Efecto Del Agregado Grueso Reciclado Sobre Las Propiedades Del Concreto.pdf

Revista de la Facultad de Ingeniería U.C.V., Vol. 31, N° 1, pp. 514-528, 2016

doi:10.21311/002.31.1.22

Efecto del agregado grueso reciclado sobre las propiedades del hormigon. C.J. Zega1, y A.A. Di Maio2

1

Ing. Civil. Becario CONICET-LEMIT, Docente Fac. Ing. Universidad Nacional de La Plata (UNLP). Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica (LEMIT). Calle 52 e/121 y 122. (1900) La Plata. Argentina. 2

Ing. Investigador CONICET-LEMIT, Profesor Fac. Ing. Universidad Tecnológica Nacional (UTN) Regional La Plata. Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica (LEMIT). Calle 52 e/121 y 122. (1900) La Plata. Argentina. Tel. 54-0221-483-1141/44. Fax: 54-0221-425-0471 - e-mail: [email protected] Resumen La utilización de agregados reciclados obtenidos de la trituración de hormigones de desecho para la elaboración de nuevos hormigones permite disminuir la cantidad de residuos de construcción a la vez que diminuye la cantidad de materias primas a extraer, preservando así los recursos no renovables. Las propiedades de los agregados reciclados dependen de las características de la roca original y de las propiedades de los hormigones que les dieron origen. En este trabajo se evalúan las propiedades físico-mecánicas de diferentes muestras de agregados gruesos reciclados, obtenidos de la trituración de hormigones de desecho de características tecnológicas desconocidas. Con dichos agregados se elaboraron hormigones de distinta relación a/c, reemplazando un 75% en volumen de agregado grueso natural por agregado grueso reciclado. Se evaluaron distintas propiedades en estado freso y endurecido, de manera comparativa con hormigones convencionales de similares características. Se observa una disminución en la calidad de los agregados reciclados respecto a los naturales debido principalmente al mortero adherido que los mismos presentan.El comportamiento resistente de los hormigones reciclados resultó semejante al del hormigón convencional, mientras que algunos de los parámetros dependientes de la densidad del material, como la velocidad del pulso ultrasónico y los módulos de elasticidad, resultaron inferiores a los del hormigón convencional. Palabras Claves: agregado reciclado, densidad, absorción, hormigón reciclado, resistencia, módulos de elasticidad, velocidad ultrasónica. Effect of recycled coarse aggregate on concrete properties ABSTRACT The use of recycled aggregate to elaborate new concrete permits to reduce the quantity of construction and demolition waste and the exploitation of sources of natural aggregates, preserving the nonrenewable resources. The properties of recycled aggregates depend of both, the characteristics of natural rock and the properties of original concrete. This paper presents the physical-mechanical properties evaluated on different samples of recycled coarse aggregates, which were obtained from crushed concretes of unknown characteristics. These aggregates were employed in a 75%, by volume, by replacement of natural coarse aggregate in the elaboration of concretes of different w/c ratio. The properties in fresh and hardened states were comparatively evaluated with those of conventional concrete. The quality of recycled aggregates was lower than that of natural aggregates, due to the mortar 514

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present in those. The resistant behaviour of recycled concrete was similar to the conventional one, whereas the properties linked with the density of the material (ultrasonic pulse velocity and modulus of elasticity) were lower than those of conventional concrete. Keywords: recycled aggregate, density, absorption, recycled concrete, strength, modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity. 1. Introducción Desde tiempos remotos, las civilizaciones han reutilizado los materiales de construcción desechados por otras civilizaciones y por ellas mismas para la construcción de nuevas estructuras. Esta tendencia le ha otorgado a la industria de la construcción una larga tradición en cuanto a la posibilidad de deposición de diferentes desechos generados por diferentes industrias incluida ella misma. Las mejoras en la calidad de vida y la evolución tecnológica alcanzada en los comienzos del siglo XX ha llevado a la creencia popular que lo viejo debe ser desechado, sin tener en cuenta el impacto ambiental que ello provocaría, lo cual ha conducido a un significativo incremento de los volúmenes generados. La utilización de los desechos de construcción y demolición permite disminuir una cantidad importante de los mismos, ya que de otro modo son generalmente depositados en lugares inadecuados. Además, es posible conservar una mayor cantidad de recursos naturales al disminuir el volumen de agregados a extraer. Estos dos hechos conducen en definitiva a un beneficio económico. Cuando estos desechos de construcción son debidamente tratados y clasificados, se obtiene un material apto para su utilización como agregado en la elaboración de nuevos hormigones. A simple vista, el agregado reciclado presenta características diferentes a la de los agregados naturales, ya que posee una textura superficial rugosa y porosa, producto del mortero adherido a las partículas de agregado natural [1-3]. Debido a este mortero, las propiedades de los agregados reciclados dependen tanto de las características de la roca original como de las propiedades del hormigón a partir del cual fueron generados [4,5], siendo su elevada capacidad de absorción de agua la diferencia más importante que presentan respecto a un agregado natural. Estas diferencias hacen que, cuando los agregados reciclados se emplean en la elaboración de hormigones, puedan producirse modificaciones, tanto en el estado fresco como endurecido [6-8]. Los agregados reciclados generados en los centros de reciclaje, los cuales en la mayoría de los casos son obtenidos de la trituración de hormigones de desecho de características desconocidas, hace que dicho material provenga de una gran diversidad de hormigones con diferentes características tecnológicas. Por tal motivo, el objetivo de este trabajo es estudiar la posible variación en las propiedades de los agregados gruesos reciclados, obtenidos a partir de la trituración de hormigones de desecho de características desconocidas, mediante muestreos sucesivos, y su influencia sobre el comportamiento resistente de los hormigones con ellos elaborados.

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2. Programa experimental Los estudios consistieron en la generación de un acopio de agregados reciclados a partir de la trituración de hormigones de desecho de diferentes características tecnológicas, los cuales provenían de orígenes variados. Para la trituración se empleó una trituradora a mandíbulas, obteniéndose un agregado con tamaño máximo de 25 mm. Se tuvo en cuenta que todos los hormigones triturados hubieran sido elaborados con agregados gruesos naturales del mismo tipo (granítico), ya que este hecho tiene influencia sobre las propiedades de los AR, y que los mismos estuvieran libres de contaminantes. Los hormigones se trituraron periódicamente durante 9 meses habiéndose extraído un total de 12 muestras de agregados gruesos reciclados (AGR), a cada una de las cuales se les determinaron las propiedades físico-mecánicas tales como granulometría, peso específico, absorción de agua en 24 hs, perdida de peso en el ensayo de desgaste "Los Angeles" y contenido de material que pasa el tamiz de 74 mm. Cada muestra de AGR fue utilizada en un 75% en volumen, en reemplazo del agregado grueso natural (AGN), para la elaboración de hormigones de distinta relaciones a/c cuyas propiedades en estado fresco (PUV, asentamiento y aire) y en estado endurecido (velocidad ultrasónica, módulos de elasticidad dinámico y estático y resistencia a compresión), fueron evaluadas comparativamente con las de hormigones convencionales de similares características. 3. Resultados y analisis A partir de las granulometrías obtenidas de las diferentes muestras de AGR se establecieron los límites dentro de los cuales se ubicaron las mismas. Dichos límites (línea continua) se presentan en la Figura 1 junto con los límites establecidos en el Reglamento Argentino CIRSOC 201 [9] (línea de trazos), ambos correspondientes a un tamaño máximo de 25 mm.

Figura 1. Límites granulométricos de los AGR. 516

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Puede observarse que los límites correspondientes a los AGR se ubican dentro de los establecidos en la reglamentación vigente para agregados gruesos naturales, indicando una relativa facilidad de obtención de agregados gruesos reciclados bien graduados para la elaboración de hormigones. Las propiedades de los agregados gruesos evaluados (natural y reciclado), se presentan en la Tabla 1. En el caso del AGR, los valores indicados corresponden al promedio de las 12 muestras en estudio. Tabla 1. Propiedades de los agregados gruesos, naturales y reciclados. Propiedades

AGN

AGR

Tamaño máximo [mm] Peso específico [kg/dm3] Absorción [%] Desgaste "Los Angeles" [%] Pasa tamiz 74 mm [%] Índice de Lajas [%] Índice de Agujas [%]

25.0 2.70 0.3 25. 0.60 17.7 35.8

25.0 2.46 4.6 38.2 0.76 9.4 24.7

Puede observarse que el AGR presenta una menor densidad y mayores valores de absorción de agua y pérdida de peso por desgaste que los AGN. Con relación al contenido de material fino (partículas con tamaño < 74 mm) resultó similar para ambos tipos de agregados. Los valores de los índices de lajas (partícula cuya menor dimensión es inferior a 3/5 de la dimensión media de cada fracción) [10] y agujas (partícula cuya mayor dimensión es superior a 9/5 de la dimensión media de cada fracción) [10] son inferiores en los agregados reciclados, hecho que está directamente relacionado con la presencia de mortero adherido a la partícula de agregado natural, lo cual modifica la forma elongada de las partículas de agregado natural, siendo dicha diferencia mayor en el caso del índice de lajas. En las Figuras 2 y 3 se presentan los valores del peso específico y la absorción de agua, determinados sobre las 12 muestras de agregados gruesos reciclados.

Figura 2. Peso específico de los AGR. 517

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Figura 3. Absorción de agua de los AGR. Se observa que los valores del peso específico se ubican dentro de un rango acotado, mientras que la absorción de agua experimenta una variación más importante con valores comprendidos entre 3.9 y 5.5%. Puede observarse que el máximo valor de absorción lo presenta la muestra 7, la cual posee también un menor peso específico, hecho que estaría indicando una mayor presencia de mortero en el AGR (suelto o adherido al agregado natural), mientras que la muestra 3 presenta el mayor peso específico y uno de los más bajos valores de absorción. Este comportamiento pone de manifiesto la relación inversa que existe entre ambos parámetros (Ver Figura 4), de manera coincidente con lo indicado en la bibliografía [2].

Figura 4. Relación entre el peso específico y la absorción de agua de los AGR.

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En las Figuras 5 y 6 se presentan los resultados obtenidos en los ensayos de desgaste "Los Angeles" y pasa tamiz de 74 mm (#200), determinados sobre las 12 muestras de AGR.

Figura 5. Desgaste "Los Angeles" de los AGR.

Figura 6. Pasa tamiz 74 mm de los AGR.

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En el desgaste "Los Angeles" se observa una dispersión aún mayor que en los parámetros mencionados anteriormente, obteniéndose valores entre 34.8 y 40.5%, presentando la muestra 7 el mayor desgaste en tanto que la muestra 3 adquiere un valor medio. Sin embargo, debe mencionarse que todos los valores resultan inferiores al límite máximo de pérdida (45%) permitido por el Reglamento Argentino [9]. El contenido de material fino, menor a 74 mm, resulta también con una elevada variación (Ver Figura 6). Si bien el valor medio es inferior al 1%, pueden observarse valores muy superiores a dicho límite, lo cual debe ser tenido en cuenta al momento de emplear los agregados reciclados en la elaboración de hormigones con exigencias resistentes de tipo estructural. Debe tenerse presente que los valores obtenidos en las cuatro propiedades evaluadas corresponden a muestras constituidas en un 100% por AGR, con lo cual dichos resultados serán menos significativos en aquellos casos en que las determinaciones se realicen sobre el conjunto granular AGN-AGR, y más aún cuando disminuye el porcentaje de AGN reemplazado. 3.1 Mezclas En los estudios realizados se elaboraron hormigones convencionales (HC) y reciclados (HR) con relaciones a/c 0.40, 0.50 y 0.60. Para la elaboración de los mismos se empleó cemento portland con un porcentaje máximo de adición mineral de hasta un 35%, arena silícea de río con un módulo de finura de 2.10 y piedra partida granítica. En los HR se reemplazó el agregado grueso natural por agregado grueso reciclado en un 75% en volumen, manteniendo constante las proporciones de los demás materiales. El porcentaje de reemplazo adoptado se obtuvo como conclusión de estudios previos donde el nivel resistente de los hormigones reciclados fue similar al de los hormigones convencionales [1113].Las diferentes mezclas recicladas elaboradas con cada muestra de agregado se presentan en la Tabla 2, indicándose en la Tabla 3 las proporciones de las mismas. Con cada uno de los hormigones elaborados se moldearon muestras cilíndricas de 150x300 mm, las que fueron desmoldadas a las 24 hs y colocadas en cámara con humedad y temperatura controlada (T: 20±2 C; HR: 95%) durante 28 días.

Tabla 2. Hormigones reciclados elaborados. Muestras agregados

de

1

0.40 HR

0.50 0.60

2

3

X X

4

5

X X X

X

6

7

8

9

X X X

X

10

11

X X X

X

X

X

12 X

X

X

X

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Tabla 3. Proporciones de las mezclas [kg/m3]. Razón a/c 0.40 0.50 HC HR HC HR

Hormigón Agua

0.60 HC

HR

155

Cemento

388

310

258

Agregado fino

831

897

939

Agregado grueso natural

1040

258

Agregado grueso reciclado

―

713

1040 ―

258 713

1040 ―

258 713

3.2 Propiedades en estado fresco En cada uno de los hormigones en estudio se determinó el asentamiento (As), medido con el cono de Abrams, el peso de la unidad de volumen (P.U.V.) y el contenido de aire naturalmente incorporado. En todos los hormigones (HC y HR) el asentamiento varió en el rango de 70±20 mm. Este hecho debe ser atribuido a que los agregados gruesos (naturales y reciclados) fueron saturados durante 24 hs previo a su utilización, de modo que no se produzcan modificaciones en la demanda del agua de mezclado, principalmente por parte de los agregados reciclados. En la Figura 7 se presentan los valores del P.U.V. correspondientes a cada uno de los hormigones reciclados elaborados.

Figura 7. Variación de los P.U.V.

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Puede observarse que para cada relación a/c los valores obtenidos son similares en las distintas dosificaciones, no evidenciándose influencia alguna por parte de los valores extremos del peso específico del agregado reciclado (muestras 3 y 7), aunque sí se puede observar que al incrementarse la relación a/c se produce una disminución del PUV, de manera similar a lo que sucede en los hormigones convencionales. Debe mencionarse que, para cada relación a/c, los P.U.V. de los HR resultaron inferiores (aproximadamente 100 kg/m3) al de los HC, debido al menor peso específico que presentan los agregados gruesos reciclados. Respecto al contenido de aire naturalmente incorporado, los valores obtenidos en los diferentes hormigones reciclados resultaron similares a los determinados en los hormigones convencionales, los cuales oscilaron entre 2 y 3%. 3.3 Propiedades en estado endurecido Los resultados de velocidad de pulso ultrasónico (V), módulos de elasticidad dinámico (Ed) y estático (E) y resistencia a compresión (f'c), determinados sobre las muestras cilíndricas a la edad de 28 días en ambos tipos de hormigones, se presentan en la Tabla 4. Los datos indicados corresponden a valores medios obtenidos para cada tipo de hormigón y cada una de las relaciones a/c estudiadas. Tabla 4. Propiedades en estado endurecido.

HC-0.40

V [km/s] 4.63

Ed [GPa] 46.4

HR-0.40

4.45

HC-0.50 HR-0.50 HC-0.60 HR-0.60

Hormigón

35.4

f'c [MPa] 33.5

41.7

31.4

33.1

4.52 4.30

45.2 39.3

32.7 28.3

24.1 23.6

4.48 4.21

41.5 36.3

30.0 26.3

18.1 17.9

E [GPa]

- Velocidad de pulso ultrasónico (V) y módulo de elasticidad dinámico (Ed) De los valores indicados en la Tabla 4 puede observarse que, para una misma razón a/c, el HR presenta valores de V y Ed inferiores al del HC, debido a la menor densidad y mayor porosidad que tienen los agregados reciclados. También puede observarse que, en los HR, al incrementarse la relación a/c se produce una disminución de ambos parámetros de manera similar a lo que sucede en el hormigón convencional. Para cada una de las relaciones a/c, los valores medios de velocidad de los HR resultaron aproximadamente un 5% inferiores a los del HC, mientras que los correspondientes al módulo dinámico fueron en promedio un 12% menor. En las Figuras 8 y 9 se presentan las variaciones que mostraron la velocidad ultrasónica y el módulo dinámico, respectivamente, determinados en los diferentes hormigones reciclados. Cada punto resulta del promedio de al menos 3 muestras.

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Figura 8. Variación de la velocidad de pulso ultrasónico en los HR.

Figura 9. Variación del módulo de elasticidad dinámico en los HR. En el caso de la velocidad ultrasónica (Ver Figura 8) puede observarse que los valores obtenidos para cada una de las razones a/c evaluadas resultaron similares entre sí, con una baja variación, existiendo una clara diferencia entre las distintas relaciones a/c. El módulo de elasticidad dinámico, por su parte, mostró un comportamiento semejante al de la velocidad aunque con una variación menor. Si bien los menores valores hormigones reciclados, en menor peso específico que surge que las variaciones

de velocidad ultrasónica y módulo dinámico que presentan los comparación con sus pares convencionales, se atribuyen al tienen los agregados reciclados, de los resultados obtenidos que podrían producirse entre diferentes partidas de estos 523

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materiales no serían significativas como para provocar modificaciones importantes en los parámetros mencionados. Considerando las muestras 3 y 7 puede observarse que, para el hormigón HR-0.50 los valores que adoptan los parámetros V y Ed resultan similares entre sí, mientras que para el HR-0.60 se observan menores valores en el caso de la muestra 7. Este hecho debe ser atribuido al menor peso específico que presenta dicha muestra de AGR. - Módulo de elasticidad estático (E) y resistencia a compresión (f'c) El módulo de elasticidad estático presenta un comportamiento similar al del módulo de elasticidad dinámico. Para una misma relación a/c, los valores en los HR son inferiores a los del HC, producto de la menor densidad y mayor deformabilidad del material reciclado. En todos los casos, la disminución es del 12% aproximadamente. Al igual de lo que sucede en los HC, los valores del módulo de elasticidad estático de los HR resultaron ser inferiores a los correspondientes módulos dinámicos. En la Figura 10 se indican los valores del módulo del E obtenidos en los diferentes hormigones reciclados evaluados, correspondiendo cada uno de ellos al promedio de por lo menos 3 determinaciones.

Figura 10. Variación del módulo de elasticidad estático en los HR. En cada una de las razones a/c evaluadas (0.40, 0.50 y 0.60) los módulos de elasticidad estático obtenidos se mantienen aproximadamente constantes, presentando coeficientes de variación de 5.8, 4.7 y 6.3% respectivamente. Una vez más, si consideramos el módulo estático de las muestras 3 y 7 podemos observar que para el HR-0.50 no hay diferencias significativas entre los mismos, mientras que en el caso del HR-0.60 la muestra 7 presentó el menor módulo estático. Este comportamiento debe ser atribuido a que los AGR presentan una mayor deformabilidad y por lo tanto a medida que la matriz del nuevo hormigón es de inferior calidad (mayor razón a/c) se produce un decrecimiento más notorio del módulo estático.

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A diferencia de lo exhibido por los parámetros relacionados con la densidad del hormigón (V, Ed y E), en el caso de la resistencia a compresión se observan valores similares entre los hormigones convencionales y sus pares elaborados con un 75% de agregado grueso reciclado con características variadas y desconocidas (Ver Tabla 4). Este comportamiento confirma los resultados alcanzados en estudios anteriores [14] en los cuales los agregados reciclados provenían de la trituración de hormigones conocidos. En la Figura 11 se presenta la variación de la resistencia a compresión de cada uno de los hormigones HR elaborados con las distintas muestras de agregados reciclados. Cada punto corresponde al promedio de al menos 3 ensayos realizados sobre probetas cilíndricas de 150x300 mm.

Figura 11. Variación de la resistencia a compresión en los HR. Las resistencias a compresión promedio obtenidas en los diferentes HR correspondientes a una misma razón a/c, elaborados con las distintas muestras de AGR, presentan bajos coeficientes de variación (7.1, 6.8 y 7.6% para las relaciones a/c 0.40, 0.50 y 0.60 respectivamente). En la Figura 12 se presenta la variación de la resistencia a compresión con la razón a/c, pudiendo observarse que los HR muestran un comportamiento similar al del HC.

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Figura 12. Variación de la resistencia a compresión con la razón a/c en hormigones convencionales y reciclados. 4. CONCLUSIONES De los resultados obtenidos sobre diferentes propiedades de los agregados gruesos reciclados (AGR), procedentes de la trituración de hormigones desconocidos, como así también del comportamiento de los diferentes hormigones reciclados (HR) con ellos elaborados, empleándolos en un 75% en volumen en reemplazo del agregado grueso natural, puede concluirse que: 





 

La presencia de mortero como parte constituyente de los agregados gruesos reciclados, produce modificaciones en sus propiedades con relación a las del agregado grueso natural. De los 12 muestreos realizados surge que la calidad del AGR tiene influencia sobre alguna de sus propiedades, principalmente sobre la capacidad de absorción de agua, el desgaste "Los Angeles" y el pasa tamiz de 74 mm. El empleo de los agregados gruesos saturados (naturales y reciclados) conduce a que los asentamientos determinados en los hormigones HC y HR elaborados con las diferentes muestras, resulten similares entre sí. Los pesos por unidad de volumen muestran también una baja variación para cada hormigón HR. La velocidad del pulso ultrasónico y módulos de elasticidad dinámico y estático de los HR son inferiores al de los HC para cada una de las razones a/c estudiadas, observándose también una baja dispersión entre los valores determinados para cada hormigón. Las resistencias a compresión de los HR correspondientes a cada una de las razones a/c evaluadas son semejantes a las de los HC, motivo por el cual la relación f´c-a/c es prácticamente la misma. Debe resaltarse que, en base a lo indicado en los puntos anteriores, las variaciones observadas en las propiedades de los AGR evaluados en este estudio no se ven reflejadas en las diferentes características de los hormigones con ellos elaborados.

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14. Zega, C.J., Taus, V.L., Villagrán Z., Y.A. y Di Maio, A.A., "Comportamiento FísicoMecánico de Hormigones sometidos a Reciclados Sucesivos", Memorias Simposio fib "Structural Concrete and Time", La Plata, Argentina, 28-30 de Septiembre 2005, pp. 761768.

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