Articulo cientifico trabajado de grado

Estudio Del Uso Agregados Reciclados De Residuos De Construcción
Y Demolición (RCD) Provenientes De La Ciudad De Cali Como
Material Para La Construcción De Elementos Prefabricados De
Concreto, Caso De Los Adoquines
Sergio Luis Caicedo Campo; Email: sergiocaicedo_17@hotmail.com
Julián Mauricio Pérez Henao; Email: julianmperezh@hotmail.com
Director:
Iván Fernando Otálvaro Calle
Resumen
El objetivo general del presente estudio consiste en estudiar el uso de agregados
reciclados de residuos de construcción y demolición (RCD) provenientes de la ciudad de
Cali en la construcción de elementos prefabricados de concreto, caso de los adoquines
para pavimentos articulados. Se trata de una investigación que busca estudiar la viabilidad
del uso de los escombros de construcción RCD como agregado en mezcla de concreto
para la realización de adoquines del tipo “hueso de perro”. El propósito de esta
investigación es identificar la potencialidad de uso de agregados RCD para la fabricación
de adoquines, y así lograr dar un nuevo uso a los escombros generados en la industria de
la construcción. Adicionalmente, este uso contribuye minimizando los volúmenes
existentes de residuos y por ende a la sostenibilidad del medio ambiente.
Introducción
Este proyecto estudia la influencia de los residuos de construcción y demolición
(RCD), sobre la resistencia a la flexo-tracción de adoquines de concreto para lograr
evaluar esta característica mecánica de los adoquines se tuvo en cuenta los parámetros de
la norma técnica colombiana NTC-2017. El RCD es empleado en reemplazo parcial de
los agregados tradicionalmente usados en el hormigón. La mezcla utilizada en la
fabricación de los adoquines se diseña a base de granulometrías y ensayos de laboratorio.
Por medio del método de diseño Füller se realiza una mezcla de agregado natural para la
fabricación de adoquines que cumpla con la norma NTC-2017 para posteriormente
reemplazar el agregado natural fino por el agregado RCD fino en cantidades de 30 y
100%, esto se hizo para conservar el diseño Füller.
La principal motivación de este proyecto es brindar una alternativa diferente para el
reciclaje del RCD. Se tiene la hipótesis que esta alternativa es de fácil aplicación e
implementación en las pequeñas y medianas industrias de producción de adoquines.
1
1. Fundamentación Teórica
Adoquines de concreto. Es el pavimento formado por elementos prefabricados
(bloques o adoquines) de pequeñas dimensiones que individualmente son muy rígidos y
se asientan sobre una capa de arena. Estos van asentados sobre la sub-base o directamente
sobre la sub-rasante dependiendo la calidad de esta. Transmiten los esfuerzos al suelo de
soporte mediante un mecanismo de disipación de tensiones. Su forma generalmente es
prismática, permitiendo la colocación de piezas en forma continua y ordenada para formar
así, superficies de pavimento flexible con ventajas constructivas y durabilidad. El adoquín
es usado por ventajas que presenta sobre otros materiales, tales como el asfalto,
pavimentos comunes, baldosas, etc.
Las ventajas del adoquín son: pueden fabricarse en una variedad de formas y colores
que dan un mayor resalte visual al pavimento, los adoquines pueden ser utilizados después
de reparaciones o modificaciones, no interviene procesos térmicos ni químicos para su
implementación, pueden diseñarse para varios niveles de durabilidad y resistencia a la
abrasión del tránsito y acciones de la intemperie, facilidad en su instalación que no
requiere mano de obra especializada, se adapta a cualquier variación de las vías debido a
que son elementos que no están unidos rígidamente.
No existe una clasificación plenamente consensuada para el adoquín. Existen
clasificaciones de acuerdo a su forma, arreglo, uso, carga de compresión, etc. Para el
presente estudio se explicaran de acuerdo a la norma NTC-2017 del año 2004 los
principales y más comunes tipos de adoquines utilizados.
Diseño de mezcla de concreto, método Fuller. Este método corresponde a los
denominados métodos analíticos. La diferencia fundamental entre los métodos analíticos
y el método Instituto Americano de Concreto (ACI) radica en que este último intenta
llegar a la dosificación final de una manera más práctica, haciendo correcciones sucesivas
por asentamiento y resistencia. Los métodos analíticos no sugieren corregir la
dosificación inicial, suponen que con la aplicación de los procedimientos que proponen
se cumplen los requisitos de trabajabilidad y resistencia requeridos (Giraldo, 2006). En el
método Füller la correlación entre las propiedades de los agregados y las del hormigón es
más rigurosa ya que partiendo de unos determinados agregados se propone conformar
una granulometría conjunta del material, de manera que se ajuste aproximadamente a una
curva típica tomada como referencia y obtenida experimentalmente de ensayos sobre
trabajabilidad y densidad del concreto (Giraldo, 2006). Este método tiene entonces por
ventaja poder combinar varios agregados para obtener una granulometría más compacta.
Para trabajar en paralelo con el diseño del método Füller se deben de tener en cuenta
variables dentro del diseño de la mezcla, en esta investigación se tiene en cuenta el
asentamiento como variable inicial.
2. Desarrollo
Este trabajo de grado surgió al observar la problemática existente en Santiago de Cali
la cual expone que no hay en la ciudad un sitio de deposición final de escombros.
Adicional a esto muchos carretilleros y empresas llevan desechos de forma ilegal a sitios
no autorizados como parques, zonas verdes y vertientes hídricas lo cual genera una ruta
de miles de metros cúbicos diarios. En el año 2013 en la ciudad de Cali se generaron
2
aproximadamente 2480 m3 de escombros a diario, para hacerse una idea con esta cantidad
de escombros se podría hacer una capa de 33cm por toda la cancha del estadio olímpico
Pascual Guerrero. Estas cantidades de escombros son producidas en un en un 76,6% por
las constructoras y obras públicas, el otro 23,4% es generado por las remodelaciones
generadas a las viviendas ejecutadas por particulares. Actualmente en la ciudad, la
situación más crítica respecto a escombreras se trata de la zona de brisas de comunero
ubicada detrás de la ciudadela educativa Isaías Duarte Cancino en el barrio de Mojica, la
cual posee por lo menos dos millones de metros cúbicos en escombros.
Se inició el trabajo de campo analizando la composición del RCD de acuerdo los
parámetros de la norma UNE EN 933-11 (española), con el fin de saber cómo estaba
constituido el agregado grueso RCD y que tanto influiría esto en futuros resultados.
Entonces se obtuvo que el 78% corresponde a Rc+Ru, y el 22% restante a Rb, por lo cual
se concluye que sus mayores elementos constituyentes son productos de concreto. El RC
está compuesto por Concreto, productos de concreto, morteros y bloques de concreto. El
RB está compuesto por cerámicos, arcillas, tejas y azulejos lo cual puede llegar a ser una
posible causa de disminución en la resistencia debido a que estos elementos posee una
absorción más elevada y una resistencia menor que los elementos en concreto.
Al evaluar los resultados obtenidos de las pruebas de gravedad específica y absorción,
se nota que los agregados naturales son más densos que los RCD, de tal manera que para
los gruesos la variación es del 20% mientras que para los finos es del 31% (Gs Bulk), lo
que indica que los agregados finos tendrán una mayor cantidad de sólidos por unidad de
volumen y esto se ve reflejado en los valores de absorción, nótese la gran variación de los
resultados para gruesos de 1,08 % a 9,01 % y para finos 1,3 a 5,57%. Lo que,
teóricamente, necesitara mayor cantidad de agua cuando se utilice agregado RCD para
fabricar concreto y darle manejabilidad.
Para empezar a fabricar los adoquines se diseñó un molde de adoquines con ejecución
manual que constaba de dos partes, una, sobre la cual se depositaba la mezcla de concreto
y la otra era con la que se le hacía presión a la mezcla para que quedará compactada en
los moldes, estos moldes eran rectangulares con dimensiones de 20x10x6cm.
Del anterior diseño de mezcla se concluyeron dos cosas muy importantes en la
investigación:
Que la forma como se estaban fundiendo los adoquines no era la correcta porque el
molde no le brindaba un movimiento a la mezcla para que esta se acomodara
correctamente y lograr ocupar todos los espacios vacíos que existieran. Por ende se le
buscó una solución contundente a este problema, la cual era encontrar una máquina de
fabricar adoquines. La máquina que se encontró tenía un sistema de vibro compactación
para lograr que los agregados de la mezcla ocuparan prácticamente todos los vacíos del
molde. A parte de esto poseía un sistema de apisonamiento que caía por acción de
gravedad justo en el molde para brindarle más compactación a la mezcla.
A parte de esto se decidió realizar de nuevo la granulometría del agregado fino para
así poder retomar un nuevo diseño Fuller, encontrando un módulo de finura mayor para
el agregado fino y así utilizando las ecuaciones del método Fuller aumentar la cantidad
de agregado fino de la mezcla.
3
En cuestión de textura los adoquines habían mejorado mucho, se observaba un mejor
acabado y más compacta la mezcla.
Realizando los ensayos a la flexo-tracción a los 14 y 28 días se encontró que los
resultados eran 1,2 y 1,6 MPa. Lo que significaba que estaba lejos aún del resultado
esperado y exigido por la norma NTC-2017.
Por los resultados del anterior diseño de mezcla, se decidió realizar un cambio para
que la resistencia a la flexo-tracción aumentara considerablemente, según la metodología
empleada para el diseño de mezcla mostrada anteriormente la componente del diseño que
se debía cambiar era la relación agua cemento, en el documento de Soutsos (2011) se
encuentra una recomendación que ellos hacen la cual dice que la relación agua cemento
debe ser inferior a 0,4. Para tener una mayor resistencia se decide disminuirla hasta 0,35.
Para este diseño ya se cumplió con el requisito a la flexo-tracción que tiene la NTC2017 de 5,0 MPa la cual es muy exigente si se compara con la norma europea UNE-EN
1338 la cual como requisito exige 3,6 MPa a flexo-tracción. También se logró alcanzar el
requisito plasmado en la norma NTC-2017 respecto a la absorción la cual exige que sea
menor al 7%.
Hay un dato que disminuyó el promedio de la flexotracción, a esto se denomina falla
súbita, la cual es distinta a las de los otros adoquines, sin embargo este diseño de mezcla
logró cumplir con la exigencia a la flexo-tracción estipulada en la NTC-2017 para un lote
de 5 adoquines. Además con una dispersión pequeña lo cual significa que no existe una
gran diferencia entre los resultados.
3. Conclusiones
Se comprobó que no es viable realizar concreto reciclado con reemplazos 100%, ya
que a tempranas edades tiene una reducción en módulo de rotura de 64% con respecto a
la mezcla con agregado natural, lo cual indica que no alcanza a cumplir la resistencia
exigida en la norma NTC-2017 a los 28 días.
Se apreció de acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de gravedad específica
y absorción, que los agregados reciclados presentan mayor capacidad de absorción (9,0%)
que los agregados naturales (1,8%), debido a su alto contenido en material cerámico y
mortero adherido.
Se identificó la influencia del porcentaje de dispersión en la homogeneidad de los
agregados de la mezcla. Lo cual al final del proceso produce fallas repentinas en la
estructura del adoquín arrojando módulos de rotura bajos.
Se logró cumplir la principal motivación del proyecto, brindar una alternativa diferente
para el reciclaje de los RCD y se comprobó la hipótesis que la utilización de agregados
alternativos RCD es de fácil aplicación e implementación en las pequeñas y mediana
industrias de producción de adoquines. Reemplazando pequeñas cantidades.
Se caracterizó un residuo de construcción proveniente de la ciudad de Cali, empresa
Emsirvac, al cual se le estudio su composición y propiedades físico-mecánicas, que
arrojaron datos para tener en cuenta tales, como en la clasificación del RCD el 22% de su
composición son cerámicos y sus derivados lo cual influyó claramente en los resultados
finales.
4
Se estableció la dosificación óptima con agregados naturales para la fabricación de
adoquines que cumplan con la norma técnica colombiana (NTC-2017).
Referentes bibliográficos
El-Maaty, A. (2013). Utilization of cement treated recycled concrete aggregates as base
or subbase layer in Egypt. Ain Shams Engineering Journal, 7(1), 2–14.
Ferreira, J. S. (2009). Aprovechamiento de escombros como agregados no
convencionales en mezclas de concreto. Tesis de pregrado, Universidad Pontificia
Bolivariana, Bucaramanga, Colombia.
Giraldo, J. J., & Vega, J. A. (2012). Seguridad en el manejo de escombros: Ciclo integral
de los materiales de construcción. Noticreto, 112(1), 40–45.
Guarin, N., Liseth, M., Walteros, L., & Reyes, S. (2012). Estudio comparativo en la
gestión de residuos de construcción y demolición en Brasil y Colombia (p. 14).
Jiménez, J. R., Ayuso, J., López, M., Fernández, J. M., & de Brito, J. (2013). Use of
fine recycled aggregates from ceramic waste in masonry mortar manufacturing.
Construction and Building Materials, 40, 679–690.
doi:10.1016/j.conbuildmat.2012.11.036
Castaño, J., Rodrigo Misle, L., Cabrera, L. A., Gómez, A., & Ocampo, M. S. (2013).
Gestión de residuos de construcción y demolición (RCD) en Bogotá: perspectivas
y limitantes. (Spanish). Waste Management from Construction and Demolition
(RCD) in Bogota: Prospects and Limitations. (English), 17(38), 121–129.
Poon, C. S., Kou, S. C., & Lam, L. (2002). Use of recycled aggregates in molded
concrete bricks and blocks, 16(April), 281–289.
Mena, C., & Valdés, Y. (2014). Dosificación óptima de una mezcla de concreto con
materiales reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición
(RCD) de la ciudad de Cali para uso en obras viales de bajo tránsito. Pontificia
Universidad Javeriana Cali.
Ortiz, H., & Silva, M. (2013, Agosto 25). La ruta de los escombros en Cali. El País.
Tomado de: http://www.elpais.com.co/elpais/graficos/infografia-ruta-escombroscali
NTC -2017: Norma técnica colombiana para adoquines de concreto para pavimentos,
Bogotá, 2004.
5