viabilidad tecnica y economica del uso del concreto recicl…
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VIABILIDAD TECNICA Y ECONOMICA DEL USO DEL CONCRETO RECICLADO COMO AGREGADO
HECTOR LEONARDO ROMERO MENDOZA
Asesor: DIEGO ECHEVERRY CAMPOS
Ingeniero Civil. Ph. D.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTA, ENERO DE 2004
VIABILIDAD TECNICA Y ECONOMICA DEL USO DEL CONCRETO RECICLADO COMO AGREGADO
HECTOR LEONARDO ROMERO MENDOZA
Trabajo de grado para optar al título de Magíster en Ingeniería Civil
Asesor:
DIEGO ECHEVERRY CAMPOS Ingeniero Civil. Ph. D.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTA, ENERO DE 2004
MIC 2004-I-67
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus más sinceros agradecimientos a todas las personas que
participaron y colaboraron de alguna manera en la realización de este proyecto, y
en especial:
A DIEGO ECHEVERRY CAMPOS, Ingeniero Civil, profesor asociado de la
Universidad de los Andes y asesor del proyecto, por su interés, motivación y
orientación a lo largo del desarrollo del trabajo.
A Albert Navarrete, Gerente de Producción y Francisco Beltrán, Gerente Técnico
de Manufacturas de Cemento S.A, por su constante apoyo durante la ejecución
del proyecto.
Al personal del área técnica, laboratoristas e inspectores de Manufacturas de
Cemento S.A, por su colaboración en la ejecución de ensayos.
A la empresa Manufacturas de Cemento S.A
A Luis Alberto Naranjo, contratista experto en explotación de materiales de
construcción, por colaboración, sus aportes y la realización del montaje de
trituración.
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CONTENIDO
Pág.
1. INTRODUCCION.............................................................................................................................. 1
1.1 OBJETIVO ............................................................................................................................... 2 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................. 3 1.3 ALCANCE................................................................................................................................ 3 1.4 MOTIVACION .......................................................................................................................... 4
2. METODOLOGIA DEL ESTUDIO .................................................................................................... 5
2.1 REVISION BIBLIOGRAFICA ................................................................................................. 5 2.2 MONTAJE DE TRITURACION .............................................................................................. 6 2.3 ENSAYOS DE LABORATORIO ............................................................................................ 6 2.4 ENSAYOS INDUSTRIALES................................................................................................... 7 2.5 ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................................................... 7 2.6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................................ 7
3. ANTECEDENTES ............................................................................................................................ 8
3.1 GENERALIDADES ................................................................................................................. 8 3.2 DEFINICIONES ....................................................................................................................... 8
3.2.1 Concreto:............................................................................................................................ 9 3.2.2 Cemento: ............................................................................................................................ 9 3.2.3 Agregados:....................................................................................................................... 10 3.2.4 Agregado Convencional (AC):...................................................................................... 10 3.2.5 Residuos de Construcción y Demolición (RCD): ...................................................... 11 3.2.6 Agregado Reciclado (AR):............................................................................................. 11 3.2.7 Concreto con Agregado Convencional (CAC):.......................................................... 11 3.2.8 Concreto con Agregado Reciclado (CAR):................................................................. 11
3.3 AGREGADOS PARA EL CONCRETO ............................................................................... 12 3.3.1 Clasificación .................................................................................................................... 12 3.3.2 Propiedades de los Agregados .................................................................................... 13
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3.4 AGREGADOS RECICLADOS (AR) ................................................................................... 21 3.5 EFECTOS DE LOS AGREGADOS EN EL CONCRETO .................................................. 22
3.5.1 Manejabilidad................................................................................................................... 23 3.5.2 Segregación..................................................................................................................... 25 3.5.3 Exudación del concreto ................................................................................................. 26 3.5.4 Fraguado. ......................................................................................................................... 26 3.5.5 Durabilidad....................................................................................................................... 27 3.5.6 Permeabilidad.................................................................................................................. 27 3.5.7 Resistencia a compresión ............................................................................................. 28 3.5.8 Módulo de Elasticidad.................................................................................................... 29 3.5.9 Contracción por secado ................................................................................................ 30 3.5.10 Resistencia a la tensión ............................................................................................ 30 3.5.11 La resistencia a la flexión ......................................................................................... 31 3.5.12 Peso unitario. .............................................................................................................. 31 3.5.13 Absorción .................................................................................................................... 31
3.6 CONCRETO CON AGREGADOS RECICLADOS (CAR) ................................................ 32 3.7 PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADOS RECICLADOS ............................ 37
4. RECICLAJE DE RESIDUOS DE LA CONSTRUCCION ............................................................ 38
4.1 DESARROLLO SOSTENIBLE ............................................................................................ 38 4.2 RESIDUOS DE LA CONSTRUCCION ................................................................................ 41 4.3 NECESIDAD DE RECICLAR EL CONCRETO .................................................................. 44 4.4 BENEFICIOS DE RECICLAR EL CONCRETO ................................................................. 48 4.5 BARRERAS AL RECICLAR EL CONCRETO ................................................................... 49 4.6 USOS Y APLICACIONES DEL CONCRETO RECICLADO ............................................. 52 4.7 ESTADO DEL ARTE DEL CONCRETO RECICLADO .................................................... 53
5. PROPUESTA DE RECICLAJE DE RESIDUOS DE CONCRETO............................................. 59
5.1 RESIDUOS DE CONCRETO ............................................................................................... 59 5.2 PROCESO DE RECICLAJE ................................................................................................ 60
5.2.1 Limpieza preliminar y reducción de tamaño.............................................................. 61 5.2.2 Trituración........................................................................................................................ 61 5.2.3 Transporte y almacenamiento ...................................................................................... 62 5.2.4 Utilización......................................................................................................................... 62
6. AGREGADO RECICLADO ........................................................................................................... 63
6.1 GRADACION......................................................................................................................... 63 6.2 DENSIDAD Y ABSORCION................................................................................................. 66
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6.3 RESISTENCIA AL DESGASTE........................................................................................... 67
7. MEZCLAS Y PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO................... 68
7.1 MEZCLAS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO ........................................ 68 7.1.1 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS CONVENCIONALES POR CONCRETO RECICLADO................................................................................................... 69 7.1.2 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS CONVENCIONALES
POR ARENA Y GRAVA DEL CONCRETO RECICLADO ......................................................... 73 7.2 PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO ................................. 75
7.2.1 TUBERIA DE CONCRETO REFORZADA CON AGREGADO RECICLADO............. 75 7.2.2 TUBERIA DE CONCRETO SIN REFUERZO CON AGREGADO RECICLADO ........ 82 7.2.3 PREFABRICADOS PARA ANDENES Y MOBILIARIO URBANO .............................. 89
8. ANALISIS DE RESULTADOS ...................................................................................................... 94
8.1 MEZCLAS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO ........................................ 94 8.1.1 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS CONVENCIONALES POR
CONCRETO RECICLADO................................................................................................................. 95 8.1.2 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS CONVENCIONALES POR
ARENA Y GRAVA DEL CONCRETO RECICLADO ........................................................................... 96 8.2 PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO ............................... 100
8.2.1 TUBERIA DE CONCRETO REFORZADA CON AGREGADO RECICLADO ....................... 100 8.2.2 TUBERIA DE CONCRETO (15 cm) SIN REFUERZO CON AGREGADO RECICLADO ...... 103 8.2.3 TUBERIA DE CONCRETO (20 cm) SIN REFUERZO CON AGREGADO RECICLADO ...... 107 8.2.4 BORDILLOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO......................................... 111
8.3 ANALISIS DE COSTOS ..................................................................................................... 114 8.3.1 PLANTA DE RECICLAJE. ............................................................................................ 114 8.3.2 COSTO DE PRODUCCION ........................................................................................... 116 8.3.3 COSTO TOTAL .............................................................................................................. 118
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................................................... 119
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................... 123
REGISTRO FOTOGRAFICO................................................................................................................ 123
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LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Propiedades del Agregado Reciclado……………………………………….…………………22
Tabla 2. Propiedades del Concreto con Agregado Reciclado……………………...…………………36
Tabla 3. Resultados de Ensayos. Granulometría Agregados Gruesos….……………………………64
Tabla 4. Resultados de Ensayos. Granulometría Agregados Finos…………………………..………65
Tabla 5. Resultados de Ensayos de Densidad y Absorción de Agregados Gruesos…………..……66
Tabla 6. Resultados de Ensayos de Densidad y Absorción de Agregados Finos……………...……67
Tabla 7. Propiedades del Cemento Rioclaro Tipo III…………………………………...……….………69
Tabla 8. Proporciones de agregados para diseñar las mezclas de concreto. ………………….……70
Tabla 9. Diseños de Mezcla. Reemplazo de Agregados Convencionales por Concreto
Reciclado……………………………………………………………………………………………………..71
Tabla 10. Diseños de Mezcla. Reemplazo de Arena de río por Arena de Concreto Reciclado.…...74
Tabla 11. Diseños de Mezcla. Reemplazo de Grava de 3/8” por Grava de Concreto Reciclado…..74
Tabla 12. Propiedades del Cemento Samper Tipo III.……………………………………………….....77
Tabla 13. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 70 cm. de diámetro…………....78
Tabla 14. Diseño de mezclas. Tubería Reforzada 70 cm…………………………………..……..…...79
Tabla 15. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Tubería Reforzada 70 cm....80
Tabla 16. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 15 cm. de diámetro……….…...84
Tabla 17. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 20 cm. de diámetro……………85
Tabla 18. Diseño de mezclas. Tubería sin refuerzo 15 cm.……………………………………….……86
Tabla 19. Diseño de mezclas. Tubería sin refuerzo 15 cm. .……………………….…………….……86
Tabla 20. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Tubería sin refuerzo 15 cm..87
Tabla 21. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Tubería sin refuerzo 20 cm..87
Tabla 22. Combinación de Agregados. Fabricación de Bordillos de concreto……..…………...……91
Tabla 23. Diseño de mezclas. Bordillos de concreto……………………………..…..…………...……92
Tabla 24. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Bordillos de concreto. ……..92
Tabla 25. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Agregados
Convencionales por Concreto Reciclado……..……………………………………...……………...……95
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Tabla 26. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Arena Convencional por
Arena de Concreto Reciclado……..………………………………………………………………...……97
Tabla 27. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Grava Convencional por
Grava de Concreto Reciclado...……………………………………………………………………………98
Tabla 28. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Tubería reforzada de 70 cm.……....…100
Tabla 29. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Tubería sin refuerzo de 15 cm.…....…104
Tabla 30. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Tubería sin refuerzo de 20 cm.…....…108
Tabla 31. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Bordillos de concreto.…………...….…111
Tabla 32. Características del equipo del sistema de trituración.……………………..………..….….115
Tabla 33. Valor del alquiler del equipo del sistema de trituración.……………………………..….…115
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LISTA DE GRAFICAS
Pág.
Gráfica 1. Curvas Granulométricas de Agregados Gruesos.………………………………………..…65
Gráfica 2. Curvas Granulométricas de Agregados Finos.………………………………………...……66
Gráfica 3. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 70 cm. de diámetro……...……78
Gráfica 4. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 15 cm. de diámetro.………..…84
Gráfica 5. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 20 cm. de diámetro. …………85
Gráfica 6. Combinación de Agregados. Fabricación de Bordillos de concreto………………………91
Gráfica 7. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Reemplazo
de Agregados Convencionales por Concreto Reciclado…………………..……………………………96
Gráfica 8. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Reemplazo
de Arena de Río por Arena de Concreto Reciclado………………………………………………..……97
Gráfica 9. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Reemplazo
de Grava de 3/8” por Grava de Concreto Reciclado……………………………………………….……98
Gráfica 10. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a 28 días. Reemplazo de Grava
de 3/8” y arena de río por Grava y arena de Concreto Reciclado……………………………..………99
Gráfica 11. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Tubería
reforzada de 70 cm.………………………………………………………………………………….……101
Gráfica 12. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Tubería reforzada de 70 cm.…………………………………….……………………………………..…102
Gráfica 13. Resistencia al Aplastamiento a 28 días de edad. Tubería reforzada de 70 cm………102
Gráfica 14. Absorción a 6 días de edad. Tubería reforzada de 70 cm. ……………………….……103
Gráfica 15. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades.
Tubería sin refuerzo de 15 cm.………………………………………………………………………...…105
Gráfica 16. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Tubería sin refuerzo de 15 cm.…………………………………………………………………………..105
Gráfica 17. Resistencia al Aplastamiento. Tubería sin refuerzo de 15 cm.………..……………….106
Gráfica 18. Absorción a 6 días de edad. Tubería sin refuerzo de 15 cm…………..………….……107
Gráfica 19. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Tubería sin
refuerzo de 20 cm.…………………………………………..……………………………………..………109
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Gráfica 20. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Tubería sin refuerzo de 20 cm.…………………………………………………………………………...109
Gráfica 21. Resistencia al Aplastamiento. Tubería sin refuerzo de 20 cm.………..…………..……110
Gráfica 22. Absorción a 6 días de edad. Tubería sin refuerzo de 20 cm…….…………….….……110
Gráfica 23. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades.
Bordillos de concreto.………………………………………….……………………………………..……112
Gráfica 24. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Bordillos de concreto………………………………………..………………………………………..……112
Gráfica 25. Resistencia a la Flexión. Bordillos de concreto.………………………...…………..……113
Gráfica 26. Absorción a 6 días de edad. Tubería sin refuerzo de 20 cm.……………..……………114
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Tubo de concreto Reforzado para alcantarillado.………………………………………....…76
Figura 2. Tubo de concreto sin refuerzo para alcantarillado.………………………………………..…83
Figura 3. Bordillo de concreto.………………………………………………...………………………..…90
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Pág.
Fotografía 1. Patio de almacenamiento de residuos de concreto…..…………………..…….…....127
Fotografía 2. Residuos de Concreto a reciclar...………………….……………………….………....127
Fotografía 3. Tubos y sardineles a reciclar.…………………………………………….…..………....127
Fotografía 4. Tamaño Inicial promedio…..…………………………………………..……..………....128
Fotografía 5. Reducción del Tamaño del Material por medio de Buldozer.……..………...……....128
Fotografía 6. Tamaño final de los residuos de concreto.…..……………………………..………....128
Fotografía 7. Material listo para ser triturado…..…………………………………………..………....129
Fotografía 8. Alimentación de la tolva por medio del cargador…..………….……………………...129
Fotografía 9. Trituración del Material…..………………………..…………………………..………....129
Fotografía 10. Selección del Material Triturado…..………………………………………..………....130
Fotografía 11. Selección del Material Triturado…..………………………………………..………....130
Fotografía 12. Material Triturado Aceptado …..………………………..…………………..………....130
Fotografía 13. Material Triturado Rechazado…..…………………………………………..………....130
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1. INTRODUCCION
La generación y disposición de desechos y residuos de la construcción no es un
tema de estudio nuevo en nuestro medio, pues ya son numerosas las
investigaciones que se han llevado a cabo con el ánimo de mitigar el impacto
ambiental producido por este fenómeno, sin dejar de lado otros aspectos como la
cuantificación y clasificación del material producido, así como su potencial de
reutilización.
En varias partes del mundo, el reciclaje de los desechos de la construcción es un
hecho. Existen empresas públicas y privadas dedicadas de lleno al negocio del
reciclaje del acero, de la madera, de los escombros producto de la demolición, y
particularmente del concreto, entre otros. Este último material es el centro de
atención de este proyecto de investigación.
En la literatura se encuentran resultados de estudios que evidencian que el
producto de la trituración de residuos de concreto puede ser utilizado
exitosamente, como agregado en la elaboración de nuevos concretos. Pero su
aplicación es mínima, pues la experiencia con ese producto es muy limitada, aún
se desconoce el efecto del uso del concreto reciclado en las propiedades del
nuevo concreto y de los productos fabricados con el.
Generalmente, gracias a su manejo actual, el inadecuado final del ciclo de vida de
los desechos de concreto, consiste en formar parte de escombreras, botaderos,
rellenos sanitarios y por que no, hasta del paisaje de sectores periféricos de las
ciudades; ocasionando así, problemas ambientales, sanitarios, sociales e incluso
económicos.
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En algunos lugares no se dispone de agregados para la fabricación del concreto, o
existen pero no cumplen normas, además, al ser los agregados naturales un
recurso no renovable, es clara la preocupación de las autoridades y del gremio de
la construcción, por la escasez de ese material en un futuro no muy lejano. Por lo
tanto se deben encontrar sistemas y materiales que aporten ahorro de energía,
minimicen el impacto ambiental y reduzcan costos, debido a las dificultades que
implica su obtención.
En la actualidad, el incremento en el número de las construcciones de concreto
que están siendo demolidas y la posibilidad futura de una escasez de agregado
natural en algunas áreas, ha despertado un interés en el uso del concreto
reciclado como agregado. Lo cual ha generado una gran actividad académica por
parte de varios investigadores, que se enfocan su estudio en las propiedades del
concreto producido con agregados reciclados, para uso estructural y no
estructural.
Debido a lo anterior, se hace necesario emprender un estudio sobre el reciclaje de
residuos de concreto, para producir agregados potencialmente utilizables a nivel
industrial en mezclas y productos de concreto prefabricado, haciendo énfasis en la
viabilidad técnica y económica del proceso, dentro del marco del desarrollo
sostenible.
1.1 OBJETIVO
Determinar la viabilidad técnica y económica del uso de concreto reciclado como
agregado en la elaboración de productos de concreto en la industria de los
prefabricados, por medio de un trabajo de investigación que involucre el reciclaje
de residuos de concreto, la caracterización de ese material y la evaluación de las
principales propiedades tanto del concreto como de los prefabricados elaborados
con ese tipo de agregado.
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1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Caracterizar las principales propiedades del agregado generado a partir del
reciclaje de los residuos de de concreto, mediante ensayos de laboratorio, y
comparar esos resultados frente a las características típicas de los agregados
convencionales similares.
• Evaluar y comparar las principales propiedades tanto del concreto como de los
productos prefabricados elaborados con agregado proveniente del reciclaje del
concreto, frente a los resultados obtenidos en los ensayos a los concretos y
productos fabricados con los agregados convencionales.
• Determinar el costo aproximado de la producción de agregado, a partir del
reciclaje de residuos de concreto y comparar ese costo con el valor comercial
promedio de los agregados naturales.
1.3 ALCANCE
• Establecer e implementar un montaje de trituración de concreto para obtener
un agregado a partir de productos y residuos de concreto, los cuales son
considerados como desperdicio en la planta de prefabricados.
• Realizar ensayos de laboratorio, con el fin de caracterizar y comparar las
principales propiedades tanto del agregado convencional, como del agregado
generado a partir de la trituración de los residuos de concreto.
• Realizar ensayos de laboratorio, para comparar algunas propiedades como la
resistencia a la compresión y manejabilidad del concreto elaborado con el
agregado producto del reciclaje, frente al fabricado con los agregados
convencionales.
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• Realizar los ensayos apropiados, para evaluar las principales propiedades de
los elementos prefabricados, elaborados tanto con agregado convencional,
como con el agregado producto de la trituración del concreto.
1.4 MOTIVACION
En las plantas de prefabricados, la disposición de los residuos de concreto, tanto
las mezclas en estado fresco como los productos ya elaborados, que no pueden
ser utilizados por problemas de calidad, representan un grave problema, no solo
de carácter económico sino también ambiental. De este modo, surge el reciclaje
de estos elementos de concreto como una alternativa para solucionar el problema.
Por otra parte, la reutilización del concreto es un negocio viable en muchas partes
del mundo, por lo tanto es necesario explorar esa posibilidad en el mercado local,
evaluando la calidad y el precio del material.
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2. METODOLOGIA DEL ESTUDIO
Para la realización de este estudio, se siguieron varias etapas de carácter teórico y
práctico, en donde se aplicaron conceptos relacionados con varias áreas de la
ingeniería civil. Entre ellos se destacan la revisión bibliográfica, el montaje de
trituración de desechos de concreto, los ensayos de laboratorio y ensayos
industriales para evaluar el uso del concreto reciclado como agregado en la
elaboración de nuevos concretos.
2.1 REVISION BIBLIOGRAFICA
Para comprender las características de los agregados, su influencia en las
propiedades del concreto y de los productos con ellos fabricados y principalmente
para conocer resultados de estudios previos sobre el concreto con agregado
reciclado y el estado del arte en este campo de la tecnología del concreto, fue
necesario realizar una revisión bibliográfica extensa.
Principalmente se utilizaron documentos y publicaciones sobre investigaciones
llevadas a cabo en varias partes del mundo, las cuales se encuentran en
bibliotecas y centros de documentación de varias universidades e institutos como
Asocreto (Asociación de productores de concreto) y el ICPC (Instituto Colombiano
de Productores de Cemento), entre otros.
Además se revisaron varias tesis sobre el reciclaje de desechos de construcción y
demolición, desarrolladas en la Universidad de los Andes y la Universidad
Nacional de Colombia, principalmente. También ha sido utilizada información
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relevante sobre el tema que fue encontrada en varios sitios de Internet. Todos
estos documentos son referenciados a lo largo del documento y en la bibliografía.
2.2 MONTAJE DE TRITURACION
Después de identificar los residuos de concreto a reciclar, se diseñó e instaló un
sistema de trituración que permitiera transformar las diversas piezas de concreto
en agregado apto para la elaboración de nuevos concretos, en la planta
productora de prefabricados.
Detalles sobre el sistema de trituración, se pueden encontrar en el capítulo 5,
Propuesta de reciclaje de residuos de construcción, en donde se especifica el tipo
de trituradora, el equipo utilizado para realizar el procedimiento de trituración,
accesorios, etc.
2.3 ENSAYOS DE LABORATORIO
Con el fin de caracterizar las propiedades del agregado producido a partir de la
trituración de los residuos de concreto y su influencia en algunas características
del nuevo concreto; se realizaron diversos ensayos de laboratorio, tanto a los
agregados como a varias mezclas de concreto que contenían el agregado
reciclado en varias proporciones.
Ensayos para determinar la densidad, gradación, absorción, humedad y contenido
de materia orgánica de los agregados reciclados, entre otros; se realizaron en las
instalaciones de Manufacturas de Cemento S.A., siguiendo los métodos
establecidos en las Normas Técnicas Colombianas, NTC, publicadas por el
ICONTEC.
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2.4 ENSAYOS INDUSTRIALES
Se fabricaron productos de concreto como tubería reforzada y no reforzada para
alcantarillado, y sardineles; elaborados tanto con agregado convencional, como
con diferentes reemplazos de agregado convencional por agregado de concreto
reciclado. Esto con el fin de darle una aplicación práctica al nuevo material en
esta clase de productos prefabricados, a nivel industrial.
2.5 ANALISIS DE RESULTADOS
Con el objeto de determinar la viabilidad técnica y económica del uso del concreto
reciclado como agregado, en la elaboración de nuevo concreto en la producción
de prefabricados; se realizaron ensayos sobre los productos de concreto,
comparando los resultados y el precio de la materia prima, con los
correspondientes a los fabricados con el agregado convencional que comúnmente
se utiliza en la producción de dichos elementos de concreto.
2.6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Finalmente se presentan conclusiones y recomendaciones sobre los hallazgos
encontrados durante el desarrollo de la investigación, los cuales, servirán como
base para continuar estudiando y ampliando el conocimiento en este campo de la
tecnología del concreto.
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3. ANTECEDENTES
3.1 GENERALIDADES
Al ser el estudio sobre el reciclaje del concreto una aplicación directa de varias
áreas de la ingeniería civil, en particular de la tecnología de los materiales de
construcción, se hace necesario enmarcar dentro de este contexto, diferentes
conceptos teóricos que permitan facilitar el entendimiento tanto de los procesos
como de las características de los materiales utilizados en esta investigación.
Además se contemplan otros aspectos del reciclaje del concreto que han motivado
esta investigación, tales como los diversas conclusiones de algunos estudios
previos acerca del tema, haciendo énfasis sobre resultados de diversos ensayos
realizados a los agregados, las mezclas de concreto y en ocasiones a productos
de concreto; claro esta, sin dejar de lado aspectos no menos importantes como lo
son el impacto ambiental y el económico para la sociedad y en especial a las
personas involucradas en la industria de la construcción.
3.2 DEFINICIONES
A continuación se definen los principales conceptos que se nombran constante
mente a lo largo del documento y dentro de los cuales se enmarca este trabajo.
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3.2.1 Concreto:
El concreto es una mezcla heterogénea, constituida por una pasta ligante formada
por cemento y agua, destinada a dar cohesión a un conjunto de materiales
granulares (de relleno) llamados agregados y algunas veces con la inclusión de
adiciones y aditivos, según las necesidades específicas. Una vez fraguado y
endurecido, éste forma una piedra artificial que tiene la propiedad de resistir
esfuerzos mecánicos.
3.2.2 Cemento:
El cemento se define como un material aglomerante de origen calcáreo con
propiedades cohesivas y adhesivas que le dan la capacidad de unir y ligar
fragmentos minerales sólidos, los cuales al estar juntos conforman un material
monolítico con excelente resistencia. Es el componente activo de la mezcla y por
lo tanto influye drásticamente en todas sus propiedades.
El cemento Portland hidráulico es aquel que tiene la característica de desarrollar
sus propiedades (fraguado y endurecimiento) cuando se encuentra en presencia
del agua, ya que reacciona químicamente con ella formando así la pasta de
cemento (material aglutinante de los agregados); esta reacción química se
denomina hidratación y convierte al cemento en una masa en forma de piedra.
La finura, la densidad, la consistencia, el tiempo de fraguado y la resistencia son
las propiedades más importantes del cemento, que influyen de manera
significativa en las características físicas y químicas del concreto.
Cuando los cementos con diferentes composiciones químicas se hidratan, pueden
tener propiedades distintas. De esta forma, en el mercado existen diversos tipos
de cementos especiales para usos específicos, dependiendo de las materias
primas que hayan sido usadas para su fabricación.
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En la elaboración de las mezclas de concreto para esta investigación se utilizaron
dos cementos tipo “concretero” que corresponden a los llamados, en nuestro
medio, cementos tipo III; con los cuales se obtienen altas resistencias iniciales. En
la sección de resultados de caracterización de materia prima, se presentan las
características de estos cementos.
La pasta de cemento (mezcla de cemento y agua) es el material activo dentro de
la masa de hormigón y como tal es en gran medida responsable de la resistencia,
variaciones volumétricas y durabilidad del hormigón. Es la matriz que une los
elementos del esqueleto granular entre sí.
3.2.3 Agregados:
Los agregados son materiales inertes que al ser mezclados con el cemento y
agua, conforman una masa compacta llamada concreto. Son prácticamente el
“esqueleto” del hormigón, siendo además el elemento mayoritario ya que pueden
representar entre el 70 y el 90% del peso total de hormigón, por lo cual, son
responsables de gran parte de sus características, como la resistencia, la
densidad, la dureza y el aspecto. De éstas, la función mas importante de los
agregados es la de aportar parte de la resistencia propia a la resistencia a la
compresión del concreto, esto se logra cuando están aglutinados con la pasta de
cemento.
3.2.4 Agregado Convencional (AC):
En general los agregados naturales o convencionales se forman por procesos
climáticos y abrasivos, o por molido artificial (trituración) de una gran masa del
material o roca.
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3.2.5 Residuos de Construcción y Demolición (RCD):
Residuos o desechos inertes que se producen por el movimiento de tierras y
construcción de edificaciones nuevas y obras de infraestructura, así como los
generados por la demolición o reparación de construcciones antiguas. Incluyen
materiales como el concreto, piezas de mampostería, yeso, cal, madera,
elementos metálicos, etc.
3.2.6 Agregado Reciclado (AR):
Agregado apto para producir concreto, producido a partir del reciclaje de residuos
de construcción y demolición, promedio de una selección del material, trituración y
clasificación para poder ser usado.
3.2.7 Concreto con Agregado Convencional (CAC):
Concreto elaborado con agregados convencionales, naturales o triturados; cuyas
propiedades ya han sido suficientemente caracterizadas.
3.2.8 Concreto con Agregado Reciclado (CAR):
Concreto elaborado con agregados reciclados, producidos a partir de la trituración
de residuos de construcción y demolición, previamente seleccionados y
caracterizados.
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3.3 AGREGADOS PARA EL CONCRETO
Ya que los agregados para el concreto son el eje del presente trabajo y con el
propósito de comprender su influencia en las propiedades de este producto final,
es necesario dedicar una sección para estudiar sus principales características.
3.3.1 Clasificación
Los agregados para concreto se pueden clasificar, principalmente, según su
tamaño, procedencia, densidad, forma y textura:
Según su tamaño, se clasifican en piedras, que constituyen el grupo de agregado
de mayor tamaño, de más de 50mm de diámetro, las gravas conforman la fracción
gruesa comprendida entre 19.1mm - 50mm, la fracción media llamada gravilla, se
encuentra en el rango de 4.76mm hasta 19.1mm y las arenas que tienen
diámetros que oscilan entre 0.074mm y 4.76mm. El material fino con diámetro
menor que 74 micras, generalmente es limo o arcilla, tiene características que
interfieren en el proceso de hidratación del cemento y de allí que se consideren
perjudiciales en el concreto.
Según su procedencia, se pueden clasificar en agregados naturales o artificiales
(entre ellos están los provenientes de la trituración del concreto); según su
densidad, dependiendo de la masa por unidad de volumen y el volumen de los
poros, en ligero si es menor de 2 ton/m3, normal de 2 a 2,5 ton/m3 y pesado
cuando es mayor de 2,5 ton/m3.
Según su forma, los agregados pueden ser redondeados, irregulares, angulares,
laminares, alargados y laminares y alargados. Su textura, suele ser, vítrea, lisa,
granular, áspera, cristalina o apanada.
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3.3.2 Propiedades de los Agregados
En general los agregados naturales se forman por procesos climáticos y
abrasivos, o por molido artificial de una gran masa del material. Muchas de las
características del agregado dependerán de las propiedades de la roca original,
como lo es la composición química y mineral, la clasificación petrográfica, la
gravedad específica, la dureza, la resistencia, la estabilidad química y física, la
estructura del poro, el color, etc. Además, propiedades como, una buena
distribución de tamaños de partículas, forma y textura superficial apropiada,
granos poco porosos, que no tengan sustancias químicas que reaccionen con la
pasta de cemento (afectando su hidratación o adherencia), limpios, libres de
arcilla, limo, materia orgánica, partículas débiles, etc., influyen de manera definitiva
en las propiedades del concreto y son indispensables para que puedan ser
utilizados eficientemente. (Neville & Brooks, 1998).
A continuación se presenta una descripción de las propiedades mas importantes
de los agregados.
3.3.2.1 Granulometría.
Es la distribución de tamaños de las partículas de los agregados. Se determina,
haciendo pasar una muestra representativa de agregados por una serie de
tamices de malla de alambre con aberturas cuadradas, ordenados por abertura, de
mayor a menor. La granulometría se expresa como el porcentaje en peso de cada
tamaño con respecto al peso total.
La operación de tamizado y sus respectivos cálculos deben realizarse de acuerdo
con la Norma Icontec NTC-77, sobre una determinada cantidad de material seco.
La granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones
relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la
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manejabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y
durabilidad del concreto, entre otras propiedades.
Una gradación continua permite obtener un mínimo de vacíos, los cuales deberán
ser llenados con pasta de cemento. Utilizar agregados con granulometrías
discontinuas, es decir, cuando predomina un solo tamaño de partículas, puede
resultar en un concreto segregado o con hormigueros, debido a un exceso de
agregado grueso o en un concreto de baja densidad y alta demanda de agua
provocada por un exceso de agregado fino.
La importancia de la granulometría de la combinación de los agregados en el
hormigón se debe a que por razones de economía, mayor resistencia y mayor
estabilidad volumétrica, conviene que los agregados ocupen la mayor masa del
hormigón. Esto se logra cuando la mezcla de agregados es lo más compacta
posible, es decir, que la cantidad de huecos dejada por los agregados sea la
mínima; así los huecos más grandes son ocupados por las partículas del tamaño
siguiente y así sucesivamente hasta llegar a la arena y la pasta de cemento.
3.3.2.2 Tamaño máximo (TM) y tamaño máximo nominal (TMN).
El tamaño máximo (TM) está definido como la abertura del menor tamiz que
permite el paso del 100% del material. Indica el tamaño de la partícula más
grande que hay dentro de la masa de agregados.
El tamaño máximo nominal (TMN) es un parámetro que se deriva del análisis
granulométrico y está definido como el tamiz inmediatamente anterior que le sigue
en abertura a aquel cuyo porcentaje retenido acumulado es del 15% o más. Indica
el promedio de las partículas más grandes en su fracción gruesa.
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3.3.2.3 Módulo de finura (MF)
Se puede considerar como el tamaño promedio ponderado de un tamiz, del grupo,
en el cual el material es retenido. El modulo de finura es un índice de la finura del
agregado, entre mayor sea el modo de finura, mas grueso será el agregado. Es
frecuente el uso del MF para evaluar que tan fina o gruesa es una arena, pero
también es usado, en algunas ocasiones, como parámetro de diseño de mezclas.
Se calcula como la suma de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices
de la serie estándar que cumplen la relación 1:2, desde el tamiz No. 100 en
adelante, hasta el máximo tamaño que se encuentre, dividido por 100.
Se considera que el Módulo de finura de una arena apta para producir un concreto
debe estar entre 2,3 y 3,1, donde un valor menor que 2,3 indica una arena muy
fina y más de 3.1 una arena gruesa. Si el MF no se encuentra dentro de estos
límites, es necesario realizar ajustes en las proporciones de los agregados.
3.3.2.4 Forma y textura superficial de los agregados
Se debe tener cuidado con las partículas planas y alargadas, pues son muy
débiles al poseer una estructura laminar y además tienden a colocarse en forma
horizontal dentro de la masa de concreto, dificultando la colocación y
compactación e impidiendo muchas veces la salida del agua evaporable durante el
proceso de fraguado, además demandan un mayor contenido de agua, cemento y
arena para su lubricación.
Desde el punto de vista del grado de acomodamiento, la forma ideal es la
redondeada, ya que proporciona mezclas de concreto con mayor trabajabilidad
que las partículas planas y alargadas.
La textura superficial de los granos del agregado incide especialmente en la
adherencia entre la pasta de cemento y la superficie de los agregados, esta
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trabazón se ve incrementada cuando la textura cambia de lisa y redondeada a
rugosa y angular, lo cual se ve reflejado en la resistencia, tanto a flexión como a
compresión.
Las partículas de agregado de textura rugosa y de forma angular o alargada
requieren mayor cantidad de agua, pasta de cemento y arena para lograr una
trabajabilidad dada que otras de forma redondeada y de textura lisa, debido a que,
a las primeras se les dificulta el deslizamiento de unas sobre las otras, siendo
necesario suministrarle mayor cantidad de lubricante con lo que se hace costosa
la mezcla. Además un concreto económico se obtiene cuando en determinado
volumen contiene la mayor cantidad de partículas. Así, los agregados alargados y
planos no son muy recomendados, pues, tienen bajas masas unitarias,
aumentando los espacios en el concreto.
3.3.2.5 Coeficiente volumétrico
Es una medida de la forma de los agregados y resulta de la división del volumen
de una partícula entre el volumen de una esfera cuyo diámetro sea igual a su
mayor dimensión. Un coeficiente bajo indica que la partícula es alargada y un
coeficiente cercano a uno (1) corresponde a una partícula con forma casi esférica.
3.3.2.6 Densidad
Esta propiedad física de los agregados se define como la relación entre el peso y
el volumen de una masa determinada. Afecta directamente el peso unitario del
concreto que se desea producir (ligero, normal o pesado).
Es un factor importante en el diseño de mezclas de concreto porque con él se
determina la cantidad de agregado requerido para un volumen unitario de
concreto. El procedimiento de ensayo esta definido por las Normas Icontec NTC-
176 para agregados gruesos y NTC-237 para agregados finos.
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3.3.2.7 Absorción y humedad de la superficie
Los agregados pueden tener algún grado de humedad, lo cual esta directamente
relacionado con la porosidad de las partículas. Conociendo la absorción y la
humedad de los áridos, se puede controlar el contenido neto de agua en el
concreto y se pueden determinar sus pesos correctos en la mezcla.
Si los agregados tienen una humedad inferior a la absorción, se debe agregar más
agua a la mezcla de concreto para compensar lo que absorben los agregados. Por
el contrario, si la humedad está por encima de la absorción, el agua a agregar al
concreto será menor, ya que los agregados aportarán agua.
La capacidad de absorción se determina por medio de las Normas Icontec NTC-
176 para agregados gruesos y NTC-237 para agregados finos y la humedad
mediante métodos convencionales de secado en horno o estufa.
3.3.2.8 Masas unitarias
La masa unitaria o peso volumétrico de un agregado se obtiene dividiendo el peso
de una muestra de agregado por el volumen que ocupan esas partículas,
agrupadas dentro de un recipiente unitario.
La masa unitaria es una propiedad física importante, porque indica el grado de
acomodamiento de las partículas y entre mejor sea éste, menor será el volumen
de vacíos entre partículas, lo cual hace que la mezcla sea más económica. Esta
propiedad se relaciona directamente con la calidad del agregado.
Existen dos tipos de masas unitarias que dependen del grado de compactación:
masa unitaria suelta y masa unitaria compacta. Su valor varia entre 1,1 y 1,75
ton/m3. Se determinan mediante el procedimiento descrito en la Norma Icontec
NTC-92.
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3.3.2.9 Resistencia al desgaste
La resistencia al desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad que
depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra
importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como
es el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben
estar duros. Un agregado duro es más resistente a la abrasión que un agregado
blando y esponjoso.
Para determinar la dureza se utiliza un método indirecto cuyo procedimiento se
encuentra descrito en la Normas Icontec NTC-93 y NTC-98 para agregados
gruesos, método más conocido como el de la Máquina de los Angeles, la cual
combina los procesos de desgaste y abrasión, y sus resultados muestran una
buena correlación no sólo con el desgaste real del agregado en el concreto, sino
con las resistencias a la flexión y compresión de concretos hechos con el mismo
agregado.
3.3.2.10 Resistencia mecánica
Los agregados generalmente tienen resistencias muy superiores a las resistencias
de los concretos. Sin embargo cuando se requiere producir hormigones de alta
resistencia sí es necesario realizar una cuidadosa selección de los agregados,
considerando su resistencia.
3.3.2.11 Contenido de finos
El contenido de finos no se refiere al contenido de arena fina ni a la cantidad de
piedras de tamaño menor, sino a la suciedad que presentan los agregados cuando
hay materiales que pasen por el tamiz de 74µm (No 200), especialmente limo,
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arcilla, los cuales pueden estar presentes en forma de polvo suelto o a manera de
recubrimiento sobre las partículas de agregado.
Dicho material aísla las partículas de agregado de la pasta, haciéndoles perder su
capacidad aglutinante, originando una interfase mortero-agregado débil y
disminuyendo tanto la resistencia como la durabilidad del hormigón. También se
puede presentar mayor demanda de agua, debido a que aumenta la superficie a
humedecer, aumentando además el contenido de cemento si se pretende
mantener la relación agua/cemento constante.
En la Norma Icontec NTC-78, se define un procedimiento para determinar el
porcentaje de material que pasa el tamiz de 74µm. La NTC-174 establece como
contenido máximo que pasa el tamiz No 200 un valor del 1% para agregado
grueso y del 3% para el agregado fino en hormigones sujetos a desgaste y del 5%
para otros hormigones respectivamente, y permite incrementar estos valores a 5%
y 7% cuando se usa arena obtenida por trituración, ya que en éste caso los finos
son polvo de roca.
3.3.2.12 Sanidad y materia orgánica.
Los agregados utilizados para la elaboración del concreto no deben perturbar ni
afectar las propiedades y características del mismo, por el contrario, su limpieza y
sanidad ayudan para obtener concretos de calidad y económicos.
Se consideran agregados limpios si están exentos de arcilla, limo, mica, materia
orgánica, sales químicas y polvo procedente de la trituración. Los agregados se
consideran sanos, si conservan su composición e integridad bajo cambios de
temperatura o humedad y si resisten la exposición a la intemperie. Cumpliendo
con estos requisitos, se garantiza una adherencia suficiente con la pasta
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endurecida del cemento, sin desarrollar ningún tipo de reacciones indeseables con
los demás constituyentes del concreto.
La materia orgánica tiene dos efectos importantes sobre el hormigón: de un lado
interfiere en las reacciones químicas de hidratación del cemento alterando los
tiempos de fraguado y diminuye la manejabilidad en el hormigón en estado fresco
y de otro, en cantidades altas, puede llegar a aportar sulfatos a la mezcla,
afectando en gran medida la resistencia y la durabilidad del concreto endurecido
La Norma Icontec NTC-127 proporciona un método, llamado prueba colorimétrica,
para determinar el contenido aproximado de materia orgánica en arenas usadas
para la producción de concreto. Si el color de la muestra no es más oscuro que el
amarillo estándar (No 3), se puede decir que la muestra no tiene una cantidad
apreciable de materia orgánica. Cuando el color es más oscuro, es necesario
efectuar ensayos adicionales para evaluar la nocividad de la materia orgánica
presente en la arena.
3.3.2.13 Reacción álcali-agregado
La reacción álcali-agregado se produce entre los álcalis, generalmente aportados
por el cemento y ciertos componentes reactivos que pueden tener algunos
agregados, siempre que existan condiciones adecuadas de humedad. Como
resultado de esta reacción se produce un gel, que absorbe el agua, dando lugar a
hinchazón importante que puede originar fuertes presiones sobre la pasta de
cemento, produciendo su rotura.
Es por esto, que es necesario evaluar los agregados desde el punto de vista de su
reactividad alcalina potencial antes de ser utilizados en un hormigón,
especialmente cuando se crea que los agregados pueden ser reactivos.
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3.4 AGREGADOS RECICLADOS (AR)
Los agregados procedentes de la trituración generalmente tienen superficie
irregular, bordes angulosos, gran adherencia y producen concretos con buen
comportamiento ante la tensión, mientras que los agregados naturales tienen
excelente resistencia mecánica, generalmente son lisos y poseen baja adherencia
con el mortero. Algunas propiedades son comparadas en la tabla 1.
Cuando el escombro de concreto no contaminado se tritura, produce partículas
con formas adecuadas, no contiene cantidades excesivas de partículas planas o
alargadas, su forma por lo general es piramidal (Frondistou-Yannas, 1981),
también pueden ser más redondeadas y con textura superficial más lisa que la
caliza triturada. (Malhotra, 1976).
El agregado de concreto triturado tiene una capacidad de absorción de humedad
relativamente elevada y una gravedad específica relativamente baja (Frondistou-
Yannas, 1981), (Ramamurthy & Gumaste, 1998). Esto debido a la presencia de la
pasta de cemento con bajo peso específico, porosa y absorbente, que esta
adherida al nuevo agregado.
La gradación de los agregados reciclados, está determinada por el tipo de
procesamiento efectuado para su obtención, es decir de la planta de trituración
(primaria, portátil, fija, primaria y secundaria, tipo de trituradora, mallas y cribas,
etc.), pero por lo general se obtienen gradaciones continuas similares a las de los
agregados naturales triturados.
Las variaciones de las relaciones a/c del concreto original no parecen tener un
impacto significativo sobre las densidades de los agregados (ACI Committee 555,
2001). En esa misma publicación, sostienen que aún, los agregados de concreto
reciclado de la peor calidad, tienen un comportamiento satisfactorio ante la
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resistencia al desgaste, pues cumplen los requerimientos establecidos por la
ASTM para el ensayo de la Máquina de los Ángeles (menores a 50%). Reportes
de estudios en Argentina (Universidad Nacional de Córdoba, s.f.), muestran que el
aumento de los valores de desgaste de los agregados reciclados en comparación
con los agregados originales es atribuible a dos causas, la primera, principalmente
debida a las microfisuraciones generadas en los agregados durante el reciclado y
la segunda se debe al mortero y a la pasta de cemento, de poca resistencia al
desgaste, adheridas al agregado.
Propiedad Un Agregado Reciclado
Agregado Convencional
Fuente
% 3.9 -7.6% 0.4 - 2.6% (Frondistou-Yannas, 1981),
% 3 – 10% (Cement Association of Canada, 2001) Absorción
% 9.6% 1.9% (León, 2001)
Densidad tn/m3 2.34 – 2.52 2.52 -2.67 (Frondistou-Yannas, 1981),
Peso Unitario tn/m3 1.140 1.458 (León, 2001)
Tabla 1. Propiedades del Agregado Reciclado.
3.5 EFECTOS DE LOS AGREGADOS EN EL CONCRETO
El esqueleto granular del concreto está formado por los agregados, que son
elementos generalmente más resistentes que la pasta de cemento y sobretodo
más económicos. Desde el punto de vista económico es conveniente preparar
mezclas con el mayor contenido posible de agregados y el menor posible de
cemento, claro que sin perder de vista las propiedades esperadas tanto en estado
fresco como en estado endurecido.
En el concreto en estado fresco, es decir recién preparado y hasta antes de que
inicie su fraguado, la pasta de cemento y parte del agregado fino (arena), tienen la
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función de lubricar las partículas del agregado grueso, influyendo en la movilidad y
manejabilidad de la mezcla. La calidad del concreto depende en gran medida de
la calidad de la pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula
de agregado esta completamente cubierta con pasta, así como también todos los
espacios entre las partículas de agregado.
En el concreto, la arena debe estar presente en una cantidad suficiente que
permita una buena trabajabilidad y que además proporcione una adecuada
cohesión a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicará su
resistencia. De otro lado, debe existir un límite en el contenido de agregados
gruesos debido a la manejabilidad deseada del concreto. Si la cantidad de
agregados gruesos es excesiva la mezcla se volverá difícil de trabajar y habrá una
tendencia de los agregados gruesos a separarse del mortero (segregación). Se
debe optimizar la proporción de cada material de forma tal que se logren las
propiedades deseadas.
Las características más importantes del concreto en estado fresco son su
manejabilidad, la resistencia a la segregación, la exudación y el fraguado. En
estado endurecido se destacan la resistencia a la compresión, resistencia a la
flexión, módulo de elasticidad, requisitos de durabilidad, permeabilidad, entre
otras. Todas ellas, dependen en gran medida de las materias primas utilizadas
para la elaboración del concreto y de las proporciones de mezcla. A continuación
se describen estas propiedades, haciendo énfasis en la forma cómo los agregados
influyen en el desempeño del concreto.
3.5.1 Manejabilidad.
La manejabilidad, también llamada trabajabilidad, es el grado de facilidad o
dificultad con que el concreto puede ser mezclado, manipulado, transportado,
colocado y terminado, sin que pierda su homogeneidad y sin segregación ni
exudación. Por otro lado, está definida por la ASTM C-125 como “aquella
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propiedad que determina el esfuerzo requerido para manipular una cantidad de
concreto fresco mezclado con una pérdida mínima de homogeneidad”.
La manejabilidad siempre se asocia con el concreto en estado fresco, pero, es
también una característica que influye en todo lo que se relaciona con el producto
terminado, pues, diversas propiedades del concreto endurecido, como la
resistencia a compresión y la durabilidad, son afectadas debido al grado de
compactación del material, por lo tanto es necesario que la mezcla tenga una
adecuada manejabilidad al momento de su colocación.
Algunos factores que influyen en trabajabilidad de las mezclas son: el contenido
de agua, la relación agua/cemento o cementante, la fluidez de la pasta, la
incorporación de aditivos, el contenido de aire, y factores externos originados por
la manipulación de la mezcla.
Particularmente los agregados que se utilizan en la mezcla, influyen en el concreto
de la siguiente manera:
Gradación de los agregados: La manejabilidad mejora cuando se tienen mezclas
con una gradación continua de agregados, y de TMN mínimo, con el fin de tener
un número menor de vacíos.
Forma y textura superficial de los agregados: Los agregados lisos y redondeados
presentan mayor manejabilidad, demandando menores cantidades de pasta que
aquellos irregulares y rugosas.
Relación arena/agregado total: Las mezclas que tienen un bajo contenido de
arena son difíciles de mezclar, transportar, colocar, consolidar y terminar, y
además presentan la tendencia a producir segregación y exudación.
Cantidades relativas de pasta y agregados: La manejabilidad del concreto también
se ve afectada por la relación existente entre la cantidad de pasta y el área de los
agregados que ésta debe lubricar y pegar, factor conocido como relación
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pasta/agregados. Para valores altos de esta relación, los agregados se pueden
mover dentro de la masa de concreto con facilidad.
Relación agregado/cemento: Una relación agregado/cemento baja, significa un
área superficial total mayor de sólidos (agregado y cemento), de tal manera que la
misma cantidad de agua da como resultado una trabajabilidad ligeramente menor.
Esto se puede compensar utilizando una granulometría un tanto más gruesa en
los agregados.
La granulometría y la relación a/c se deben considerar juntas, ya que mientras
mayor sea la relación a/c, más fino deberá ser el grano para lograr la mayor
trabajabilidad. Es un hecho que para determinado valor de la relación
agua/cemento habrá un valor correspondiente de la relación entre los agregados
gruesos y finos que proporciona la mayor trabajabilidad. Por el contrario, para una
trabajabilidad dada, hay una relación entre los agregados gruesos y los finos que
requiere el menor contenido de agua.
El ensayo más utilizado para medir la manejabilidad es el del asentamiento o
"slump" descrito en la Norma Icontec NTC-396, empleando el cono de Abrams.
Este método mide con bastante aproximación la consistencia o grado de humedad
de una mezcla de concreto convencional.
3.5.2 Segregación.
La segregación de una mezcla de concreto se define como la separación de sus
constituyentes por falta de cohesividad, de manera que la distribución de
partículas deja de ser continua.
Las principales causas de la segregación en el concreto son la diferencia en
tamaño de las partículas, la densidad de los constituyentes de la mezcla y una
mala gradación de los agregados. Así mismo, pueden influir otros factores como
un mal mezclado, un inadecuado sistema de transporte, una colocación deficiente
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y un exceso de vibración en la compactación. El aire incluido reduce el peligro de
segregación, por otra parte, el uso de agregados gruesos cuya densidad difiere en
forma apreciable del de los agregados finos, conducirá a un aumento en la
segregación.
3.5.3 Exudación del concreto
Llamada también sangrado, es considerada como una forma de segregación en la
que una parte del agua de mezclado tiende a elevarse a la superficie de una
mezcla de concreto recién colocado. Ocurre debido a que los constituyentes
sólidos de la mezcla no pueden retener toda el agua cuando se asientan en el
proceso de fraguado.
Cuando la evaporación de agua en la superficie del concreto es más rápida que la
velocidad de la exudación, se producen grietas por contracción plástica.
Adicionalmente el agua deja tras de si, conductos capilares que incrementan la
permeabilidad de la masa de concreto. Otro problema que se crea con la
elevación del agua es que puede quedar atrapada debajo de las partículas
gruesas de agregado o del acero de refuerzo, lo que genera zonas de baja
adherencia y por lo tanto una eventual disminución en la resistencia.
El fenómeno de sangrado se puede disminuir con el incremento de partículas finas
de agregados en especial aquellas con un diámetro menor que 74�, o con la
utilización en las mezclas de inclusores de aire, puzolanas y polvo de aluminio.
3.5.4 Fraguado.
El fraguado es el proceso mediante el cual el concreto pasa del estado plástico al
endurecido, bajo determinadas condiciones de tiempo y temperatura.
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El concreto con un asentamiento alto, tiene un fraguado más lento que uno de
asentamiento bajo, pues el agua de exceso que se agrega como lubricante toma
algún tiempo para segregarse y evaporarse, haciendo que la mezcla dure más
tiempo en estado plástico.
3.5.5 Durabilidad
Como su nombre lo indica, la durabilidad de una estructura de concreto se refiere
a la habilidad que tiene éste para resistir el uso, conservando las propiedades para
las que fue diseñada a través de su vida de servicio. La durabilidad depende
básicamente de la permeabilidad del concreto y del ambiente al que éste se
exponga
Los agentes externos que ocasionan el deterioro de una estructura pueden ser por
ejemplo, el intemperismo, las temperaturas extremas, la abrasión, la acción
electrolítica y el ataque de líquidos o gases naturales o industriales.
Dentro de las causas internas se tienen las reacciones álcali-agregado, los
cambios de volumen por diferencias en las propiedades térmicas del agregado y la
pasta de cemento, y principalmente la permeabilidad del concreto, ya que ésta es
la que finalmente determina en gran medida la vulnerabilidad del concreto a los
factores externos; de este modo, para ser durable, el concreto tiene que ser
relativamente impermeable.
3.5.6 Permeabilidad
La permeabilidad determina la facilidad relativa con que se puede saturar de agua
el concreto; así, el concreto es permeable al agua a tal grado que éste tiene
espacios vacíos interconectados a través de los cuales el fluido puede moverse.
La permeabilidad del concreto está gobernada por muchos factores, tales como la
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cantidad de material cementicio, el contenido de agua, la gradación del agregado,
la consolidación, y la eficiencia del curado.
La permeabilidad del concreto se puede reducir al máximo utilizando relaciones
agua/cemento lo más bajas posibles, curando el concreto adecuadamente,
utilizando un cemento más fino, empleando una adecuada gradación de los
agregados para obtener concretos más densos y por lo tanto menos porosos.
Además se pueden usar adiciones minerales tales como las puzolanas, inclusores
de aire y aditivos para reducir la permeabilidad.
3.5.7 Resistencia a compresión
La resistencia a compresión del concreto es la habilidad del mismo para resistir
este tipo de esfuerzos. Constituye una de las propiedades más importantes del
hormigón, debido a que a partir de ella son evaluadas otras características
mecánicas.
En general, los concretos más resistentes son los más densos, menos permeables
y más resistentes a la intemperie y a ciertos agentes destructivos, pero éstos a su
vez exhiben mayor contracción por fraguado y menor expansión, por lo cual son
mas propensos al agrietamiento.
La resistencia del concreto depende de las características físicas y químicas de
sus componentes y de las interacciones entre ellos mismos; tales como:
Resistencia de los componentes del concreto, es decir del cemento (cantidad y
calidad), la pasta endurecida y las partículas de agregado, así como la adherencia
entre ellos. Relación agua/cemento o cementante (en el caso de utilizar otras
adiciones y el contenido de agua: A medida que la relación agua/cemento
disminuye, la resistencia a la compresión se hace más grande. La resistencia a la
compresión del concreto crece con el paso del tiempo, debido a que las partículas
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de cemento incrementan su grado de hidratación mejorando así sus propiedades
cementantes.
También influyen factores como la forma y el tamaño de los agregados, de la
adherencia de éstos con la pasta y así mismo del comportamiento de la zona de
interfase, que determina el desempeño del material, cuando éste es sometido a
esfuerzos y cargas.
En general se puede decir que para una misma relación agua/cemento, las
partículas de agregado con textura rugosa o de forma angular forman concretos
más resistentes que otros redondeados o lisos, debido a que hay mayor trabazón
entre los granos gruesos y el mortero; sin embargo, para igual contenido de
cemento, los primeros exigen mayor cantidad de agua para lograr una
determinada manejabilidad y por ello, el efecto neto sobre la resistencia no varía
en forma apreciable.
Además de los factores mencionados, en la resistencia del concreto intervienen
otras características de manipulación de las muestras como el tipo y tiempo de
curado, el tipo de refrentado (azufre, neopreno, etc.), la esbeltez del cilindro de
ensayo, la velocidad de aplicación de carga, etc.
3.5.8 Módulo de Elasticidad
El módulo de elasticidad estático del concreto se define como la relación existente
entre el esfuerzo que se produce en éste al aplicar una carga, y su deformación
unitaria correspondiente (�h); esta relación está representada por la pendiente de
la curva esfuerzo.
La influencia del agregado en el módulo de elasticidad del concreto proviene del
valor del módulo del agregado y de su proporción volumétrica. Así, mientras más
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- 30 -
alto sea el módulo del agregado y al ser mayor el volumen de agregado en la
mezcla, mayor será el módulo de elasticidad del concreto.
3.5.9 Contracción por secado
Cuando el concreto se expone a un ambiente seco, éste se contrae, debido a
cambios en el contenido de humedad y cambios físico-químicos en el concreto.
En el hormigón fresco, este cambio volumétrico es llamado contracción plástica,
mientras que en estado endurecido se denomina contracción por secado. En
ambos casos, al evaporarse el agua de la superficie del concreto a una tasa muy
alta, éste puede agrietarse en forma significativa.
Los cambios relevantes de contracción en el hormigón se encuentran asociados a
la reacción cementicia, el alto contenido de finos (generalmente una combinación
de cemento con materiales llenantes y/o puzolánicos) puede producir problemas
de retracción.
Además de la comúnmente conocida contracción por secado, el concreto puede
también presentar contracción autógena, que surge como consecuencia de la
contracción del volumen absoluto resultante de la hidratación del cemento.
3.5.10 Resistencia a la tensión
Por su naturaleza, el concreto es muy débil a esfuerzos de tensión o tracción, por
lo cual esta propiedad generalmente no se tiene en cuenta en el diseño de
estructuras normales. La tracción está relacionada principalmente con el
agrietamiento del concreto a causa de la contracción inducida por el fraguado o
por los cambios de la temperatura, ya que estos son factores que generan
esfuerzos internos de tensión. Su valor es aproximadamente entre el 8% y el 12%
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- 31 -
de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la
raíz cuadrada de la resistencia a compresión.
3.5.11 La resistencia a la flexión
Es la resistencia a la rotura por tracción indirecta del concreto. Se utiliza
generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia
a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, para un
concreto de peso normal se aproxima a menudo de1.99 a 2.65 veces el valor de la
raíz cuadrada de la resistencia a la compresión.
3.5.12 Peso unitario.
El peso unitario (densidad) del concreto varia, dependiendo de la cantidad y de la
densidad relativa del agregado, de la cantidad del aire atrapado o
intencionalmente incluido, y de los contenidos de agua y de cemento, los cuales a
su vez se ven influenciados por el tamaño máximo del agregado.
El concreto convencional, empleado normalmente en pavimentos, edificios y en
otras estructuras tiene un peso unitario dentro del rango de 2,240 y 2,400 kg/m3.
Para el diseño de estructuras de concreto, comúnmente se supone que la
combinación del concreto convencional y de las barras de refuerzo pesa 2400
kg/m3.
3.5.13 Absorción
Es una medida de la porosidad del concreto, de su resistencia a la intemperie y
está directamente relacionada con la permeabilidad.
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- 32 -
3.6 CONCRETO CON AGREGADOS RECICLADOS (CAR)
Diversos resultados de investigaciones muestran que los agregados reciclados
ejercen un efecto importante sobre todas las propiedades del concreto y se ha
tratado de relacionar las propiedades del concreto y de la pasta de cemento
original, el procedimiento de trituración, las proporciones de mezcla y otras
condiciones del concreto con las principales características del nuevo concreto.
Las conclusiones obtenidas, han sido revisadas y discutidas durante mucho
tiempo. En esta sección se presenta un resumen de lo encontrado en la literatura
disponible sobre el tema, con el fin de evidenciar la influencia del agregado
reciclado en la fabricación de nuevos concretos.
Según Ryu (2002), la calidad de la pasta de cemento del concreto original que se
encuentra adherida al agregado reciclado juega un papel importante en el
desempeño del nuevo concreto. Además cuando se aumenta la relación a/c de un
nuevo concreto, la permeabilidad se incrementa y la adhesión entre el mortero y el
agregado reciclado disminuye, perjudicando otras propiedades del concreto.
Según Nagataki, Gokce y Saeki, (1999), si la calidad del mortero adherido a la
partícula de agregado reciclado es suficientemente buena, entonces seguramente
el nuevo concreto, elaborado con este agregado, tendrá buen desempeño y su
resistencia será limitada por la nueva matriz. Por otra parte, a medida que
disminuye el contenido de mortero adherido a las partículas recicladas, se mejoran
propiedades del nuevo concreto, reduciendo la porosidad y la absorción del
concreto.
La resistencia a la compresión del concreto con agregado reciclado es
relativamente inferior, comparada con la resistencia del producto original, y la
variación de sus resultados depende de la resistencia del concreto original que
haya sido reciclado. (Ramamurthy & Gumaste, 1998)
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Frondistou-Yannas (1981) afirma que no parece existir relación directa entre el tipo
de agregado del concreto original o la resistencia del concreto original, y la
resistencia del nuevo concreto. En su artículo hace referencia a varios estudios, en
donde concluyeron que el concreto nuevo tenía menor resistencia que el concreto
original usado como agregado, de otro lado, resultados posteriores indicaron, que
se ha utilizado con éxito concreto de baja resistencia, para producir concreto de
resistencia mayor.
En dicho artículo, se concluye que al igual que otros materiales, el concreto es
solamente tan resistente como el más débil de sus enlaces, el cual es usualmente
la adherencia pasta-agregado. Por lo tanto, la superficie de fractura ocurre
alrededor de los agregados. De ese modo, si se substituye un agregado
convencional por otro menos resistente, no se ve afectada la resistencia del
concreto, siempre que la adherencia entre la pasta y el agregado continúe siendo
el enlace más débil. Pero, cuando el escombro reciclado es rico en mortero,
constituye, sin embargo, la parte más débil del concreto, disminuyendo su
resistencia.
Cuando se elabora concreto con agregado reciclado, no se está mejorando la
adherencia pasta-agregado, el concreto resultante no debe tener una resistencia
mayor que un concreto de características similares, a no ser que se mejore la
calidad de la pasta de cemento. De acuerdo con estudios de Buck y Malhotra, en
su publicación, Frondistou-Yannas (1981) asegura que la resistencia a la
compresión del concreto con agregado reciclado es del orden de un 64% a 100%
de la del concreto con agregado convencional, sin embargo si se requiere una
resistencia mayor, la mezcla se puede manipular, aumentando el contenido de
cemento o disminuyendo la relación agua/cemento. Otras investigaciones
(Ramamurthy & Gumaste, 1998), indican que el porcentaje de reducción de
resistencia se encuentra entre el 5 y el 32%. Puig (2003), reporta en sus ensayos
una disminución en la resistencia a la compresión cercana al 15%. Según
investigaciones del ACI (ACI Committee 555, 2001), la resistencia a la compresión
de concretos elaborados con agregados gruesos y finos reciclados, es más baja
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en un 15 a 40% comparada con los concretos con agregado convencional. Esta
pérdida se reducía a un 10 o 20% cuando solo se reemplazaba hasta un 50% de
las arenas naturales por recicladas.
Por otra parte, también se ha reportado que algunos agregados reciclados a partir
de los residuos de la demolición y construcción, presentan índices de actividad
puzolánica con el cemento y la cal, con lo cual se pueden presentar ligeros
incrementos de resistencia en el nuevo concreto (Batista & Dal Molin, 2002).
Los agregados reciclados tienen una absorción alta, usualmente en el rango de
3% a 10% (Cement Association of Canada, 2001), esta situación hace que, en
ocasiones, sea necesario adicionar más agua para alcanzar la misma
manejabilidad que un concreto con agregados convencionales. El agregado
reciclado absorbe agua durante y después del mezclado. Para evitar esto, el
agregado debe ser humedecido antes de ser mezclado, es decir que la humedad
debe ser mayor que su absorción (Sagoe-Crentsi, K. & Brown, T. 1998). En otra
investigación (Frondistou-Yannas, 1981), se afirma que el asentamiento de las
mezclas de concreto con agregado reciclado o con agregado convencional de
composiciones similares, varía muy poco.
Cuando se utiliza concreto reciclado como agregado fino, se requiere un mayor
contenido de cemento para una resistencia dada, ya que el uso de partículas más
pequeñas, genera mayor superficie específica que debe lubricarse. En caso de
que la limitante, por razones de durabilidad, sea la relación agua/cemento o
agua/cementante, la mayor demanda de agua, genera por lo tanto un aumento en
la cantidad de cemento o cementante, aumentando el costo de la mezcla.
El uso de la combinación de agregado fino y agregado grueso producto del
reciclaje, en mezclas de concreto, generalmente puede causar un incremento en
la porosidad del concreto, aumentando su permeabilidad, permitiendo una alta
tasa de difusión de gases, lo cual impide una protección adecuada del refuerzo,
frente a la corrosión (Nagataki, Gokce & Saeki, 1999).
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Debido a que el módulo de elasticidad del concreto depende en gran medida del
módulo de sus agregados, y el módulo de elasticidad es menor en los agregados
reciclados comparado con los convencionales. Se ha encontrado que el valor de
dicha propiedad en concretos con agregados reciclados se encuentra entre un 60
y 100% del resultado de un concreto con agregado convencional y composición
similar (Frondistou-Yannas, 1981). Cuando solo se reemplaza el agregado grueso
la perdida en el valor del módulo se reduce a solamente de 10% a 33%. De forma
similar, la resistencia a la flexión del concreto con agregado reciclado es también
inferior a la del concreto de control, su valor oscila entre un 80 y 100%
Resultados de estudios (Mandal, Chakraborty & Gupta, 2002), revelan que la
durabilidad del concreto con agregado reciclado es menor, en comparación con el
concreto de características similares pero, con agregado convencional. La
permeabilidad, la capacidad de absorción de agua y la contracción por secado han
sido mayores en concretos con agregado reciclado. Aunque, para solucionar estos
problemas, se ha utilizado con éxito la adición de ceniza volante como parte del
cementante. De otro lado, existen reportes (Cement Association of Canada, 2001),
que afirman que el nuevo concreto elaborado con agregados reciclados,
generalmente tiene buena durabilidad. Se ha encontrado que la carbonatación,
permeabilidad y resistencia a la acción de congelamiento y deshielo es igual o
mejor que el concreto con agregados convencionales.
De acuerdo con el reporte del ACI, el flujo plástico, creep, de un concreto con
agregado reciclado es mayor que el de un concreto con agregado convencional en
un 30 a 60%. Las retracciones también son mayores en 20 a 50%, cuando se
utiliza solo agregado grueso reciclado y entre 70 y 100% cuando se emplean
agregados finos y gruesos reciclados. La Cement Association of Canada reporta
que el uso de agregados finos reciclados puede llevar a tener reducciones
importantes en la resistencia a la compresión. Además el creep y la contracción
por secado son mayores comparadas con el concreto con agregado convencional,
debido a la gran cantidad de pasta de cemento y mortero, presente especialmente
en el agregado fino reciclado.
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Los contaminantes que podrían tener un efecto nocivo en características del
concreto. Entre ellos se incluyen los cloruros, los sulfatos, material reactivo con el
álcali, vidrio, materia orgánica, madera y plásticos, que pueden llegar a afectar el
fraguado y endurecimiento del concreto.
La presencia de los cloruros en el agregado puede acelerar la corrosión del
refuerzo de acero. Los sulfatos suelen afectar la estabilidad volumétrica del
concreto, puede producir expansión al reaccionar con la pasta de cemento. Otras
sustancias como la madera o el plástico pueden volverse inestables cuando se
presentan ciclos de humedecimiento y secado del concreto. Ciertos tipos de
agregados, especialmente con cuarzo, como los vidrios o las porcelanas pueden
ser susceptibles a la reactividad de la sílice-álcali que produce reacciones
expansivas bajo condiciones especiales de humedad. (Sagoe-Crentsi, K. & Brown,
T. 1998).
Propiedad del
Concreto Concreto con
Agregado Reciclado Fuente
64-100% del CAC* (Frondistou-Yannas, 1981),
60-85% del CAC (ACI Committee 555, 2001)
68-95% del CAC (Ramamurthy & Gumaste, 1998)
85% del CAC (Puig, 2003)
Resistencia a la Compresión
112-147% del CAC (León, 2001)
Similar al CAC (Frondistou-Yannas, 1981), Asentamiento
Menor que el CAC (Gómez y Ospina, 1996)
60-100% del CAC (Frondistou-Yannas, 1981), Módulo de Elasticidad
125-138% del CAC (León, 2001)
80-100% del CAC (Frondistou-Yannas, 1981), Resistencia a la Flexión Mayor que el CAC (Gómez y Ospina, 1996)
Durabilidad Menor que el CAC (Mandal, Chakraborty & Gupta, 2002)
Permeabilidad Mayor que el CAC (Nagataki, Gokce & Saeki, 1999).
(Mandal, Chakraborty & Gupta, 2002)
Absorción Mayor que el CAC (León, 2001)
*CAC. Concreto con agregado convencional.
Tabla 2. Propiedades del Concreto con Agregado Reciclado.
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3.7 PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADOS RECICLADOS
Existen algunos reportes de resultados de ensayos de productos de concreto
elaborados con agregados de concreto reciclado, entre ellos se destacan
proyectos de grado, tanto de pregrado, como del Magíster en Ingeniería Civil en la
Universidad de los Andes. A continuación se presenta un resumen de los
hallazgos encontrados en algunos de estos trabajos.
Se evaluó la posibilidad de elaborar elementos prefabricados a partir de desechos
de construcción y demolición, pero, según Marín (1997), los bloques de concreto
elaborados con agregado de escombro reciclado, no alcanzaron los
requerimientos exigidos por las normas, sin embargo es factible modificar los
diseños de mezcla, para poder cumplir con dichos requisitos. Por otra parte, una
de las principales causas de la mala calidad de este material es la excesiva
contaminación con elementos perjudiciales como madera, cartón, plástico, varillas
y materia orgánica, entre otros.
Otro trabajo de investigación (Acosta, 1998), muestra que la resistencia promedio
de los bloques fabricados con agregado reciclado, es del orden de un 75% de la
resistencia obtenida con bloques que contienen agregado natural. De la misma
forma, la tasa de absorción de los bloques con agregado reciclado resulta casi del
doble de la magnitud de los bloques con agregado natural.
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4. RECICLAJE DE RESIDUOS DE LA CONSTRUCCION
4.1 DESARROLLO SOSTENIBLE
La sostenibilidad consiste en la adaptación del entorno de los seres humanos a un
factor limitante: la capacidad del entorno de asumir la presión humana de manera
que sus recursos naturales no se degraden irreversiblemente
La Construcción sostenible, que debería ser la construcción del futuro, se puede
definir como aquella que, con especial respeto y compromiso con el medio
ambiente, implica el uso sostenible de la energía. De esta forma se garantiza que
se puedan cumplir las demandas actuales sin infringir los derechos de
generaciones futuras para satisfacer sus propias demandas, las cuales estarían
comprometidas con la actual utilización de los recursos naturales y del medio
ambiente. Cabe destacar la importancia del estudio de la aplicación de las
energías renovables en la industria construcción, así como una especial atención
al impacto ambiental que ocasiona la aplicación de determinados materiales de
construcción y la minimización del consumo de energía que implica la utilización
de las construcciones. (Alavedra, Domínguez, Gonzalo & Serra, 1998),
Desde hace pocas décadas, el hombre empezó a ser consciente del impacto de
los subproductos no deseados, provenientes de la industria. Así, aprendió que el
modelo de crecimiento ilimitado en un mundo finito, el uso irrestricto de recursos
naturales, y la contaminación incontrolada del medio ambiente es finalmente una
receta para la autodestrucción del planeta.
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De acuerdo con Mehta (2001), Ahora que la población es abundante y los
recursos renovables así como el medio ambiente necesitan una intervención
urgente, los incrementos radicales en la productividad de los recursos deben ser el
eje de desarrollo de una economía sustentable. Así surgen nuevos pensamientos
que cambian la mentalidad del capitalismo convencional, hacia un capitalismo
natural, que considera al medio ambiente no como un factor menor de la
producción sino más bien como un recipiente que contiene, aprovisiona, y sostiene
a la economía en su conjunto.
Existe preocupación por el agotamiento de los recursos naturales, lo cual ha
influido en el cambio de mentalidad de la sociedad, y en especial en la industria de
la construcción. Ahora los proyectos deben mirarse con la óptica del desarrollo
sostenible cuyos pilares son aspectos sociales, económicos y medioambientales.
Debido a que el desarrollo sostenible requiere que el hombre haga un uso racional
y conservador de los recursos naturales, la energía, los paisajes, etc., es
necesario que la industria de la construcción emprenda la búsqueda de
alternativas que permitan minimizar los consumos de las materias primas, energía
y la reducción de las emisiones en todos sus procesos, sin dejar de lado el
aspecto ecológico. Lo cual puede contribuir a asegurar la preservación de
recursos suficientes para las generaciones futuras y que el impacto negativo sobre
el medio ambiente sea mínimo.
Existen tres principios básicos, formulados el economista Herman Daly (Alavedra
et al., 1998), que permiten avanzar, en lo relacionado con el medioambiente, hacia
un desarrollo sostenible:
1. Para una fuente de recursos renovable, no consumirla a una velocidad
superior a la de su renovación natural.
2. Para una fuente no renovable, no consumirla sin dedicar la parte necesaria
de la energía resultante en desarrollar una nueva "fuente" que, agotada la
primera, nos permita continuar disfrutando de las mismas prestaciones.
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3. Para un residuo, no generar más que aquél que el sumidero
correspondiente sea capaz de absorber los desechos de forma natural.
Conocer el entorno ambiental de las construcciones y de los productos y
materiales de los cuales están fabricados es indispensable, para reducir el impacto
ambiental de la construcción, contribuyendo de esta forma a lograr una sociedad
sostenible.
La construcción es responsable de aproximadamente el 40% del impacto
medioambiental total; siendo la mayor consumidora, junto con la industria
asociada, de recursos naturales como pueden ser madera, minerales, y agua.
Además, las edificaciones tanto durante su construcción, como a lo largo de su
vida útil, consumen grandes cantidades de materiales y energía, generando
impactos negativos en el entorno. No se puede subestimar el impacto ecológico
que conlleva tanto la extracción de los recursos minerales en las canteras, como la
disposición de los residuos originados en el proceso, que abarcan desde las
emisiones tóxicas hasta el vertimiento de sustancias a los ríos o aguas
subterráneas.
Debido a que el concreto es uno de los materiales de construcción más populares
y de mayor consumo, sus características e impacto sobre el medioambiente
revisten suma importancia. Bijen J. y Van Selst, R., destacan las percepciones
actuales acerca de la sostenibilidad del concreto, basándose entorno a problemas
sustanciales como el alto requerimiento de energía para la fabricación del cemento
y su contribución al calentamiento global, además la obtención de las materias
primas provoca serios daños en el paisaje y en los ecosistemas.
En el medio se encuentran métodos de valoración del ciclo de vida para cuantificar
estos impactos, a partir de documentos de la serie ISO 14040 (Bijen J. & Van
Selst, R., s.f). Con base en esta información de carácter medioambiental, los
fabricantes pueden tomar decisiones efectivas para realizar mejoras en el tema de
la sostenibilidad de esta industria. La información medioambiental del concreto y
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sus productos asociados, no se puede limitar a la fase de fabricación y uso, desde
la cuna a la tumba, sino que además debe abarcar las actividades que se realizan
después de cumplir su vida útil.
Esta ultima etapa puede incluir la disposición del material en botaderos de basura,
escombreras o en el mejor de los casos, su reutilización por medio del reciclaje del
escombro como agregado para la fabricación de nuevos productos. La tendencia
actual en la construcción es tener un ciclo de vida lo más cerrado posible; que
actúe de forma optima con la economía y razonable con el medio ambiente.
4.2 RESIDUOS DE LA CONSTRUCCION
En todas las actividades relacionadas con la construcción, obras nuevas,
demoliciones, remodelaciones, reparaciones, rehabilitaciones, etc., se genera un
gran volumen de residuos en forma de sobrantes, el cual, en ocasiones, puede
superar al de los desechos domésticos. Estos residuos en general son inertes, y
su impacto ambiental se ve reflejado en la degradación del paisaje y la ocupación
de grandes espacios cuando son dispuestos de forma inadecuada en botaderos.
Es necesario controlar el problema de generación, manipulación y disposición de
esos residuos, por medio de una gestión adecuada que minimice la cantidad
producida y promueva su reciclaje.
Se consideran residuos de construcción y demolición (en adelante RCD) aquellos
que se generan en el entorno urbano y no se encuentran dentro de los
comúnmente conocidos como residuos sólidos urbanos (residuos domiciliarios y
comerciales, fundamentalmente), ya que su composición es cuantitativa y
cualitativamente distinta. Se trata de residuos, básicamente inertes,
constituidos por tierras y áridos mezclados, piedras, restos de concreto, restos de
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pavimentos asfálticos, materiales refractarios, ladrillos, cristal, plásticos, yeso,
maderas, metales y, en general, todos los desechos que se producen por el
movimiento de tierras y construcción de edificaciones nuevas y obras de
infraestructura, así como los generados por la demolición, reparación,
rehabilitación y restauración de edificaciones antiguas. Casos especiales de gran
oferta de desechos de la construcción son una tragedia natural, como un
terremoto o en el caso de una guerra, las edificaciones y estructuras destruidas
por bombardeos.
En cuanto a los desechos de concreto que se puede reutilizar, se encuentran los
escombros de edificios destruidos, el hormigón que no cumple con las
especificaciones del proyecto, por no llegar a la resistencia característica exigida
en el proyecto o simplemente el concreto desperdiciado en obra, productos
prefabricados de concreto que no cumplan con las normas de aceptación o que se
encuentren deteriorados, etc. Estos materiales inservibles si se quieren denominar
así, pueden ser utilizados como materiales de construcción para nuevas
construcciones, ya que el concreto viejo puede ser triturado y reutilizado como
agregado en un nuevo concreto. También el concreto premezclado que se
devuelve sin haber sido utilizado, se puede reutilizar de forma inmediata o
posteriormente en otros productos, rellenos o en pavimentos.
Las fuentes de reciclaje de concreto muestran una gran diversidad. Variedad en
relaciones agua/cemento, contenidos de cemento o cementantes, grados de
hidratación, porosidad, uso de adiciones minerales, vida útil y condiciones de
exposición entre otros, son factores que originan esa dispersión. Cada
combinación de estos factores proporciona una característica diferente al producto
reciclado. Por lo tanto, para un uso eficiente del agregado reciclado, todas las
variaciones en cuanto a sus propiedades, deben ser tenidas en cuenta.
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Desde el punto de vista técnico, el escombro de concreto no contaminado es un
agregado adecuado para la producción de concreto nuevo. Estudios (Frondistou-
Yannas, 1981), reportan los efectos de impurezas y contaminantes presentes en
los escombros que se reciclan y utilizan como agregado para preparar mezclas de
concreto. La presencia de madera, origina cambios volumétricos en el concreto,
debido a su propiedad de absorción de agua. Un contenido bajo de materiales
como ladrillos (tabiques), aumenta la resistencia a la compresión, el aislamiento
térmico y la resistencia al fuego. Los metales, que son generalmente reciclados y
vendidos (por su precio atractivo), son resistentes y tienen buena adherencia con
la pasta de cemento. Es posible usar el vidrio como agregado alternativo, hasta en
un 30% de reemplazo con resultados aceptables. El yeso presente en los
escombros puede producir cambios de longitud en los especimenes y reducción
en la resistencia, del módulo elástico del concreto y de la manejabilidad de las
mezclas.
Reciclar no es nada nuevo, lo que es nuevo es la necesidad de reciclar. Lo
primero se evidencia con el uso generalizado de materiales que son desechos en
varios procesos industriales, en la fabricación del cemento. Según Kawano (2002),
desde hace ya varios años se han adelantado estudios en todo el mundo con el fin
de utilizar eficientemente, como insumo en esta industria, materiales como:
• Ceniza volante, producto de las centrales térmicas de carbón.
• Escoria de alto horno, procedentes de la fabricación del hierro y el acero
• Ceniza de la incineración de la basura – Eco-cement
• Humo de sílice, producto del desecho de la fabricación de sílice o metales
ferro-silíceos.
• Aceite usado y subproductos de la refinería del petróleo como combustible.
• Neumáticos, plásticos, madera, entre otros.
También se han usado adiciones minerales en la elaboración del concreto para
modificar algunas de sus propiedades a bajo costo, por ejemplo: Escoria
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granulada de alto horno, ceniza volante, humo de sílice, polvo de trituración,
escoria de otros metales como ferro níquel, cobre, etc., vidrio, ladrillos, cerámica y
concreto reciclado, utilizado principalmente como material de sub-base en la
construcción de vías.
El escombro producido por la demolición de carreteras esta libre de contaminantes
y puede ser reutilizado fácilmente en la construcción y/o reparación de vías.
Sesenta por ciento (60%) del escombro de concreto proviene de la demolición de
edificios, y de un 15% a 20%, de la demolición de carreteras (Frondistou-Yannas,
1981).
Una tendencia en la construcción actual es el reciclaje de materiales, ya que estos
pueden llegar a utilizarse para la construcción de carreteras y hormigones sin
función estructural como el hormigón de limpieza, y así, lograremos acercar la
relación entre la destrucción y la construcción, en pro de la calidad de vida.
4.3 NECESIDAD DE RECICLAR EL CONCRETO
En la naturaleza se da una continua interacción entre los seres vivos y elementos
como el aire, el agua y minerales, produciéndose una circulación interrumpida de
materia. En cada ecosistema existen productores - consumidores y
descomponedores que permiten que los principales elementos, necesarios para la
vida, se reciclen. En la naturaleza los desechos son constantemente
reaprovechados. Todo es reciclado.
El concreto es el más popular de los materiales de construcción y es el más
abundante en los escombros de demolición, representa en promedio el 67% en
peso de todos los residuos (Frondistou-Yannas, 1981). Según Mehta (2001), la
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producción mundial anual de cemento de 1,6 billones de toneladas ocasiona
aproximadamente el 7% de la carga total de dióxido de carbono en la atmósfera.
El Cemento Portland, es responsable de una gran cantidad de gases de efecto
invernadero. Además, las grandes cantidades de extracción de materias primas
tales como caliza y arcilla, y el combustible como el carbón, a menudo resultan en
una deforestación extensiva y pérdida de suelo superficial. El hormigón común
contiene aproximadamente un 12% de cemento y 80% de agregados en peso.
Esto significa que globalmente, para hacer el hormigón, se están consumiendo
arena, grava, y roca triturada a una tasa de 10 a 11 billones de toneladas por año.
Se ha estimado que la generación anual mundial de residuos de concreto de
aproximadamente 1 billón de toneladas. En este momento, se están usando
solamente pequeñas cantidades de agregados reciclados. Debido a
consideraciones ambientales y al alto costo de la disposición de los residuos, sin
embargo, la mayor parte de los países en Europa han establecido objetivos de
corto plazo que apuntan a reciclar entre el 50 y el 90% de los residuos de la
construcción y la demolición disponibles. (Mehta, 2001).
Las operaciones de extracción, procesado, y transporte que involucran tales
volúmenes de agregados consumen a su vez, cantidades considerables de
energía, afectando adversamente el medio ambiente. De otro lado, la falta de
materiales durables en la industria de la construcción también tiene serias
consecuencias ambientales. Según Alavedra et al. (1998), los principales efectos
sobre el Medio Ambiente de los materiales utilizados en la construcción son los
siguientes:
• consumo energético;
• producción de residuos sólidos;
• incidencia en el efecto invernadero;
• incidencia en la capa de ozono;
• otros factores de contaminación ambiental
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Por lo tanto, los productores de materiales y fabricantes de productos de concreto
juegan un papel importante en la sostenibilidad de la industria, pues deben
minimizar el impacto sobre el medio ambiente, de los procesos en los cuales
intervienen, desde la explotación de la materia prima hasta la reutilización y/o
disposición de los desechos allí generados.
La necesidad de reducir el impacto ambiental del concreto se ha hecho evidente
por medio del informe del Consejo de Desarrollo Estratégico. Visión 2030: Una
Visión para la Industria del Hormigón Americana. (ACI Visión 2030, s.f). De
acuerdo con este informe, los tecnólogos del concreto se enfrentan con el desafío
de conducir el desarrollo futuro en una forma que proteja la calidad del medio
ambiente mientras que proyectan al hormigón como un material de construcción
elegible. El compromiso público será responsablemente dirigido considerando el
cambio climático resultante de la concentración en aumento de los gases de
calentamiento global. Además se destacan algunos compromisos adquiridos:
• La industria realizará mejoras en los procesos a través de todo el ciclo de
vida del hormigón: diseño, fabricación, transporte, construcción,
mantenimiento y reparación. Hacia el año 2030, el hormigón se habrá
convertido en el material de construcción más eficiente y efectivo en
relación con su costo.
• La industria del hormigón continuará buscando los métodos para mejorar el
uso eficiente de la energía en todas las etapas de vida del hormigón.
• La industria del hormigón continuará realizando esfuerzos para utilizar
subproductos y productos de desecho, de la industria del hormigón y de
otras, en la fabricación del hormigón. Hacia el 2030, logrará eliminar
totalmente los desechos provenientes del hormigón y de sus constituyentes.
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El impacto ambiental de la industria del concreto se puede reducir a través del
aumento de la productividad de los recursos conservando materiales y energía
para la fabricación del concreto y mejorando la durabilidad de sus productos.
La conservación del cemento es la primera etapa para reducir el consumo de
energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. Se requiere minimizar el
uso del cemento portland puro utilizando subproductos cementicios o puzolánicos,
tales como escoria granulada de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice, etc.
Por ahora, el agua está disponible en forma abundante en casi todos lados, y se
está usando libremente para todos los fines de la industria del hormigón. Pero así
como ocurre con la energía, el agua debe tener un uso más eficiente.
También se puede mejorar la productividad de recursos, usando los agregados
obtenidos de los residuos de la construcción y demolición como agregados en la
fabricación de nuevos productos. Un aspecto fundamental a tener en cuenta en la
recuperación y reciclado de residuos de demolición, es el hecho de que convergen
intereses económicos y medioambientales en el mismo punto. En el aspecto
económico, el transporte de los RCD eleva los costos de obra. Las operaciones de
manejo, transporte y disposición final de estos residuos durante las obras y más
particularmente en proyectos de demolición representan un caso muy significativo
en los presupuestos. El éxito de utilizar concreto reciclado como agregado
dependerá de la capacidad de anticipar problemas potenciales y las
características del nuevo concreto, y de desarrollar las posibles aplicaciones de
este material.
Además de las acciones expuestas, el incrementar la vida útil de los productos,
por medio del mejoramiento de la durabilidad del concreto se convierte en una
solución a largo plazo para incrementar la productividad en la industria y para
preservar los recursos naturales de la tierra.
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- 48 -
4.4 BENEFICIOS DE RECICLAR EL CONCRETO
Reciclar concreto trae una gran cantidad de beneficios, a continuación se
enumeran algunos de ellos:
• Disminuye las actividades de explotación en canteras, debido a la sustitución
de estos materiales por los reciclados, permitiendo conservar por más tiempo
los recursos naturales.
• Puede tener alta demanda en áreas donde no exista agregado natural.
• Es necesario en sitios donde la oferta de agregados no satisfaga la demanda.
• Puede ser una alternativa en lugares donde el agregado natural sea de mala
calidad.
• Su empleo es de gran utilidad en sitios donde se generen grandes cantidades
de escombro, y esto sea un problema ambiental.
• Ayuda a las autoridades locales a resolver el problema de disposición de
desechos y residuos de la construcción en gran medida, aumentando la vida
útil de los botaderos.
• Aunque la energía para procesar agregados naturales y para reciclar los
residuos de concreto sea del mismo orden, pueden obtenerse ahorros
importantes de energía mediante un menor consumo de combustible, en lo
relacionado con el transporte del material.
• Su almacenamiento y transporte no presenta problemas ni genera actividades
especiales.
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• Crea oportunidades de negocio adicionales.
• El uso del agregado reciclado puede permitir ahorrar dinero a los compradores
de agregados. Ya que, el material reciclado normalmente es más barato, no
por su precio en si, sino por que el constructor no ha tenido que pagar por
deshacerse de él y luego pagar por otro material similar para su obra.
4.5 BARRERAS AL RECICLAR EL CONCRETO
Una condición necesaria para que los productos reciclados encuentren su
mercado como un sustituto para las materias primas es que satisfagan las
exigencias técnicas y sean económicamente competitivos. Desde un punto de
vista netamente económico, el reciclaje de residuos de construcción resulta
solamente atractivo cuando el producto reciclado es competitivo con las materias
primas en relación al costo y calidad. Los materiales reciclados serán
normalmente competitivos donde exista falta de materias primas y botaderos
adecuados. Según varios autores (Tenza, 2002. y Kawano, 2002), las principales
barreras encontradas al momento de emprender un proyecto de reciclaje, son:
Inversión
Para que una planta de reciclaje sea rentable, es necesario buscar una ubicación
adecuada para la instalación, es decir, una zona relativamente concentrada donde
se genere un volumen mínimo de escombros y donde exista una alta demanda de
material reciclado. Además se debe contar con el capital suficiente para asumir el
riesgo del alto costo de la inversión se requieren condiciones especiales de oferta
y demanda de los materiales para que se pueda ver como un negocio atractivo.
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- 50 -
Calidad del material
El origen, la composición y destino de los desechos de construcción y demolición
son generalmente desconocidos. No hay información oficial sobre la utilización de
material secundario en la construcción, existe variación en su calidad, originando a
su vez variaciones en la calidad de los concretos fabricados con ese agregado.
Los escombros de demolición de edificios son más difíciles de manejar. Por lo
regular, el concreto se encuentra contaminado. Es evidente que, debido al costo
del procesamiento, a veces el agregado de concreto reciclado de los escombros
de edificios puede ser más caro que el agregado natural. Sin embargo, esta
situación puede cambiar a medida que las fuentes naturales de agregados de
calidad lleguen a escasear y los costos alternativos de la eliminación de desechos
se incluyan en el análisis económico.
Se debe de tener en cuenta que para conseguir una mejor selección de los
materiales se deberá de sustituir el concepto de demolición por el de
"deconstrucción" (Tenza, F., J., 2002), la cual se convierte en una alternativa que
permite aprovechar al máximo los materiales que componen una construcción.
Implica su demolición, pero de manera selectiva, es decir, separando los
materiales de origen. En la actualidad, cuando se efectúa una demolición, la
prioridad es el tiempo. Lo que se hace es demoler sin hacer distinción entre los
diferentes componentes. De esta manera, las posibilidades de reciclaje son
mínimas. Sin lugar a dudas, este hábito tiene que cambiar para en pro de la
búsqueda del desarrollo sostenible en la industria de la construcción, mediante
una adecuada gestión del reciclaje, siempre y cuando sea económicamente
interesante.
Falta de experiencia.
Cuando se introducen nuevos materiales o nuevos procesos constructivos, la
experiencia es sinónimo de seguridad. Es necesario demostrar con hechos que el
MIC 2004-I-67
- 51 -
desempeño de los materiales es adecuado y cumple con las expectativas y la
normatividad establecidas.
Falta de códigos, especificaciones y estándares.
Es necesario contar con normas, guías e información adecuada que permita
emplear el agregado de concreto triturado en la elaboración de nuevos concretos.
Se deben emprender investigaciones que permitan divulgar resultados acerca del
comportamiento físico, químico y mecánico de estos materiales con el fin de
generar confianza sobre su utilización el medio de la construcción.
Demanda de energía.
El reciclaje de concreto puede llegar a aumentar la demanda de energía y las
emisiones al aire, debido a que generalmente se requiere más cemento para
lograr que las características del concreto con agregado reciclado sean similares a
las del concreto con agregado convencional.
Mala imagen:
La gente tiene la tendencia a pensar que los productos elaborados con material
reciclado son de menor calidad, que no satisfacen las expectativas y que tienen
mayores desventajas frente a los fabricados con los materiales tradicionales.
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- 52 -
4.6 USOS Y APLICACIONES DEL CONCRETO RECICLADO
El uso final del agregado recuperado del desecho de concreto depende de su
limpieza y sanidad, las cuales se controlan por la fuente de origen de los
escombros y la tecnología de procesamiento.
El agregado recuperado del concreto premezclado sobrante en los procesos de
vaciado y colocación y en las plantas de concreto premezclado, así como el
proveniente de algunos productos prefabricados de concreto, generalmente está
limpio y es similar en propiedades al agregado original. Los escombros del
concreto provenientes de la demolición de pavimentos de carreteras y estructuras
hidráulicas requieren ser tamizados para remover los finos. Muchos estudios de
laboratorio y de campo han mostrado que la fracción de tamaño del escombro de
concreto que corresponde al agregado grueso puede emplearse
satisfactoriamente como un sustituto del agregado natural. Generalmente se usan
en concretos o productos de concreto que tengan una función no estructural,
aunque el agregado reciclado grueso de buena calidad, previa caracterización,
puede ser usado sin mayores preocupaciones en toda clase de elementos de
concreto estructurales.
También se han emprendido diversos estudios con el fin de desarrollar la
tecnología para reciclar el 100% del residuo de la construcción Así, los agregados
reciclados gruesos se usan para la elaboración de nuevos concretos de buena
calidad y los agregados finos reciclados, para mezclas de mortero y prefabricados
de bajas especificaciones. También se han iniciado investigaciones para el
aprovechamiento de distintos escombros de demolición como materia prima para
la producción de clínker en un horno rotativo (Urcelay, 2002).
MIC 2004-I-67
- 53 -
4.7 ESTADO DEL ARTE DEL CONCRETO RECICLADO
La viabilidad técnica de las plantas de reciclaje de residuos de demolición ha sido
ampliamente probada durante años en múltiples instalaciones en Europa, Estados
Unidos, Canadá y Australia, principalmente. Los productos obtenidos pueden
llegar a cumplir los estándares de calidad de gran parte de las aplicaciones finales.
En muchos países, el reciclaje de concreto es un negocio atractivo, generalmente
reciclan escombros de la construcción mediante plantas portátiles sencillas que
constan de trituradores de mandíbulas, tamices y bandas transportadoras, que
requieren cargadores frontales para ser alimentadas. También existe gran
cantidad de plantas de reciclaje, fijas, que procesan un buen volumen de material
cada año.
El reciclaje de los escombros, es un sector económicamente rentable y muy
organizado en algunos países europeos como Alemania y Holanda, donde unas
legislaciones más restrictivas, la escasez de recursos naturales, un alto grado de
concienciación medioambiental y sobre todo el gran valor económico que se da al
suelo ha obligado a fomentar el reciclaje desde hace muchos años y con
resultados muy positivos. (Tenza, F., J., 2002)
También están adelantando estudios para establecer especificaciones del
concreto reciclado producido comercialmente en Australia para la elaboración del
concreto premezclado y para desarrollar sistemas de aseguramiento de calidad en
la producción, suministro y utilización de este agregado, basado en las
propiedades físicas del material y su potencial de aplicación en elementos no
estructurales. (Sagoe-Crentsi, K. & Brown, T., 1998)
Con el objetivo de divulgar el conocimiento actual de la tecnología del concreto
sobre la remoción, demolición, producción y reutilización del concreto, el ACI
(American Concrete Institute) publicó un reporte sobre la remoción y reutilización
del concreto endurecido (ACI Committee 555, 2001), en el documento, entre otros
MIC 2004-I-67
- 54 -
tópicos, se presenta información actualizada acerca de los diferentes sistemas y
métodos de remoción, en donde se incluyen:
• Herramientas manuales, como barras, martillos, mazos de hierro, taladros,
cinceles.
• Herramientas operadas manualmente, por medios eléctricos, neumáticos,
hidráulicos, impulsadas por gasolina. Martillos y cuchillas de caída libre.
• Equipos montados sobre vehículos como, martillos de impacto (hidráulicos o
neumáticos), martillos de acción de resorte, bolas de demolición y grúas,
cabezas rotatorias de corte, trituradoras de concreto, escarificadores o
desgarradores, fracturadotes por frecuencia resonante.
• Otros como, voladura con explosivos, taladros y sierras, extractores de
núcleos, sierras de diamante, taladros, agentes químicos expansivos,
expansores mecánicos, métodos de corte por medio del calor, por medio de
chorro de agua
Para mejorar la calidad del concreto con agregado triturado han surgido varias
alternativas, incluyendo mejorar la calidad del propio agregado triturado y el uso
de aditivos reductores de agua de alto rango para mejorar el desempeño de la
pasta de cemento. Recientemente se ha propuesto un método innovador
(Tamura, Nishio, Ohashi, & Imamoto, 2001), gracias al cual se puede obtener
agregado reciclado de buena calidad a partir de la trituración del concreto, por
medio de un procedimiento especial aplicado durante y después de su mezclado.
El método utilizado consiste en cambiar la presión en la mezcladora durante el
proceso de mezclado: la presión en la mezcladora se reduce durante el mezclado
(descompresión), después, cuando la presión alcanza cierto nivel, se vuelve
rápidamente al nivel atmosférico para enlazar el agregado y la pasta de cemento.
Con esta técnica se puede lograr una mejora sustancial de la zona de transición
MIC 2004-I-67
- 55 -
entre el agregado y la pasta de cemento, aumentando la resistencia a la
compresión en 20% y disminuyendo el creep y la permeabilidad.
En Japón la empresa Takenaka Corporation se ha visto en la necesidad de
obtener un agregado grueso de alta calidad a partir del reciclaje de concreto.
Después de una trituración primaria, el material de desecho pasa por una unidad
con un rotor excéntrico, que separa eficientemente el agregado grueso del mortero
adherido, de tal modo que recupera el agregado grueso, prácticamente en su
estado original. Posteriormente, por medio de tamices vibratorios se separa el
material fino (arena y mortero) de la grava. De esta forma se obtiene grava de
gran calidad que ya ha sido usada en varios proyectos desde 1998 en elementos
estructurales y no estructurales. (Takenaka Corporation, 2000).
Constantemente en la industria se ofrecen plantas de reciclaje con diferente
tecnología para cada aplicación particular que se requiera. Las instalaciones de
reciclaje se construyen en dos versiones básicas: fijas y móviles. El principio de
funcionamiento de ambas es el mismo. Se trata de combinar procesos de triturado
del escombro recibido con clasificación del material, por tamaño, por medio del
tamizado, dependiendo del material a reciclar y del producto que desea
obtenerse.
Las instalaciones fijas se diseñan con el objetivo de prestar un servicio continuo de
trituración, su adecuación es dispendiosa por el tamaño de sus componentes. Por
el contrario, las instalaciones móviles son más pequeñas y se diseñan con el
objeto de desplazarse dentro de zonas específicas, según la disposición de los
materiales, o entre distintas obras o zonas con gran cantidad de escombros a
reciclar. Este tipo de instalación se caracteriza principalmente porque cada
elemento (mallas, trituradora, bandas transportadoras, etc.) está instalado sobre
un equipo autoportante, normalmente de orugas, que permite su propio
desplazamiento.
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- 56 -
Para determinar cuál es la instalación de trituración más adecuada, se debe hacer
un estudio previo en cada caso particular, porque la elección depende de factores
tanto técnicos como económicos como son el volumen de escombros que se
producen, la selección de los materiales, la calidad del agregado que se necesita,
la aplicación que se desee para el agregado reciclado, entre otros. De todas
formas, la eficacia de estos procesos de reciclado está determinada por la calidad
del producto final obtenido, la cual dependerá directamente del tipo de escombro
inicial. La importancia radica en conseguir un escombro de características y
calidades homogéneas, para lo cual se debe partir de la clasificación inicial del
material de acuerdo con su origen.
En el mercado se destacan tres tipos de trituradoras, con las cuales se puede
obtener la granulometría deseada del reciclado, además de eliminar los elementos
metálicos, de acuerdo con la máquina elegida. (Urcelay, 2002).
• La trituradora de impactos tiene la ventaja de permitir un mejor ajuste
granulométrico y admitir recirculación del material. Pero requiere una mayor
inversión y mayores costos de mantenimiento.
• La Trituradora de mandíbulas presenta la ventaja de tener un menor consumo
energético y bajos costos de mantenimiento, pero requiere una instalación
secundaria para conseguir la composición granulométrica adecuada y, en
cualquier caso, produce menor porcentaje de finos.
• El impactor de rotor con alimentador de cadena es posiblemente la máquina
más adecuada que permite un buen funcionamiento para escombros con
mucha armadura y tamaño, además de que se desatasca con facilidad por
retroceso de material y elevación del rotor. Presenta el inconveniente de
necesitarse un sistema de trituración secundario al no admitir recirculación y
además, por su sistema de funcionamiento genera polvo, que es necesario
captar y filtrar.
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- 57 -
Adicionalmente al avance tecnológico en el campo del reciclaje de residuos de
construcción y demolición, también se han registrado avances en la academia,
pues incluso en muchas universidades se ofrecen clases de de pregrado y
postgrado en donde se enseña sobre: la escena actual de los RCD, el desarrollo
sostenible de la construcción, el proceso y las características de la producción,
aplicaciones para el uso de RCD en la producción del concreto y estudio de casos,
técnicas y prácticas de la construcción, entre otros temas.
En países industrializados el reciclaje de concreto es una práctica común, esto se
demuestra en páginas Web de entidades gubernamentales, universidades,
institutos de investigación, empresas privadas y asociaciones nacionales e
internacionales que ofrecen información sobre cursos, asesorías, métodos de
reciclaje, servicios de reciclaje, congresos sobre el tema y resultados de estudios
realizados para conocer las características de estos materiales, entre otros.
A continuación se presenta la información más relevante de algunos sitios en
Internet que contiene información de interés acerca del reciclaje del concreto.
http://www.ciwmb.ca.gov/ConDemo/FactSheets/Aggregate.htm Página del
gobierno local de California (EE.UU.), en donde se encuentran disposiciones
generales sobre el reciclaje de productos de la construcción y demolición tanto de
concreto de cemento Portland como de concreto asfáltico y que contiene
información y sitios de contacto de mas de 100 productores de agregado reciclado
del estado.
http://www.cemento-hormigon.com/contenidoPag.asp?id_rep=329 Investigadores
en España, se están llevando a cabo estudios tendientes a establecer los
requisitos mínimos que deben cumplir tanto el agregado natural como el agregado
reciclado para la fabricación de hormigón estructural, ya que los resultados
obtenidos indican que algunas de las características del agregado reciclado son
inferiores a las exigidas habitualmente al árido natural para hormigón estructural.
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http://www.enn.com/news/enn-stories/1999/06/061599/reconcrete_3750.asp
Desde 1999 en Australia se han realizado estudios que conllevan al reciclaje de
miles de toneladas de desechos de concreto, obteniendo concretos con
características similares y costos inferiores a los concretos convencionales.
http://www.csiro.au/promos/ozadvances/Series8ConcreteL.html En Australia se
esta estudiando la durabilidad del concreto con agregado reciclado, haciendo
énfasis en su desempeño en el tiempo en cuanto a su resistencia. El concreto
reciclado se ha empleado con éxito como base en obras viales y en cimentaciones
en Melbourne y Sydney, y en la actualidad se están llevando a cabo estudios para
aplicaciones estructurales.
http://www.cement.ca Página de la Cement Association of Canada, en la cual se
reportan que en Canadá el concreto reciclado se ha utilizado satisfactoriamente en
reconstrucción del pavimento, como agregado en los subbases granulares, en
mezclas de suelo-cemento, y en nuevos concretos como la única fuente del
agregado o como reemplazo parcial del agregado natural.
http://www.b-i-m.de/public/tudmassiv/damcon99gruebl.htm Página alemana que
muestra aplicaciones practicas del material en ese país. Describe el impacto del
uso del concreto con agregado reciclado en la construcción de edificios como el
Waldspirale, en Darmstadt.
http://www.epa.nsw.gov.au/waste/wg-80.htm En esta página reportan resultados
de investigaciones en Australia, para establecer pautas en los límites químicos de
la contaminación de los agregados reciclados.
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5. PROPUESTA DE RECICLAJE DE RESIDUOS DE CONCRETO
Con el fin de solucionar el problema de disposición de los residuos de concreto en
la planta de Cota, de Manufacturas de Cemento S.A., se diseño una metodología
para poder reciclar el concreto, por medio de su trituración y posterior empleo
como agregado en la fabricación de productos.
En este caso, el reciclaje del concreto comienza con la selección de los residuos
de concreto que se van a triturar, continúa con la limpieza y reducción de tamaño
de las partículas para poder ser procesadas en el sistema de trituración instalado y
luego, después de obtener el material con las características adecuadas, su
utilización en la fabricación industrial de productos de concreto.
5.1 RESIDUOS DE CONCRETO
Los residuos de concreto presentes en la planta de prefabricados, principalmente
son resultado de diversos procesos defectuosos o inapropiados, que incluyen
actividades como:
• Fabricación de los productos: defectos físicos, debido a problemas de materia
prima, fallas mecánicas, eléctricas o hidráulicas de los equipos, errores
humanos, etc.
• Manipulación de los productos: durante el transporte, cargue o descargue
dentro de la planta de producción, patio de almacenamiento o incluso en la
misma obra.
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- 60 -
• Incumplimiento de las especificaciones del producto: es decir, que los
resultados de los ensayos a los productos, no satisfacen los requerimientos
estipulados.
• Mezclas de concreto que han sobrado de algún proceso de producción.
El material a reciclar se compone de varios elementos de concreto como
sardineles, bordillos, barreras, sumideros, pedazos de tubería sin refuerzo de 1.25
metros de longitud y de diámetros que varían entre 15 y 60 cm., losetas para
pavimento, adoquines, bloques, prelosas, etc.
Los residuos de concreto pueden tener resistencias a la compresión que varían
entre 210 kg/cm2 y 600 kg/cm2, la cual depende del tipo de producto que se
encuentre en el sitio de almacenamiento o botadero.
5.2 PROCESO DE RECICLAJE
Para reciclar los productos de concreto que se encontraban en la zona de rotura,
fue necesario seguir un procedimiento, con el fin de optimizar de mejor manera el
uso de los recursos disponibles (mano de obra, equipo y material).
En primer lugar, fue necesario realizar una limpieza preliminar del material,
buscando además la reducción del tamaño de algunas piezas, para que pudieran
ser trituradas. Al mismo tiempo se realizó el montaje del sistema de trituración, se
preparó el equipo necesario para alimentar y clasificar el material procesado.
MIC 2004-I-67
- 61 -
5.2.1 Limpieza preliminar y reducción de tamaño.
Se encontró diversidad en el tamaño de los residuos de concreto dispuestos para
el reciclaje, además de la existencia de elementos diferentes al concreto como
plásticos, varillas de refuerzo, mallas de alambre, trozos de madera, etc.
Con el propósito de hacer más eficiente el proceso de reciclaje, en primera
instancia fue necesaria una separación manual de los contaminantes a medida
que se disminuía el tamaño de las piezas de concreto por medio del paso sucesivo
de un buldozer, para que el material pudiera ser procesado en la trituradora. De
esta forma se obtuvo un material de tamaño adecuado y relativamente limpio que
cumplía con las características mínimas para poder ser introducido en la
trituradora.
5.2.2 Trituración
El sistema de trituración consta básicamente de una tolva, una trituradora de
mandíbula, un conjunto de tres (3) bandas transportadoras y una zaranda
vibratoria que permite la clasificación del material. Todo el sistema se alimenta por
medio de una planta eléctrica.
El material, ya con un tamaño adecuado (sección rectangular de 16 cm x 80 cm) y
parcialmente limpio, fue introducido al sistema de trituración, gracias a un cargador
frontal que lo descargaba en una tolva ubicada justo encima de la trituradora.
Antes de la trituración y después de ella, manualmente, el material diferente al
concreto fue retirado, especialmente plástico y residuos de estopa, garantizando
de esa manera un producto homogéneo en cuanto a su grado de contaminación.
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Después de ser triturado, el residuo del concreto pasaba por una banda
transportadora que terminaba en una zaranda vibratoria con aberturas cuadradas
de 20 mm aprox., la cual permitía la clasificación del material (se consideró como
aceptado, el material que pasaba la malla). Debido a razones económicas no se
contempló la posibilidad de incluir una trituradora secundaria dentro del sistema,
sino que el material retenido en la malla (tamaño mayor a ¾”), fue apilado y
posteriormente triturado nuevamente en el sistema montado, gracias al ajuste de
la abertura de las mandíbulas de la trituradora.
5.2.3 Transporte y almacenamiento
Estando el material triturado y aceptado, después de la clasificación, se procedió a
su homogenización utilizando un cargador frontal, el cual sirvió además, para
cargar las volquetas que transportaron el material hasta el sitio de
almacenamiento final. El lugar de apilamiento final es el mismo que para los
demás agregados utilizados en la producción ordinaria de la planta y se encuentra
aproximadamente a 1.5 Km. del sitio de funcionamiento del sistema de trituración.
5.2.4 Utilización.
Después de realizar los ensayos de laboratorio para caracterizar las propiedades
del nuevo material, se procedió a utilizar el concreto reciclado como agregado en
la fabricación de prefabricados de concreto, buscando identificar la influencia del
material en las características de los productos y evaluando diversos reemplazos
del agregado convencional por el reciclado.
El agregado de concreto reciclado fue manipulado de la misma forma que un
agregado convencional, simplemente se tuvieron en cuenta propiedades como la
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- 63 -
gradación, densidad, absorción y humedad en el momento de generar los diseños
de mezcla.
6. AGREGADO RECICLADO
Después de realizar el montaje del sistema de trituración, se inició el reciclaje de
los residuos de concreto, siguiendo el procedimiento descrito en el capitulo 5.
Propuesta de reciclaje de residuos de concreto. Una vez reciclado el concreto, fue
necesario realizar ensayos de laboratorio con el fin de caracterizar este nuevo
material y comparar las principales propiedades de este agregado reciclado con
las propiedades de los agregados convencionales que se usan comúnmente en la
planta productora de prefabricados.
En este capitulo se muestran los resultados de los ensayos realizados tanto a las
muestras de agregado reciclado, como a los agregados convencionales,
procedentes del río Tunjuelo. Los agregados utilizados en esta investigación
comprenden una arena de río, gravas de ¾”, ½” y gravilla de 3/8”, además del
concreto reciclado y la arena y grava del concreto reciclado, previa separación por
tamizado.
6.1 GRADACION
La operación de tamizado y sus respectivos cálculos fueron realizados de acuerdo
con la Norma Icontec NTC-77 “Método para el análisis por tamizado de los
agregados finos y gruesos”, sobre una determinada cantidad de material seco. En
las tablas 3 y 4, se presentan los resultados de las granulometrías para las arenas
y las gravas utilizadas.
También se muestran los resultados de otros ensayos realizados a las muestras
de agregados por medio de los métodos descritos en las Normas Técnicas
Colombianas, NTC “127. Método de ensayo para la determinación de impurezas
MIC 2004-I-67
- 64 -
orgánicas en agregado fino para concreto” y NTC 589. “Método de ensayo para
determinar el porcentaje de terrones de arcilla y partículas deleznables en los
agregados”, entre otros.
En las graficas 1 y 2 se muestran las curvas granulométricas de los agregados
utilizados para elaborar las diferentes mezclas de concreto y para fabricar los
productos prefabricados.
Análisis por Tamizado de Agregados Gruesos (NTC 77)
GRAVA 3/4" GRAVA 1/2" GRAVA 3/8" Concreto Reciclado
Grava de Concreto Reciclado
Tunjuelo Tunjuelo Tunjuelo Desechos Desechos% % % % %
mm pulg - Nº Pasa Pasa Pasa Pasa Pasa38,1 1 1/2 100 100 100 100 10025,4 1 100 100 100 100 10019,0 3/4 45,7 100 100 100 10012,7 1/2 3,9 92,4 100 96,7 83,29,51 3/8 1,1 46,8 96,4 89,4 59,84,76 Nº 4 0,6 5,0 25,5 66,5 5,22,38 Nº 8 0,6 2,4 12,8 45,9 1,91,19 Nº 16 0,6 2,4 11,2 40,6 1,70,595 Nº 30 0,6 2,4 11,2 30,8 1,70,297 Nº 50 0,6 2,4 11,2 19,7 1,70,149 Nº 100 0,6 2,4 11,2 4,7 1,70,75 Nº 200 0,6 0,5 1,2 0,9 0,6
Modulo de finura 7,5 6,4 5,2 4,0 6,4Tamaño máximo nominal (mm) 19,0 12,7 9,5 9,5 12,7Otras Caracteristicas% Pasa tamiz 75 mm (NTC 78) Max. 7% 1,13% 0,8% 3,5% 12,8% 2,53%% de partículas alargadas y aplanadas 6,5% 3,0% 1,8% 1,4% 5,6%Forma ANGULAR ANGULAR ANGULAR IRREGULAR ANGULAR
Textura GRANULAR ASPERA GRANULAR ASPERA GRANULAR
Tamiz
Material:
Procedencia:
Tabla 3. Resultados de Ensayos. Granulometría Agregados Gruesos
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- 65 -
Análisis por tamizado Agregados Gruesos
010
2030
405060
7080
90100
1 1/21 3/4 1/2 3/8Nº 4Nº 8Nº 16Nº 30Nº 50Nº 100Nº 200
Tamices
Porc
enta
je q
ue P
asa
Grava de 3/4" Grava de 1/2" Grava de 3/8" Concreto Reciclado Grava de Concreto Reciclado
Gráfica 1. Curvas Granulométricas de Agregados Gruesos.
Análisis por Tamizado de Agregados Finos (NTC 77)
Arena de Río Concreto Reciclado
Arena de Concreto Reciclado
Tunjuelo Desechos Desechos% % %
mm pulg - Nº Pasa Pasa Pasa
38,1 1 1/2 100 100 10025,4 1 100 100 10019,0 3/4 100 100 10012,7 1/2 100 96,7 1009,51 3/8 100 89,4 1004,76 Nº 4 93,7 66,5 98,62,38 Nº 8 71,1 45,9 68,41,19 Nº 16 64,4 40,6 58,2
0,595 Nº 30 53,2 30,8 37,20,297 Nº 50 31,0 19,7 14,10,149 Nº 100 5,7 4,7 2,30,75 Nº 200 1,1 0,9 0,8
Modulo de finura 2,8 4,0 3,2Tamaño máximo nominal (mm) 4,76 9,51 4,76Otras CaracteristicasTerrones de arcilla y partículas deleznables (NTC 589) Max. 3% 1,2 0,8% 1,8%Materia orgánica (NTC 127) 1 1 1% Pasa tamiz 75 mm (NTC 78) Max. 7% 4,46% 12,8% 8,4%% de partículas alargadas y aplanadas - 1,4% -Forma - IRREGULAR -Textura - ASPERA -
Tamiz
Material:
Procedencia:
Tabla 4. Resultados de Ensayos. Granulometría Agregados Finos
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- 66 -
Análisis por tamizado Agregados Finos
0102030405060708090
1001 1/21 3/4 1/2 3/8Nº 4Nº 8Nº 16Nº 30Nº 50Nº 100Nº 200
TamicesP
orce
ntaj
e qu
e Pa
sa
Arena de Río Concreto Reciclado Arena de Concreto Reciclado
Gráfica 2. Curvas Granulométricas de Agregados Finos.
6.2 DENSIDAD Y ABSORCION
La densidad y absorción de los agregados, fueron determinadas por medio de los
métodos de ensayo descritos en las Normas Técnicas Colombianas NTC 176
“Método de ensayo para determinar la densidad y la absorción del agregado
grueso” y NTC 237 “Método de ensayo para determinar la densidad y la absorción
del agregado fino”. A continuación se presenta el resumen de los resultados.
ENSAYO: DENSIDAD ABSORCION DE AGREGADO GRUESO
Material :Grava de Concreto Reciclado
Grava de 3/4" Grava de 1/2" Grava de 3/8"
S = Masa de muestra sss (g) 5000 5000 5000 5000
A = Masa de la muestra seca (g) 4815,3 4862,5 4884 4880
P = Masa del material sumergido (g) 3044 3030 3025 3028,5
S - P 1956 1970 1975 1971,5
A - P 1771,3 1832,5 1859 1851,5
Densidad aparente (g/cm ) = A/ (S - P) 2,46 2,47 2,47 2,48
Densidad aparente sss (g/cm ) = S/ (S - P) 2,56 2,54 2,53 2,54
Absorción (%) = (5000 - A)* 100/A 3,84 2,83 2,38 2,46
Tabla 5. Resultados de Ensayos de Densidad y Absorción de Agregados Gruesos
MIC 2004-I-67
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ENSAYO: DENSIDAD ABSORCION DE AGREGADO FINO
Material : Concreto Reciclado
Arena de Concreto Reciclado
Arena de Rio
S = Masa al aire de muestra sss (g) 500 500 500
A = Masa al aire de la muestra seca (g) 462,2 472,3 494,4
F = Masa del pignometro (g) 161 161 161
P = Masa pignometro + agua + material 976 974 970,3
V = Volumen del pignometro (ml) 508 508 508W = Masa o volumen de agua para llenar elpignometro con la muestra dentro (g)
V - W 193 195 198,7
500 - A 37,8 27,7 5,6
(V - W) - (500 - A) 155,2 167,3 193,1
Densidad aparente (g/cm ) = A/ (V - W) 2,39 2,42 2,49
Densidad aparente sss (g/cm ) = 500/ (V - W) 2,59 2,44 2,52
Absorción (%) = (500 - A)* 100/A 8,18 5,86 1,13
315 313 309,3
Tabla 6. Resultados de Ensayos de Densidad y Absorción de Agregados Finos.
6.3 RESISTENCIA AL DESGASTE
Por medio del ensayo descrito en la NTC- 93, se determinó la resistencia al
desgaste de agregados gruesos, utilizando la máquina de los ángeles. Los
resultados se muestran a continuación.
Material Procedencia Resistencia al desgaste
Grava de ¾” Tunjuelo 21.4 %
Grava de ½” Tunjuelo 22.6 %
Grava de Concreto Triturado Desechos de Concreto 28.2 %
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7. MEZCLAS Y PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO
7.1 MEZCLAS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO
Se elaboraron tres series de mezclas de concreto en el laboratorio, con el fin de
conocer el comportamiento del material reciclado y su influencia en características
básicas del concreto como los son la manejabilidad y la resistencia a la
compresión de muestras cilíndricas.
Todas las mezclas contenían la misma cantidad de cemento (300 kg/m3) y la
misma relación agua/cemento (0.70). Esto, para tener un control sobre dichas
variables y así, evaluar únicamente el efecto de la inclusión de los agregados
reciclados en las propiedades del concreto, ya mencionadas.
En la primera serie de mezclas se utilizó el material producto de la trituración
(mixto) como reemplazo parcial y total de los agregados convencionales, en
porcentajes que van desde 0% hasta 100%, con variaciones de 10%. En las otras
dos series, el triturado de concreto fue separado por medio de una malla, así se
obtuvo arena y grava a partir del concreto reciclado, las cuales sirvieron como
reemplazo de los agregados convencionales, en varios porcentajes, manteniendo
la relación grava/arena original.
A continuación se detallan los aspectos más relevantes de las mezclas y de los
ensayos realizados, para una mejor comprensión de esta fase de
experimentación.
MIC 2004-I-67
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7.1.1 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS CONVENCIONALES POR CONCRETO RECICLADO.
Se elaboraron diez (10) mezclas de concreto utilizando agregados convencionales
y concreto reciclado como reemplazo parcial de la combinación de los agregados
originales. Se escogió una mezcla de control con una relación de arena/grava de
1.0, es decir 50% arena y 50% grava, esta relación se mantuvo a medida que
aumentaba el porcentaje de reemplazo, en las siguientes mezclas.
7.1.1.1 MATERIA PRIMA.
Como materia prima para elaborar las mezclas del experimento se utilizó cemento
tipo III (Concretero) proveniente de Rioclaro, grava de TMN de 3/8” y arena de río
provenientes del Tunjuelo y el concreto reciclado, previamente aceptado después
de la trituración.
Las propiedades más importantes del cemento Rioclaro se resumen en la tabla 7.
Propiedad Resultado Norma
Densidad (g/cm3) 3184 NTC-221
Expansión al Autoclave 0.0344 NTC-107
Finura (cm2/g) 5165 NTC-33
Fraguado (hh:mm) 1:05 Inicial
2:20 final NTC-118
Resistencia a la compresión (MPa)
30.9 - 7 Días
38.4 - 28 Días NTC-220
Tabla 7. Propiedades del Cemento Rioclaro Tipo III
MIC 2004-I-67
- 70 -
7.1.1.2 COMBINACION GRANULOMETRICA
De acuerdo con los resultados de la granulometría del concreto reciclado, este
contiene aproximadamente 65% de arena y 35% de grava, por lo tanto se tuvieron
en cuenta estas proporciones al momento de sustituir la arena y grava
convencionales, manteniendo constante la relación total de arena/grava ver tabla 8
Combinación
% Concreto Reciclado
% Arena del Concreto Triturado
% Grava del Concreto Triturado
% Arena de rio % Grava 3/8" % TOTAL
ARENA% TOTAL GRAVA
21 0 0 0 50 50 50 5022 10 6,5 3,5 43,5 46,5 50 5023 20 13 7 37,0 43,0 50 5024 30 19,5 10,5 30,5 39,5 50 5025 40 26 14 24,0 36,0 50 5026 50 32,5 17,5 17,5 32,5 50 5027 60 39 21 11,0 29,0 50 5028 70 45,5 24,5 4,5 25,5 50 5029 80 52 28 0 20,0 52 4830 100 65 35 0 0 65 35
Agregados ConvencionalesConcreto Reciclado
# de Mezcla
Tabla 8. Proporciones de agregados para diseñar las mezclas de concreto.
7.1.1.3 DISEÑO DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO.
En primer lugar se establecieron las cantidades constantes de cemento y agua
para todas las mezclas, 300 kg de cemento y una relación a/c de 0.7, para tener
210 litros de agua por metro cúbico de concreto. El método de diseño de mezcla
utilizado, tiene como principio la relación de vacíos en el metro cúbico de concreto,
teniendo en cuenta la proporción de cada uno de los agregados, calculada con
base en la combinación granulométrica y en la cantidad de arena y grava
constantes (50% de cada una).
Con los anteriores parámetros se diseñaron las mezclas de concreto para un (1)
metro cúbico. En la tabla 9, se encuentran los pesos secos de los componentes de
cada mezcla de concreto preparada.
MIC 2004-I-67
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Mezclas de Concreto. Reemplazo de Agregados Convencionales por Concreto Reciclado en varios Porcentajes.
Número de Mezclaun 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
% de Concreto Triturado % 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 100%
% de Arena de Rio % 50,0% 43,5% 37,0% 30,5% 24% 17,5% 11% 5% 0% 0%
% Grava 3/8" % 50,0% 46,5% 43,0% 39,5% 36% 32,5% 29% 26% 20% 0%
Cemento kg/m3 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300
Relación a/c - 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
Agua lt/m3 210 210 210 210 210 210 210 210 210 210
Arena de Rio kg/m3 819 710 602 495 388 282 177 72 0 0
Grava de 3/8" kg/m3 819 759 700 641 583 525 467 409 320 0
Concreto Triturado kg/m3 0 163 326 487 647 807 965 1123 1282 1610
Total agregados kg/m3 1637 1633 1628 1623 1619 1614 1609 1604 1602 1610
Peso Teórico del Concreto kg/m3 2147 2143 2138 2133 2129 2124 2119 2114 2112 2120
Tabla 9. Diseños de Mezcla. Reemplazo de Agregados Convencionales por Concreto Reciclado
7.1.1.4 ELABORACION DE LAS MEZCLAS.
Utilizando los anteriores diseños, se procedió a elaborar las mezclas de concreto,
teniendo en cuenta la corrección por humedad de los agregados en el momento
de preparación. Las bachadas de 30 litros, se prepararon en una mezcladora
eléctrica de aproximadamente 200 litros de capacidad y el procedimiento fue el
siguiente:
1. Humedecer la mezcladora, con el fin de que las paredes de la mezcladora
no absorban el agua aplicada a la mezcla. Para esto se elaboró una pasta
de cemento con la cual se lavaba el interior de la mezcladora entes de
preparar la primera mezcla.
2. Mezcla de agregados por un (1.5) minutos, aproximadamente.
3. Adición del cemento y mezcla con los agregados, al mismo tiempo que se
adiciona el agua.
4. Homogenización de la mezcla durante dos (2) minutos.
MIC 2004-I-67
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7.1.1.5 ENSAYO DE ASENTAMIENTO
Justo después de preparar cada mezcla, se procedió a realizar el ensayo de
asentamiento o “slump”, de acuerdo con la norma NTC-396, y utilizando el cono
de Abrams se midió la consistencia de las mezclas con cierta aproximación.
7.1.1.6 ELABORACION DE PROBETAS
Se utilizaron moldes cilíndricos de 10 cm. de diámetro y 20 cm. de altura (4 x 8”)
para fundir los especimenes de concreto, como probetas para realizar el ensayo
de resistencia a la compresión. Se fundieron dos probetas por edad de ensayo (3,
7 y 28 días) para cada una de las mezclas, para tener 6 cilindros por mezcla y un
total de 60 especimenes. Para esto, se siguió el método descrito en la NTC-550.
Elaboración y curado de especimenes de concreto.
Las probetas se desmoldaron el día siguiente a su fabricación y fueron sometidas
a curado, sumergidas en agua, hasta el momento del ensayo.
7.1.1.7 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION
El ensayo realizado para la determinar la resistencia a la compresión de las
mezclas de concreto, fue ejecutado de acuerdo con la norma NTC 676: “Ensayo
de Resistencia a compresión de cilindros normales de concreto”.
Los especimenes de concreto, fueron ensayados en una prensa de compresión
digital, marca ELE-SOILTEST con un rango de carga de 2000 kN.
Se ensayaron dos cilindros para cada edad, de cada una de las mezclas,
empleando dos almohadillas de neopreno, en lugar de método tradicional de
refrentado con azufre. La resistencia a la compresión de las mezclas se determinó,
promediando los resultados de las muestras ensayadas.
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7.1.2 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS
CONVENCIONALES POR ARENA Y GRAVA DEL CONCRETO RECICLADO
Se elaboraron once (11) mezclas de concreto utilizando agregados
convencionales y agregados gruesos y finos, obtenidos a partir del concreto
reciclado, como reemplazo parcial de la combinación de los agregados originales.
Se escogió una mezcla de control con una relación de arena/grava de 1.0, es decir
50% arena y 50% grava, esta relación se mantuvo a medida que aumentaba el
porcentaje de reemplazo, en las siguientes mezclas. En cinco (5) mezclas se
reemplazó arena de río por arena del concreto reciclado y en las otras cinco, grava
de 3/8” por grava del concreto triturado, en ambos casos, los reemplazos fueron
de 20, 40, 60, 80 y 100%.
7.1.2.1 MATERIA PRIMA.
Como materia prima para elaborar estas mezclas, se utilizó cemento tipo III
(Concretero) proveniente de Rioclaro, grava de TMN de 3/8” y arena de río
provenientes del Tunjuelo y concreto reciclado, previamente aceptado después de
la trituración, el cual fue separado en agregado grueso y fino por medio de un
tamizado sobre una malla Nº 4 de 4,76 mm de abertura promedio, y utilizado como
reemplazo de la grava de 3/8” y de la arena de río, respectivamente.
7.1.2.2 DISEÑO DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO.
Para elaborar estas mezclas, se establecieron nuevamente las cantidades
constantes de cemento y agua, 300 kg de cemento y una relación a/c de 0.7, para
tener 210 litros de agua por metro cúbico de concreto. El reemplazo tanto de
arena como de grava se hizo en proporciones de 1 a 1, en peso. En las tablas 10 y
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11, se muestran los pesos de los materiales secos para elaborar un (1) metro
cúbico de concreto, para cada uno de los reemplazos contemplados.
Mezclas de Concreto. Reemplazo de Arena de Rio por Arena de Concreto Reciclado
Número de Mezclaun 31 32 35 34 33 36
% Arena de Concreto Triturado % 0% 20% 40% 60% 80% 100%% de Arena de Rio % 50% 80% 60% 40% 20% 0%% Grava 3/8" % 50% 50% 50% 50% 50% 50%Cemento kg/m3 300 300 300 300 300 300Relación a/c - 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7Agua lt/m3 210 210 210 210 210 210Arena de Rio kg/m3 819 634 473 313 155 0Grava de 3/8" kg/m3 819 792 788 783 775 763Arena de Concreto Triturado kg/m3 0 158 315 470 620 763Total agregados kg/m3 1637 1585 1575 1566 1550 1527
Tabla 10. Diseños de Mezcla. Reemplazo de Arena de río por Arena de Concreto Reciclado
Mezclas de Concreto. Reemplazo de Grava de 3/8" por Grava de Concreto Reciclado
Número de Mezclaun 31 37 38 39 40 41
% Grava de Concreto Triturado % 0% 20% 40% 60% 80% 100%% de Arena de Rio % 50,0% 50% 50% 50% 50% 50%% Grava 3/8" % 50,0% 80% 60% 40% 20% 0%Cemento kg/m3 300 300 300 300 300 300Relación a/c - 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7Agua lt/m3 210 210 210 210 210 210Arena de Rio kg/m3 819 810 801 825 783 773Grava de 3/8" kg/m3 819 648 480 330 157 0Grava de Concreto Triturado kg/m3 0 162 320 495 626 773Total agregados kg/m3 1637 1620 1602 1650 1565 1547
Tabla 11. Diseños de Mezcla. Reemplazo de Grava de 3/8” por Grava de Concreto Reciclado
Para la realización de las mezclas, elaboración de las probetas de concreto y
ejecución de ensayos, se siguieron los pasos y métodos descritos anteriormente,
en las secciones 7.1.1.4 a 7.1.1.7.
MIC 2004-I-67
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7.2 PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO
Para evaluar la influencia del agregado de concreto reciclado en las propiedades
de los elementos de concreto prefabricado, se escogieron tres líneas de
producción, tubos de concreto reforzados y sin refuerzo para alcantarillado y
prefabricados para andenes y mobiliario urbano, en donde se fabricaron cuatro
productos: Tubería reforzada de 70 cm de diámetro, tubería de 15 cm y 20 cm sin
refuerzo y sardineles de concreto. Las mezclas utilizadas son mezclas secas con
un asentamiento prácticamente nulo, frecuentemente empleadas en la industria de
los prefabricados.
7.2.1 TUBERIA DE CONCRETO REFORZADA CON AGREGADO RECICLADO
Al ser la línea de tubos reforzados para alcantarillado, una de las de mayor
demanda de producción en la planta de prefabricados, se hace indispensable
evaluar la aplicación del concreto reciclado como reemplazo parcial de los
agregados naturales que comúnmente se utilizan en su fabricación. Se elaboraron
cinco mezclas de concreto, la mezcla normal, con agregados convencionales, y
las demás con reemplazos de 5%, 10%, 15% y 20% de agregados convencionales
por el agregado reciclado, producto de la trituración de los residuos de concreto.
7.2.1.1 CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO
Tubería fabricada con una mezcla de concreto, reforzada con acero grafilado de
70.000 psi (480 MPa) enrollado helicoidalmente en forma continua y cuya rigidez
se logra con un número suficiente de varillas longitudinales, soldadas
eléctricamente al refuerzo principal.
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La tubería de concreto reforzada se fabrica y clasifica de acuerdo con su
resistencia como Clase I, Clase II, Clase III, Clase IV y Clase V. Estas tuberías son
fabricadas bajo las especificaciones descritas en la Norma Técnica Colombiana
NTC 401 y ASTM - C 76. En dichos requisitos se determinan los ensayos a que
son sometidos, tales como: Resistencia al Aplastamiento por el Método de los tres
apoyos, Absorción, Permeabilidad y Presión hidrostática.
La tubería de 70 cm Clase III, tiene un espesor de pared promedio de 83 mm, una
longitud de 2500 mm y un peso promedio de 1.270 kg, debe estar elaborada con
un concreto de 27,6 MPa o 280 kg/cm2.
Figura 1. Tubo de concreto Reforzado para alcantarillado
7.2.1.2 MATERIA PRIMA.
Como materia prima en la elaboración de las mezclas para fabricar la tubería
reforzada de 70 cm. de diámetro, clase III, se utilizó cemento Samper tipo III,
grava de TMN de ½” y ¾” y arena de río provenientes del Tunjuelo y el concreto
reciclado, previamente aceptado después de la trituración.
Las propiedades más importantes del cemento Samper se resumen en la tabla 12.
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Propiedad Resultado Norma
Densidad (g/cm3) 3122 NTC-221
Expansión al Autoclave 0.0372 NTC-107
Finura (cm2/g) 3774 NTC-33
Fraguado (hh:mm) 1:52 Inicial
3:10 final NTC-118
Resistencia a la compresión (MPa)
30.9 - 7 Días
38.4 - 28 Días NTC-220
Tabla 12. Propiedades del Cemento Samper Tipo III
7.2.1.3 DISEÑO DE MEZCLAS
Los diseños de mezcla se generaron a partir del diseño original, utilizado
comúnmente en la planta de prefabricados. En primer lugar se tuvo en cuenta,
mantener constante la gradación de la combinación de los agregados
convencionales, utilizados para la fabricación del producto. Para lograr esto, se
mantuvo constante la proporción de grava de ¾" y se sustituyó la arena de rió y la
grava de ½” por el concreto reciclado, garantizando que el porcentaje que pasa la
configuración de tamices, se mantuviera en todas las combinaciones, así las
curvas no cumplieran las especificaciones de la curva de Fuller para el TMN de
19mm. Ver Tabla 13 y Gráfica 3.
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TRITURADO 0% 5% 10% 15% 20%
GRAVA 3/4" 30% 30% 30% 30% 30%
38,1 100 100 100 100 100 100 10025,4 100 100 100 100 100 100 10019,0 84 84 84 84 84 100 10012,7 69 69 69 69 69 85 759,51 58 58 59 59 59 72 624,76 45 45 45 46 45 49 39
2,38 34 34 34 34 33 42 32
1,19 31 30 30 31 30 37 27
0,595 26 25 25 25 24 27 17
0,297 15 15 15 15 15 15 9
Granulometría de la combinación de Agregados
Porcentaje de cada Agregado47% 43%
Mezclas para fabricar tubería de 70 cm de diámetro
ARENA RIO
GRAVA 1/2" 20% 18% 17%23% 22%
40% 37% 33%C
ombi
naci
ón d
e lo
s A
greg
ados
Lím
ite s
uper
ior
% Q
ue p
asa
- Ta
mic
es (m
m)
Lím
ite in
ferio
r
Tabla 13. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 70 cm. de diámetro.
CURVAS GRANULOMETRICAS COMBINACION DE AGREGADOSMEZCLAS DE CONCRETO - Tubería 70 cm
0102030405060708090
1003/41/23/848163050100
TAMICES
% Q
UE P
ASA
Lim sup Lim Inf Sin Reciclado 5% Reciclado
10% Reciclado 15% Reciclado 20% Reciclado
Gráfica 3. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 70 cm. de diámetro.
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Con los datos de las gradaciones y manteniendo la cantidad de cementante en
280 kg/m3 y la relación a/c en 0.53, y utilizando el método de diseño por relación
de vacíos se procedió a generar los diseños de mezcla. Ver tabla 14.
Mezcla 5 Mezcla 4 Mezcla 3 Mezcla 2 Mezcla 1ARENA RIO (% - kg/m3) 47% 916 43% 835 40% 768 37% 719 33% 634TRITURADO (% - kg/m3) 0% 0 5% 95 10% 182 15% 274 20% 363GRAVA 3/4" (% - kg/m3) 30% 577 30% 572 30% 564 30% 571 30% 583GRAVA 1/2" (% - kg/m3) 23% 436 22% 410 20% 379 18% 335 17% 313CEMENTANTE (kg/m3) 280 280 280 280 280AGUA (lt/m3) 148 148 148 148 148RELACION a/cm 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53
PESOS DE MATERIALES SECOS - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 70 cm
Tabla 14. Diseño de mezclas. Tubería Reforzada 70 cm.
7.2.1.4 FABRICACION DE LA TUBERIA
Las mezclas de concreto fueron elaboradas en una mezcladora horizontal SKAKO
Tipo SM Turbo Planetaria de 1 m3 de capacidad, que cuenta con un SKIP
motorizado para suministro de áridos, y distribuye la mezcla hasta la estación de
trabajo por medio de un cubo móvil. Los tubos se fabricaron mediante
vibrocompactación en una máquina Modul Simplex.
Al introducir los datos de los diseños de mezclas en el software de la mezcladora,
cuando se prepararan las mezclas de concreto, se corrigen los pesos de los
materiales, de acuerdo con la humedad de los agregados. En este proceso se
origina una pequeña desviación con respecto al diseño original, alterando de
alguna forma los pesos de la materia prima. En la tabla 15 se muestran los pesos
reales de los componentes del concreto, utilizados para fabricar la tubería.
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PESOS REALES DE LA MATERIA PRIMA - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 70 cm de DIAMETRO
Mezcla 5 Mezcla 4 Mezcla 3 Mezcla 2 Mezcla 1ARENA RIO kg/m3 49% 979 45% 897 42% 840 39% 772 34% 686TRITURADO kg/m3 0% 0 5% 97 9% 190 14% 281 19% 377GRAVA 3/4" kg/m3 29% 595 30% 593 29% 594 30% 593 31% 613GRAVA 1/2" kg/m3 22% 444 21% 420 20% 394 17% 344 16% 325
CEMENTANTE kg/m3
AGUA TOTAL lt/m3
RELACION a/cm -PESO 1m3 CONCRETO kg 2449 2463 2429 24492446
285149 160 163 154 163279 282 282 285
0,570,53 0,57 0,58 0,54
Tabla 15. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Tubería Reforzada 70 cm.
Los tubos una vez fabricados, se sometieron a curado con vapor durante
aproximadamente 5 horas, con el fin de acelerar el fraguado del concreto y así un
pronto endurecimiento del producto, para su manipulación, practica común en las
plantas de prefabricados.
7.2.1.5 ENSAYOS
Se realizaron ensayos de laboratorio tanto a las mezclas de concreto, como a los
tubos fabricados, con el fin de conocer la influencia del material reciclado en el
concreto en estado endurecido.
7.2.1.5.1 RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO
Con cada una de las mezclas de concreto se fabricaron seis (6) probetas
cilíndricas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura, con el fin de ensayar dos
muestras a 3, 7 y 28 días. En total se elaboraron 30 cilindros. Los ensayos se
realizaron de acuerdo con el método descrito en la NTC 673 “Ensayo de
resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto”.
MIC 2004-I-67
- 81 -
7.2.1.5.2 RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO
Para cada una de las mezclas se ensayaron dos tubos concreto, el primero a 6
días y el segundo a 28 días de edad, mediante el método de los tres apoyos,
descrito en la NTC 3676 “Métodos de ensayo para tubos y secciones de pozos de
inspección prefabricados en concreto”. Para cada caso se tomaron tres valores de
resistencia, cuando aparece la fisura inicial, cuando la fisura tiene un ancho de 0.3
mm y al momento de la rotura del elemento.
La norma NTC-401, establece que los tubos de 70 cm de diámetro, clase III,
deben soportar una carga de 65 N/m/mm para producir una fisura de 0.3 mm y
una carga de 100 N/m/mm para producir la rotura.
El método de ensayo de carga de los tres apoyos, consiste en aplicar, por medio
de una máquina, una fuerza de aplastamiento sobre un espécimen en un plano a
través del eje vertical, a lo largo de éste.
Se utiliza para establecer que el tubo terminado, transportable, posee la suficiente
resistencia para soportar las cargas de aplastamiento, señaladas en las
especificaciones. El espécimen de ensayo debe estar apoyado sobre un soporte
inferior con dos listones longitudinales paralelos y la carga se aplica por medio de
una viga superior.
7.2.1.5.3 PRESION HIDROSTATICA
Dos tubos de cada mezcla fueron sometidos al ensayo de presión hidrostática,
realizado por medio del método proporcionado en la NTC 3676. En este ensayo,
los tubos se someten a presión y se observa si hay escapes en la junta o en la
superficie de la pared.
MIC 2004-I-67
- 82 -
7.2.1.5.4 ABSORCION
También se determinó la absorción de las muestras de la pared de cada tubo
ensayado en tres apoyos, a 6 días de edad, utilizando el método descrito en la
NTC 3676, en donde el espécimen se somete a secado y luego a inmersión, para
determinar la absorción de agua. De acuerdo con la NTC-401, el porcentaje de
absorción no debe exceder del 9% de la masa seca de la muestra.
7.2.2 TUBERIA DE CONCRETO SIN REFUERZO CON AGREGADO RECICLADO
Otra línea de producción importante es la de tubos de concreto sin refuerzo para
alcantarillado. Estos tubos tienen una longitud de 1.25 m y se pueden fabricar en
diámetros que varían entre 15 y 60 cm. Para realizar las pruebas se escogieron
dos diámetros de tubería: 15 cm y 20 cm.
7.2.2.1 CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO
Los tubos de concreto sin refuerzo de sección circular son utilizados en la
conducción de aguas lluvias, de aguas negras y de residuos líquidos industriales,
para drenajes de vías, y en general, como conductos no sometidos a presión
hidrostática interna. La utilización de mezclas secas, con baja relación agua-
cemento, vibración mecánica y compactación hidráulica, produce un concreto de
alta densidad, baja absorción, resistente a los ácidos y de gran durabilidad.
Su superficie lisa de baja rugosidad permite un alto rendimiento en el flujo con los
diámetros mínimos posibles. Estas tuberías son fabricadas bajo las
MIC 2004-I-67
- 83 -
especificaciones descritas en la Norma Técnica Colombiana NTC 1022 “Tubos de
concreto sin refuerzo para alcantarillado” y ASTM C-14.
Los tubos de 15 cm de diámetro, tienen un espesor de pared de 24 mm y un peso
de 44 kg., mientras que en los tubos de 20 cm, la pared de mide 29 mm y su peso
es de 78 kg.
Figura 2. Tubo de concreto sin refuerzo para alcantarillado
7.2.2.2 MATERIA PRIMA.
Como materia prima en la elaboración de las mezclas para fabricar la tubería sin
refuerzo de 15 cm. de diámetro, clase 1, se utilizó cemento Samper tipo III, grava
de TMN de 3/8” y arena de río provenientes del Tunjuelo y el concreto reciclado,
previamente aceptado después de la trituración. Para fabricar la tubería de 20 cm
se utilizó adicionalmente grava de TMN ½”.
7.2.2.3 DISEÑO DE MEZCLAS
Los diseños de mezcla para fabricar tubería de 15 y 20 cm, se generaron a partir
de los diseños originales, utilizados comúnmente en la planta de prefabricados. En
primer lugar se tuvo en cuenta, mantener constante la gradación de la
combinación de los agregados convencionales, utilizados para la fabricación del
producto. En las mezclas de concreto para fabricar la tubería de 15 cm, se
variaron las proporciones de grava de 3/8” y la arena de río a medida que se
incluía el concreto reciclado, manteniendo constante la curva granulométrica
MIC 2004-I-67
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original, es decir la combinación de los agregados convencionales. Ver Tabla 16 y
Gráfica 4.
TRITURADO 0% 5% 10% 15% 20%
GRAVA 3/8 51% 50% 48% 47% 46%
38,1 100 100 100 100 100 100 100
25,4 100 100 100 100 100 100 100
19,0 100 100 100 100 100 100 100
12,7 100 100 100 100 99 100 100
9,51 98 97 97 97 96 100 100
4,76 56 55 55 55 55 67 57
2,38 38 37 38 37 37 50 40
1,19 33 32 33 32 32 42 32
0,595 26 25 26 25 25 33 23
0,297 16 16 16 16 16 19 13
0,149 8 8 8 8 8 11 5
Lím
ite s
uper
ior
Lím
ite in
ferio
r
Com
bina
ción
de
los
Agr
egad
osGranulometría de la combinación de Agregados
Porcentaje de cada Agregado
Mezclas para fabricar tubería de 15 cm de diámetro%
Que
pas
a -
Tam
ices
(mm
)
ARENA RIO 49% 45% 42% 38% 34%
Tabla 16. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 15 cm. de diámetro.
CURVAS GRANULOMETRICAS COMBINACION DE AGREGADOSMEZCLAS DE CONCRETO - Tubería 15 cm
0
1020
3040
50
6070
8090
1003/41/23/848163050100
TAMICES
% Q
UE P
AS
A
Lim sup Lim Inf Sin Reciclado 5% Reciclado
10% Reciclado 15% Reciclado 20% Reciclado
Gráfica 4. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 15 cm. de diámetro.
MIC 2004-I-67
- 85 -
Para las combinaciones de agregados en las mezclas utilizadas, se mantuvo
constante la proporción de grava de ½” y se sustituyó la arena de rió y la grava de
3/8” por el concreto reciclado, garantizando que el porcentaje que pasa, se
mantuviera en todas las mezclas. Ver Tabla 17 y Gráfica 5.
ARENA RIO 45% 42% 39% 36% 33%
TRITURADO 0% 5% 10% 15% 20%
GRAVA 1/2" 5% 5% 5% 5% 5%
GRAVA 3/8 50% 48% 46% 44% 42%
38,1 100 100 100 100 100 100 10025,4 100 100 100 100 100 100 10019,0 100 100 100 100 100 100 10012,7 100 99 99 99 99 100 1009,51 96 95 95 94 94 100 1004,76 55 55 55 55 55 67 572,38 39 38 38 38 38 50 401,19 35 35 34 34 34 42 32
0,595 30 29 29 29 29 33 230,297 20 19 19 19 19 19 130,149 8 8 8 8 8 11 5
Granulometría de la combinación de AgregadosMezclas para fabricar tubería de 20 cm de diámetro
Porcentaje de cada Agregado
% Q
ue p
asa
- Ta
mic
es (m
m)
Com
bina
ción
de
los
Agre
gado
s
Lím
ite s
uper
ior
Lím
ite in
ferio
r
Tabla 17. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 20 cm. de diámetro.
CURVAS GRANULOMETRICAS COMBINACION DE AGREGADOSMEZCLAS DE CONCRETO - Tubería 20 cm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1003/41/23/848163050100
TAMICES
% Q
UE
PAS
A
Lim sup Lim Inf Sin Reciclado 5% Reciclado
10% Reciclado 15% Reciclado 20% Reciclado
Gráfica 5. Combinación de Agregados. Fabricación de Tubería de 20 cm. de diámetro.
MIC 2004-I-67
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Con los datos de las gradaciones y manteniendo la cantidad de cementante en
315 kg/m3 y la relación a/c en 0.40, y utilizando el método de diseño por relación
de vacíos se procedió a generar los diseños de mezcla para la fabricación de
tubería de 15 cm. Ver tabla 18.
Mezcla 16 Mezcla 17 Mezcla 18 Mezcla 19 Mezcla 20ARENA RIO (% - kg/m3) 50% 920 46% 839 43% 789 39% 704 35% 630TRITURADO (% - kg/m3) 0% 0 5% 94 9% 170 14% 257 19% 349GRAVA 3/8" (% - kg/m3) 50% 913 49% 893 47% 857 47% 847 46% 830CEMENTANTE (kg/m3) 315 315 315 315 315AGUA (lt/m3) 126 126 126 126 126RELACION a/cm 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40
PESOS DE MATERIALES SECOS - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 15 cm
Tabla 18. Diseño de mezclas. Tubería sin refuerzo 15 cm.
Para la tubería de 20 cm de diámetro, se estableció la cantidad de cementante en
300 kg/m3 y la relación a/c en 0.44, y utilizando el método de diseño por relación
de vacíos y la proporción de agregados, se procedió a generar los diseños de
mezcla. Ver tabla 19.
Mezcla 11 Mezcla 12 Mezcla 13 Mezcla 14 Mezcla 15ARENA RIO (% - kg/m3) 46% 853 43% 795 40% 735 38% 680,7 34% 619TRITURADO (% - kg/m3) 0% 0 5% 94 10% 175 14% 258 19% 353GRAVA 3/8" (% - kg/m3) 49% 911 47% 869 46% 835 43% 786 42% 765GRAVA 1/2" (% - kg/m3) 5% 91 5% 86 5% 87 5% 86 5% 85CEMENTANTE (kg/m3) 300 300 300 300 300AGUA (lt/m3) 132 132 132 132 132RELACION a/cm 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44
PESOS DE MATERIALES SECOS - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 20 cm
Tabla 19. Diseño de mezclas. Tubería sin refuerzo 15 cm.
MIC 2004-I-67
- 87 -
7.2.2.4 FABRICACION DE LA TUBERIA
El concreto se elaboró en la misma mezcladora SKAKO, descrita anteriormente y
la tubería fue fabricada en una máquina Fleximatic, capaz de producir tubos y/o
accesorios con campana abajo, con una longitud útil de 1.25 m, mediante
vibrocompactación. Los tubos después de fabricados, fueron sometidos al proceso
de curado con vapor.
En las tablas 20 y 21, se muestran los pesos reales de los componentes del
concreto, de cada mezcla, utilizados para fabricar los tubos de 15 y 20 cm de
diámetro.
PESOS REALES DE LA MATERIA PRIMA - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 15 cm de DIAMETRO
Mezcla 16 Mezcla 17 Mezcla 18 Mezcla 19 Mezcla 20ARENA RIO kg/m3 52% 1016 48% 924 45% 864 40% 768 36% 688TRITURADO kg/m3 0% 0 5% 98 9% 176 14% 266 19% 362GRAVA 3/8" kg/m3 48% 937 47% 920 46% 878 46% 864 45% 848CEMENTANTE kg/m3
AGUA TOTAL lt/m3
RELACION a/cmPESO 1m3 CONCRETO kg
314 321 317120 117 129 130 124319 316
0,38 0,372393 2374 2361 2349 2339
0,41 0,40 0,39
Tabla 20. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Tubería sin refuerzo 15 cm.
PESOS REALES DE LA MATERIA PRIMA - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 20 cm de DIAMETRO
Mezcla 11 Mezcla 12 Mezcla 13 Mezcla 14 Mezcla 15ARENA RIO kg/m3 47% 915 44% 863 41% 790 39% 740 35% 661TRITURADO kg/m3 0% 0 5% 98 9% 183 14% 272 19% 365GRAVA 3/8" kg/m3 48% 936 46% 896 45% 861 43% 818 41% 783GRAVA 1/2" kg/m3 5% 94 5% 89 5% 90 5% 90 5% 87CEMENTANTE kgAGUA TOTAL lt/m3
RELACION a/cmPESO 1m3 CONCRETO kg 2380 2358 2364 23272376
131300 3041310,44 0,43 0,43 0,47
1341421310,45
297303 302
Tabla 21. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Tubería sin refuerzo 20 cm.
MIC 2004-I-67
- 88 -
7.2.2.5 ENSAYOS
7.2.2.5.1 RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO
Con cada una de las mezclas de concreto se fabricaron seis (6) probetas
cilíndricas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura, con el fin de ensayar dos
muestras a 3, 7 y 28 días. En total se elaboraron 30 cilindros. Los ensayos se
realizaron de acuerdo con el método descrito en la NTC 673 “Ensayo de
resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto”.
7.2.2.5.2 RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO
Para cada una de las mezclas se fallaron tres tubos de concreto en cada edad de
ensayo; en el caso de la tubería de 15 cm a 6 días y en la tubería de 20 cm a 6 y
13 días de edad. Se utilizó el método de los tres apoyos, descrito en la NTC 3676
“Métodos de ensayo para tubos y secciones de pozos de inspección prefabricados
en concreto”. El valor de la resistencia al aplastamiento es el promedio del
resultado del ensayo a las tres muestras.
La norma NTC-1022, establece que los tubos de 15 y 20 cm de diámetro, clase 1,
deben soportar una carga de 22 kN/m para producir la rotura.
7.2.2.5.3 PRESION HIDROSTATICA
Se realizaron dos ensayos de presión hidrostática por cada muestra, es decir que
por cada prueba, se ensayaron cuatro tubos. Los ensayos se realizaron de
acuerdo con el método descrito en la NTC 3676.
MIC 2004-I-67
- 89 -
7.2.2.5.4 PERMEABILIDAD
Se realizo el ensayo de permeabilidad a 8 tubos de cada mezcla, siguiendo el
método de ensayo propuesto en la NTC 3676. En el ensayo, se mantiene llena de
agua una sección del tubo por un tiempo específico y se observa la superficie
externa para verificar la presencia de humedad. De acuerdo con el procedimiento,
cuando dos o más tubos de concreto son rechazados por manchas, fugas o zonas
mojadas, se considera que el lote fabricado tiene problemas de permeabilidad.
7.2.2.5.5 ABSORCION
Se determinó la absorción de las muestras de la pared de los tubos ensayados en
tres apoyos (dos muestras por cada mezcla), a 6 días de edad, utilizando el
método descrito en la NTC 3676. De acuerdo con la NTC-1022, el porcentaje de
absorción no debe exceder del 9% de la masa seca de la muestra.
7.2.3 PREFABRICADOS PARA ANDENES Y MOBILIARIO URBANO
Por ultimo se utilizó el material reciclado como reemplazo parcial del agregado
convencional en la fabricación de concreto para bordillos prefabricados.
7.2.3.1 CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO
Los bordillos, comúnmente conocidos por su referencia A-80, son piezas
aligeradas y prefabricadas en concreto, con acabado liso. Sus medidas son 35 cm
x 20 cm x 80 cm de altura. Son usados principalmente para el confinamiento de
vías, limite para la vegetación, estructura de contención y para el amoblamiento
urbano. Su peso aproximado es de 104 kg.
MIC 2004-I-67
- 90 -
Figura 3. Bordillo de concreto
7.2.3.2 MATERIA PRIMA.
Como materia prima en la elaboración de las mezclas para fabricar los bordillos,
se utilizó cemento Samper tipo III, grava de TMN de ½” y ¾” y arena de río
provenientes del Tunjuelo y el concreto reciclado, previamente aceptado después
de la trituración.
7.2.3.3 DISEÑO DE MEZCLAS
Al igual que en los casos anteriores, con el fin de mantener constante la gradación
de la combinación de los agregados convencionales, fue necesario dejar
constante la proporción de grava de ¾" y se sustituyó la arena de rió y la grava de
½” por el concreto reciclado. Ver Tabla 22 y Gráfica 6.
Con los datos de las gradaciones y manteniendo la cantidad de cementante en
235 kg/m3 y la relación a/c en 0.65, y utilizando el método de diseño por relación
de vacíos se procedió a generar los diseños de mezcla. Ver tabla 23.
MIC 2004-I-67
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ARENA RIO 48% 45% 41% 38% 35%
TRITURADO 0% 5% 10% 15% 20%
GRAVA 3/4" 20% 20% 20% 20% 20%
GRAVA 1/2" 32% 30% 29% 27% 25%
38,1 100 100 100 100 100 100 100
25,4 100 100 100 100 100 100 100
19,0 89 89 89 89 89 100 100
12,7 78 78 78 78 78 85 75
9,51 63 64 64 64 65 72 62
4,76 47 47 47 47 47 49 39
2,38 35 35 35 35 35 42 32
1,19 32 32 31 31 31 37 27
0,595 26 26 26 26 25 27 17
0,297 16 16 15 15 15 15 9
0,149 4 4 4 4 4 6 0
Granulometría de la combinación de AgregadosMezclas para fabricar Bordillos
Porcentaje de cada Agregado
% Q
ue p
asa
- Ta
mic
es (m
m)
Com
bina
ción
de
los
Agr
egad
os
Lím
ite s
uper
ior
Lím
ite in
ferio
r
Tabla 22. Combinación de Agregados. Fabricación de Bordillos de concreto.
CURVAS GRANULOMETRICAS COMBINACION DE AGREGADOSMEZCLAS DE CONCRETO - Bordillo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1003/41/23/848163050100
TAMICES
% Q
UE P
ASA
Lim sup Lim Inf Sin Reciclado 5% Reciclado
10% Reciclado 15% Reciclado 20% Reciclado
Gráfica 6. Combinación de Agregados. Fabricación de Bordillos de concreto.
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Mezcla 6 Mezcla 7 Mezcla 8 Mezcla 9 Mezcla 10ARENA RIO (% - kg/m3) 49% 924 46% 874 42% 796 39% 735 36% 676TRITURADO (% - kg/m3) 0% 0 5% 89 9% 179 14% 271 19% 361GRAVA 3/4" (% - kg/m3) 20% 382 20% 377 20% 377 20% 387 20% 387GRAVA 1/2" (% - kg/m3) 31% 595 30% 564 29% 543 27% 508 25% 465CEMENTANTE (kg/m3) 235 235 235 235 235AGUA (lt/m3) 153 153 153 153 153RELACION a/cm 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65
PESOS DE MATERIALES SECOS - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR BORDILLOS
Tabla 23. Diseño de mezclas. Bordillos de concreto.
7.2.3.4 FABRICACION DE LOS BORDILLOS
Las mezclas de concreto se elaboraron en la mezcladora horizontal SKAKO Tipo
SM Turbo Planetaria de 1 m3 de capacidad. Los bordillos se fabricaron mediante
vibrocompactación de la mezcla en moldes metálicos colocados sobre una mesa
vibratoria.
En la tabla 24 se muestran los pesos reales de los componentes del concreto,
utilizados para fabricar los bordillos.
PESOS REALES DE LA MATERIA PRIMA - MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR BORDILLOS
Mezcla 6 Mezcla 7 Mezcla 8 Mezcla 9 Mezcla 10ARENA RIO kg/m3 50% 1007 47% 946 43% 865 40% 797 37% 729TRITURADO kg/m3 0% 0 5% 92 9% 184 14% 279 19% 371GRAVA 3/4" kg/m3 20% 399 20% 393 20% 392 20% 404 20% 402GRAVA 1/2" kg/m3 30% 614 29% 580 28% 558 26% 523 24% 478CEMENTANTE kg/m3
AGUA TOTAL lt/m3
RELACION a/cmPESO 1m3 CONCRETO kg/m3
0,65 0,67 0,682404 2391 2392 2375
237 2331570,66 0,69
161156154161
2414
238 233 234
Tabla 24. Peso real de la materia prima de las mezclas de concreto. Bordillos de concreto.
Una vez fabricados los bordillos de concreto, se sometieron a curado con vapor
durante aproximadamente 5 horas.
MIC 2004-I-67
- 93 -
7.2.3.5 ENSAYOS
Se realizaron ensayos de laboratorio tanto a las mezclas de concreto, como a los
bordillos de concreto, con el fin de conocer la influencia del material reciclado en el
concreto en estado endurecido.
7.2.3.5.1 RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO
Con cada una de las mezclas de concreto se fabricaron cuatro (4) probetas
cilíndricas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura, con el fin de ensayar dos
muestras a 7 y 28 días. En total se elaboraron 20 cilindros. Los ensayos se
realizaron de acuerdo con el método descrito en la NTC 673 “Ensayo de
resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto”.
7.2.3.5.2 MODULO DE ROTURA
Para cada una de las mezclas se ensayaron cuatro sardineles, dos a 5 días y dos
a 28 días de edad, mediante el ensayo de flexión, descrito en la NTC 4109
“Bodillos, cunetas y topellantas de concreto”. El valor del módulo de rotura es el
promedio de los resultados de los dos bordillos ensayados. Cuando se realiza el
ensayo, se debe tomar el valor de la carga en kg, y se multiplica por la constante
0.0008232, correspondiente al bordillo fabricado y que se encuentra establecida
en la NCT 4109.
7.2.3.5.3 ABSORCION
También se determinó la absorción de las muestras de los bordillos de cada
mezcla, obtenidas después del ensayo de flexión a los 5 días de edad. El
porcentaje de absorción es el promedio de los resultados de las dos muestras
ensayadas.
MIC 2004-I-67
- 94 -
8. ANALISIS DE RESULTADOS
Gracias a los ensayos realizados tanto a las mezclas de concreto, como a los
productos que contienen concreto reciclado como reemplazo del agregado
convencional, es posible analizar la influencia de este material en las principales
propiedades del concreto, con el fin establecer la viabilidad de su aplicación en la
industria de los prefabricados.
A lo largo de este capitulo se presentan los resultados de los ensayos de
resistencia a la compresión y asentamiento a las series de mezclas de concreto,
resultados de resistencia al aplastamiento, permeabilidad, presión hidrostática,
absorción en tubería y módulo de rotura en el caso de los bordillos.
También se muestra el análisis económico del reciclaje del concreto en la planta
de prefabricados y su comparación frente al precio de los agregados
convencionales.
8.1 MEZCLAS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO
Se elaboraron tres series de mezclas de concreto en el laboratorio, con el fin de
conocer el comportamiento del material reciclado y su influencia en características
básicas del concreto como los son la manejabilidad y la resistencia a la
compresión de muestras cilíndricas.
MIC 2004-I-67
- 95 -
8.1.1 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS
CONVENCIONALES POR CONCRETO RECICLADO.
En la siguiente tabla se resumen los resultados de los ensayos de asentamiento y
resistencia a la compresión de las mezclas de concreto. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Agregados Convencionales por Concreto Reciclado en varios Porcentajes.
Resultados de Ensayos de Asentamiento y Resistencia a la Compresión
Número de Mezclaun 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
% de Concreto Triturado % 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 100%
% de Arena de Rio % 50% 44% 37% 31% 24% 18% 11% 5% 0% 0%
% Grava 3/8" % 50% 47% 43% 40% 36% 33% 29% 26% 20% 0%
Cemento kg/m3 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300
Relación a/c - 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7Asentamiento mm 20 21 20 27 35 49 48 45 50 60
3 d 163 142 132 166 160 151 148 159 141 117
% 100% 87% 81% 102% 98% 93% 91% 98% 86% 72%
7 d 248 211 200 238 243 205 208 235 209 167
% 100% 85% 81% 96% 98% 83% 84% 95% 84% 67%
28 d 304 276 263 311 312 273 289 289 256 219% 100% 91% 87% 102% 103% 90% 95% 95% 84% 72%
Resistencia a la Compresión f´c kg/cm2
(Cilíndros 10x20 cm)
Tabla 25. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Agregados
Convencionales por Concreto Reciclado
Como se puede apreciar tanto en la tabla 25, como en la gráfica 7, el
asentamiento de la mezcla se incrementa a medida que aumenta el porcentaje de
reemplazo de agregados convencionales por el agregado del concreto reciclado.
Lo cual significa que, para un igual consumo de cemento y relación a/c, el
agregado reciclado aumenta la manejabilidad de la mezcla.
Por otra parte la resistencia a la compresión del concreto, disminuye gradualmente
con el aumento del porcentaje de reemplazo del concreto triturado. Este fenómeno
es consistente en las tres edades evaluadas, siendo más evidente a 7 y 28 días de
edad. Hasta con un cuarenta por ciento (40%) de reemplazo, la disminución en la
resistencia es mínima, ya que se alcanza casi el 100% de la resistencia de la
mezcla de control, en promedio.
MIC 2004-I-67
- 96 -
Cuando se reemplaza la totalidad de los agregados convencionales por el
concreto reciclado, se alcanza solamente un 70% de la resistencia de la mezcla de
control, en promedio.
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como Agregado
Cilíndros de 10 x 20 cm
0
50
100
150
200
250
300
350
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 100%
Porcentaje de Reemplazo. Agregado Convencional por Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
102030405060708090100110120130140150160170180190200
Asentam
iento (mm
)
28d
7d
3d
Asentamiento
Cementante = 300 kg/m3
Rel. a/c = 0,7
Gráfica 7. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Reemplazo
de Agregados Convencionales por Concreto Reciclado
8.1.2 REEMPLAZO EN VARIOS PORCENTAJES DE AGREGADOS
CONVENCIONALES POR ARENA Y GRAVA DEL CONCRETO RECICLADO
En las tablas 26 y 27, se muestra el resumen de los resultados de los ensayos de
asentamiento y resistencia a la compresión de las mezclas de concreto que
contienen arena y grava de concreto triturado como reemplazo por arena y grava
convencional.
Con el aumento del porcentaje de reemplazo de arena de río por la arena del
concreto reciclado, se observa la disminución de la resistencia a la compresión
con respecto a la resistencia de la mezcla de control, la cual alcanza un valor
MIC 2004-I-67
- 97 -
cercano al 80% de ésta, cuando la mezcla de concreto solo contiene arena del
concreto reciclado y grava de 3/8”. En cuanto al asentamiento, no se observa un
incremento importante en la manejabilidad, a pesar de que en las mezclas con
mayor contenido de arena de concreto triturado el asentamiento fue un poco
mayor. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Arena de Rio por Arena de Concreto Reciclado
Resultados de Ensayos de Asentamiento y Resistencia a la Compresión
Número de Mezclaun 31 32 35 34 33 36
% Arena de Concreto Triturado % 0% 20% 40% 60% 80% 100%% de Arena de Rio % 50% 80% 60% 40% 20% 0%% Grava 3/8" % 50% 50% 50% 50% 50% 50%Cemento kg/m3 300 300 300 300 300 300Relación a/c - 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7Asentamiento mm 20 19 25 19 24 35
3 d 250 207 216 211 192 197% 100% 83% 86% 85% 77% 79%7 d 313 273 288 285 269 267% 100% 87% 92% 91% 86% 85%
28 d 406 347 351 340 334 331% 100% 85% 86% 84% 82% 81%
Resistencia a la Compresión f´c kg/cm2
(Cilíndros 10x20 cm)
Tabla 26. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Arena Convencional por
Arena de Concreto Reciclado
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto con diferente Reemplazo de Arena Común por Arena de Concreto Reciclado
Cilíndros de 10 x 20 cm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Porcentaje de Reemplazo. Arena Convencional por Arena de Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
a la
C
ompr
esió
n (k
g/cm
2 )
0102030405060708090100110120130140150160170180190200
Asentam
iento (mm
)
28d
7d
3d
Asentamiento
Cemento = 300 kg/m3
Rel. a/c = 0,7
Gráfica 8. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Reemplazo
de Arena de Río por Arena de Concreto Reciclado
MIC 2004-I-67
- 98 -
Cuando se aumenta el reemplazo de grava convencional de 3/8” por grava de
concreto triturado, no se observa mayor variación en el asentamiento de las
mezclas, mientras que la resistencia a la compresión si se ve comprometida, pues
disminuye progresivamente hasta llegar al 70% de la resistencia de la mezcla de
control cuando se realiza un reemplazo total de la grava de 3/8”.
Mezclas de Concreto. Reemplazo de Grava de 3/8" por Grava de Concreto Reciclado
Resultados de Ensayos de Asentamiento y Resistencia a la Compresión
Número de Mezclaun 31 37 38 39 40 41
% Grava de Concreto Triturado % 0% 20% 40% 60% 80% 100%% de Arena de Rio % 50,0% 50% 50% 50% 50% 50%% Grava 3/8" % 50,0% 80% 60% 40% 20% 0%Cemento kg/m3 300 300 300 300 300 300Relación a/c - 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7Asentamiento mm 20 18 21 30 36 31
3 d 250 225 204 167 200 166% 100% 90% 82% 67% 80% 66%
7 d 313 297 270 222 273 227% 100% 95% 86% 71% 87% 72%
28 d 406 362 346 304 336 283% 100% 89% 85% 75% 83% 70%
Resistencia a la Compresión f´c kg/cm2
Tabla 27. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Reemplazo de Grava Convencional por
Grava de Concreto Reciclado
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto con diferente Reemplazo de Grava Común por Grava de Concreto Reciclado
Cilíndros de 10 x 20 cm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Porcentaje de Reemplazo. Grava Convencional por Grava de Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
a la
C
ompr
esió
n (k
g/cm
2 )
0102030405060708090100110120130140150160170180190200
Asentam
iento (mm
)
28d
7d
3d
Asentamiento
Cemento = 300 kg/m3
Rel. a/c = 0,7
Gráfica 9. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Reemplazo de Grava de 3/8” por Grava de Concreto Reciclado
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- 99 -
En la Gráfica 10, se puede observar la comparación entre la resistencia a la
compresión a 28 días de edad, de las mezclas que contienen grava y arena del
concreto reciclado como reemplazo de los agregados convencionales. Es clara la
diferencia de pendiente entre las dos series de mezclas, las mezclas que
contienen grava de concreto reciclado tienen menor resistencia que las que
contienen arena del concreto reciclado. Esta misma tendencia también se
mantiene para las edades de 3 y 7 días. Como se puede apreciar en las tablas 26
y 27, cuando se utiliza 100% de arena reciclada, se alcanza un 80% de la
resistencia de la mezcla de control, y cuando se usa 100% de grava reciclada,
solo se llega al 70% de ese valor.
Comparación de Resistencia a la Compresión 28 dias Mezclas de Concreto con diferente Reemplazo de Grava y Arena
Convencional por Grava y Arena de Concreto RecicladoCilíndros de 10 x 20 cm
150
200
250
300
350
400
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Porcentaje de Reemplazo. Grava/Arena Convencional por Grava/Arena de Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
Reemplazo de Arena
Reemplazo de Grava
Cemento = 300 kg/m3
Rel. a/c = 0,7
Gráfica 10. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a 28 días. Reemplazo de Grava
de 3/8” y arena de río por Grava y arena de Concreto Reciclado
MIC 2004-I-67
- 100 -
8.2 PRODUCTOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO
8.2.1 TUBERIA DE CONCRETO REFORZADA CON AGREGADO RECICLADO
En la tabla 28 se muestra el resumen de los resultados de los ensayos resistencia
a la compresión del concreto y de resistencia al aplastamiento, presión hidrostática
y absorción de la tubería.
MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 70 cm de DIAMETRO
Resultados de Ensayos de Resistencia a la Compresión, Resistencia al Aplastamiento, Absorción y Presión Hidrostática
Mezcla 5 Mezcla 4 Mezcla 3 Mezcla 2 Mezcla 1ARENA RIO kg/m3
TRITURADO kg/m3
GRAVA 3/4" kg/m3
GRAVA 1/2" kg/m3
CEMENTANTE kg/m3
RELACION a/cm -
3 dias kg/cm2
% respecto a la mezcla 5 100% 92% 82% 93% 80%
7 dias kg/cm2
% respecto a la mezcla 5 100% 98% 86% 87% 90%
28 dias kg/cm2
% respecto a la mezcla 5 100% 89% 81% 84% 84%
Resistencia al Aplastamiento 6 diasfisura inicial N/m/mm
% Testigo 103% 76% 94% 86%fisura 0,3 mm N/m/mm
Mínimo 80 N/m/mm % Testigo 105% 86% 115% 89%rotura N/m/mm
Mínimo 100 N/m/mm #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0!Resistencia al Aplastamiento 28 dias
fisura inicial N/m/mm% Testigo 117% 105% 95% 89%
fisura 0,3 mm N/m/mmMínimo 80 N/m/mm % Testigo 108% 98% 91% 83%
rotura N/m/mmMínimo 100 N/m/mm % Testigo 95% 93% 86% 84%
Absorción promediomuestra 1 %muestra 2
Presión HidrostáticaAprobado s/n
Observación - - - - -
34%
19%
31%
16%
39%
14%
30%
17%
42%
9%
29%
20%
45%
5%
30%
21%
49%
0%
29%
22%
5,3 5,3 4,7 5,6
si si si si
5,2 5,6 4,4 5,5
70 94 73
111
73 67
si
6,4
114
6,3
6,1
81
88
112
413 426
119 112
82 86
473 406
59
464
78 80
315 281 318 273Resistencia a la Compresión
341
285279 282 282 2850,57
493589 526 476 495
0,53 0,57 0,58 0,54
5,5 5,1 5,1 5,7
105 114 104 96
91 106 95 87
133 126 124 114
Tabla 28. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Tubería reforzada de 70 cm.
MIC 2004-I-67
- 101 -
A medida que aumenta el porcentaje de reemplazo del agregado convencional por
el concreto reciclado, disminuye la resistencia a la compresión del concreto.
Cuando se realiza un reemplazo del 20%, el concreto alcanza un 84% de la
resistencia de la mezcla control. En la grafica 11, se observa que el aumentar la
relación a/c se disminuye la resistencia a la compresión, como lo demuestran los
resultados de los ensayos a las probetas de la mezcla que tiene un reemplazo de
9%.
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto - Tubería Reforzada de 70cm de φ
Las mezclas contienen diferente % de reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
100
200
300
400
500
600
700
0% 5% 9% 14% 19%
Porcentaje de Reemplazo. Agregado Convencional por Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
0,500,530,560,590,620,650,680,710,740,770,800,830,860,890,920,950,98
Relación (a/c)
Cementante = 282 ± 3 kg/m3
Gradación de agregados y manejabilidad co nstantes
28 d
7 d
3 d
a/c
Gráfica 11. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Tubería
reforzada de 70 cm.
En la grafica 12, se observa la evolución de la resistencia a la compresión en el
tiempo para cada una de las mezclas de concreto. También es clara la incidencia
del material reciclado en esta propiedad del concreto.
La gráfica 13, muestra la incidencia del material reciclado en el comportamiento de
la tubería ante la resistencia al aplastamiento a 28 días. A pesar de que al
aumentar el porcentaje de reemplazo, los valores de resistencia disminuyen (en
los todos los casos), alcanzan a cumplir los requerimientos normativos. Cuando el
porcentaje de reemplazo es del orden del 20%, la resistencia disminuye un 15%,
aproximadamente. Observando los resultados a 6 días (tabla 28), no se ve una
MIC 2004-I-67
- 102 -
tendencia clara, pues la resistencia de la mezcla que tiene 9% de reemplazo, es
menor que la resistencia de las mezclas con 14 y 19% de reemplazo.
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto - Tubería Reforzada de 70cm de φ
Las mezclas contienen diferente % de reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
0
100
200
300
400
500
600
0 7 14 21 28Edad de Ensayo (Dias)
Res
iste
ncia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
Agregado Convencional 5 % de Reemplazo 10% de Reemplazo 15 % de Reemplazo 20% de Reemplazo
Cementante = 282 ± 3 kg/m3
Gradación de agregado s y manejabilidad co nstantes
3
Gráfica 12. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Tubería reforzada de 70 cm.
0
20
40
60
80
100
120
140
Res
iste
ncia
al A
plas
tam
ient
o(N
/m/m
m)
0% 5% 9% 14% 19%Porcentaje de Reemplazo de Agregado Convencional
por Concreto Reciclado
Ensayo de los Tres Apoyos - Resistencia al Aplastamiento a 28 dias de Edad Tubos de Concreto de 70 cm de φ
Fisura Inicial
Fisura 0,3 mm
Rotura Gráfica 13. Resistencia al Aplastamiento a 28 días de edad. Tubería reforzada de 70 cm.
MIC 2004-I-67
- 103 -
En cuanto a la absorción (ver gráfica 14), se observa el aumento en el valor de
esta característica, a medida que aumenta el contenido de material reciclado en
las mezclas de concreto. Pero los resultados de los ensayos indican que están por
debajo de lo pedido en las normas (9%).
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
Porc
enta
je d
e A
bsor
ción
0% 5% 9% 14% 19%Porcentaje de Reemplazo de Agregado Convencional
por Concreto Reciclado
Ensayo Absorción a 7 dias de Edad Muestras de Tubos de Concreto de 70 cm de φ
Cementante = 282 ± 3 kg/m3
Gradación de agregados y manejabilidad constantes
Gráfica 14. Absorción a 6 días de edad. Tubería reforzada de 70 cm.
Finalmente los resultados de los ensayos de presión hidrostática, fueron
favorables para los tubos de todas las mezclas elaboradas.
8.2.2 TUBERIA DE CONCRETO (15 cm) SIN REFUERZO CON AGREGADO RECICLADO
En la tabla 29 se muestra el resumen de los resultados de los ensayos resistencia
a la compresión del concreto y de resistencia al aplastamiento, presión
hidrostática, permeabilidad y absorción de la tubería.
MIC 2004-I-67
- 104 -
Resultados de Ensayos de Resistencia a la Compresión y al Aplastamiento, Permeabilidad, Absorción y Presión Hidrostática
Mezcla 16 Mezcla 17 Mezcla 18 Mezcla 19 Mezcla 20ARENA RIO %TRITURADO %GRAVA 3/8" %CEMENTANTE kg/m3
RELACION a/cm
kg/cm2
%
kg/cm2
%
kg/cm2
%
muestra 16 dias de Edad muestra 2
muestra 3promedio
%
Ensayo de Permeabilidad 8 tubosTubos que se rechazan 1 2 1 1 3
Ensayo de Presión HidrostáticaEnsayo 1Mancha, Goteo, EscapeEnsayo 2Mancha, Goteo, Escape
Ensayo de Absorción promedio 6,2% 6,4% 6,9% 6,8% 6,3%muestra 1 6,2% 6,4% 6,8% 6,7% 6,5%muestra 2 6,1% 6,3% 6,9% 6,8% 6,2%
0,41 0,40 0,39
510528 514
458 457 426
Resistencia al Aplastamiento (kN/m)
355 328 335 315
494 504
98%596 584
89% 86% 86%
0,38 0,37
Resistencia a la Compresión
102% 93% 93% 86%
3 dias
7 dias
363
314 321 317319 316
31,1 34,7 35,7 42,4 35,342,035,0 36,8 42,4 38,9
33,1 33,3 37,6 33,7 40,039,133,1 34,9 38,6 38,3
52%0%48% 47%
5%48% 45%
9%46% 46%
aprobado
45%19%36%40%
14%
mancha (2)
rechazado
aprobado No aprobado No aprobado No aprobado No aprobado
aprobado rechazado aprobado
no mancha (1) mancha (1) mancha (1)
noNo aprobadomancha (1)
aprobadono
No aprobadomancha (1)
No aprobadomancha (2)
100%
100%
100%
98% 90% 92% 87%
aprobado
116% 118%
28 dias
100% 106% 117%
Tabla 29. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Tubería sin refuerzo de 15 cm.
En este caso, también se evidencia que, con el incremento en la cantidad de
material reciclado en la mezcla, la resistencia a la compresión disminuye. En las
graficas 15 y 16 se observa claramente esta diferencia. Cuando el reemplazo es
del orden de 20%, se alcanza una resistencia aproximada de 86% de la
resistencia de la mezcla de control. El aumento de la relación a/c de las mezclas,
también colaboró para la disminución de la resistencia, cuando aumentaba el
contenido de concreto reciclado.
MIC 2004-I-67
- 105 -
Resistencia a la Compresión Mezcla Tubería 15 cm de φ
Mezclas de concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
100
200
300
400
500
600
700
0% 5% 9% 14% 19%
Porcentaje de Reemplazo. Concreto Triturado por Agregado
Res
iste
ncia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
0,350,370,390,410,430,450,470,490,510,530,550,570,59
Relación (a/c)
Cementante = 317 ± 4 kg/m3
Gradación de agregados y manejabilidad constantes28 d
7 d
3 d
a/c
Gráfica 15. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades.
Tubería sin refuerzo de 15 cm.
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto - Tubería sin refuerzo de 15cm de φ
Las mezclas contienen diferente % de reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
0
100
200
300
400
500
600
700
0 7 14 21 28Edad de Ensayo (Dias)
Resi
sten
cia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
Agregado Convencional 5 % de Reemplazo 10% de Reemplazo 15 % de Reemplazo 20% de Reemplazo
Cementante = 317 ± 4 kg/m3
Gradació n de agregados y manejabilidad constantes
3
Gráfica 16. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Tubería sin refuerzo de 15 cm.
MIC 2004-I-67
- 106 -
De acuerdo con los resultados del ensayo de tres apoyos, la resistencia al
aplastamiento aumenta a medida que se incrementa el contenido de material
reciclado en la mezcla de concreto, llegando al 118% del resultado con la mezcla
de control, cuando se utiliza un reemplazo del 20%.
Resistencia al Aplastamiento Tubería 15 cm de φ a los 6 dias de edad
Mezclas de concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como Agregado
20
24
28
32
36
40
44
48
0% 5% 9% 14% 19%
Porcentaje de Reemplazo. Agregado Convencional por Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
al
Apl
asta
mie
nto
(kN
/m)
0,350,370,390,410,430,450,470,490,510,530,550,570,59
Relación (a/c)
Cementante = 317 ± 4 kg/m3
Gradación de agregados y manejabilidad constantes
Gráfica 17. Resistencia al Aplastamiento. Tubería sin refuerzo de 15 cm.
En cuanto a la permeabilidad de los tubos, en todos los casos, de los ocho (8)
tubos ensayados, se presentó un (1) tubo con manchas o zonas mojadas, y para
las mezclas con reemplazos de 5% y 20%, los tubos fueron rechazados. Este
problema, fue corroborado por los resultados de los ensayos de presión
hidrostática, con los cuales, la tubería que contiene agregado de concreto
reciclado no fue aprobada por problemas de calidad.
Los ensayos de absorción sobre muestras de las paredes de los tubos, indican un
aumento de la capacidad de absorción del concreto, a medida que se incrementa
el contenido de concreto reciclado; pero los resultados se encuentran por debajo
de 9%, en todos los casos.
MIC 2004-I-67
- 107 -
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
6,0%
7,0%
8,0%
9,0%Po
rcen
taje
de
Abs
orci
ón
0% 5% 9% 14% 19%Porcentaje de Reemplazo de Agregado Convencional
por Concreto Reciclado
Ensayo Absorción a 7 dias de Edad Muestras de Tubos de Concreto de 15 cm de φ
Gráfica 18. Absorción a 6 días de edad. Tubería sin refuerzo de 15 cm.
8.2.3 TUBERIA DE CONCRETO (20 cm) SIN REFUERZO CON AGREGADO RECICLADO
En la tabla 30 se muestra el resumen de los resultados de los ensayos resistencia
a la compresión del concreto y de resistencia al aplastamiento, presión
hidrostática, permeabilidad y absorción de la tubería.
Con un reemplazo de 5 % de agregados convencionales por concreto reciclado, la
resistencia a la compresión, prácticamente no cambia. Con el incremento en la
cantidad de material reciclado en la mezcla, la resistencia disminuye
considerablemente. Cuando el reemplazo es del orden de 20%, se alcanza una
resistencia aproximada de 88 % de la resistencia de la mezcla de control. En las
graficas 19 y 20, se observa claramente esta diferencia, para varias edades de
ensayo. El aumento de la relación a/c en las mezclas con mayor contenido de
concreto reciclado, también influyó en la disminución de la resistencia.
MIC 2004-I-67
- 108 -
MEZCLAS DE CONCRETO PARA FABRICAR TUBERIA DE 20 cm de DIAMETRO
Resultados de Ensayos de Resistencia a la Compresión y al Aplastamiento, Permeabilidad, Absorción y Presión Hidrostática
Mezcla 11 Mezcla 12 Mezcla 13 Mezcla 14 Mezcla 15ARENA RIO kg/m3
TRITURADO kg/m3
GRAVA 3/8" kg/m3
GRAVA 1/2" kg/m3
CEMENTANTE kgRELACION a/cm
kg/cm2
%
kg/cm2
%
kg/cm2
%
muestra 16 dias de Edad muestra 2
muestra 3Minimo 22 kN/m Prom.
% 100% 98% 99% 106% 99%
muestra 113 dias de Edad muestra 2
muestra 3Minimo 22 kN/m Prom.
% 100% 110% 101% 109% 104%
Ensayo de Permeabilidad 8 tubosTubos que se rechazan
Ensayo de Presión HidrostáticaEnsayo 1Mancha, Goteo, EscapeEnsayo 2Mancha, Goteo, Escape
Ensayo de Absorción promedio 6,2% 6,4% 6,0% 6,8% 5,9%muestra 1 5,9% 6,1% 6,0% 6,8% 5,8%muestra 2 6,4% 6,6% - 6,8% 6,0%
mancha (1) no no noNo aprobado aprobado aprobado aprobadomancha (1) no no noNo aprobado aprobado aprobado aprobadoaprobado
noaprobado
no
No aprobado aprobado aprobado1 2 0 0
aprobado1
aprobado
100% 99%
35%19%41%5%
39%14%43%5%
41%9%
45%5%
44%5%
46%5%
47%0%
48%5%
37,637,9 37,1 37,4 40,039,3 37,1 36,7 37,8 40,338,2 38,5 39,8 41,6 34,436,1 35,6 35,8 40,4
100%
100%
110% 102%
99% 92%
Resistencia a la Compresión
300 3040,44 0,43 0,43 0,47 0,45
93% 95%
85% 88%
453516 513 501 453
328
435 431
360 335 305 312
401 369 381
297
38,1Resistencia al Aplastamiento (kN/m)
303 302
Resistencia al Aplastamiento (kN/m)40,1 39,0 36,0 39,2 33,9
97% 88% 88%
3 dias
7 dias
28 dias
39,833,4 38,5 39,3 41,333,4 39,9 32,2 36,3 37,4
37,035,6 39,1 35,9 38,9
Tabla 30. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Tubería sin refuerzo de 20 cm.
.
MIC 2004-I-67
- 109 -
Resistencia a la Compresión Mezcla Tubería sin Refuerzo de 20 cm de φ
Mezclas de concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0% 5% 9% 14% 19%
Porcentaje de Reemplazo. Agregado Convencional por Concreto Reciclado
Resi
sten
cia
a la
Co
mpr
esió
n (k
g/cm
2 )
0,40
0,42
0,440,46
0,48
0,50
0,520,54
0,56
0,58
0,600,62
0,64Relación (a/c)
Cementante = 300 ± 4 kg/m3
Gradación de agregados y M anejabilidad Constantes28 d
7 d
3 d
a/c
Gráfica 19. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades. Tubería sin
refuerzo de 20 cm.
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto - Tubería sin Refuerzo 20cm de φ
Las mezclas contienen diferente % de reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
0
100
200
300
400
500
600
0 7 14 21 28Edad de Ensayo (Dias)
Res
iste
ncia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
Agregado Convencional 5 % de Reemplazo 10% de Reemplazo 15 % de Reemplazo 20% de Reemplazo
3
Cementante = 300 ± 4 kg/m3
Gradació n de agregado s y M anejabilidad Constantes
Gráfica 20. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Tubería sin refuerzo de 20 cm.
Al igual que en la tubería de 15 cm de diámetro, los resultados del ensayo de tres
apoyos, indican que la resistencia al aplastamiento tiene cierta tendencia a
aumentar, a medida que se incrementa el contenido de material reciclado en la
mezcla de concreto. Esto se evidencia en la gráfica 21, para ensayos realizados
tanto a 6 como a 13 días de edad.
MIC 2004-I-67
- 110 -
Resistencia al Aplastamiento Tubería sin refuerzo de 20 cm de φ
Mezclas de concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como Agregado
30
32
34
36
38
40
42
0% 5% 9% 14% 19%
Porcentaje de Reemplazo. Agregado Convencional por Concreto Reciclado
Resi
sten
cia
al
Apl
asta
mie
nto
(kN/
m)
0,400,42
0,44
0,460,48
0,500,52
0,54
0,560,580,60
0,620,64
Relación (a/c)Cementante = 300 ± 4 kg/m3
Gradación de agregados y M anejabilidad Constantes
13 d
6 d
Gráfica 21. Resistencia al Aplastamiento. Tubería sin refuerzo de 20 cm.
Los resultados del ensayo de permeabilidad fueron satisfactorios, excepto para los
tubos fabricados con la mezcla que contenía 9% de concreto reciclado, en donde
dos (2) de los ocho (8) tubos ensayados, presentaron problemas de manchas. En
la prueba de presión hidrostática, aparecieron manchas, debido a la humedad,
solo en dos tubos que contenían 5% de concreto reciclado.
Los ensayos de absorción sobre muestras de las paredes de los tubos, muestran
resultado del mismo orden de magnitud, no se observa una tendencia clara; pero
los resultados se encuentran por debajo de 9%, en todos los casos.
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
6,0%
7,0%
8,0%
9,0%
Porc
enta
je d
e A
bsor
ción
0% 5% 9% 14% 19%Porcentaje de Reemplazo de Agregado Convencional
por Concreto Reciclado
Ensayo Absorción a 7 dias de Edad Muestras de Tubos de Concreto de 20 cm de φ
Gráfica 22. Absorción a 6 días de edad. Tubería sin refuerzo de 20 cm.
MIC 2004-I-67
- 111 -
8.2.4 BORDILLOS DE CONCRETO CON AGREGADO RECICLADO
En la tabla 31 se muestra el resumen de los resultados de los ensayos resistencia
a la compresión del concreto y de resistencia a la flexión y absorción de los
bordillos.
MEZCLAS DE CONCRETO PARA LA FABRICACION DE BORDILLOS
Resultados de Ensayos de Resistencia a la Compresión, Absorción y Resistencia a la Flexión
Mezcla 6 Mezcla 7 Mezcla 8 Mezcla 9 Mezcla 10ARENA RIO kg/m3
TRITURADO kg/m3
GRAVA 3/4" kg/m3
GRAVA 1/2" kg/m3
CEMENTANTE kg/m3
RELACION a/cm
kg/cm2
%
kg/cm2
%
Modulo Rotura Sardineles 5 diasMuestra 1 MPa Muestra 2 MPa promedio MPa
% respecto al Testigo 100% 105% 94% 100% 110%
Modulo Rotura Sardineles 28 diasMuestra 1 MPa Muestra 2 MPa promedio MPa
% respecto al Testigo 100% 107% 110% 91% 97%
Ensayo de Absorción PromedioMuestra 1 %Muestra 2 %
93% 87%
7 dias
28 dias
37%19%20%24%
40%14%20%26%
43%9%
20%28%
47%5%20%29%
50%0%20%30%
7,15,8 5,8 5,9 5,9
4,84,7 5,0 5,2 4,3 4,55,2 5,1 5,2 4,54,2 4,9 5,1 4,1 4,3
7,56,2 6,3 5,9 6,0 6,75,4 5,2 5,9 5,8
4,24,2
3,8 4,0 3,7 3,7 4,13,7 3,9 3,4 3,83,8 4,0 3,6 3,8
238 233 234
353Resistencia a la Compresión
335
371428 435 387 400
309 313 292100%
100%
105% 92%
102% 90%
237 2330,66 0,69 0,65 0,67 0,68
94% 87%
Tabla 31. Resultados de Ensayos. Mezclas de Concreto. Bordillos de concreto..
Se observa que en las mezclas para fabricar bordillos, con el incremento en la
cantidad de material reciclado, la resistencia a la compresión disminuye. Aunque
la resistencia aumenta ligeramente cuando el reemplazo es del 5%, la tendencia a
disminuir se mantiene para los demás reemplazos. Cuando el reemplazo es del
orden de 20%, se alcanza una resistencia aproximada de 87% de la resistencia de
la mezcla de control.
MIC 2004-I-67
- 112 -
Resistencia a la Compresión Mezcla Sardinel 35 cm de Altura
Mezclas de Concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0% 5% 9% 14% 19%Porcentaje de Reemplazo. Agregado Convencional por Concreto Reciclado
Res
iste
ncia
a la
C
ompr
esió
n (k
g/cm
2 )
0,620,640,660,680,700,720,740,760,780,800,820,840,860,880,900,92
Relación (a/c)
28 d
7 d
a/c
Cementante = 235 ± 3 kg/m3
Gradación de agregados y manejabilidad constantes
Gráfica 23. Resistencia a la compresión de mezclas de concreto a diferentes edades.
Bordillos de concreto.
Resistencia a la Compresión Mezclas de Concreto - Sardineles de 35cm de Altura
Las mezclas contienen diferente % de reemplazo de Concreto Reciclado como AgregadoCilíndros de 10 x 20 cm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 7 14 21 28Edad de Ensayo (Dias)
Resi
sten
cia
a la
Com
pres
ión
(kg/
cm2 )
Agregado Convencio nal 5 % de Reemplazo 10% de Reemplazo 15 % de Reemplazo 20% de Reemplazo
Cementante = 235 ± 3 kg/m3
Gradación de agregado s y manejabilidad constantes
Gráfica 24. Evolución de la resistencia a la compresión de mezclas de concreto en el tiempo.
Bordillos de concreto.
Mientras que los resultados de resistencia a la flexión a cinco (5) días, muestran
que el incremento del contenido de concreto reciclado en las mezclas, produce un
leve aumento en el valor del módulo de rotura, los ensayos a veintiocho (28) días,
MIC 2004-I-67
- 113 -
muestran lo contrario, una tendencia a la disminución del valor del módulo de
rotura. La variación del módulo de rotura es mínima, pues su valor, en todos los
casos, oscila entre 90 y 110% con respecto a los resultados de los bordillos
elaborados con la mezcla que contiene los agregados convencionales.
Módulo de Rotura Sardinel 35 cm de Altura
Mezclas de Concreto con diferente Reemplazo de Concreto Reciclado como Agregado
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
0% 5% 9% 14% 19%
Porcentaje de Reemplazo. Concreto Reciclado por Agregado
Mód
ulo
de R
otur
a (M
Pa)
0,62
0,64
0,66
0,68
0,70
0,72
0,74
0,76
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
Relación (a/c)
Cementante = 235 ± 3 kg/m3
Gradación de agregados y manejabilidad constantes
28 d
5 d
a/c
Gráfica 25. Resistencia a la Flexión. Bordillos de concreto.
Los ensayos de absorción sobre muestras de los bordillos, indican un aumento de
la capacidad de absorción del concreto, a medida que se incrementa el contenido
de concreto reciclado; pero los resultados se encuentran por debajo de 9%, en
todos los casos.
MIC 2004-I-67
- 114 -
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
Porc
enta
je d
e A
bsor
ción
0% 5% 9% 14% 19%Porcentaje de Reemplazo de Agregado Convencional
por Concreto Reciclado
Ensayo Absorción a 7 dias de Edad Muestras de Sardineles de Concreto de 35 cm de Altura
Gráfica 26. Absorción a 6 días de edad. Tubería sin refuerzo de 20 cm.
8.3 ANALISIS DE COSTOS
En este capitulo se estudia el componente económico del proceso de reciclaje del
concreto. Ya se ha evaluado la viabilidad técnica del uso de concreto reciclado
como agregado en la producción del concreto, pero es necesario estimar el costo
de este material para saber si puede competir con los agregados convencionales
en cuanto a calidad y precio.
8.3.1 PLANTA DE RECICLAJE.
Como se describió en el capitulo 5. Propuesta de reciclaje de residuos de
concreto, el sistema de reciclaje es bastante sencillo, e incluye solamente los
elementos mínimos para su correcto funcionamiento.
MIC 2004-I-67
- 115 -
Debido a que la permanencia del sistema de trituración se consideró provisional,
simplemente para solucionar los problemas puntuales (disposición de residuos de
concreto) de la planta productora de prefabricados; no se pensó en una gran
inversión inicial para poner en marcha su funcionamiento. Por lo tanto el equipo
empleado y/o instalado no es nuevo y fue adquirido mediante alquiler mensual.
En la siguiente tabla se relaciona el equipo utilizado:
Equipo Características Función
Tolva de alimentación Metálica de 2.15 x 1.50 m Permite el ingreso del material a la trituradora
Dos bandas transportadoras 60 cm x 12 m Permite la llegada del material triturado a la zaranda y después al arrume.
Trituradora de Mandíbula 7” x 36” Trituración del material
Zaranda Vibratoria 1.0 x 1.2 m Permite clasificar el material
Planta Eléctrica 281 KVA Proporcionar energía al sistema de trituración
Buldozer Komatsu D85A 18 220 HP-83
Reducción de tamaño de los residuos de concreto y homogenización del material
Cargador frontal Capacidad 0.83 m3 Alimentar la tolva y trasladar el material.
Tabla 32. Características del equipo del sistema de trituración.
Algunas de las partes listadas en el cuadro anterior, se pueden conseguir
fácilmente en plantas trituradoras, sobretodo las que componen el montaje de
trituración. El valor de alquiler de este equipo en el mercado, se muestra en la
siguiente tabla:
Equipo Valor alquiler / mes. Consumo de combustible
Sistema de trituración. Incluye: Tolva de alimentación, dos bandas transportadoras y zaranda Vibratoria
$ 2’000.000 -
Trituradora de Mandíbula $ 4’000.000 -
Planta Eléctrica $ 3’000.000 3 Galones de ACPM por hora
Buldozer $ 4’000.000 5 Galones de ACPM por hora
Cargador frontal $ 3’000.000 1 Galón de ACPM por hora
Tabla 33. Valor del alquiler del equipo del sistema de trituración.
MIC 2004-I-67
- 116 -
8.3.2 COSTO DE PRODUCCION
En primer lugar, debido a que la planta de reciclaje se instala en el mismo sitio
donde se encuentran los desechos de concreto, no se tienen en cuenta los gastos
relacionados con el lote. Para calcular el costo aproximado de la producción del
agregado de concreto reciclado, se debe calcular la producción del material por
hora y los gastos necesarios en cuanto a equipos (sistema de trituración), mano
de obra y transporte del material.
Rendimiento – Producción (por hora).
De acuerdo con los datos estadísticos, en una hora el cargador alimenta la tolva
en promedio 15 veces. Esto significa 15 cucharadas de 0.86 m3 cada una, para un
total de 12,9 m3 por hora.
Debido a que en el proceso de trituración, después de pasar el material por la
zaranda vibratoria, queda una parte retenida, produciendo sobre tamaños,
entonces, es necesario calcular el rendimiento efectivo del sistema de trituración.
En promedio el material rechazado es el 25% del total del material que se
introduce en la tolva. Por lo tanto se toma como valor promedio 9,68 m3 de
material triturado y aceptado por hora.
Costo del Equipo (por hora).
En el siguiente cuadro se calcula el valor del equipo utilizado en la trituración, por
hora. Se tiene en cuenta el valor del alquiler del equipo (incluido el mantenimiento)
por mes y un promedio de 8 hr de trabajo diario de lunes a sábado, es decir 26
días al mes, para un total de 208 horas al mes. Por otra parte, se tiene en cuenta,
también, el consumo de combustible, a un valor de $ 2.800 el galón.
MIC 2004-I-67
- 117 -
Equipo Valor alquiler mensual
Horas de Trabajo- Mes
Valor alquiler por hora
Consumo de combustible (Galones por
hora)
Valor de combustible por
hora
Valor total por hora
Planta electrica 3.000.000$ 208 14.423$ 3 8.400$ 22.823$ Montaje de trituración 2.000.000$ 208 9.615$ 9.615$ Trituradora 4.000.000$ 208 19.231$ 19.231$ Buldozer 4.000.000$ 208 19.231$ 5 14.000$ 33.231$ Cargador 3.000.000$ 208 14.423$ 1 2.800$ 17.223$
Total Equipo 102.123$
Costo de la mano de obra (por hora).
Como personal permanente en la planta de reciclaje de concreto, se cuenta con 3
operarios y 1 ayudante. El costo de la mano de obra por hr, es el siguiente:
Mano de Obra Jornal (Día) Cantidad Jornal (Hora) Factor Prest. Total (Hora)Operario 20.000$ 3 7.500$ 1,75 13.125$ Ayudante 15.000$ 1 1.875$ 1,75 3.281$
Total M.O 16.406$
Costo de la trituración del material.
El costo del sistema de trituración y de la mano de obra utilizada en el reciclaje,
por hora, es el siguiente: 102.123$ 16.406$
118.529$ Valor de una (1) hr de
trituración
Total M.OTotal Equipo
Debido a que en una hora se producen 9,68 m3 de agregado de concreto
reciclado, entonces, el costo parcial de un (1) metro cúbico de este material, será:
118.529 $/hr ÷ 9.68 m3/hr = 12.251 $/m3
Costo del Transporte del material.
El sitio de almacenamiento del agregado de concreto reciclado se encuentra,
aproximadamente a 1.5 km de la planta de reciclaje. Por lo tanto es necesario
transportarlo en volquetas. El costo promedio del acarreo es de $ 600 por metro
cúbico del material.
MIC 2004-I-67
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8.3.3 COSTO TOTAL
El costo TOTAL de un metro cúbico de agregado de concreto reciclado, se
obtiene, sumando el valor de la trituración y del transporte, es decir: 12.851 $/m3
Tomando un A.I.U de 18%, el valor del metro cúbico del material es: $ 15.164
En promedio el valor de un metro cúbico de arena de río o de grava de 3/8” o 1/2”,
incluido el transporte es de $ 37.250, con lo cual se puede obtener un ahorro de
$22.086, es decir un 59 %.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La principal diferencia entre los agregados convencionales y los agregados de
concreto reciclado, obtenidos por medio del proceso de trituración planteado en
este proyecto, radica en la capacidad de absorción del material. Los resultados de
los ensayos muestran que el concreto reciclado tiene una absorción de 8.18%, la
porción de este material que pasa el tamiz Nº 4, tiene 5.86% y el retenido 3.84%;
mientras que la absorción de las gravas convencionales se encuentra entre 2.38 y
2.83% y en la arena convencional, es de 1.13%. Esto se debe a la gran cantidad
de polvo de pasta de cemento y de mortero que se encuentra en el agregado fino
y adherido al agregado grueso.
Debido, entre otros factores, a la pérdida de masa y desgaste producidos durante
el proceso de trituración, la densidad del agregado del concreto reciclado es
menor que la del agregado convencional, 2.39 g/cm3, frente a 2.47-2.49 g/cm3.
También, los resultados del ensayo en la máquina de los ángeles muestran que la
grava de concreto reciclado tiene un mayor desgaste 28.2%, mientras que en la
grava convencional el desgaste, se encuentra alrededor de 22%.
La gradación del material es buena, depende del proceso de trituración y en
general corresponde, en promedio, a la combinación de 35% de grava y 65% de
arena. Si se separa el material, la arena que resulta, es una arena más gruesa
que la convencional (de río) y la grava se encuentra entre 3/8” y 1/2", con
tendencia gruesa.
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En las mezclas de concreto realizadas en el laboratorio, a medida que se aumentó
el porcentaje de reemplazo de agregado convencional por concreto reciclado, la
resistencia a la compresión, disminuyó progresivamente hasta llegar al 70% de la
resistencia de la mezcla de control, cuando el reemplazo es del 20%, confirmando
los resultados de varias investigaciones en el tema. Con este mismo porcentaje de
reemplazo de grava convencional por grava de concreto reciclado, también se
alcanzó el 70% de la resistencia de la mezcla de control, mientras que, cuando se
reemplazó arena convencional por arena de concreto reciclado, en la misma
proporción (20%) la resistencia de esas mezclas llegó al 80% de la alcanzada por
la mezcla de control. Esto puede indicar la presencia de polvo reactivo proveniente
del mortero y pasta de cemento original, en los agregados finos del concreto
reciclado.
Los resultados de los ensayos realizados a las muestras de las mezclas
industriales, también indican que la resistencia a la compresión disminuye
gradualmente con el aumento del contenido de concreto reciclado, pero en una
proporción menor; alcanzando en promedio el 85% de la resistencia de la mezcla
realizada con agregados convencionales, para un reemplazo de 20%. Este mismo
porcentaje de pérdida de resistencia se mantuvo para mezclas con diferentes
contenidos de cementante, relaciones a/c y combinaciones de agregados.
Aunque los diseños de las mezclas que contienen agregado de concreto triturado
se pueden ajustar para alcanzar las especificaciones físicas y mecánicas
deseadas, es necesario realizar una evaluación económica que permita justificar el
aumento en el consumo de cementantes, al incluir el material reciclado.
Al realizar las mezclas en el laboratorio, para una misma relación a/c, se encontró
un leve aumento en la manejabilidad del concreto, con el incremento del contenido
de material reciclado. En las mezclas de concreto “secas”, elaboradas para la
fabricación de productos, no se encontró mayor diferencia en el consumo de agua
para alcanzar la manejabilidad deseada.
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La absorción de las muestras de los productos que contienen agregado reciclado
cumple con las especificaciones de las normas, pero es mayor, comparada con la
de los productos elaborados con agregados convencionales, siendo esta
diferencia menor que la encontrada entre los propios agregados.
La resistencia mecánica de los productos elaborados con agregado reciclado,
también se vio afectada por la inclusión de este material. En la tubería reforzada,
se presentó una perdida de 15% en la resistencia al aplastamiento, con el máximo
reemplazo de 20%. En los demás productos, la resistencia al aplastamiento
(Tubería no reforzada) y el módulo de rotura (bordillos) sufrieron cambios leves,
los cuales indican que el uso de este material no trae consecuencias perjudiciales
en estas propiedades de los productos.
Mientras que los ensayos de presión hidrostática, realizados a la tubería
reforzada, tuvieron resultados satisfactorios; en la tubería sin refuerzo si se
presentaron problemas de permeabilidad, humedad y manchas en las paredes.
Cabe anotar que esta tubería por tener espesores de pared muy pequeños, es la
más susceptible a tener problemas de permeabilidad.
De acuerdo con los resultados de los ensayos realizados tanto al concreto
triturado, a las mezclas de concreto y a los productos con ellas elaborados, se
puede decir que este material tiene las características físicas y mecánicas que lo
hacen apto para ser utilizado como agregado en la fabricación de concreto.
El concreto reciclado puede ser utilizado como agregado, en las proporciones
estudiadas, en la fabricación de tubería reforzada y en bordillos de concreto,
manteniendo un control estricto sobre los resultados de los ensayos que apliquen
a dichos productos. En la tubería sin refuerzo, no se recomienda su uso, debido a
los problemas de permeabilidad encontrados.
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De acuerdo con el análisis de costos efectuado, el reciclaje de concreto, bajo las
condiciones particulares presentadas en este proyecto, resulta ser un negocio
atractivo, frente al precio de otros agregados convencionales. Esto puede
estimular la generación de más plantas de reciclaje de concreto, siempre y cuando
se disponga de una suficiente cantidad de residuos de buena calidad que
garanticen la permanencia de su funcionamiento.
Este proyecto ha contribuido, primordialmente como respuesta a un problema
ambiental de la planta de prefabricados, al encontrar una solución viable a la
deficiente disposición de residuos de concreto, por medio de la utilización del
material como agregado en la fabricación de productos de concreto. En la
actualidad el material reciclado se está usando en la fabricación de varios
productos como reemplazo parcial de agregados convencionales, en bajas
proporciones.
Este estudio es un aporte al conocimiento en el tema del reciclaje de residuos de
construcción y en particular a la tecnología del concreto y sirve como base para
emprender investigaciones que permitan adquirir más experiencia en este campo,
con el fin de conocer mejor las propiedades del material y así poder expandir su
uso en diversas aplicaciones.
Es recomendable implementar sistemas de control de calidad tanto en la
recepción del material reciclado, como para controlar las características y
propiedades de los productos fabricados. También es necesario establecer una
legislación adecuada que regule el uso de los residuos de concreto, para que
puedan ser reciclados, cumpliendo con unos requisitos mínimos de calidad.
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REGISTRO FOTOGRAFICO
A. SELECCIÓN DEL MATERIAL
Fotografía 1. Patio de almacenamiento de residuos de concreto.
Fotografía 2. Residuos de Concreto a reciclar.
Fotografía 3. Tubos y sardineles a reciclar.
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B. REDUCCION DEL TAMAÑO DEL MATERIAL
Fotografía 4. Tamaño Inicial promedio
Fotografía 5. Reducción del Tamaño del Material por medio de Buldozer.
Fotografía 6. Tamaño final de los residuos de concreto.
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C. TRITURACION DE LOS RESIDUOS DE CONCRETO
Fotografía 7. Material listo para ser triturado
Fotografía 8. Alimentación de la tolva por medio del cargador
Fotografía 9. Trituración del Material
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Fotografía 10. Selección del Material Triturado
Fotografía 11. Selección del Material Triturado
Fotografía 12. Material Triturado Aceptado
Fotografía 13. Material Triturado
Rechazado