0

4,75 Nº 4 70,70 1,4 99,80 0,20 0,0 0,0

2,36 Nº 8 3,41 0,1 99,87 0,13 0,0 0,0

1,18 Nº 16 1,35 0,03 99,89 0,11 0,0 0,0

0,60 Nº 30 1,02 0,02 99,91 0,09 0,0 0,0

0,30 Nº 50 0,86 0,02 99,93 0,07 0,0 0,0

0,15 Nº 100 1,14 0,02 99,95 0,05 0,0 0,0

0,08 Nº 200 1,52 0,03 99,99 0,01 0,0 0,0

Fondo Fondo 0,71 0,01 100,00 0,00

TOTAL 4929,3 100,0

De acuerdo a las especificaciones de INVIAS el agregado grueso cumple con los estándares para la utilización en el diseño del concreto como se muestra en la Figura 10.

Figura 10 .Curva granulométrica agregado grueso.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% P

asa

acum

ulad

o


Curva granulométrica del agregado Límite superior Límite inferior

52

De esta grafica se puede concluir que el agregado grueso está dentro de las especificaciones, es decir, es un material bien gradado y se puede trabajar en el diseño del concreto.

4.3 AGREGADO GRUESO RECICLADO

4.3.1 Toma de Muestra del Agregado Reciclado en la Ciudad de Cali

En el Municipio de Candelaria, a la altura del sector conocido como La Nubia se encuentra ubicado el sitio de disposición final de Progea. La empresa Progea, se encarga de la recolección, transporte y disposición final de los RCD. “Poseen equipos de transporte, cargue y compactación necesaria para desarrollar una labor enmarcada en altos estándares de calidad ambiental y desarrollo sostenible”34. Gran parte del material es separado y reutilizado, por tal razón aseguran que no cualquier persona puede descargar Residuos de Construcción y Demolición.

Figura 11 . Localización escombrera Progea S.A.

Fuente: Progea. Sitio de disposición final. Disponible en: www.progea.com.co/ubicacion_sitios.html

34PROGEA S.A. Gestión integral de escombros al servicio del medio ambiente. Disponible en Internet <http://www.progea.com.co/index.html>

53

De este sitio de disposición fue tomada y llevada a una trituradora una muestra de escombros conformados por concreto y ladrillo, los cuales fueron triturados de tal forma que alcanzaran un tamaño máximo nominal de 1” descartándose los tamaños más finos.

4.3.2 Sitios de Disposicion Final PROGEA

Progea cuenta con lotes que estan disponibles para su relleno total con los materiales que se recolectan. Estos lotes anteriormente han sido explotados para sacar material para la fabricación de ladrillos. En la figura 12 se puede observar lotes totalmente rellenos con agregados reciclados provenientes de la ciudad de Cali de las diferentes construcciones.

Figura 12. Sitio de disposición final. Candelaria.



4.3.3 Proceso de obtención del nuevo agregado recic lado

Progea se encarga de separar el material que viene con más Residuos de Construcción y Demolición y que puede servir para ser reutilizado, la mayoría de estos materiales provienen de cilindros de concreto y mampostería. En la Figura 13 se puede apreciar la separación de este material.

54

Figura 13. Material reciclado.



La Figura 14muestra el proceso que se le realiza a estos materiales para la obtención del agregado grueso reciclado. La Figura 14A muestra la trituradora con la cual se realizó el proceso para la obtención del material reciclado, esta máquina es poco utilizada ya que actualmente sólo se producen pequeñas cantidades de sólo bloques de concreto con agregados reciclados en esta empresa. En la Figura 14B se puede apreciar el material que fue seleccionado para la trituración, este pasa por unas mandíbulas para ser triturado, luego se transporta en una banda como muestra la Figura 14C hasta llegar a la malla donde se realiza el respectivo tamizado como se observa en la Figura 14D . Las partículas que pasan esta malla son con las que se va a trabajar, la Figura 14F, muestra el resultado final de este proceso de obtención de este material.

C B A

55

Figura 14. Proceso para la obtención del agregado grueso reciclado.

Fuente: Fotos tomadas en visita realizada a Candelaria - Valle del Cauca.

Después del proceso de la obtención del agregado grueso reciclado, el material es transportado al laboratorio de Ingeniería Civil de la Pontificia Universidad Javeriana Cali para hacer sus respectivos estudios. Antes de la realización de estos ensayos cabe resaltar que para adquirir un agregado grueso reciclado representativo se realizó una separación de este, esto debido a que no se sabía la cantidad exacta de concreto y mampostería que la empresa PROGEA había triturado. Primero se tomó una muestra de 10 kg de diferentes sacos (ver tabla 12) en los que estaba empacado el material, luego, de un solo saco se tomó la misma cantidad y se obtuvieron los porcentajes de concreto y mampostería que el agregado posee (ver tabla 13). A continuación se aprecia una imagen luego de ser separado el agregado grueso reciclado, del cual se obtuvieron partículas de concreto y mampostería.

Figura 15. Separación agregado grueso reciclado.


Cali. 2013.

Las tablas 12 y 13 muestran que el agregado reciclado es homogéneo, el 82% de esta muestra proviene de concreto y el 18% proviene de mampostería.

E D

56

Tabla 12. Muestra de agregado reciclado tomado de diferentes sacos.

Peso total: 10 kg Porcentaje (%) Mampostería 17,46% Concreto 82,28%

Tabla 13. Muestra de agregado reciclado tomado de un saco.

Peso total: 10 kg Porcentaj e (%) Mampostería 17,60% Concreto 82,20%

El agregado reciclado utilizado en esta investigación proviene de un sitio de disposición final ubicado en Candelaria – Valle del Cauca, el cual fue debidamente seleccionado y triturado por la empresa Progea. Este material sustituirá un 25%, 50% y 100% de agregado grueso natural y cuenta con las siguientes características. La absorción de estos materiales en todos los casos es superior a la de los agregados naturales debido a la elevada absorción del mortero adherido que queda adherido. “Según normas Europeas (UNE y EHE), normas Japonesas y normas Belgas el rango encontrado para el agregado grueso es de 0,8% a 13% con un valor medio de 5,6%”35. También presenta un elevado coeficiente de los ángeles ya que en la realización del ensayo se elimina el mortero adherido que queda adherido al agregado, además de la pérdida de peso propia del agregado natural. “Debido a que no se conoce la procedencia del agregado los valores recomendados para el coeficiente de los ángeles son menores a 34%”36. Según la RILEM, el agregado reciclado debe contener una cantidad máxima de materiales de inferior a 2.200 kg/m3

35Sánchez, Martha y Alaejos María del Pilar. Estudio sobre las propiedades del árido reciclado. Utilización en hormigón estructural. Revista. 2001. 36González, B. Hormigones con Áridos Reciclados Procedentes de Demoliciones: Dosificaciones, Propiedades mecánicas y comportamiento estructural al cortante. Tesis Doctoral. 2002.

57

Tabla 14. Características agregado grueso reciclado.


Densidad aparente (kg/m3) 2154 2000 - 2400

Absorción (%) 8,27 <13

Índice de alargamiento (%) 77,15 -

Índice de aplanamiento (%) 16,66 -

Coeficiente de los ángeles (%) 32 < 34

Los resultados que se aprecian en la Tabla 14 de absorción, índice de alargamiento y aplanamiento, muestran valores aceptables teniendo en cuenta recomendaciones de las normas. El índice de alargamiento y aplanamiento según los resultados obtenidos indican que las partículas gruesas son más alargadas que aplanadas. El coeficiente de los ángeles según la bibliografía consultada se encuentra en un rango aceptable. En la Figura 16 se puede observar el material grueso reciclado totalmente limpio utilizado para la realización de este trabajo, el cual sustituirá porcentajes del 25%,50% y 100% del agregado grueso natural.

Figura 16 . Agregado Reciclado.


Cali. 2013.

En la Tabla 15 se muestran los porcentajes de materiales retenidos obtenidos de la tamizada del agregado grueso, según los criterios de INVIAS el material es apto para la elaboración del concreto.

58

Tabla 15 . Granulometría agregado reciclado. Abertura del Tamiz

Masa Retenida (g)

(%) (%) (%) Criterios de INVIAS


50,80 2" 0,0 0,0 0,0 100,0 38,10 1 1/2" 0,0 0,0 0,0 100,0 100,0 100,0 25,40 1" 0,0 0,0 0,0 100,0 100,0 100,0 19,00 3/4" 513,0 10,4 10,4 89,6 100,0 90,0 12,70 1/2" 2419,0 49,3 59,7 40,3 55,0 20,0 9,51 3/8" 1109,0 22,6 82,3 17,7 10,0 0,0 4,75 Nº 4 820,0 16,7 99,0 1,0 5,0 0,0

2,36 Nº 8 26,0 0,5 99,5 0,5 0,0 0,0

1,18 Nº 16 3,9 0,1 99,6 0,4 0,0 0,0

0,60 Nº 30 2,6 0,1 99,7 0,3 0,0 0,0

0,30 Nº 50 3,3 0,1 99,7 0,3 0,0 0,0

0,15 Nº 100 3,8 0,1 99,8 0,2 0,0 0,0

0,08 Nº 200 3,3 0,1 99,9 0,1 0,0 0,0

Fondo Fondo 5,5 0,1 100,0 0,0

TOTAL 4909,4 100,0

De acuerdo a las especificaciones de INVIAS el agregado grueso reciclado a pesar de que no cumple con un criterio es apto para la utilización en el diseño del concreto como se muestra en la Figura 17.

Figura 17 .Curva granulométrica agregado reciclado

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% P

asa

acum

ulad

o


Curva granulométrica agregado Límite superior Límite inferior

59

De esta gráfica se puede concluir que a pesar de que el agregado reciclado se salga en un punto de los parámetros se puede utilizar en el diseño de mezcla.

4.4 ADITIVO SIKAPLAST RM-100

Es un aditivo súper plastificante líquido de color ámbar que se emplea como reductor de agua. Adicionándolo a una mezcla de consistencia normal se consigue fluidificar el concreto. Permite recuperar el asentamiento del concreto. “SikaPlast RM-100 cumple con las normas ASTM C-949, ASTM C-1017 y NTC 1299. Densidad 1,21 kg/L aproximadamente”.37

37Manual de productos Sika 2009/Aditivo y adiciones para el concreto

60

5. DISEÑO DEL CONCRETO

Al tener definido las cantidades reales de los materiales que componen el diseño de concreto de este estudio, se procede a establecer las dosificaciones del diseño de cada mezcla donde se sustituye los diferentes porcentajes del agregado grueso natural por el agregado grueso reciclado.

Inicialmente para empezar con la elaboración de las mezclas del diseño 100% natural que es el punto de referencia de las demás mezclas que serán con agregado reciclado, se realizaron mezclas preámbulos para establecer las cantidades con las que se trabajaría para asegurar la uniformidad del proceso de elaboración de las mezclas; puesto que la máquina mezcladora con la que se contaba solo era para preparar 40 litros de concreto y se debía acondicionar cada mezcla a esta restricción.

Se realizaron cinco mezclas de preámbulo todas con agregado 100% natural. La primera mezcla que se realizó fue para evaluar la consistencia que presentaba el diseño elaborado, procedimiento que se realizó para 20 litros manualmente. Luego de elaborar la mezcla se tomó el asentamiento dando como resultado una pulgada (1”), valor que no era el esperado para el diseño.

Después se realizó una mezcla con la cantidad anteriormente nombrada pero por procedimiento mecánico, atendiendo las recomendaciones de uniformidad; puesto que las mezclas manuales dependen del estado de ánimo de la persona que lo realiza, factor que afecta los procedimientos y por ende los resultados que se obtienen. Para esta mezcla no se realizó prueba de asentamiento, puesto que al vaciarla se presentó dificultad por lo seca que se encontraba; por tanto se tomó la decisión de no hacer el ensayo de Slump.

Luego se realizó una mezcla para la capacidad máxima de la mezcladora 40 litros; al realizar el vaciado, la mezcla se observa muy seca y el agregado no se encontraba distribuido homogéneamente, se tomó el asentamiento y tampoco se logró el asentamiento que se esperaba. Por consiguiente se decide trabajar el diseño usando un aditivo que le proporcione fluidez a la mezcla.

Finalmente se realizan la mezcla patrón con el aditivo Sikaplast RM-100. Se realiza el procedimiento de elaboración de la mezcla, al realizar el vaciado se ve inmediatamente que la mezcla físicamente presenta mejores condiciones a las anteriores mezclas realizadas respecto a la fluidez y homogeneidad. Luego se hace la prueba de asentamiento logrando 2”, se realiza 3 cilindros de 15 x 30 cm y 5 cilindros de 10 x 20 cm y se dejan en curado y se evalúa resistencia a la compresión a 7, 14 y 28 días logrando idóneos para el diseño.

61

5.1 DISEÑO DEL CONCRETO CONVENCIONAL MÉTODO BOLOME Y

Para la realización del diseño se decidió trabajar con el método de Bolomey ya que este es un perfeccionamiento del método de Fuller y puesto que la desviación estándar del método de Bolomey es menor a la de Fuller. En el diseño se mostrará más detallado. Igualmente se buscar un concreto de 21 MPa (3000 PSI). Los pasos para la realización de este método se muestran a continuación.

1. Elegir el asentamiento: El asentamiento a elegir es de 2” (50 mm). 2. Elección de la resistencia: Debido a que es un diseño que se realiza con

RCD se busca una resistencia mínima para la construcción de estructuras, en este caso una resistencia de 21 MPa (3000 PSI). Se debe tener en cuenta que se debe realizar una muestra patrón con agregados naturales para así poder realizar las comparaciones debidas con los agregados reciclados.

3. Selección del tamaño máximo del agregado: El tamaño máximo del agregado grueso proporcionado por INGEOCC es 1”.

4. Estimación del contenido de aire: Se determina que la mezcla de concreto no estará expuesta a un ambiente riguroso, por lo que se excluye el aire.

5. Selección de la relación agua/cemento (a/c): Se eligió una relación agua/cemento de 0,56ya que la resistencia mínima a la compresión que se espera es de 21 MPa y según la ACI 318 cuando no hay disponibles datos históricos de resistencia ni mezclas de ejemplo recomienda trabajar con este valor.

6. Estimación del agua: De acuerdo a la relación agua/cemento anteriormente establecida y a que se busca tener un concreto que por m3 consuma 300 kg de cemento, el agua requerida es 168 kg/m3.

7. Contenido de cemento: La cantidad de cemento a utilizares de 300 kg/m3. 8. Cantidad de aditivo a utilizar: Las especificaciones de SIKA recomiendan

trabajar con el aditivo SikaPlast RM-100 entre el 0,2% al 0,8% del peso del cementante, por tal razón se escoge un 0,9% del peso del cementante, ya que este aditivo permite darle una mayor manejabilidad al concreto para así lograr el asentamiento adecuado.

9. Estimación del contenido de agregado grueso y ag regado fino: Para encontrar la proporción adecuada de los agregados, se realizó una curva granulométrica con ambos materiales, en las que se estudia la factibilidad de la utilización de dos métodos. Con estos, se busca llegar a una curva

62

granulométrica que cumpla con los parámetros especificados. Los métodos utilizados son el de Fuller y el de Bolomey, de los cuales de acuerdo a su desviación estándar obtenida, se decide trabajar con el método de Bolomey, ya que los resultados obtenidos muestran que este método tiene una menor desviación estándar; lo cual indica que mayor será la concentración de datos alrededor de la media (ver tabla 16).

Tabla 16. Comparación Método de Fuller y Método de Bolomey para dosificación con agregados 100% natural.

Para tener un criterio de elección del método a trabajar, se debe realizar una comparación en base a las desviaciones estándares obtenidas de los datos. Se escoge el método que tenga el menor valor de desviación estándar; para este caso es el método de Bolomey con un valor de 24,2. Este criterio de decisión se tomó dado que mientras el valor de desviación estándar sea menor, menor es la dispersión o variabilidad de los datos obtenidos y esto brinda mayor confiabilidad del procedimiento realizado en la elaboración del concreto.

Seguido a esto, habiendo encontrado los porcentajes de los agregados (agregado fino: 46,61% y agregado grueso: 41,67%) , se procede a sacar las proporciones de estos como se muestra en la tabla 17.

63

Tabla 17. Estimación de las proporciones de los agregados.

MATERIAL MASA (Kg) DENSIDAD

(Kg/m 3) VOLUMEN

(m3) Cemento 300 3100 0,10

Agua 168 1000 0,17 Arena Natural 1012 2610 0,39 Grava Natural 920 2653 0,35

Total 2400 1,00

10. Ajustes por humedad y absorción: Debido a que los agregados poseen una humedad y una absorción, se debe hace una corrección, la cual se muestra en la Tabla 18.

Tabla 18. Ajuste por humedad y absorción.

Humedad (%) Absorción (%) Humedad libre (%)* Grava 1,55 2,07 -0,52 Arena 1,1 1,72 -0,62

*ab = cdefghg − hijklmnóo

11. Cantidades reales después del ajuste: Después de haber realizado el

ajuste que se produce por la humedad y la absorción se calculan los valores reales a utilizar en la mezcla de concreto.

Tabla 19. Cantidades reales a usar en la mezcla de concreto

Material Masa (kg) Cemento 300 Agua 179 Arena 1023 Grava 934

TOTAL 2436

El total de masa obtenido de cada material referencia que para cada metro cubico de concreto se necesita esa masa para que el diseño cumpla.

Obtenido el diseño del concreto con agregados naturales, por medio del método de Bolomey se procede a reemplazar parcial o totalmente la grava por

64

RCD. Estas mezclas se realizan en el laboratorio ejecutando los respectivos ensayos para ser evaluados. Este se realiza por medio de un análisis estadístico para analizar la variabilidad que hay entre los resultados obtenidos de la resistencia a la compresión del concreto. A continuación se muestra el diseño utilizado y en el capítulo 6 de este trabajo aparecen los resultados obtenidos de acuerdo a cada diseño ejecutado.

5.2 DISEÑO DEL CONCRETO CON 25%, 50% y 100% DE AGR EGADOS PROVENIENTES DE RCD

Para cada diseño se realizan los mismos pasos que el diseño natural teniendo presenta la siguiente información:

Asentamiento = 2”

Resistencia= 21 Mpa

Tamaño máximo agregado natural = 1”

Tamaño máximo agregado reciclado = 1”

Relación agua/cemento = 0,56

Estimación del agua = 168 kg/m3

Contenido del cemento = 300 kg/m3

Aditivo = 1,4%

De acuerdo a la anterior información se obtiene el diseño del concreto reemplazando el 25%, 50% y 100% del agregado natural (grava) por agregados provenientes de RCD. En la Tabla 20 se muestra los valores encontrados con la sustitución del 25% de agregado natural con su respectiva gráfica de curva granulométrica, en la tabla 21 se encuentran los valores con el 50% y su respectiva curva granulométrica y en la Tabla 22 los valores encontrados para la sustitución del 100% del agregado natural y su gráfica de curva granulométrica.

65

Tabla 20. Dosificación método Bolomey, 25% agregado reciclado

Figura 18. Curva granulométrica Bolomey 25% agregado reciclado

La curva azul representa la curva ideal que plantea Bolomey, con el diseño se pretende llegar a esta curva, como lo expresa la curva roja la cual expresa la dosificación del concreto por medio del método de Bolomey.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,01 0,10 1,00 10,00

% P

asa

acum

ulad

o


Curva ideal Bolomey Dosif icación del concreto Bolomey

66



La curva azul representa la curva ideal que plantea Bolomey. La curva roja expresa la dosificación del concreto por medio del método de Bolomey. Se busca que la curva roja sea lo más similar a la azul que es la ideal.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,01 0,10 1,00 10,00

% P

asa

acu

mu

lad

o


Curva ideal Bolomey Dosificación del concreto Bolomey

67



La curva azul representa la curva ideal que plantea Bolomey. La curva roja expresa la dosificación del concreto por medio del método de Bolomey. Se busca que la curva roja sea lo más similar a la azul que es la ideal.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,01 0,10 1,00 10,00

% P

asa

acum

ulad

o


Curva ideal Bolomey Dosif icación Bolomey

68

6. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO ANÁLISIS DE DATOS Y RESULTADOS

Definido el diseño y sabiendo que los porcentajes a reemplazar de agregado grueso natural por agregado grueso reciclado son del 25%, 50% y 100%. Se realizaron 3 mezclas por cada diseño, de cada mezcla se fabricaron 3 cilindros de diámetro 10 mm y altura 20 mm para ser ensayados a la edad de 7,14 y 28 días. Esta cantidad de cilindros mantiene el nivel de confianza de la resistencia promedio ya que este tipo de cilindros tienden a tener variabilidades propias del ensayo aproximadamente un 20% mayores que las correspondientes para ensayos de cilindros de 150 por 300 mm. El total obtenido son 9 cilindros por edad que se dejan en curado permanente en un tanque de agua y se ensayan de acuerdo a la necesidad que se quiera obtener los resultados de resistencia a compresión de cada espécimen.

Algunas de las fallas típicas que se presentaron en los cilindros se pueden apreciar en la Figura 21.

Figura 21 . Fallas de los cilindros de 10 x 20 mm

El colapso de las obras civiles se debe principalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte. La fractura cónica es un patrón común de ruptura que presentan los cilindros tal como se puede apreciar en la figura 21.

69

6.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON AGREGADO 100% N ATURAL

Para el diseño con agregado 100% natural se buscaba llegar a una resistencia mínima de 21 MPa, esta resistencia permite la construcción de obras civiles de bajo tránsito. Debido a que la mezcla no estaba cumpliendo con el asentamiento se utilizó el aditivo SikaPlast RM-100 el cual permitió que las resistencias fueran mucho mayores a las esperadas y se lograra un asentamiento de 5 cm. El nivel de confianza de acuerdo a un estudio estadístico realizado con la distribución de t-student confirma que es del 95%. La distribución t-student se utiliza para estimar la media de una población normalmente distribuida cuando el tamaño de la muestra es pequeño. Los rangos obtenidos para cada edad se pueden observar en la Tabla 23 mostrando que los resultados de los ensayos a compresión están dentro de estos intervalos.

Tabla 23.Resultados resistencia a la compresión agregado 100% natural

Diseño Muestra Edades evaluadas

7 14 28 MPa

Agregado 100% Natural A-NAT 31,95 33,58 45,69 Agregado 100% Natural A-NAT 35,04 41,42 46,03 Agregado 100% Natural A-NAT 33,21 38,86 44,33 Agregado 100% Natural B-NAT 25,92 26,88 38,11 Agregado 100% Natural B-NAT 28,88 30,34 40,44 Agregado 100% Natural B-NAT 29,95 37,90 38,96 Agregado 100% Natural C-NAT 39,09 42,45 47,05 Agregado 100% Natural C-NAT 39,96 40,67 44,29 Agregado 100% Natural C-NAT 37,10 41,59 45,85

Rango de nivel de confianza t-Student 29,79 32,81 40,84 37,12 41,34 45,99

Nota: Las letras A, B, C indican que se realizaron 3 mezclas en diferentes momentos pero con la misma dosificación, donde de cada mezcla se obtuvieron 9 cilindros para

ensayar 3 cilindros a cada edad (7, 14 y 28 días).

Los rangos del nivel de confianza se calcularon mediante la siguiente fórmula: − − p�� ≤ rstuvwxyuz{|√~

≤ − p��(6)

donde:

70

� − ��: Tabladedistribuciónestadística ��: Promediodelosresultadosobtenidos �:Niveldeconfianza �: Desviaciónestándar �:Númerodedatos Los valores calculados con relación al nivel de confianza para el agregado 100% natural indican que los resultados obtenidos en los ensayos están dentro del rango de confiabilidad hallada con el análisis de la distribución t-student. En la tabla 24 se realiza el respectivo análisis estadístico.

De acuerdo a estos resultados obtenidos se realiza un análisis estadístico el cual permite por medio de un análisis de varianza (ANOVA) comparar las medias cuando existen más de dos niveles para un solo factor (el factor en este caso es la edad). Los resultados de la varianza de los datos se hacen por el método de distribución F de FISHER. Para lo que se plantea que si F es mayor que el F crítico al comparar los valores obtenidos en Anova, significa que la variación entre los factores analizados tienen un efecto estadísticamente significativo sobre los resultados obtenidos en los ensayos, si F es menor que el F crítico no se puede afirmar que existe alguna diferencia significativa entre los datos.

A continuación se presentan las tablas del análisis estadístico y análisis de varianza obtenido para el diseño de concreto con agregado 100% natural.

Tabla 24.Análisis estadístico resistencia a compresión agregado 100% natural

Edades N° Cilindros Suma Promedio (MPa) Desviación Estándar Varianza Coeficiente

de Variación 7 Días 9 301,102 33,456 4,770 22,756 14% 14 Días 9 333,688 37,076 5,550 30,805 15% 28 Días 9 390,747 43,416 3,345 11,192 8%

La tabla 25 muestra los resultados del análisis de varianza para el agregado 100% natural, en esta se determina que el valor F = 10,559 es mayor que el F crítico = 3,403. Lo cual quiere decir que existe alguna diferencia significativa o que al menos en el grupo de datos analizados existe un valor correspondiente a un factor y que es diferente dentro de todos los resultados obtenidos para este diseño.

71

Tabla 25. Análisis de Varianza resistencia a compresión agregado 100% natural

Origen de las variaciones

Suma de cuadrados

Grados de

libertad

Promedio de los

cuadrados F Probabilidad

Valor crítico para F

Entre grupos 457,543 2 228,772 10,599 0,000502473 3,403 Dentro de los grupos 518,024 24 21,584 Total 975,567 26

La figura 22 representa la variación y el promedio de resistencia a la compresión con un concreto con agregados 100% natural.

Figura 22 . Resultados resistencia a compresión agregado 100% natural

La Figura 22, indica que a medida que transcurren los días de curado el concreto obtiene una mayor resistencia, esto debido quizás a la calidad intrínseca de los agregados y características del cemento.

6.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON 25% DE AGREGADO RECICLADO

Debido a la utilización de agregado reciclado, la resistencia a compresión que se espera es de 21 MPa. Igual que el diseño anterior, se obtienen resistencias mayores debido a la utilización del aditivo, el cual permitió que cumpliera el asentamiento del concreto que era 5 cm. El nivel de confianza es de 95%. Los

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Res

iste

ncia

(M

Pa)

Resistencia aCompresión

Días

72

resultados obtenidos se muestran en la Tabla 26 donde se puede apreciar la resistencia a compresión de cada cilindro a su respectiva edad.

Tabla 26.Resultados resistencia a la compresión 25% agregado reciclado


7 14 28 MPa

Agregado 25% Reciclado A25 29,68 27,75 30,75 Agregado 25% Reciclado A25 26,63 27,24 30,33 Agregado 25% Reciclado A25 27,54 31,90 30,96 Agregado 25% Reciclado B25 21,35 30,81 30,39 Agregado 25% Reciclado B25 23,74 26,83 31,08 Agregado 25% Reciclado B25 19,39 27,30 30,62 Agregado 25% Reciclado C25 24,77 28,06 33,11 Agregado 25% Reciclado C25 24,40 27,58 34,90 Agregado 25% Reciclado C25 24,50 25,04 32,60


A continuación se presentan las tablas del análisis estadístico y análisis de varianza obtenido para el diseño de concreto con 25% de agregado reciclado. Para este análisis se descarta el valor encontrado a los 7 días con la mezcla B (19,39 MPa) debido a que este valor es un dato atípico y afecto el análisis estadístico.

Tabla 27.Análisis estadístico Resistencia a Compresión 25% agregado reciclado

Edades N° Cilindros Suma Promedio (MPa) Desviación Estándar

Varianza Coeficiente

de Variación

7 Días 8 202,710 25,339 2,553 6,517 10%

14 Días 9 252,492 28,055 2,076 4,311 7%

28 Días 9 284,752 31,639 1,566 2,452 5%

El análisis estadístico obtenidos en la tabla 28 para la mezcla con 25% de agregado reciclado, indica que la resistencia a los 28 días, está dentro de la variación esperada dado que el valor del coeficiente es el 5%; valor admisible para el diseño.

73

Tabla 28. Análisis de Varianza Resistencia a Compresión 25% agregado reciclado


Suma de cuadrados

Grados de

libertad

Promedio de los



Entre grupos 170,381 2 85,190 19,6477 1,05615E-05 3,422 Dentro de los grupos 99,728 23 4,336

Total 270,110 25

Los resultados que se obtuvieron por medio de ANOVA para este diseño establecen que los datos analizados conservan una diferencia que estadísticamente los hace significativos ya que los resultados muestran que el F critico es menor que el F.

La figura 23 representa la variación y el promedio de resistencia a la compresión con un concreto con 25% de agregado reciclado.

Figura 23 . Resultados resistencia a compresión 25% agregado reciclado.

La figura 23 muestra que a medida que pasan los días los resultados a compresión van siendo menos dispersos, lo cual permite que en un 25% se generen buenas resistencias del concreto a los 28 días.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Res

iste

ncia

(M

Pa)

Días


74

6.3 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON 50% DE AGREGADO RECICLADO

El nivel de confianza es de 95% donde el valor mínimo esperado de la resistencia a compresión es 18,60 MPa y el valor máximo es de 28,27 MPa. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 29 donde se puede apreciarla resistencia a compresión de cada cilindro.

Tabla 29. Resultados resistencia a la compresión 50% agregado reciclado


7 14 28 MPa



Para este análisis se descarta el valor encontrado a los 7 días con la mezcla C (13,87 MPa) debido a que este valor es un dato atípico y afecto el análisis estadístico.

Tabla 30. Análisis estadístico Resistencia a Compresión 50% agregado reciclado.

Edades N° Cilindros Suma Promedio

(MPa) Desviación Estándar Varianza Coeficiente de

Variación

7 Días 8 169,185 21,148 1,472 2,166 7% 14 Días 9 212,218 23,580 1,464 2,143 6%

28 Días 9 240,512 26,724 2,010 4,042 8%

75

Para la mezcla con 50% de agregado natural el análisis estadístico indica que la resistencia a los 28 días, está por encima del valor admisible en un 3%, no obstante el valor correspondiente tiende a ser muy cercano al intervalo de variabilidad.

Tabla 31.Análisis de Varianza Resistencia a Compresión 50% agregado reciclado


Suma de cuadrados

Grados de

libertad

Promedio de los



Entre grupos 133,243 2 66,621 23,703 2,5840E-06 3,422 Dentro de los grupos 64,644 23 2,810

Total 197,888 25


La figura 24 representa la variación y el promedio de resistencia a la compresión con un concreto con 50% de agregado reciclado.

Figura 24. Resultados resistencia a compresión 50% agregado reciclado

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 1012141618202224262830

Res

iste

ncia

(M

Pa)

Días


76

La figura 24 muestra una tendencia ascendente de los datos donde se observa que cuanto más transcurren los días de curado se obtienen mejores resistencias a la edad de 28 días.

6.4 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN CON 100% DE AGREGAD O RECICLADO

Se realizaron 3 mezclas con 100% de agregado reciclado, en cada mezcla se fabricaron 3 cilindros. Debido a que el agregado reciclado para este porcentaje era alto, la manejabilidad de la mezcla resultó compleja debido a que el material absorbía más rápido el porcentaje de agua del diseño. Se trabajó el mismo nivel de confianza, de 95% donde el valor mínimo esperado de la resistencia a compresión es 14,47 MPa y el valor máximo es de 21,82 MPa. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 31 donde se puede apreciar los resultados de la resistencia a compresión de cada cilindro.

Tabla 32.Resultados resistencia a la compresión 100% agregado reciclado


7 14 28 MPa



Para este análisis se descarta el valor encontrado a los 7 días con la mezcla A (12,19 MPa), a los 14 días con la mezcla se descarta de la mezcla A un valor (11,68 MPa) y a los 28 días de la mezcla A también se descarta un valor (19,14 MPa), esto debido a que estos valores son datos atípicos que afectan el análisis estadístico.

77

Tabla 33.Análisis estadístico resistencia a compresión 100% agregado reciclado.

Edades N° Cilindros Suma Promedio

(MPa) Desviación Estándar Varianza Coeficiente de

Variación 7 Días 8 131,648 16,456 1,285 1,739 8%

14 Días 8 164,476 20,559 1,863 3,529 9% 28 Días 8 167,878 20,984 1,560 1,458 7%

Para la mezcla con 100% de agregado natural el análisis estadístico indica que la resistencia a los 28 días, está por encima del valor admisible en un 3%, no obstante el valor correspondiente tiende a ser muy cercano al intervalo de variabilidad.

Tabla 34.Análisis de Varianza Resistencia a Compresión 100% agregado reciclado.


Suma de cuadrados

Grados de

libertad

Promedio de los



Entre grupos 100,081 2 50,040 22,317 6,3598E-06 3,466 Dentro de los grupos 47,087 21 2,242 Total 147,169 23


La Figura 25 representa la variación y el promedio de resistencia a la compresión con un concreto con 100% de agregado reciclado.

78

Figura 25 . Resultados resistencia a compresión 100% agregado reciclado.

La Figura 25 muestra una tendencia ascendente de los datos donde se observa que cuanto más transcurren los días de curado se obtienen mejores resistencias a la edad de 28 días.

6.5 VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN

En la Figura 26 se puede apreciar la variabilidad de las resistencias a compresión obtenidas a los 28 días, con agregados naturales se pueden alcanzar resistencias de hasta 44 MPa, mientras que con un veinticinco por ciento (25%) de sustitución por reciclado se obtienen resistencias de 32 MPa (el 27% menos que con el agregado totalmente natural). Con un porcentaje de sustitución del 50% se obtienen resistencias de 27 MPa (el 39% menos que con el agregado totalmente natural y el 16% menos que con el 25% de agregado reciclado) y con un porcentaje de sustitución del 100% se obtienen resistencias de 21 MPa (el 55% menos que con el agregado natural, el 38% menos que con el 25% de agregado reciclado y el 26% menos que con el 100% del agregado reciclado); por lo cual se puede determinar que a mayor porcentaje de sustitución de agregado grueso por agregado reciclado, la resistencia a compresión disminuye, sin embargo cabe aclarar que aun sustituyendo este material los valores obtenidos son admisibles para la elaboración de un concreto que se pueda utilizar en obras viales de bajo tránsito como por ejemplo en la elaboración de sardineles que requieren de resistencia a compresión a los 28 días 25 MPa, estribos o tapas que dependen únicamente de la resistencia a compresión.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Res

iste

ncia

(M

Pa)

Días

ResistenciaaCompresión

79

Figura 26. Resistencia a la compresión promedio 28 días.

6.6 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN CON AGREGADO 100% NATU RAL

En este diseño se realizaron 3 mezclas con agregado 100% natural; de cada mezcla se fabricaron 2 vigas las cuales se ensayaron a los 7 y 28 días. En total se obtuvieron 6 vigas por día para ser ensayadas y calcular el módulo de rotura como se muestra en la Tabla 34. La Figura 27 muestra el proceso que se le debe realizar a cada viga antes del rompimiento de esta, para así determinar el módulo de rotura de cada una. En la Figura 27A se observa cómo se realizó el ensayo por el método de carga; todos los aparatos para realizar los ensayos de flexión de concreto deben tener capacidad para mantener constantes la distancia entre apoyos especificados y las distancias entre los bloques de aplicación de carga y los de soporte. La Figura 27B y Figura 27C muestran el rompimiento de la viga donde cabe aclarar que la falla de las vigas se presentó en el tercio medio de la distancia de cada una de estas, igualmente de la figura C se obtienen el ancho y el alto promedio de la viga en el lugar de la fractura.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

0% 25% 50% 100%

Res

iste

ncia

a la

com

pres

ión

MP

a

% de sustitución

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 28 DÍAS VS % DE SUSTITUCIÓN

80

Figura 27. Proceso para llevar a cabo el ensayo de flexión.

El módulo de rotura fue calculado de la siguiente manera para las vigas ensayadas a 7 y 28 días.

GH = IJKLM(7)

P: Cargamáximaaplicadaindicadaporlamáquinadeensayo

L: Distanciaentreapoyos b: Anchopromediodelaprobetaenlafractura

d: Alturapromediodelespecimenenellugardelafractura

� = 2224�� = 15,24�� = 14,986�� = 45,72��

�� = 2224�� ∗ 45,72��15,24�� ∗ (14,986��)ˆ2

�� = ��, ��/me�

A C B

81

Tabla 35. Resultados Módulo de Rotura agregado 100% natural.

Diseño Muestra Módulo de Rotura (kg/cm 2)

Edades evaluadas 7 28

Agregado 100% Natural A-NAT 29,71 40,82 Agregado 100% Natural A-NAT 26,30 37,30 Agregado 100% Natural B-NAT 25,35 33,16 Agregado 100% Natural B-NAT 24,21 32,71 Agregado 100% Natural C-NAT 30,58 36,03 Agregado 100% Natural C-NAT 31,41 39,57

Nivel de confianza t-Student 24,76 33,14 30,51 39,42

El nivel de confianza que se determinó es del 95% y los rangos de confianza establecidos por la distribución t-Student comprende todos los resultados experimentales hallados por medio del módulo de rotura. El valor mínimo de Módulo de Rotura esperado a los 7 días es de 24,76 kg/cm2 y el valor máximo esperado es de 39,42 kg/cm2.

De acuerdo a los resultados obtenidos del módulo de rotura se realiza un análisis estadístico y un análisis de varianza (ANOVA) como se muestra en las siguientes tablas.

Tabla 36. Análisis estadístico Módulo de Rotura 100% agregado natural.

Edades N° de vigas Suma Promedio (kg/cm 2)

Desviación Estándar Varianza Coeficiente de

Variación

7 Días 6 167,553 27,925 3,014 9,082 11%

28 Días 6 219,583 36,597 3,299 10,883 9%

La figura 28 representa el promedio de Modulo de Rotura obtenido a los 7 días y 28 días.

82

Figura 28. Resultados resistencia a flexión con agregado 100% natural.

En la Figura 28 se puede apreciar que entre mayor sea el tiempo de curado mejores módulos se obtienen. En este caso para un diseño de concreto con agregado 100% natural se obtiene un MR promedio a 28 días de 36,59 kg/cm2.

6.7 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN CON 25% DE AGREGADO RE CICLADO

En este diseño se realizaron 3 mezclas reemplazando un 25% de agregado natural por agregado reciclado; de cada mezcla se fabricaron 2 vigas las cuales se ensayaron a los 7 y 28 días. En total se obtuvieron 6 vigas por día para ser ensayadas como se muestra en la tabla 36.

Tabla 37.Resultados Módulo de Rotura 25% agregado reciclado.



Agregado25% Reciclado A-25 26,88 27,14 Agregado25% Reciclado A-25 21,67 26,34 Agregado25% Reciclado B-25 25,45 30,69 Agregado25% Reciclado B-25 23,09 28,89 Agregado25% Reciclado C-25 22,38 28,18 Agregado25% Reciclado C-25 27,23 29,08


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Res

iste

ncia

(kg

/cm

2 )

Días

MÓDULO DE ROTURA 100% NATURAL

Modulo deRotura

83

De acuerdo a la distribución t-Student el Modulo de Rotura mínimo es de 21,95 kg/cm2 a los 7 días y el valor máximo ensayado a los 28 días es de 29,70 kg/cm2. Este último valor de acuerdo con el manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes de tránsito no cumple porque el valor mínimo esperado es de 38 kg/cm2.

A continuación se evidencia el análisis estadístico del módulo de rotura reemplazando un 25% de agregado natural por agregado reciclado.

Tabla 38. Análisis estadístico Módulo de Rotura 25% agregado reciclado.



Variación 7 Días 6 146,716 24,453 2,388 5,703 10%

28 Días 6 170,313 28,386 1,539 2,370 5%

Figura 29. Resultados resistencia a flexión 25% agregado reciclado.

6.8 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN CON 50% DE AGREGADO RE CICLADO

Al igual que en el anterior diseño, en este se realizaron 3 mezclas reemplazando un 50% de agregado natural por reciclado; se fabricaron 2 vigas las cuales se ensayaron a los 7 y 28 días. En total se obtuvieron 6 vigas por día para ser ensayadas y calcular su módulo de rotura como se muestra en la tabla 38.

0,010,020,030,040,050,060,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Res

iste

ncia

(kg

/cm

2 )

Días

MÓDULO DE ROTURA 25% RECICLADO

Modulode rotura

84

Tabla 39.Resultados Módulo de Rotura 50% agregado reciclado.



Agregado 50% Reciclado A-50 26,84 29,45 Agregado 50% Reciclado A-50 28,03 29,13 Agregado 50% Reciclado B-50 24,19 27,31 Agregado 50% Reciclado B-50 18,56 24,31 Agregado 50% Reciclado C-50 25,29 27,59 Agregado 50% Reciclado C-50 20,16 25,59


Los rangos de confianza establecidos por la distribución t-Student comprende todos los resultados experimentales hallados por medio del módulo de rotura. El valor mínimo de Módulo de Rotura esperado a los 7 días es de 19,91 kg/cm2 y el valor máximo esperado es de 28,94 kg/cm2. Estos valores indican que no se puede reemplazar el 50% de agregado natural por agregado reciclado, puesto que no cumpliría con el valor mínimo esperado de módulo de rotura a los 28 días.

Tabla 40. Análisis estadístico Módulo de Rotura 50% agregado reciclado.



Variación 7 Días 6 143,081 23,847 3,748 14,049 16% 28 Días 6 163,378 27,230 1,996 3,984 7%

Figura 30. Resultados resistencia a flexión 50% agregado reciclado.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 1012141618202224262830Res

iste

ncia

(kg/

cm2 )

Días


Módulo deRotura

85

6.9 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN 100% DE AGREGADO RECIC LADO

En este diseño se realizaron 3 mezclas reemplazando el 100% de agregado natural por agregado reciclado. Se ensayaron vigas a los 7 y 28 días. En total se obtuvieron 4 vigas por día para ser ensayadas por edad. La Tabla 40 muestra los resultados obtenidos para el módulo de rotura

Tabla 41. Resultados Módulo de Rotura 100% agregado reciclado.



Agregado 100% Reciclado A-100 23,13 26,35 Agregado 100% Reciclado A-100 21,88 27,57 Agregado 100% Reciclado B-100 23,14 27,12 Agregado 100% Reciclado B-100 25,85 28,14 Agregado 100% Reciclado C-100 22,71 25,46 Agregado 100% Reciclado C-100 21,52 26,03


De acuerdo a la distribución t-Student el Modulo de Rotura mínimo es de 21,28 kg/cm2 a los 7 días y el valor máximo ensayado a los 28 días es de 27,42 kg/cm2. Este último valor de acuerdo con el manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes de tránsito no cumple porque el valor mínimo esperado es de 38 kg/cm2, por lo cual se infiere que este porcentaje no puede ser reemplazado en una mezcla de concreto para obtener resultados óptimos del módulo de rotura

Tabla 42. Análisis estadístico Módulo de Rotura 100% agregado reciclado



Variación

7 Días 6 138,232 23,039 1,672 2,332 7% 28 Días 6 160,663 26,777 0,755 1,013 3%

86

Figura 31 .Resultados resistencia a flexión 100% agregado reciclado.

6.10 VARIACION MÓDULO DE ROTURA En la Figura 32 se puede apreciar la variabilidad de los módulos de rotura evaluados a los 28 días, de la cual se concluye que el concreto diseñado no es apto para la construcción de obras viales que dependan del valor de Módulo de Rotura.

Figura 32 .Módulo de Rotura promedio 28 días.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Res

iste

ncia

(kg

/cm

2 )

Días


Módulo deRotura

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 25 50 100

Mód

ulo

de R

otur

a (k

g/cm

2 )

% de sustitución

MÓDULO DE ROTURA 28 DÍAS VS % DE SUSTITUCIÓN

87

6.11 MÓDULO DE ELASTICIDAD

Para la realización de este ensayo se utilizó la Norma Técnica Colombiana NTC-4025. En esta, se determina el módulo de elasticidad secante de cilindros normalizados (15 x 30 cm) y se halla la curva esfuerzo-deformación.

Figura 33. Equipo utilizado para hallar módulo de elasticidad

6.11.1 Módulo de Elasticidad con Agregado 100% Natu ral

En la Tabla 43 se pueden observar los valores obtenidos de las deformaciones transversales y longitudinales del concreto. Con las deformaciones longitudinales, se halla el Módulo de elasticidad y la curva esfuerzo-deformación.

Con los datos obtenidos se procede a hallar el módulo de elasticidad, el cual se calcula por medio de la siguiente fórmula:

� = (pR − p�) R − 0,000050(8)

Dónde: E = Módulodeelasticidadsecante, enMPa(psi) SR = Esfuerzocorrespondienteal40%delacargaúltima S� = Esfuerzocorrespondientealadeformaciónlongitudinalε�de las50millonésimasenMPa εR = DeformaciónlongitudinalproducidaporelesfuerzoSR

88

Tabla 43. Resultados Módulo de Elasticidad agregado natural.

ESFUERZO (kg/cm 2)

ESFUERZO (MPa)

DEFORMACIÓN TRANSVERSAL LONGITUDINAL

0 0,00 0,00000 0,00000 20 1,96 0,00023 0,00007 40 3,92 0,00037 0,00013 60 5,88 0,00053 0,00019 80 7,84 0,00077 0,00025 100 9,80 0,00090 0,00032 120 11,76 0,00110 0,00038 140 13,72 0,00127 0,00044 160 15,68 0,00143 0,00052 180 17,64 0,00163 0,00061 200 19,60 0,00193 0,00068 220 21,56 0,00223 0,00075 240 23,52 0,00250 0,00081 260 25,48 0,00293 0,00108 280 27,44 0,00330 0,00119 300 29,40 0,00380 0,00143 320 31,36 0,00440 0,00158 340 33,32 0,00520 0,00186 360 35,28 0,00610 0,00217 380 37,24 0,00717 0,00273

De acuerdo a los valores obtenidos con el compresómetro (Se usa para evaluar las propiedades de deformación y elongación de los cilindros de concreto de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura mientras se está efectuando el ensayo de compresión) de las deformaciones longitudinales, se procede a graficar los valores obtenidos de las deformaciones longitudinales. En la figura 34 se puede observar la curva esfuerzo-deformación.

89

Figura 34. Módulo de elasticidad agregado natural

Con los datos presentados se calcula el módulo de elasticidad:

£¤%(¥´§) = 15,68MPa ¨ó��©��ª©«¬��§��«� = 35.189,49MPa

El módulo de elasticidad debe estar en un rango de 25.000 a 35.000 MPa, para el agregado natural el módulo de elasticidad se encuentra en un rango aceptado.

6.11.2 Módulo de Elasticidad con 25% Agregado Recic lado

En la Tabla 44 y Figura 35 se observan los valores que se necesitan para hallar el módulo de elasticidad.

020

40

60

80

100120

140

160

180

0,00000 0,00010 0,00020 0,00030 0,00040 0,00050 0,00060

Esf

uerz

o (k

g/cm

2 )

Deformación

ESFUERZO VS DEFORMACIÓN AGREGADO NATURAL

90

Tabla 44. Resultados módulo de elasticidad 25% agregado reciclado.

ESFUERZO (kg/cm 2)

ESFUERZO (MPa)


0 0,00 0,00000 0,00000 20 1,96 0,00017 0,00009 40 3,92 0,00033 0,00016 60 5,88 0,00050 0,00024 80 7,84 0,00073 0,0003

100 9,80 0,00093 0,00039 120 11,76 0,00113 0,00046 140 13,72 0,00130 0,00056 160 15,68 0,00157 0,00066 180 17,64 0,00177 0,00071 200 19,60 0,00193 0,00089 220 21,56 0,00230 0,00096 240 23,52 0,00257 0,00105 260 25,48 0,00300 0,00118 280 27,44 0,00353 0,00141 300 29,40 0,00430 0,00164 320 31,36 0,00530 0,00193 340 33,32 0,00743 0,00205 360 35,28 0,00555 0,0024

Con los datos presentados se calcula el módulo de elasticidad:

£¤%(´m) = 13,72G�� ógd®kgf¯®hj°nmnghg(�±%�fmnm®hgk) = 26.486,49G��

El módulo de elasticidad debe estar en un rango de 25.000 a 35.000 MPa, reemplazando el 25% del agregado natural por agregado reciclado se observa que el Módulo de Elasticidad se encuentra en el rango aceptado.

91

Figura 35. Módulo de elasticidad 25% agregado reciclado

6.11.3 Módulo de Elasticidad con 50% Agregado Recic lado

En la Tabla 45 y la Figura 36 se muestra el comportamiento de las deformaciones unitarias para los esfuerzos aplicados, con 50% de agregado reciclado.

Tabla 45. Resultados Módulo de Elasticidad 50% agregado reciclado.

ESFUERZO (kg/cm 2)

ESFUERZO (MPa)


0 0,00 0,00000 0,00000 20 1,96 0,00010 0,00011 40 3,92 0,00027 0,00024 60 5,88 0,00029 0,00039 80 7,84 0,00049 0,00051 100 9,80 0,00069 0,00063 120 11,76 0,00073 0,00072 140 13,72 0,00088 0,00094 160 15,68 0,00100 0,0011 180 17,64 0,00114 0,00125 200 19,60 0,00131 0,00143 220 21,56 0,00149 0,00161 240 23,52 0,00175 0,00184 260 25,48 0,00205 0,00214 280 27,44 0,00250 0,00222 300 29,40 0,00272 0,00243

020406080

100120140160

0,00000 0,00010 0,00020 0,00030 0,00040 0,00050 0,00060

Esf

uerz

o (k

g/cm

2 )

Deformación

ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 25% AGREGADO RECICLADO

92

Con los datos presentados se calcula el Módulo de Elasticidad:

£¤%(´m) = 11,76G�� ógd®kgf¯®hj°nmnghg(±¤%�fmnm®hgk) = 16.333,33G��

El módulo de elasticidad debe estar en un rango de 25.000 a 35.000 MPa, reemplazando el 50% del agregado natural por agregado reciclado se observa que el Módulo de Elasticidad no se encuentra dentro del rango aceptado.

Figura 36. Módulo de elasticidad 50% agregado reciclado.

6.11.4 Módulo de Elasticidad con 100% Agregado Reci clado

En la Tabla 46 y la Figura 37 se muestra el comportamiento de las deformaciones unitarias para los esfuerzos aplicados, utilizando el 100% de agregados reciclados.

0

20

40

60

80

100

120

140

0,00000 0,00020 0,00040 0,00060 0,00080

Esf

uerz

o (k

g/cm

2 )

Deformación


93

Tabla 46. Resultados Módulo de Elasticidad 100% agregado reciclado.

ESFUERZO (kg/cm 2)

ESFUERZO (MPa)


0 0,00 0,00000 0,00000 20 1,96 0,00012 0,00009 40 3,92 0,00025 0,00025 60 5,88 0,00031 0,00041 80 7,84 0,00048 0,00053

100 9,80 0,00053 0,00065 120 11,76 0,00069 0,00076 140 13,72 0,00078 0,00087 160 15,68 0,00089 0,00094 180 17,64 0,00101 0,00105 200 19,60 0,00137 0,00112 220 21,56 0,00153 0,00123 240 23,52 0,00161 0,00141 260 25,48 0,00187 0,00156

Figura 37. Módulo de elasticidad 100% agregado reciclado.

Con los datos presentados se calcula el Módulo de Elasticidad:

0

20

40

60

80

100

120

0,00000 0,00010 0,00020 0,00030 0,00040 0,00050 0,00060 0,00070

Esf

uerz

o (k

g/cm

2 )

Deformación


94

£¤%(´m) = 9,80G�� ógd®kgf¯®hj°nmnghg(±¤%�fmnm®hgk) = 13.363,64G��

El módulo de elasticidad debe estar en un rango de 25.000 a 35.000 MPa, reemplazando el 100% del agregado natural por agregado reciclado se observa que el Módulo de Elasticidad no se encuentra dentro del rango aceptado.

6.12 VARIACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

En la Figura 38 se puede apreciar la variabilidad del módulo de elasticidad obtenido a los 28 días. Según los rangos aceptados, solo se podría trabajar sustituyendo un 25% de agregado natural por agregado reciclado.

Figura 38. Variación módulo de elasticidad.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0% 25% 50% 100%Mod

ulo

de E

last

icid

ad (

MP

a)

% de Sustitución

MÓDULO DE ELASTICIDAD VS % DE SUSTITUCIÓN

95

6.13 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CONCRETO

6.13.1 Consistencia o Fluidez

Para cada mezcla de los diferentes diseños, se realizó el ensayo que evalúa el asentamiento con el propósito de encontrar valores entre 0,35 y 0,50 cm lo que garantiza una mezcla semi-seca.

En la Figura39se presenta los resultados promedios de los ensayos realizados para el asentamiento.

Figura 39. Asentamiento promedio

Observando la Figura de los resultados de los ensayos de asentamiento se observa que los valores están dentro del rango permitido para el criterio de manejabilidad de los diseños realizados.

6.13.2 Segregación

En los diseños realizados, se logró observar esta característica física en las mezclas que el agregado grueso natural se remplazaba el 100% del agregado por el agregado reciclado. Identificando como causa la cantidad de material reciclado que requería estar en un grado de saturación entre el 80 y 90% para garantizar la homogeneidad de la mezcla.

0,360,370,380,390,400,410,420,430,440,450,46

100%Natural

25%Agregadoreciclado



Ase

ntam

ient

o (c

m)

Asentamientopromedio

96

6.13.3 Exudación

Para los diseños realizados se logró observar que después de la vibración para la compactación de la mezcla en los moldes, un buen porcentaje del agua se sobreponía en la mezcla y se derramaba por las juntas de los moldes. Sin embargo esta propiedad se generar sin causar perjuicios identificados, puesto que los especímenes después de desencofrar se encontraban en óptimas condiciones.

6.13.4 Estabilidad

Propiedad que se presentó en la mezcla de concreto con el 100% de agregado reciclado.

97

7. ESTUDIO DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DEL CONCRETO RÍGIDO NATURAL Y RECICLADO

A nivel de la construcción uno de los principales factores que afectan los proyectos positivamente o negativamente son los costos de los materiales, equipos, herramienta, transporte y mano de obra.

La producción de un concreto involucra materiales como cemento, agregados gruesos y finos, agua y aditivos si es necesario para el diseño. Pero estos a su vez involucran el transporte factor que encarece el insumo dependiendo de la distancia entre el proveedor y el lugar de construcción.

Respecto a los agregados para un concreto natural, es decir con agregados vírgenes que son materiales no renovable como ya se había mencionado, esto afecta nuestro ecosistema no solo con la explotación si no con la mala disposición que se realiza en la ciudad de Cali de los RCD pudiéndose dar un mejor uso y aprovechamiento de ellos.

Los costos ambientales generados por la explotación de canteras y la mala disposición final de los RCD que causan deterioro del ecosistema, para este trabajo de grado no serán evaluados ya que excede el alcance de esta investigación. Pero si duda es un daño invaluable, tanto que dado a lo que se puede observar en algunos lugares como en el municipio de Candelaria Valle del Cauca se busca emplear de manera eficiente este tipo de residuos sólidos, lo cual buscamos con esta investigación.

Para los costos económicos de la producción del concreto se hace una comparación tanto de la producción de concreto natural con precios oficiales de la gobernación del Valle como del concreto reciclado con precios estimados por la empresa donante del agregado reciclado “Premoldeados - Progea”, de tal forma que permita realizar un análisis comparativo de forma cuantitativa en lo económico sin estimar el transporte, puesto que este es un factor variable con la distancia lo cual lo encarece entre mayor sea la distancia de la planta de producción y el sitio de obra.

Sin embargo, para la elaboración del concreto reciclado lo ideal sería que se elaborara en el sitio de obra cuando se realizan demoliciones o se generan residuos sólidos en cantidad considerable en la obra, para así tener un aprovechamiento de los RCD y ahorra costos de transporte.

De igual forma los costos ambientales sobre el uso de RCD como agregado para concreto, tema no estudiando en esta investigación pero si identificado, muestra que el uso de estos residuos sólidos colabora con el entorno, por la reducción de acopio de estos residuos en lugares autorizados o ilegales y por la reducción de

98

la explotación de canteras para extraer los agregados naturales. Otro aporte ambiental es la reducción del CO2 que emiten los vehículos que realizan el transporte de los materiales en largas distancias.

En las tablas 47 a la 50 se muestran el valor por metro cubico de concreto con agregado natural y con el reemplazo del agregado natural por agregado reciclado y en el Figura 39 se hace una comparación de los costos.

A continuación se muestran el valor por metro cubico de concreto con agregado natural y con el reemplazo del agregado natural por agregado reciclado.

Tabla 47. Costo concreto con agregado 100% natural CONCRETO NATURAL

DE 21 MPA 100% NATURAL

Unidad Cantidad Valor unitario Equipo Material Personas

Cemento Gris tipo Estructural (Argos) Kg 300 $ 545,00 163500 Arena triturada M3 0,39 $ 50.250,00 19597,5 Grava NATURAL M3 0,35 $ 45.350,00 15872,5 Agua Lt 0,18 $ 15,00 2,7 Aditivo Lt 0,9 $ 14.860,00 13374 Mezcladora Hr 0,6 $ 4.650,00 2790 Herramienta de obra UN 1 $ 2.000,00 2000

Mano de obra Ofi+ Ayu Hr 0,6 $ 17.090,00 10254

Directo M3 $ 227.390,70 4790 212346,7 10254

Tabla 48. Costo concreto con 25% agregado reciclado

CONCRETO 21 MPA CON 25% AGREGADO GRUESO RECICLADO


Cemento Gris tipo Estructural (Argos) Kg 300 $ 545,00 163500

Arena triturada M3 0,39 $ 50.250,00 19597,5

Grava Reciclada M3 0,09 $ 40.500,00 3645

Grava Natural M3 0,26 $ 45.350,00

Agua Lt 0,15 $ 15,00 2,25

Aditivo Lt 1,4 $ 14.860,00 20804

Mezcladora Hr 0,5 $ 4.650,00 2325

Herramienta de obra UN 1 $ 2.000,00 2000


Directo M3 $ 222.127,75 4325 207548,7 10254

99


CONCRETO 21 MPA CON 50% AGREGADO GRUESO

RECICLADO Unidad Cantidad Valor unitario Equipo Material Personas




Grava Natural M3 0,18 $ 45.350,00

Agua Lt 0,19 $ 15,00 2,85

Aditivo Lt 1,4 $ 14.860,00 20804

Mezcladora Hr 0,6 $ 4.650,00 2790



Directo M3 $ 226.238,35 4790 211194,3 10254


CONCRETO 21 MPA CON 100% AGREGADO GRUESO RECICLADO





Agua Lt 0,18 $ 15,00 2,7

Aditivo Lt 1,4 $ 14.860,00 20804

Mezcladora Hr 0,6 $ 4.650,00 2790



Directo M3 $ 233.123,20 4790 218079,2 10254

Los costos ambientales sobre el uso de RCD como agregado para concreto, tema no estudiando en esta investigación pero si identificado, muestra que el uso de estos residuos sólidos colabora con el entorno, por la reducción de acopio de estos residuos en lugares autorizados o ilegales y por la reducción de la explotación de canteras para extraer los agregados naturales. Otro aporte ambiental es la reducción del CO2que emiten los vehículos que realizan el transporte de los materiales en largas distancias.

100

Figura 40. Variación de los costos de acuerdo a la cantidad de agregado

reemplazado.

Evaluando los resultados obtenidos de los diferentes diseños de concreto reciclado y los respectivos costos de producción, se puede determinar que el costo por metro cubico de concreto con 25 % de agregado reciclado es el más económico entre los diseños sin considerar el costo de transporte. El diseño con 50% de agregado es el segundo en cuanto a lo económico mientras que el concreto que se hace a mayor costo es el de 100% con agregado reciclado.

7.1 APLICACIONES DEL CONCRETO RECICLADO

Con el propósito de establecer los usos de los diseños de concreto reciclado producidos y evaluados en esta investigación, con agregado grueso RCD de la ciudad de Cali; se realiza un análisis de los posibles usos teniendo en cuenta aspectos técnicos y económicos.

Teniendo en cuenta los aspectos mencionados se reitera en cuanto a lo económico y técnico el diseño que se recomienda usar es el que contiene un 25% de sustitución de agregado reciclado. A continuación se enlistan que pueden tener este diseño:

$216.000,00 $218.000,00 $220.000,00 $222.000,00 $224.000,00 $226.000,00 $228.000,00 $230.000,00 $232.000,00 $234.000,00

100%NATURAL

25%AGREGADO

GRUESORECICLADO

50%AGREGADO

GRUESORECICLADO

100%AGREGADO

GRUESORECICLADO

Pre

cIo

m3

Porcentajes agregado

% sustitución agregado

101

Bordillos de Confinamiento

Los bordillos son elementos que sirven como confinamiento entre la franja de circulación peatonal y las rampas de acceso, y como confinamiento con la estructura de andén o ciclo ruta. Este elemento deberá cumplir con una resistencia mínima a la compresión de 254 kg/cm2 (24.9 MPa).

Sardinel Bajo Rampa

Este elemento sirve de confinamiento entre las rampas de acceso y salida y la vía existente. El sardinel deberá cumplir con una resistencia mínima a la compresión de 254 kg/cm² o 24.9 MPa a los28 días.

Bloques

Elementos prefabricados de uso común en la construcción, como es el caso de los bloques huecos de concreto para muros, de acuerdo a lo establecido por la Norma Técnica Colombiana 247; esta norma establece que los bloques para ser utilizados en muros de carga deben presentar una resistencia a la compresión de sección bruta igual o mayor a 4,0 MPa en promedio.

Cortagoteras

Son elementos que se usan para el remate de paredes expuestas a la intemperie y su resistencia mínima a la compresión debe ser de 21 MPa.

Topellantas

Son piezas macizas prefabricadas en concreto con acabado liso, útiles para proteger y delimitar las zonas de parqueo, la resistencia mínima a la compresión de 21 MPa.

Andenes de Concreto .

Con el diseño de concreto con 25% de agregado reciclado, se pueden elaborar andenes, puestos que estos dependen del lugar donde se realicen; ya que si es para tráfico peatonal se pide que la resistencia mínima sea de 210Kg/cm2 (21 MPa).

Los anteriores ejemplos de las posibles aplicaciones del concreto reciclado, representan con claridad importantes ventajas de la reutilización y el reciclaje de los RCD para confeccionar nuevos concretos, es indudable que el beneficio ambiental para el ecosistema.

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8. CONCLUSIONES

• Para obtener materiales reciclados de buena calidad, se debe establecer una normativa donde se explique y se detalle los procesos de selección y separación de los RCD para que así se obtenga un buen material; igualmente es necesario implementar técnicas adecuadas de procesamiento de los residuos con las que se puedan obtener materiales reciclados con la calidad necesaria.

• La ciudad de Cali produce más de 900.000 toneladas de Residuos de Construcción y Demolición pero cuenta con pocos sitios legales de disposición final para los RCD, lo cual hace más difícil la reutilización de este material, ya que no hay un debido control que garantice la homogeneidad y uniformidad del material. Si todos estos materiales fueran debidamente procesados podrían reemplazar porcentajes de agregados naturales y así se reduciría la explotación de estos.

• La textura de los agregados reciclados usualmente es rugosa y porosa, esto se debe a que en los agregados quedan adheridas partículas de mortero.

• Los agregados reciclados presentan una mayor absorción de agua que los agregados naturales, aproximadamente cuatro veces más, debido a que los agregados reciclados tienen cantidades de mortero adherido y hace que el concreto sea más permeable. La absorción de los agregados naturales suele oscilar entre 0% y 4% el obtenido fue de 2,07% y la absorción de los agregados reciclados suelen estar entre 1% y 13%; el obtenido fue de 8,27%.

• El Agregado procedente de Residuos de Construcción y Demolición en este caso el evaluado en este trabajo presenta un 50% más de desgaste comparándolo con el agregado natural. Es decir, este material no debe ser utilizado en estructuras que dependan de mucha resistencia a la abrasión o al desgaste.

• La granulometría del agregado reciclado es adecuada para la fabricación del concreto ya que posee porcentajes bajos de agregado fino, estos se deben a la manipulación del material durante el tamizado.

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• La resistencia a la compresión disminuye a medida que se van

reemplazando las cantidades de agregado natural por agregado reciclado,

• Los ensayos de resistencia a compresión y módulo de rotura a los diferentes diseños de concreto expone que los valores obtenidos de módulo de rotura no cumplen con las exigencias del manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes de tránsito, el cual exige un valor mínimo de 38 kg/cm2. No obstante, los resultados de la resistencia a compresión de los diseños reflejan buen comportamiento para la realización de obras viales de bajo tránsito que estén en función de este factor, como por ejemplo la construcción de sardineles, estribos y andenes.

• El módulo de elasticidad obtenido, indica que hasta un 25% de agregado natural puede ser reemplazado por agregado reciclado, ya que según la norma los valores deben estar entre 25.000 y 30.000 MPa y el obtenido fue de 26.486,49 MPa.

• El diseño adecuado para construir obras viales de bajo tránsito en la ciudad de Cali específicamente pavimentos rígidos, no debe superar un 25% de reemplazo de agregado natural por agregado reciclado puesto que hasta este porcentaje de reemplazo se puede ajustar la dosificación del concreto para obtener valores que cumplan con la norma donde se exige Módulo de Rotura de 38 kg/cm2 según el manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes de tránsito. Las características con las que debe contar los Residuos de Construcción y Demolición según la investigación de este trabajo son: absorción de 8,27%, densidad de 2154 kg/m3 y coeficiente de los ángeles de 32% para que cumpla con los requerimientos de las normas.

• El uso de RCD como agregado para realizar concreto para obras viales trae consigo muchos beneficios económicos y ambientales; principalmente destacando un ahorro en el costo de transporte para disponer de los residuos sólidos y para llevar el agregado al sitio de trabajo.

• Los costos ambientales sobre el uso de RCD como agregado para concreto, tema no estudiando en esta investigación pero si identificado, muestra que el uso de estos residuos sólidos colaboran con el entorno, por

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la reducción de acopio de estos residuos en lugares autorizados o ilegales y por la reducción de la explotación de canteras para extraer los agregados naturales. Otro aporte ambiental es la reducción del CO2 que emiten los vehículos que realizan el transporte de los materiales en largas distancias.

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9. RECOMENDACIONES

• Se debe realizar un control en los sitios de disposición final legales para que los agregados reciclados puedan ser llevados a plantas para que se les den un adecuado procesamiento para su reutilización. E igualmente crear puntos de transferencia que permitan la clasificación de los RCD.

• Se recomienda realizar ensayos de tracción indirecta para obtener unos mejores resultados para analizar en la utilización del concreto en pavimentos de bajo tránsito.

• Para un mejor aprovechamiento y optimización de los agregados naturales, se sugiere la implementación y cumplimiento de las normas y leyes existentes que se refieren al manejo de los RCD por parte de las autoridades y de la industria de la construcción.

• Para que los RCD puedan ser reutilizados como agregado en nuevas obras civiles, se debe realizar una adecuada separación en el lugar de origen de tal forma que se pueda dar un control de composición y clasificación del material reciclado, para que en las plantas de triturado se les dé un mejor procesamiento, disposición y aprovechamiento.

• La elaboración de una normatividad por parte de las autoridades pertinentes, que ayude al manejo y reutilización del agregado reciclado en diversas áreas de la industria constructora.

• Para la utilización de los RCD en diseños de concreto reciclado, se aconseja tener cuidado con la cantidad de partículas de mampostería que componen el agregado, dado que por ser un material arcilloso absorbe mayor cantidad de agua lo cual puede afectar considerablemente el diseño del concreto reciclado.

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