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Utilización desubproductos en la construcción
Posibilidades de los hormigonescon áridos reciclados
Enric VàzquezDoctor en Ciencias. Catedrático deUniversidad. ETS. Ingenieros de Caminos deBarcelona. UPC
Sostenibilidad
Report N.U. (Brundlandt)Desarrollo sostenible: el que cubre las necesidades de la generación actual sin poner en peligro las necesidades de las generaciones futuras.- Medio Ambiente- Aspectos Sociales- Aspectos económicos
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Construcción Sostenible
Una forma de proyectar y construir que permita la salud humana y esté en armonía con el medio ambiente.
Durable (resistir sin pérdida de funcionalidad en un cierto tiempo)
Sostenible (propiedad de un material una construcción o un elemento constructivo que no afecta a los seres vivos, el uso de materias primeras, la energía, la creación de residuos etc.
CONSTRUCCIÓN
- Un elemento principal es armonizar el proyecto y la elección de los materiales de construcción.
- Chain management de la construcción es dirigido por el ciclo de los materiales de construcción.
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Medidas
MÁXIMO CIERRE DE LOS CICLOS, EN RELACIÓN A LAS MATERIAS PRIMAS
- Reducir el uso de materias primas no renovables.
- Promocionar el uso de materias primas renovables.
- Promocionar el uso de materias o materiales secundarios.
Medidas
PREVENIR LA CREACIÓN DE CORRIENTES DE RESIDUOS. PROMOCIONAR EL USO DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN DEMOLICIÓN (RCD’s)
- Reducir el volumen de residuos en la construcción.- Recolección separada de residuos “químicos”.- Reutilizar los RCD’s.
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EjemploEn el Reino Unido se consumen en la construcción:
- 7 t/habitante/año de materias primeras.- 1,7 t de residuos por apartamento construido.- 50% de la emisión total CO2 ligada a la
construcción.La construcción puede consumir gran cantidad de residuos.
Material primarioConstrucción Demolición
Renovación
Ejecución Ejecución
Residuos Residuos
Reciclado en el mismo sitio Transporte
Separación
Reciclado de áridos/cerámicos Reciclado de otros materiales
Recuperación de energía Material para relleno
Incineración en sitio
5
350600 - 69035 - 40 58Italia
3107102.53.5Irlanda
500870 – 93013 - 1415Holanda
300--10Grecia
460340 – 45020 - 2556Francia
6203201.65Finlandia
460460 – 10002.3 - 55.2Dinamarca
350700 – 8007.8 - 810Bélgica
Residuos sólidos urbanos en Kg/cap/año
C&D en Kg/cápita/año
C&D en millones de
t.
Población en millonesPaís
390607 - 918221 - 334364UE total
4302860227.7Austria
360840 – 190052 – 12079Alemania
3701401.28.5Suecia
350880 – 122050 – 7057UK
320280 – 56011 – 2239España
300--10Portugal
45066702.70.4Luxemburgo
Residuos sólidos
urbanos en Kg/cap/año
C&D en Kg/cápita/año
C&D en millones de t.
Población en
millonesPaís
6
60Austria
60Bélgica
55 ↑Alemania
80Dinamarca
30Finlandia
15 – 20Francia
60UK
10 objectiu el 25España
10 objectiu el 40Catalunya
No hay datosPortugal
90Holanda
30Noruega
10Italia
% C&D RECICLADOPAÍS
PLAN 2006 CATALUNYA
Objetivo:
40 % RECICLADO
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Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN)
Incremento de demanda de áridosDéficit de áridos naturales
- ▲ distancia a las canteras → ▲coste del transporte.- Expansión zonas urbanas.- Protección medioambiental
▲Demoliciones- Incumplimiento de nuevas reglamentaciones.- Cambio de Función.- Deterioro, etc.
Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN)
Rechazos de producción- Especimenes de pruebas.- Hormigón premezclado fuera de especificación.- Productos que no llegan a ser comercializados.
Eliminación de desechos- ▲de restricciones ambientales.- Prohibición de vertederos mixtos.- Disposiciones gubernamentales para vertederos y tratamiento
de deshechos.
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Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN)
Optimización del uso de recursos- Selectividad de usos.- Ahorro de energía.
Desagravio en desastres- Sismos- Erupción volcánica.- Conflictos armados.- Desastres industriales.- Inundaciones.
Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE LIMITAN)
Recursos vírgenes baratos y accesiblesEliminación de deshechos ilimitada y barataDemolición no diseñada para la recuperación de materialesInexistencia de normas que reglamenten la utilización de material reciclado en la industria de la construcción
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Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE LIMITAN)
Falta de legislación en el reciclado, recuperación, abastecimiento, destino, proceso de reconstrucción y responsabilidad de los usuarios de estos materiales reciclados.Coste de inversión y operación del proceso.
++++HORMIGÓN- Como suplemento
+
+
+
+
+
+
+
Construcción de carreteras
-Subbases
-Hormigones pobres y gravaligante hidráulico (cemento + cenizas + cemento, cenizas + cal)
Aplicación
ARA(arena)
ARC(cerámico)
ARM(mixto)
ARH(hormigón)
Tipo de agregado reciclado
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Capacidad: 50-200 t/h (cerca de 100 t/h en promedio)Cerca de 100-150 millones t/a
32-45 million t.= cerca de 33%
En el presente, cerca de 40.000 t/a
20-200.000 t/a
30.000 t/a en promedio
Plantas de machaqueo y cribadoCapacidad disponible
Utilización de la capacidad
Materia procesada por cada plantaPlantas separadoras
Utilización de la capacidad
1000 plantas de reciclaje100 plantas separadoras
Reciclado de residuos de C&D en Alemania
máx. 10% otros áridosmáx. 5% mezcla asfáltica
min. 50% material con dens. seca > 2.100 Kg/m3.max. 50% material con dens. seca > 1.600 Kg/m3.
Agregado reciclado mixto
máx. 15% otros agregadosmáx. 10% mezcla asfáltica
min. 85% cualquier material cerámico o pétreo, densidad seca > 1600 Kg/m3
Agregado reciclado de Cerámica
máx. 10% otros agregadosmáx. 5% mezcla asfáltica
min. 80% hormigón triturado o piedra, densidad seca > 1.600 Kg/m3
Agregado reciclado de Hormigón
Componentes Sec.
Principal Componente
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Proposed concrete recyclingsystem
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Propiedades de los áridos reciclados
Granulometría
Forma, textura superficial
2.392.291.912.02IF =
Gravilla recic.Gravilla conv.Grava recic.Grava conv.
Propiedades de los áridos reciclados
Mortero adherido- Análisis de láminas pulidas
- Separación química (ácido clorhídrico)
- Tratamiento térmico (Saturación del árido, aquecimiento a 500ºC, resfriamiento en agua fría, separación del árido convencional-mortero viejo, tamizado húmedo y secado con estufa.
Densidad, absorción
Coeficiente Los Angeles
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aa
aaa
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Requerimientos para la aplicación a hormigones
→ LIMITACIÓN DE CONTAMINANTESQue puedan influir en el fraguado del cementoCorrosión de armaduras (Cloruros)Hinchamiento por absorción humedad (p.e. madera)Formación de etringita (yeso)Reacción alcali-arido (vidrios PYREX)Descensos de resistencia (mezcla asfáltica)
Permeabilidad árido > Permeabilidad mortero
Hipótesis de frente de carbonatación para árido más poroso que el mortero nuevo
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Permeabilidad árido = Permeabilidad mortero
Hipótesis del frente de carbonatación cuando la permeabilidad del árido es igual a la del mortero
Permeabilidad árido < Permeabilidad mortero
Hipótesis del frente de carbonatación para permeabilidad del árido menor que la del mortero
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20.422.2
1.00.8
26702670
5-1212-20
Árido natural
613925
41.437.031.5
8.75.73.7
234024202940
4-88-1616-32
Árido reciclado (a/c=1.2)
Vol. mortero adherido
Los Ángeles % pérdida
Absorción de agua %
Peso espSSS
Tamaño frac. mm.
Tipo de árido
5-12
4-88-1616-32
4-88-1616-32
4-88-1616-32
6250
643928
583835
000
7.57.0
8.75.44.0
8.55.03.8
3.71.80.8
29.530.9
24202430
Árido reciclado (a/c=0.5)
32.629.225.4
235024402480
Árido reciclado (a/c=0.7)
30.126.722.4
234024502490
Árido reciclado (a/c=0.4)
25.922.718.8
250026202610
Grava natural original
Composición de la Mezcla
1.53 ®
1.22 ®
0.92 ®
1.74
1.39
1.05
Gravilla
2.68
1.94
1.21
2.68
1.94
1.21
Arena
0.641.84 ®1NormalHormigón Reciclado
Rn
0.521.37 ®1RicoHormigón reciclado
Rr
Ac/CGravaCementoNivel de resistencia
Árido gruesoHormigón
Hormigón Reciclado
Caliza
Caliza
Caliza
0.83
0.66
0.53
0.40
1
1
1
1
2.29 ®PobreRp
2.6PobreHp
2.09NormalHn
1.57RicoHr
Hormigón pobre C < 300 Kg/m3
Hormigón normal 300 Kg/m3 < C < 400 Kg/m3
Hormigón rico C > 400 Kg/m3
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a
0.88
0.80
0.77
0.82
E/E est
335802941638.1HO
E est(CEB) (mpa)
E (mpa)fc28 (mpa)Referencia
32.5
44.2
48.0
31649
35284
36267
25294Rp
27158Rn
29861Rr
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Hormigón con distintos % de sustitución (Siempre sin 0/4mm)
La resistencia = hasta el 20-30%El módulo ≈ hasta el 20-30%La fluencia = hasta el 30% La retracción = hasta el 30%Carbonatación depende del % de cemento La permeabilidad = hasta el 20%
ConclusionesExclusión de la fracción 0/4 o 0/2 mm→Encontrar aplicaciónEstructural hasta el 20%, vigilar (árido-alcali), cemento bajo en alcalinosNo estructural se puede sustituir toda la fracción superior a 4 mmPosible Grava–Cemento y hormigón compactado con rodilloÁrido con mezcla de cerámica → Hormigón no estructural
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UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS SIDERÚRGICOSSIDERÚRGICOS
Eficacia e Impacto AmbientalEficacia e Impacto Ambiental
Dr. Enric Vàzquez Ramonich
Catedrático de la ETS Ing. Caminos de Barcelona UPC
Una oportunidad para ahorrar Una oportunidad para ahorrar recursos naturalesrecursos naturales
Escoria de Acero de Horno de Arco EléctricoEscoria de Acero de Horno de Arco Eléctrico
ÁRIDO SIDERÚRGICO ÁRIDO SIDERÚRGICO En nuestro entorno 400.000 t/añoEn nuestro entorno 400.000 t/año
Procesado
2
COMPOSICIÓN QUÍMICACOMPOSICIÓN QUÍMICA
2,60Cr2O30,14%0,14%Cal libreCal libre
2,86MgO23,62CaO
7,67Al2O30,27TiO2
10,55SiO26,07MnO
0,33P2O535,31Fe2O3
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Propiedades técnicas de los Propiedades técnicas de los áridos siderúrgicosáridos siderúrgicos
Ensayo Los Ensayo Los AngelesAngeles UNE EN 1097UNE EN 1097--22
Árido siderúrgico 10/20Árido siderúrgico 10/20 16,8%16,8%Árido siderúrgico 4/10Árido siderúrgico 4/10 18,1%18,1%
Ensayo de pulimento acelerado CPAEnsayo de pulimento acelerado CPA (NLT (NLT 174/93)174/93)
Árido siderúrgico Árido siderúrgico CPA = 0,56CPA = 0,56
ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA UNE EN 1744UNE EN 1744--11
Densidad aparente de las partículas Densidad aparente de las partículas 3,50(g/cm3)3,50(g/cm3)AbsorciónAbsorción 1,0%1,0%Contenido de magnesio expresado en Contenido de magnesio expresado en MgOMgO 3,15%3,15%Tiempo total de vapor Tiempo total de vapor 24 horas24 horasExpansión 24 h (%)Expansión 24 h (%) 0,14%0,14%
Según la norma UNESegún la norma UNE--EN 13242, “Áridos para capas granulares y EN 13242, “Áridos para capas granulares y capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas estructurales de firmes” el árido siderúrgico ensayado se clasiestructurales de firmes” el árido siderúrgico ensayado se clasifica fica como de categoría V5.como de categoría V5.
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0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[Hg] (mg/Kg)
0,06<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[Sb] (mg/Kg)
0,5<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[As] (mg/Kg)
0,5<0,01<0,010,020,01<0,01<0,01[Pb] (mg/Kg)
0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1[Se] (mg/Kg)
0,5<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1[Cr] (mg/Kg)
0,4<0,2<0,2<0,2<0,2<0,2<0,2[Ni] (mg/Kg)
2<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1[Cu] (mg/Kg)
0,04<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[Cd] (mg/Kg)
4<0,2<0,2<0,2<0,2<0,20,33[Zn] (mg/Kg)
0,50,2050,220,270,2950,230,31[Mo] (mg/Kg)
209,1657,3658,4158,2659,2311,105[Ba] (mg/Kg)
80048,136,89579,19580,82554,80579,875[SO=4] (mg/Kg)
100072,79558,6577,881,14565,03100,16[Cl-] (mg/Kg)
10<10<10<10<10<10<10[F-] (mg/Kg)
10,7210,53511,33510,97511,1110,975pH
329377465,5383,5398388,5Conductividad(µS/cm2)
Límite (mg/Kg)
“C4”“C2”“B4”“B2”“A4”“A2”
5
TRAMO EXPERIMENTAL CELSATRAMO EXPERIMENTAL CELSA
TRAMO EXPERIMENTAL CELSATRAMO EXPERIMENTAL CELSA
6
Ensayo de deformación plástica en pista (NLT 173/84)
Origen de la mezcla: Extendedora obra Temperatura de ensayo: 60ºCPresión de contacto: 900KN/m2
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
tiempo (min)
Def
orm
ació
n (m
m)
Gráfico 4: Deformación plástica mediante pista de ensayo en laboratorio
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Valores de la Orden Circular 5/2001 de la Valores de la Orden Circular 5/2001 de la Dirección General de Carreteras para mezclas Dirección General de Carreteras para mezclas
bituminosas con un tipo de tráfico T00bituminosas con un tipo de tráfico T00
< 25%< 25%21,3%21,3%Resistencia perdida en Resistencia perdida en inmersiinmersióón compresin compresióónn
<12 <12 µµmm/minmm/min3,3 3,3 µµmm/minmm/minVelocidad de deformaciVelocidad de deformacióón n en intervalo 105 a en intervalo 105 a 120min.120min.
> 15%> 15%16,03%16,03%% huecos en % huecos en ááridosridosEntre 4% y 6%Entre 4% y 6%5,8%5,8%% huecos en mezcla% huecos en mezcla
Entre 2mm y 3 Entre 2mm y 3 mmmm2,1 2,1 mmmmDeformaciDeformacióónn
>15 KN>15 KN17 KN17 KNEstabilidadEstabilidadProyecto mezclaProyecto mezcla
>0,55>0,550,560,56CPACPA
<20%<20%AS.10AS.10--20 = 16,8%20 = 16,8%AS. 4AS. 4--10 = 18,1%10 = 18,1%
Los Los AngelesAngelesPropiedad de Propiedad de ááridosridos
Orden Circular 5/2001Orden Circular 5/2001ÁÁrido siderrido siderúúrgicorgico
Coeficiente de fricción TRRL (6 meses)
Mezcla con árido siderúrgico= 63
Mezcla con árido granítico = 62
8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 25 31,5 40
Tamices de abertura cuadrada (mm)
% a
cum
ulad
a qu
e pa
sa
ASC 0411-30 ZA 25s ZA 25i ZA 40i ZA 40s
9
4,9 %5,034,69Expansión 168 h (%)
0,70%0,800,59Expansión 24 h (%)
2,4402,260Lectura 168 h (mm)
0,4400,330Lectura 24 h (mm)
0,060,05Lectura inicial (mm)
1638,31631,4Volumen inicial de escoria (cm3)
25,025,1Contenido de huecos del conjunto (%)
2,742,73Densidad aparente conjunto compactado (g/cm3)
Media2ª det.1ª det.
168 horasTiempo total de vapor
4,67 %Contenido total de magnesio expresado como MgO en %
3,65(g/cm3)Densidad aparente de las partículas
“ASC 0411_30 total”
Composición química AS 0/40Composición química AS 0/40
1,92Cr2O30,87%0,87%Cal libreCal libre
4,04MgO31,11CaO
8,84Al2O30,51TiO2
13,23SiO25,19MnO
0,36P2O528,95Fe2O3
10
UTILIZAR ESTOS ÁRIDOS UTILIZAR ESTOS ÁRIDOS REPRESENTA:REPRESENTA:
Ahorrar recursos naturales.Ahorrar recursos naturales.Ahorrar el vertedero.Ahorrar el vertedero.Tener buenas propiedades técnicas en su Tener buenas propiedades técnicas en su utilización.utilización.Comportamiento ambiental correcto.Comportamiento ambiental correcto.
RECICLARRECICLAR
UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS SIDERÚRGICOSSIDERÚRGICOS
Eficacia e Impacto AmbientalEficacia e Impacto Ambiental
Dr. Enric Vàzquez Ramonich
Catedrático de la ETS Ing. Caminos de Barcelona UPC
1
Formigó ReciclatFormigó Reciclat
ProcésProcés de de TransformacióTransformació de Material de Material d’Enderrocd’Enderroc en en GranulatGranulat de de FormigóFormigó ReciclatReciclat
Enderrocd’unaestructura de formigó
PlantaRecicladora
Granulat de FormigóReciclat
20% de GFR
80% de Granulat Natural
Ciment
Aigua
FORMIGÓ
2
3
EstudisEstudis UPC UPC sobresobre FormigóFormigó ambambGranulatGranulat ReciclatReciclat
DurabilitatDurabilitatDraDra. . MarildaMarilda BarraBarra
ResistènciaResistència a a diferentsdiferents esforçosesforçosDr. Antonio Dr. Antonio MaríMaríDraDra. . MirenMiren EtxeberríaEtxeberríaDr. Manuel GomezDr. Manuel Gomez
4
Nova Nova InstruccióInstrucció EHEEHE
Ministerio de Fomento
Comisión del Hormigón
SubcomisiónHormigónReciclado
NOVA EHE
Permetrà posar un 20% de GFR en qualsevolformigó estructural
1
Formigó ReciclatFormigó Reciclat
2