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Estudio del comportamiento de los residuos provenientes del sector de la
construcción privada y pública de la ciudad de Santiago de Cali, a partir de la
obtención de agregado grueso y fino para el concreto.
Alejandra Vargas Piedrahita. 1096043
Universidad de San Buenaventura Cali Facultad de ingeniería
Programa Ingeniería de Materiales Santiago de Cali
2014
Estudio del comportamiento de los residuos provenientes del sector de la
construcción privada y pública de la ciudad de Santiago de Cali, a partir de la
obtención de agregado grueso y fino para el concreto.
Alejandra Vargas Piedrahita. 1096043
Director de trabajo de grado:
Doctor Edward Fernando Toro
Trabajo de grado presentado para optar el título de Ingeniera de Materiales
Universidad de San Buenaventura Cali Facultad de Ingeniería
Programa Ingeniería de Materiales Santiago de Cali
2014
Agradecimientos.
El inicio de mi carrera como profesional fue respaldada por toda mi familia en
especial a mi madre que siempre fue mi apoyo incondicional, me aconsejó y guio
por el camino correcto. Estuve apoyada de forma incondicional por mis hermanos
y abuela quienes se convirtieron en mi motor para convertirme en una Ingeniera.
Viveros parte fundamental del desarrollo de mi investigación desde el inicio hasta
la culminación siempre estuviste presente.
El apoyo incondicional de mi director de tesis el Doctor Edward Fernando Toro a
pesar de sus múltiples ocupaciones siempre se encontró dispuesto a colaborarme
con su experiencia y amplios conocimientos.
A cada una de las personas que durante todo el proceso me brindaron su ayuda
de forma incondicional, gracias a cada uno por todas la ayuda aportada.
De antemano gracias a Dios por derramar bendiciones sobre todas las personas
que hicieron posible que la investigación fuera culminada satisfactoriamente.
Derechos de autor
El desarrollo de la investigación para consolidar el trabajo de grado, constituido
por gráficas, tablas de resultados, figuras, imágenes y bibliografías, son propiedad
intelectual de mi autoría ALEAJNDRA VARGAS PIEDRAHITA en conjunto con la
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALI.
Por tal motivo la reproducción parcial o total del documento queda prohibida, sin
permiso de los autores anteriormente mencionados.
Contenido
RESUMEN .............................................................................................................. 8
1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 9
2. OBJETIVOS ................................................................................................... 10
2.1. Objetivo General..................................................................................... 10
2.2. Objetivo Específico ................................................................................ 10
3. PROBLEMÁTICA: .......................................................................................... 11
4. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 13
4.1. Antecedentes Históricos ....................................................................... 13
4.2. Definiciones importantes. ............................................................... 14
a. Escombros .............................................................................................. 14
4.3. Diferencia del concreto tradicional y alternativo................................. 15
4.3.1 Normas Europeas sobre la clasificación de los agregados reciclado 16
4.3.2. Clasificación de los agregados reciclados según el país de origen
16
4.3.3. Clasificación de los agregados reciclados .......................................... 17
4.4. Proceso de separación: ......................................................................... 17
4.5. Proceso de trituración: ................................................................... 18
4.6. Propiedades de los agregados ............................................................. 18
4.6.1. Granulometría .................................................................................. 18
4.6.2. Método grafico Fuller y Thompson. ............................................... 19
4.6.3. Densidad y absorción. .................................................................... 20
5. METODOLOGÍA ............................................................................................. 23
5.1. Muestreo aleatorio simple (MAS) .......................................................... 23
5.1.1 Separación ............................................................................................... 25
5.1.2. Trituración. .......................................................................................... 26
5.1.3. Clasificación ........................................................................................... 26
5.2. Caracterización ...................................................................................... 27
5.2.1. Granulometría norma NTC 77 ......................................................... 27
5.2.2. Densidad .......................................................................................... 27
5.3. Método grafico Fuller y Thompson. ............................................................ 27
5.3.1. Diseño de mezclas: ................................................................................ 27
5.3.2. Planteamiento del diseño de mezcla. ................................................... 29
5.3.3. Matriz experimental ................................................................................ 29
5.3.4. Agregado fino ......................................................................................... 30
5.3.5. Agregado Grueso: .................................................................................. 30
6. Análisis de resultados: ................................................................................. 30
6.1. Separación: ............................................................................................. 31
6.2. Caracterización ...................................................................................... 33
6.2.1. Discusión del tamaño Granulométrico según la norma NTC 77 ....... 33
6.2.2. Método grafico Fuller y Thompson. ..................................................... 34
6.2.3 Propiedad física: Densidad y absorción de agua. ................................ 35
6.2.4 Resistencia a la compresión .................................................................. 36
7. Conclusiones ................................................................................................ 39
8. Recomendaciones ........................................................................................ 40
9. Bibliografía .................................................................................................... 41
Tabla de contenido Figuras:
Figura 1: Escombrera ubicada en el municipio de Candelaria .............................. 24
Figura 2: Proceso de extracción por cuartiles ....................................................... 24
Figura 3: Trituradora de mandíbula, Universidad del Valle. .................................. 26
Figura 4: Composición de los escombros. ............................................................ 32
Tabla de contenido Graficas:
Grafica 1: Curvas granulométricas máximas, medianas y mínimas ...................... 19
Grafica 2: Relación de la densidad y absorción de los agregados recuperados ... 21
Grafica 3: Análisis granulométrico de agregados reciclados y tradicionales. ........ 33
Grafica 4: Proporciones de agregado reciclado y tradicional. ............................... 35
Grafica 5: Resistencia a la compresión del concreto recuperado, utilizando 5
proporciones diferentes. ........................................................................................ 37
Tabla de contenido Tablas:
Tabla 1: Densidad de los agregados ........................................................................................... 22
Tabla 2: Diseño de mezclas.......................................................................................................... 28
Tabla 3: Mezclas de concreto....................................................................................................... 29
Tabla 4: Número de mezclas y días de ensayo. ....................................................................... 29
Tabla 5: Análisis granulométrico para agregados finos (NTC 174) ........................................ 30
Tabla 6: Pronostico de los materiales encontrados en la escombrera. ................................. 31
Tabla 7: Proporciones de agregados tradicionales. .................................................................. 34
Tabla 8: Propiedades físicas del concreto tradicional y recuperado. ..................................... 35
Tabla de contenido Ecuaciones:
Ecuación 1: Densidad aparente ............................................................................ 25
Ecuación 2:% Absorción de agregados. ................................................................ 25
Ecuación 3: Numero de muestras. ........................................................................ 25
RESUMEN
La investigación tuvo como fin evaluar el efecto en el comportamiento físico y
mecánico de la incorporación de agregado reciclado en el concreto, para cumplir
con el propósito de la investigación se utilizaran grava, arena y escombros. Para
lograr este proyecto se realizó primero un muestreo, luego se separó
manualmente para pasar a la operación de trituración, al tener las partículas se
realizó un análisis granulométrico basado en la norma NTC-77, se realizó el
ensayo con una Tamizadora eléctrica marca PINZUAR, para identificar la
variabilidad en la granulometría de los agregados se realizaron pruebas de
densidad, dicha prueba se realizó bajo la norma NTC-176; finalmente se realizaron
las mezclas de concreto a partir de agregados reciclados con el método ACI, se
evaluó el comportamiento mecánico por la norma NTC-673, los cilindros fueron
evaluados por la Maquina de ensayos universales de referencias PINZUAR
PC42D. (1)
Como datos relevantes se identificó que el 87,3% de la cantidad de los escombros
se encuentra constituido por residuos con posibilidad de reutilización como
agregado grueso, debido a que se encuentran constituidos por ladrillo, cemento y
piedra.
Tan solo el 12,7% de los escombros se encuentra compuesto por material
indeseado para el proceso de valoración de escombros; el cual está constituido
por materia orgánica, caliza, material metálico, repello y vidrio.
Se estableció que la mezcla No3 la cual se constituyó por 45% agregado
tradicional y 55% de agregado recuperado, presento el mejor comportamiento
mecánico resistiendo 24,7 MPa, una densidad de 2,1 kg/m3 y 3% de absorción de
agua.
1. INTRODUCCIÓN
La recuperación de escombros es una alternativa de valorización y reutilización de
subproductos o desechos en el mundo actual, ya que la construcción debe
satisfacer una demanda creciente de vivienda e infraestructura; las ciudades que
tienen una débil capacidad de disposición generando un almacenamiento
indebido; el cual produce impactos ambientales negativos. La problemática va en
incremento, ya que se relaciona con el proceso de crecimiento y urbanización a
nivel mundial. La ciudad de Cali por ser la 3º urbe de Colombia afronta este
inconveniente.
En la ciudad de Cali se desconoce procesos de valorización de los escombros en
cadenas productivas, por esta razón, su destino final es la acumulación en
escombreras. Una alternativa a la problemática de su mala disposición es el
aprovechamiento como agregados o relleno en el concreto hidráulico, generando
más tiempo de vida útil de rellenos sanitarios, mejor manejo de los recursos
naturales al reemplazar un recurso no renovable y ahorros económicos al
disminuir el costo del agregado (2), al mismo tiempo se aminoran los impactos
socio-ambientales generados por las escombreras de la ciudad de Cali.
Teniendo en cuenta lo anterior, la presente investigación tuvo como objetivo
desarrollar un estudio del comportamiento de los escombros provenientes del
sector de la construcción privada y pública de la ciudad de Santiago de Cali, a
partir de la obtención de agregado grueso y fino para preparar el concreto
hidráulico. Para tal fin, se efectuó un concreto con agregados a partir de
escombros, donde se involucró un proceso de extracción, separación, trituración,
caracterización, análisis de propiedades mecánicas y físicas.
El diseño metodológico consistió en un muestreo aleatorio simple, el cual
determinó el tamaño de la población a evaluar. El método permitió determinar la
variabilidad de la densidad de los agregados por ser la propiedad intrínseca del
material, permitiendo determinar el tamaño de la muestra. Luego se realizaron
pruebas de caracterización por tipo de material y granulometría; con el fin de
determinar la utilidad de los escombros como agregados, además se preparó las
mezclas de concreto y se realizaron pruebas mecánicas y físicas para comparar
su comportamiento con el material comercial con las normas técnicas
colombianas.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
Evaluar el efecto en el comportamiento físico y mecánico de la incorporación de
agregado reciclado en el concreto.
2.2. Objetivo Específico
- Desarrollar un muestreo para identificar la variabilidad del residuo.
- Realizar pruebas de caracterización de la materia prima para elaborar
concreto según la normas NTC-176 densidad de los agregados; NTC-77
análisis granulométrico; especificaciones de calidad de los agregados
NTC-174.
- Evaluar las propiedades físicas (Absorción, porosidad y densidad) y
mecánicas (resistencia a la compresión) del concreto con agregado grueso
y fino a partir de escombro.
3. PROBLEMÁTICA:
La urbanización en Colombia y el crecimiento de las ciudades produce un volumen
de escombros inmanejables, los cuales terminan siendo acumulados en
escombreras que generan conflictos ambientales, sociales y de salud. (4)
A continuación se describen:
a. Conflicto Ambiental:
El sector de la construcción demanda el uso de materiales tales como rocas,
gravas, arena, etc., que deben cumplir con un estándar para su aplicación y son
extraídos y procesado de fuentes naturales, produciendo un impacto ambiental
según el tipo de yacimiento (Virgen o utilizado), maquinaria y transporte del
material. La explotación de agregados grueso y fino genera modificación de los
drenajes, deterioro o exterminio de la flora y vegetación tradicional de la zona,
modificación del relieve montañoso y agotamiento del recurso. (4)
b. Conflicto Social:
El crecimiento del sector constructivo dependerá de alternativas sustentables, que
permitan mantener el equilibrio de los recursos naturales no renovables y
materiales alternativos, para continuar con el desarrollo de la construcción. (5)
c. Conflicto de salubridad:
Debido a la contaminación del suelo, afluentes hídricos y proliferación de roedores
por la mala disposición de escombros se obtiene un medio ambiente contaminado,
el cual deteriora la salud humana generando enfermedades respiratorias,
diarreicas y parasitarias (6)
El proceso de urbanización y la adquisición de vivienda se encuentran ligados a la
producción de escombros, generando un alto impacto ambiental debido a la
producción de 30.886 toneladas diarias de escombros a nivel nacional. (8)
La producción de escombros a nivel nacional representa el 2% de la producción
de residuos sólidos, lo que equivale a 600 toneladas/día, que se acumulan en
botaderos a cielo abierto (rellenos sanitarios). (9)
La ciudad de Cali aportó en el año 2010 a la producción nacional de 2,5 millones
de toneladas de escombros anuales, de las cuales 233.000 fueron producto de
construcciones propias del gobierno de Santiago de Cali. (10)
La producción de escombros es mayor cada año, se desconocen alternativas de
recuperación dentro del territorio departamental del Valle del Cauca, que aminoren
el impacto ambiental por el inadecuado manejo de los residuos por parte de la
industria de la construcción y las autoridades ambientales, tales como: el
Departamento Administrativo de Gestión del Medio ambiente (DAGMA), el
Departamento Administrativo de Planeación Municipal (DAPM),la Alcaldía de
Santiago de Cali y Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC).
(11) (12)
Teniendo en cuenta las diferentes problemáticas, tales como la socio-ambiental, gestión y estudio técnico e investigativo de aprovechamiento, se pretende solucionar el último inconveniente; ya que se adolece de un proceso de valoración que permita el uso de escombros como agregados gruesos y finos dentro de los procesos productivos del sector de la construcción.
4. MARCO TEÓRICO
4.1. Antecedentes Históricos
A nivel mundial se ha presentado un crecimiento acelerado de la presencia de
tugurios (asentamiento precario sin condiciones estructurales y materiales
inadecuados). Los tugurios son terrenos que por su ubicación dentro de la ciudad
son poco favorables para su construcción por la cercanía a basureros o desagües
En los últimos 20 años se estima que en promedio el 32,53 % de la población
urbana vive en condiciones infrahumanas (13).
Según lo relacionado las escombreras ilegales se encuentran ubicadas en los
sectores menos favorecidos generando una separación social y física entre
estratos sociales, así como de enormes desigualdades en materia de vivienda,
servicios urbanos, infraestructura y oportunidades de empleo. (14)
En la actualidad las ciudades de América Latina y el Caribe tienen una tasa de
urbanización del 80% superando a los países desarrollados (13) Por falta de
acceso a las zonas marginadas se ha generado déficit en la prestación de
servicios públicos, en especial la recepción de basuras o escombros, lo anterior
conlleva a un aumento de la proliferación de escombreras ilegales.
En Colombia el crecimiento urbano se inició desde el siglo pasado, en el último
censo realizado por el DANE (Departamento Administrativo Nacional de
Estadísticas), se determinó que el 75% de la población Colombiana se encuentra
ubicada en el área Urbana. (15) Cali es la tercera ciudad de mayor importancia en
Colombia, el crecimiento poblacional se relaciona con un alto índice de flujos
migratorios, los cuales generan un municipio con problemas de población, tales
como los cinturones de miseria; siendo este municipio el más poblado del
departamento del Valle del Cauca y del suroccidente Colombiano. (11)
Dentro del crecimiento histórico de la ciudad de Santiago de Cali se destacan tres
etapas de expansión poblacional, la primera etapa se presentó entre los años
1938-1973 cuando la ciudad paso de tener 128.634 habitantes a 991.534, la
segunda etapa se presentó a finales de la década de 1970 fecha para la cual la
ciudad contaba con 1.429.026 habitantes y la tercera etapa se presentó entre los
años entre 1985-2005 cuándo la población se incrementó a 2.075.380 habitantes.
Se estimó que la Ciudad de Santiago de Cali para el 2013 contaba con 2.319.684
habitantes. (11)
Las etapas de expansión poblacional expuestas anteriormente se encuentran
asociadas a las migraciones producto del conflicto armado y el desplazamiento
forzoso al cual la población Colombiana es sometida en la actualidad, el proceso
migratorio se realizó por habitantes de municipios vecinos a la Ciudad.
El Censo realizo en el año 2005 por el DANE (Departamento administrativo
nacional de estadística) demostró que el 37,1% de los habitantes del municipio de
Santiago de Cali nacieron en otro municipios, este porcentaje se incrementó en la
zona oriental de la ciudad al 39,5% y la zona de ladera al 40,5% . Lo cual señala
que el flujo migratorio se centró en zonas pobres y marginadas de la ciudad. (11)
Los procesos de crecimiento poblacional aumentan la demanda de vivienda en el
suelo urbano, en la ciudad de Cali en el año 2012 la oferta de vivienda era de
3.172 unidades (16) lo que se tradujo en procesos de construcción masiva de
vivienda en las áreas de expansión urbana con la generación de grandes
cantidades de escombros, los cuales generalmente se ubican en zonas pobres y
marginadas, configurando inequidades sociales y ambientales. Adicionalmente los
procesos de disposición final de los escombros no siempre se realiza en lugares
que cuenten con un adecuado manejo, por el contrario se configuran escombreras
ilegales que afectan la población caleña más vulnerable y genera un problema
ambiental caracterizado por el deterioro de los paisajes, perdida de las fuentes
hídricas de mayor importancia para la ciudad, proliferación de insectos y roedores.
El concreto recuperado es conocido en varias partes del mundo desde 1945-1958
donde se recopilan diferentes metodologías con el fin de optimizar el proceso de
recuperación (17). “El concreto es el segundo producto de mayor consumo en la
tierra, después del agua” (18).
Entre los años de (1945-1977) El profesor Nixon realizo un informe detallado sobre
las técnicas usadas para desarrollar concreto reciclado. El profesor Nixon en 1977
concluyo los primeros ensayos realizados, los agregados provienen de la
trituración de otro concreto, debido a esta característica el comportamiento del
concreto reciclado es bueno
4.2. Definiciones importantes.
a. Escombros
Son considerados residuos provenientes de la construcción y demolición 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). Se trata de residuos, básicamente inertes, constituidos por: tierras y áridos mezclados, piedras, restos de hormigón, restos de pavimentos asfálticos, materiales refractarios, ladrillos, cristal, plásticos, yesos, maderas 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 o reparación de edificaciones antiguas. (20)
b. Agregado Natural: Los agregados natural son materiales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, que constituyen entre el 70-80% en volumen del concreto, gran parte de las propiedades del concreto, en estado plástico y endurecido, dependen de las características y propiedades de los agregados. (21) Los áridos naturales están conformados por material mineral, tales como arena, grava y piedra triturada, materiales fundamentales para formar concreto. Los agregados naturales se extraen de montañas a través de una excavación abierta.
c. Agregado reciclado o valorizado: Es el resultado de la transformación de material inorgánico previamente utilizado en la construcción (22). Se encuentra constituido por material proveniente de demoliciones, edificaciones nuevas y/o remodelaciones. Los agregados recuperados se obtiene a partir de procesos industriales tales como: Arcilla expandidas, escorias de alto horno, Clinker, limaduras de hierro y otros, teniendo como característica agregados ligeros o pesados que los ordinarios. (21)
d. Concreto tradicional o convencional: Es un material compuesto particulado, que se encuentra constituido por material granulado (Grava y Arena) que se compactan por un aglutinante (Cemento). Las propiedades mecánicas y físicas del concreto se determinan por la relación agua-cemento, por la cantidad de cemento, estado de los materiales (Grava y Arena) y condición. Estableciendo que el comportamiento de un sistema heterogéneo en este caso el concreto dependen de las características físicas y quimas de sus constituyentes y de la interacción entre ellos. (21)
e. Concreto reciclado: Está constituido por material desechado de las construcciones, son usados como agregados o combinación de agregados reciclados, el concreto reciclado puede estar constituido por agregados gruesos y finos. (17)
4.3. Diferencia del concreto tradicional y alternativo.
- El agregado reciclado tiene un porcentaje de absorción de agua más alto
que el agregado tradicional, esto se debe a la absorción de la pasta de
cemento adherida al agregado reciclado. (19)
- Existe una observación general que la fuerza es 20% menor comparada
con el concreto tradicional, pero no hay correlación con la relación agua-
cemento del concreto. (19)
- Se observa que la fuerza del concreto reciclado disminuye comparado con
el original, debido a la adherencia entre el agregado recuperado y la pasta
nueva. (19)
- El uso de agregados recuperados no afecta la resistencia a la compresión
del material, afecta la manejabilidad y compactación. (19)
- La manejabilidad difiere si el agregado recuperado es triturado o se utiliza
como agregado grueso. (19)
El profesor Nixon 1977 que las propiedades de resistencia a la compresión
del concreto reciclado es menor al concreto tradicional.
4.3.1 Normas Europeas sobre la clasificación de los agregados reciclado
Según las normas Europeas establecidas por el Comité Europeo de Normalización
(CEN), debido a la heterogeneidad de los agregados reciclados se puede clasificar
de la siguiente manera:
- Composición: Los agregados son clasificados por su origen pétreo y debe
contener material reciclable (material cerámico, concreto y asfalto).
- Granulometría: Los agregados se pueden clasificar por los tamaños
máximos y mínimos, representando el tamaño y gradación del agregado
reciclado.
- Limpieza: El material reciclado debe estar libre de material no pétreo que
dificulte su uso como agregado.
- Uso y calidad: Según su aplicabilidad y las propiedades mecánicas, según
la idoneidad del uso.
Los procesos de recuperación de escombros son desconocidos en casi todo el
mundo, en la actualidad cada país desarrolla diferente métodos de recuperación
dependiendo de sus condiciones, necesidades y territoriales. (19)
4.3.2. Clasificación de los agregados reciclados según el país de
origen
Alemania: Según la normativa Alemana “Directrices para la utilización
compatible con el Medio Ambiente de los subproductos y materiales de
construcción reciclados en la construcción de carreteras y caminos”
(RuA-Stb), clasifica los agregados reciclados según su calidad, basando el
funcionamiento del agregado y aplicabilidad que tendrá. (19)
Suiza: Norma Suiza 670062 Recycling-All-gemeines, Unión de los
profesionales Suizos de carretera) clasifica según su composición
identificando cuales son los criterios que el material debe satisfacer. (19)
Holanda: Según la norma Holandesa BRL 2506 (Directica nacional de
evaluación para la certificación de producto KOMO de áridos reciclados
procedentes de RCD) clasifica los agregados según la composición,
limpieza y granulometría, es una clasificación rigurosa para evitar la
presencia de material inorgánico. (19)
Austria: La Asociación Austriaca de protección de la calidad de los
materiales reciclados de construcción, clasifica según composición, calidad
y uso, debido a criterios técnicos y ambientales que se deben cumplir. (19)
Portugal: Las normas Portuguesas desarrolladas por el (laboratorio nacional
de Engenharia Civil) clasifican los áridos según el uso, comprensión y
calidad, según las aplicaciones requeridas y las propiedades técnicas. (19)
4.3.3. Clasificación de los agregados reciclados
Categoría Áridos Reciclados de Hormigón ARH: El contenido de hormigón y piedra
natural (sin mortero adherido) es del 90% o más en peso. Se suma el contenido de
hormigón al de piedra natural, por considerar que tienen un comportamiento
asimilable.
Categoría Áridos Reciclados Mixtos de Hormigón ARMh: El contenido de hormigón
y piedra es menor al 90% y el de material cerámico no alcanza el 30%.
Categoría Áridos Reciclados Mixtos Cerámicos ARMc: El contenido de material
cerámico supera el 30%.
Categoría Áridos Reciclados Cerámicos ARC: el contenido de material cerámico
supera el 70%. (19)
4.4. Proceso de separación:
El agregado recuperado es un material heterogéneo tanto en tamaño
granulométrico como en naturaleza, el proceso de separación se puede clasificar
en función de la composición del escombro, granulometría y procedencia, los
agregados recuperados varia en excesivos tamaños de 5 pulgadas o tamaños
pequeños de 150 µm (23), este proceso se antepone al procesos de trituración y
análisis granulométrico. (19)
Los agregados recuperados se separan en granulometrías finas que no requieren
el proceso de trituración y clasificación granulométrica. (19)
El agregado fino producido del proceso de trituración se clasifica como material de
baja calidad, debido a que está constituido por tierra y arena. (19)
4.5. Proceso de trituración:
El excesivo tamaño de los escombros requiere del proceso de trituración para
obtener agregados manejables y de diferentes tamaños granulométricos. Se
evidencian dos tipos de molinos y los beneficios que le aportan al residuo. Los
molinos de impacto: Molino de alta capacidad para separar el agregado del
mortero, debido a la fractura angular que produce el molino, angulares y superficie
rugosa aumentando la adherencia. Se producen agregados de buena calidad y
forma.
Trituradoras de mandíbula: Produce agregados recuperados con formas angular y
bajo contenido de finos, este proceso es eficiente para obtener agregados
recuperados con menor absorción de agua.
4.6. Propiedades de los agregados
4.6.1. Granulometría
El análisis granulométrico consiste en la distribución por tamaños de diferentes
minerales, la clasificación en agregados gruesos y finos, la importancia de este
ensayo se debe a la determinación de la gradación del agregado, debido a la
heterogeneidad de tamaños, el agregado reciclado se compara con el agregado
tradicional basado en la norma NTC-77 donde se utilizaron los siguientes tamices
para tamizar los agregados gruesos (50,8 mm, 38,1 mm, 25,4 mm, 19,0 mm,
12,7 mm, 9,51mm) y finos (4,76 mm, 2,38 mm, 1,19 mm, 0,595 mm, 0,297 mm,
0,149 mm ) (24)
La gradación del agregado recuperado depende del tipo de trituración a la cual es
sometida por el árido reciclado, en Grafica 1: Curvas granulométricas
máximas, medianas y mínimas, se ilustra la gradación de los agregados
recuperados y tradicionales, el comportamiento granulométrico es variado las
curvas granulométricas entre agregados tradiciones presentan diferencias siendo
materiales extraídos de la misma manera comparados con los agregados
recuperados, esta característica dificulta la gradación de los agregados alterando
las propiedades del concreto. (19)
Grafica 1: Curvas granulométricas máximas, medianas y mínimas
Debido a su comportamiento el agregado reciclado se utiliza como agregado para
la producción de concreto debido a que cumple los rangos establecidos en la
norma ASTM-33. (24).
4.6.2. Método grafico Fuller y Thompson.
El método grafico de Fuller y Thompson es un proceso que permitió establecer las
proporciones óptimas entre los agregados gruesos y finos, obteniendo relaciones
arena-grava para obtener la máxima densidad del concreto. El método de Fuller y
Thompson estableció que la combinación entre la arena-grava debe presentar los
mínimos espacios posibles, y que el comportamiento granulométrico se asemeje a
la curva ideal de Fuller y Thompson. (21)
El comportamiento ideal de Fuller y Thompson teóricamente estableció la mejor
gradación de la curva con la máxima densidad y por lo tanto mayor resistencia.
(21)
El aumento de la resistencia del concreto se debe a las siguientes características:
Una gradación de forma continua permite que la máxima compacidad del concreto
en estado fresco y por lo tanto la máxima densidad en estado endurecido con la
consecuente máxima resistencia. (21)
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80
% q
ue
pas
a
Tamiz (mm)
Estandar
Estandar
Minima
Maxima
Mediana
La forma y textura de los agregados influye sobre la propiedades del concreto, la
textura rugosa mejora la adherencia entre el agregado y la pasta de cemento.
Es importante recordar que las proporciones entre la arena-grava se den por este
método, debido a que sus granulometrías, en porcentaje que pasa, se basan en
pesos retenidos. (21)
4.6.3. Densidad y absorción.
Las propiedades físicas de los agregados recuperados son variables importantes que influyen en la calidad del material, los áridos recuperados se caracterizan por tener una absorción elevada más alta que los áridos tradicionales, esta cualidad se debe a la pasta de cemento adherida a los agregados. (19) El incremento de la absorción de agua por parte de los agregados es un dato fundamental para establecer la adecuada relación agua cemento. (19) La capacidad de absorción por parte de los agregados reciclados es mayor lo cual dificulta la manejabilidad de la mezcla para evitar este contratiempo se calcula la absorción del agregado recuperado y se realiza una corrección por humedad para la mezcla, diferentes estudios han encontrado una relación inversa entre la densidad y la absorción de agua. (25) La relación de proporcionalidad entre la densidad y la absorción de agua de los
agregados recuperados se ilustra a continuación en la Grafica 2: Relación de la
densidad y absorción de los agregados recuperados, donde se demuestra que
a mayor densidad de los agregados la absorción disminuye, esta característica
permite conocer el comportamiento del agregado recuperado y establecer la
adecuada relación agua-cemento óptimo para no alterar la manejabilidad del
concreto.
Grafica 2: Relación de la densidad y absorción de los agregados recuperados
La densidad relativa de los agregados reciclados es menor comparada con los
agregados tradicionales, lo cual se debe al contenido de pasta de cemento en el
material reciclado disminuyendo la densidad global. (26)
La densidad y absorción de los agregados recuperados se afecta debido a las
siguientes características:
Proceso de trituración: La densidad se altera si el contenido de hormigón se encuentra en mayor cantidad adherido al agregado, el número de vez que el agregado se triture liberara el agregado de la pasta, lo cual influye en la disminución o aumento del peso específico del agregado, se establecería una proporcionalidad entre el proceso de trituración y la densidad. (27) Tamaño: El tamaño del agregado recuperado se modifica durante todo el proceso mecánico al que se somete el árido recuperado, generando la disminución de la pasta adherida y por consiguiente el aumento de la densidad. Teniendo en cuenta que la densidad del agregado recuperado será menor que el agregado tradicional. (27) Las propiedades físicas del agregado recuperado comparado con la del agregado
tradicional se ilustran en la Tabla 1: Densidad de los agregados donde la
densidad del árido reciclado es 35% menor comparada con la del agregado
natural.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
De
nsi
dad
en
kg/
m
% Absorcion de agua
Agregados Densidad
Natural 2,71
Reciclado 2,36
Arena 2,31
Tabla 1: Densidad de los agregados
Para establecer la adecuada gradación de la grava y arena se utilizó el método
Fuller y Thompson en el año de 1907, donde la compactación es óptima liberando
de espacio vacíos a los agregados, donde las curvas granulométricas se acerque
a la curva ideal de Fuller y Thompson, donde las curvas dependen de cada
tamaño máximo de los agregados. (21)
Teóricamente se estableció que la compactación de los agregados y las curvas
granulométricas ideales permitieron obtener concreto de alta resistencia, pero se
observó que el comportamiento granulométrico de los agregados no cumple con
las especificaciones granulométricas ideales. (21)
El interés fundamental del análisis granulométrico es permitir que la
manejabilidad de la mezcla sea óptima, la cantidad de cemento, agregados y
agua sea adecuada. (21)
4.6.4. Resistencia a la compresión: Los agregados recuperados se
caracterizaron por requerir mayor cantidad de agua que el agregado tradicional,
factor que afecta la relación agua-cemento característica fundamental que
determino la resistencia del concreto. (21)
En la investigación desarrollada bajo el nombre de "Influencia de los áridos
reciclados mixtos en la dirección física mecánica propiedades del hormigón
reciclado” realizada por Cesar Medina, dicha investigación evaluó el contenido de
cemento y la influencia sobre las propiedades físicas y mecánicas, dentro de la
investigación se utilizó el 25-50% de agregados reciclados sin presentar efectos
adversos sobre la manejabilidad del concreto fresco, propiedades mecánicas y
físicas. El comportamiento mecánico de la investigación presento resistencias de
30 MPa, dicha conducta se disminuyó cuando se realizó el reemplazo total y
parcial de agregados recuperados generando una disminución del 15-20%
comparada con el concreto patrón. (28)
En la siguiente investigación desarrollada por Catalina Arboleda González de
nombre “Cambios en la permeabilidad y la resistencia del concreto fabricado
utilizando agregados reciclados y el sistema de mezclado en dos etapas”, en el
trabajo el comportamiento mecánico de las mezclas convencionales (agregado
tradicional) y la mezcla de concreto alternativa (agregado recuperado) alcanzaron
resistencias superiores a los 35 MPa a los 28 días. (24)
5. METODOLOGÍA
La investigación tuvo como propósito evaluar el comportamiento mecánico y físico
de los concretos hidráulicos con agregados reciclados recopilados de una
escombrera de la ciudad de Santiago de Cali. Para realizar la investigación se
desarrollaron las siguientes actividades:
5.1. Muestreo aleatorio simple (MAS)
Los escombros debido a su origen presentan una elevada heterogeneidad; los
cuales genera dificultades dentro del proceso de aprovechamiento, por lo cual se
desarrolló un muestreo aleatorio simple que permitió establecer la variabilidad de
los agregados reciclados de una escombrera de la ciudad de Santiago de Cali
(29). Para tal fin se realizó un proceso de muestreo aleatorio simple, el cual se
divide en muestreo preliminar y simple:
Muestreo preliminar
El muestreo preliminar fue indispensable para determinar el tamaño de muestra y
variabilidad de los escombros; el primer parámetro sirvió para realizar el muestreo
aleatorio simple y el segundo para observar la heterogeneidad de la población con
una propiedad medible.
En el muestreo preliminar se realizaron 5 extracciones durante una semana en
diferentes horarios, primero se realizó un apilamiento de escombros en forma de
montañas tal como se observa en la Figura 2. Segundo se efectúa la extracción de
los escombros por medio de cuartiles; esta separación permite que las muestras
extraídas puedan ser aleatorizadas y homogenizadas, permitiendo captar la
variabilidad de los escombros presentes en cada extracción. Luego se realizaron
las visitas a la escombrera en la semana, inicialmente para la prueba preliminar,
reconocer la escombrera e identificar la forma de disposición de los escombros.
Posterior al reconocimiento se realizaron las visitas para extraer las muestras
durante 5 días. (26)
La escombrera se encuentran ubicado en el corregimiento El Carmelo jurisdicción
del municipio de Candelaria-Valle del Cauca, lugar de recepción y disposición final
de los escombros, para garantizar la precisión del proceso del muestreo se
extrajeron las muestra en forma de cuartiles como se muestra en la
Figura 2: Proceso de extracción por cuartiles, para mayor exactitud se contó
con la ayuda de un retroexcavador, por lo tanto se consideró que la población
objeto de estudio se encontró homogenizada.
Figura 1: Escombrera ubicada en el municipio de Candelaria
Figura 2: Proceso de extracción por cuartiles
El muestreo preliminar garantizó que los escombros obtuvieran un proceso de
cuarteo homogéneo. Luego las muestras extraídas y homogenizadas, se les
efectuó el ensayo de densidad basada en la norma NTC-176, además las
muestras fueron lavadas y secadas al horno durante 24 horas a 100ºC,
posteriormente el agregado seco fue pesado y sumergido en agua durante 24
horas. Finalmente se realizaron los cálculos matemáticos para determinar la
densidad y el porcentaje de absorción de los agregados con la Ecuación 1:
Densidad aparente y Ecuación 2: % Absorción de agregados.
Ecuación 1: Densidad aparente
Ps: Peso seco de la masa Vm: Volumen ocupado por la masa
Ecuación 2: % Absorción de agregados.
Pss: Peso de la muestra saturada y superficialmente seca. Ps: Peso seco de la muestra El muestreo preliminar se estableció calculando la variabilidad de la densidad de
los agregados recuperados, lo cual permitió obtener la varianza estimada para
definir el tamaño de la muestra, se utilizó un nivel de confianza 95% y un error de
muestreo 0,5; por otra parte se utilizó para el caculo del tamaño de la muestra la
Ecuación 3: Numero de muestras. (29)
Para obtener el tamaño de la muestra, se utilizó una confiabilidad del 95%, con un
error de muestreo de 0.5 (diferencia dispuesta a tolerar entre la muestra y la
población, es decir la diferencia entre el verdadero valor y el estimado) y valor de
la varianza de la variable densidad kg/m3 de mayor importancia en el estudio fue
de 0.59 de la variable densidad aparente. Por lo tanto, con una confiabilidad del
95% y un error de muestreo de 0,5; el tamaño de la muestra fue de 8 extracciones.
Ecuación 3: Numero de muestras.
Muestreo aleatorio simple:
Con el muestreo preliminar se realizó 5 extracciones y para realizar el aleatorio
simple faltaron 3 extracciones, las cuales se realizaron de la misma forma que las
extracciones pasadas; donde se completó las extracciones durante 8 días
diferentes para identificar la variabilidad del agregado reciclado.
5.1.1 Separación
Al realizar el muestreo, se identificó presencia de material orgánico, metálico y
polimérico, debido a la heterogeneidad de los escombros. Primero se realizó una
separación manual para evitar la presencia de material indeseado en el proceso
de recuperación y caracterización del residuo. Además en el proceso de
separación se desarrolló un pronóstico que permitió predecir la cantidad de
material presente en cada extracción.
5.1.2. Trituración.
Los escombros son residuos con tamaños excesivamente grande o pequeña,
debido al comportamiento heterogéneo del agregado recuperado, por lo tanto la
gradación es deficiente y fue necesario realizar el proceso de trituración que
permite tener diferentes tamaños. (19)
El reproceso de trituración permitió mejorar la curva granulométrica del agregado
recuperado, por medio del usó de la trituradora de mandíbula, tal como se observa
en la Figura 3: Trituradora de mandíbula, Universidad del Valle.(27) Los
agregados con tamaños superiores a las 5 pulgadas fueron triturados, obteniendo
tamaños de fácil manejabilidad, lo que permitió tamizar y clasificar el agregado
recuperado.
Figura 3: Trituradora de mandíbula, Universidad del Valle.
5.1.3. Clasificación
El agregado recuperado se clasificó en agregado grueso y fino, según el ensayo
de granulometría basados en la norma NTC-77, el cual permitió conocer el
comportamiento del agregado recuperado y correlacionar el comportamiento con
el agregado tradicional. (19)
5.2. Caracterización
El proceso de caracterización permitió establecer la potencialidad de los
agregados reciclados para poder ser utilizados dentro de la producción de
concreto. En el proceso de caracterización se realizaran los ensayos de
granulometría y densidad.
5.2.1. Granulometría norma NTC 77
El material recuperado y comercial es tamizado para establecer su distribución
granulométrica; esta característica permitió teóricamente predecir las posibles
combinaciones para el funcionamiento de los agregados en el concreto. (30)
5.2.2. Densidad
La densidad es una propiedad intrínseca del material, la cual relaciona la masa y
el volumen del agregado recuperado; incluyendo porosidades e impurezas
adheridas al material, esta característica fue relevante, ya que permitió calcular el
tamaño de la muestra. (31)
5.3. Método grafico Fuller y Thompson.
Los escombros después de ser triturados y caracterizados, se les realizó un
análisis granulométrico que determinó las proporciones de arena-grava óptimos
para obtener un diseño de mezcla de concreto adecuado, el anterior proceso se
realizó con los agregados recuperados y tradicionales. (20)
5.3.1. Diseño de mezclas:
El método más utilizado para realizar este tipo de diseños es “Practica
Recomendables Para Dosificar Concreto Normal Y Concreto Pesado A.C.I-
211”. Es un proceso que determina la cantidad necesaria de sus constituyentes,
tales como: cemento, agregados, aguas y aditivos para determinar las
propiedades adecuadas en estado fresco y endurecido.
Para realizar el diseño del concreto se realizan los siguientes procedimientos:
- Selección de asentamiento
- Selección del tamaño máximo del agregado
- Estimación del contenido de aire
- Estimación del contenido de agua de mezclado
- Determinación de la resistencia de diseño
- Selección de la relación agua/cemento
- Calculo del contenido de cemento
- Estimación de las proporciones de agregados
- Ajuste por humedad de los agregados
- Ajuste a las mezclas de prueba. (21)
A continuación se estableció la tabla de diseño que ilustra la consistencia,
cantidades de cemento, agua y agregadas necesarias para realizar el
concreto.
Diseño de Mezclas Unidades
Consistencia Media
Asentamiento 75 mm
Aplicación Pavimentos
Tamaño máximo nominal 19 mm
Contenido de Aire 2.0
Contenido agua de mezclado 203 kg/m³
Resistencia del diseño 280 kg/m²
Relación agua cemento (0,48-0,45)
Cantidad de cemento 451,11
422,92
Volumen absoluto de los agregados 1000,00 l/m³
Peso aparente de los agregados en la mezcla 2,48 g/cm³
Peso seco de los agregados 2481,52
Peso de los agregados gruesos 1488,91 kg/m³
Peso de los agregados finos 992,61 kg/m³
Volumen absoluto de los agregados Grueso 0,61
Volumen absoluto de los agregados Finos 0,40
Tabla 2: Diseño de mezclas
5.3.2. Planteamiento del diseño de mezcla.
Se realizó un diseño para obtener un concreto convencional de 3.000 psi de
resistencia y constituido por agregados tradicionales, y por el método de Fuller y
Thompson se determinó la relación optima entre agregado reciclados y
tradicionales.
5.3.3. Matriz experimental
Se establecieron 6 mezclas, incluida la muestra patrón, cada mezcla presentó
proporciones diferentes que determinaron la influencia de los agregados
recuperados sobre las propiedades físicas y mecánicas del concreto. En la Tabla
3: Mezclas de concreto. Se ilustraron las mezclas que se realizaron y los
porcentajes presentes de agregados tradicionales-recuperados en el concreto.
Tabla 3: Mezclas de concreto.
Para cada mezcla se realizaron 3 observaciones para cada edad de curado y para
evaluar propiedades físicas y mecánicas en las edades estipuladas como se
demuestra en la Tabla 4: Número de mezclas y días de ensayo.
Tabla 4: Número de mezclas y días de ensayo.
No. Mezclas
Patron
1
2
3
4
5 80% AT - 20% AR
Mezclas
100% AT
15% AT- 85% AR
30% AT- 70% AR
45% AT - 55% AR
60% AT - 40% AR
No. Mezclas 7 dias 14 dias 28 dias Total
Patron 3 3 3 9
1 3 3 3 9
2 3 3 3 9
3 3 3 3 9
4 3 3 3 9
5 3 3 3 9
Los materiales que fueron utilizados como agregados tradicionales y reciclados se
caracterizaron bajo las Norma Técnica Colombiana NTC-174 y NTC-77, la cual
permitió establecer los requisitos de gradación para ser utilizados como
agregados, además de la gradación y la calidad de los agregados.
5.3.4. Agregado fino
El agregado fino está constituido de arena natural, arena triturada o una mezcla de
ambas. La norma NTC-174 permitió desarrollar una correcta gradación (23). Tales
especificaciones se ilustran en la Tabla 5:
Tabla 5: Análisis granulométrico para agregados finos (NTC 174)
5.3.5. Agregado Grueso:
El agregado grueso debe estar compuesto de grava, grava triturada, roca triturada
o concreto triturado fabricado con cemento hidráulico o una combinación de ellos,
para establecer la gradación el agregado grueso debe cumplir requisitos para el
tamaño máximo y nominal. NTC-174.ESPECIFICACIONES DE LOS
AGREGADOS PARA CONCRETO. (23)
6. Análisis de resultados:
Para establecer el adecuado comportamiento de concreto recuperado se
realizaran 54 probetas y se evaluaran a diferentes edades 7, 14 y 28 días de
fraguado, a continuación se ilustran en la Figura 4: Cilindros de concreto
alternativo. fotos del ensayo de resistencia a la compresión.
Tamiz NTC 32 (ASTM E11) Porcentaje que pasa
9,5 mm 100
4,75 mm 100 a 90
2,36 mm 80 a 100
1,18 mm 50 a 85
600 25 a 60
300 10 a 30
150 2 a 10
Figura 4: Cilindros de concreto alternativo.
6.1. Separación:
En la Tabla 6: Pronostico de los materiales encontrados en la escombrera. Se
encuentra constituida por los materiales encontrados en los escombros, el peso
promedio de materiales encontraron durante las 8 extracciones realizadas y el
porcentaje, los datos han sido ordenados de menor a mayor para agilizar la lectura
de los datos.
Tabla 6: Pronostico de los materiales encontrados en la escombrera.
El proceso de separación permitió establecer la clasificación en función del
tamaño, naturaleza y origen del agregado recuperado, tal condición permitió el
aumento de la calidad del agregado, ya que el material es limpiado de materiales
Separación
Material Peso promedio (gr) Porcentaje (%)
Productos de cemento 2441,17 61,9
Ladrillo 861,40 22
Bloques de cemento 406,80 10,3
Piedra 70,80 1,8
Baldosa 64,30 1,6
Caliza 39,35 1,0
Material metálico 24,29 0,6
Material orgánico 21,42 0,5
Vidrio 11,56 0,3
Total 3941,09 100
indeseados, los cuales pueden alterar las propiedades físicas y mecánicas del
concreto.
Se identificó que el 87,3 % de la cantidad de los escombros se encuentra
constituido por residuos con posibilidad de reutilización como agregado grueso,
debido a que se encuentran constituidos por ladrillo, cemento y piedra.
Tan solo el 12,7% de los escombros se encuentra compuesto por material
indeseado para el proceso de valoración de escombros; el cual está constituido
por materia orgánica, caliza, material metálico, bloques de cemento y vidrio.
Como se observa en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. el aterial de mayor presencia dentro de los escombros , el cual constituye el 61,9%, seguido por el ladrillo con un 22%, bloques de cemento 10,3%, piedra 1,8% y baldosa 1,6%, dichos residuos son usados como agregados tradicionales, la “Guía española de áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición” determina los requisitos que los agregados recuperados deben cumplir y las aplicaciones recomendadas, las condiciones de su aplicabilidad y los controles de calidad que se deben establecer. (19) El proceso de separación permitió clasificar los agregados según su naturaleza y proporcionar información sobre la constitución de los escombros. Según la “Guía española de áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición” los escombros de la Ciudad de Santiago de Cali se pueden clasificar dentro de la Categoría Áridos Reciclados Cerámicos ARC donde el contenido de material cerámico supera el 70%. (19). Esta clasificación se debe a que los escombros se encuentran constituidos por Cerámicos en un 87,3%. En la Figura 5: Composición de los escombros. Se observa 5 imágenes, que demostraron la heterogeneidad de los escombros.
Figura 5: Composición de los escombros.
6.2. Caracterización
6.2.1. Discusión del tamaño Granulométrico según la norma NTC 77
En la Grafica 3: Análisis granulométrico de agregados reciclados y
tradicionales., se compone de dos variables, la dependiente en el eje Y, la cual
se encuentra el porcentaje acumulado que pasa de los agregados y la variable
independiente en el eje X, el Tamaño de los agregados (mm).
Grafica 3: Análisis granulométrico de agregados reciclados y tradicionales.
El tamaño granulométrico de los agregados recuperados se presentó en tamaños
máximos superiores a las 5 pulgadas o mínimas de 150 µm, tal comportamiento
impidió predecir tamaños exactos, aunque se estableció variabilidad de tamaños,
lo cual es un factor beneficioso para la producción de concreto.
Se presentó una falta de agregado fino entre los tamaños 9,52 y #4 generando
una depresión en la curva granulométrica, asimismo se mostró falta de agregado
grueso entre los tamaños 1,18 y 0,6 mm, lo cual se evidencio en la Grafica 3:
Análisis granulométrico de agregados reciclados y tradicionales. Además se
presentó ausencia de agregados finos de tamaño 0,3 mm aumentando la
depresión de la granulometría de la mezcla, se ilustra en la ¡Error! No se
ncuentra el origen de la referencia.
0,15; 0 0,15; 0 0,15; 8,8 0,15; 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1110100
o %
Aco
mu
lad
o q
ue
pas
a
Tamaño de los agregados (mm)
Granulometria
Grava
Arena
Ideal
Mezcla
6.2.2. Método grafico Fuller y Thompson.
Se analizó el comportamiento granulométrico de los agregados tradicionales, se
construyó la gradación óptima según el tamaño nominal del agregado por el
método grafico de Fuller y Thomson, obteniendo una relación porcentual de 63%
de Grava y 37% de Arena; el comportamiento se asimilo a la granulometría ideal
según el método.
Diseño de Mezclas Porcentajes de agregados Mezcla
Diámetros (mm)
Grava Arena Ideal
Grava Arena
% pasa % pasa 63 37 100
19 100 100 100 60 40 100
12,7 74,19 96,57 81,6 44,514 38,628 83,142
9,52 37,52 92,74 70,7 22,512 37,096 59,608
4,75 3,89 88,43 50 2,334 35,372 37,706
2,36 0,66 85,77 35 0,396 34,308 34,704
1,18 0,44 80,67 25 0,264 32,268 32,532
0,6 0,31 65,56 17,7 0,186 26,224 26,41
0,3 0,2 21,25 12,5 0,12 8,5 8,62
0,15 0 0 8,8 0 0 0
Tabla 7: Proporciones de agregados tradicionales.
En la Grafica 4: Proporciones de agregado reciclado y tradicional. En el eje Y
se ubica las Aberturas del tamiz en (mm) y en el eje X las mezclas ideales
consideradas por el método gráfico y teórico de Fuller y Thompson.
Grafica 4: Proporciones de agregado reciclado y tradicional.
Para información más detallada sobre el método gráfico y las proporciones usadas
dirigirse a Anexos 1.
6.2.3 Propiedad física: Densidad y absorción de agua del concreto.
En la Tabla 8: Propiedades físicas del concreto tradicional y recuperado se
encontraron los pesos saturados y secos del concreto a 28 días de curado, los
porcentajes de absorción y densidad del concreto.
Mezcla Peso Saturado gr Peso Seco gr % Absorción
de agua Densidad
kg/m3
1 3506,7 2483,3 10,2 1,58
2 3753,3 3036,7 7,2 1,93
3 3653,3 3356,7 3,0 2,14
4 3930,0 3743,3 1,9 2,38
5 3913,3 3790,0 1,2 2,41
6 4010,0 3830,0 1,8 2,44
Tabla 8: Propiedades físicas del concreto tradicional y recuperado.
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20
Ab
ertu
ra d
el t
amiz
(m
m)
Mezcla
Dosificacion
Ideal
Mezcla 85-15
Mezcla 70-30
Mezcla 55-45
Mezcla 80-20
Los agregados recuperados se encuentran en su mayoría constituidos por
materiales cerámicos, los cuales tienen como característica su alta porosidad, esta
propiedad influye en la cantidad de agregado utilizado, el comportamiento se
ilustra en la Tabla 8: Propiedades físicas del concreto tradicional y
recuperado.
La absorción y densidad son inversamente proporcionales, lo cual estableció que
al disminuir la cantidad de material tradicional aumenta la absorción de agua, esta
característica se debe a la alta porosidad del agregado recuperado. Este
comportamiento se ilustra en la Tabla 8: Propiedades físicas del concreto
tradicional y recuperado.
El uso de escombros altera las propiedades físicas del concreto recuperado, ya
que la disminución del porcentaje de agregado recuperado aumenta la densidad y
disminuye la absorción de agua, lo anterior se debe a la cantidad de pasta de
hormigón viejo adherida al concreto. (25)
La Mezcla 1 está constituida por 85% de agregado recuperado y el 15% de
agregado tradicional, la Mezcla 6 es la muestra patrón, donde tuvieron una
densidad de 1,58 g/cm3 y de 2,44 g/cm3, respectivamente; indicando que el
aumento de los escombros presentes en el concreto disminuyó la densidad y
aumentó la absorción.
6.2.4 Resistencia a la compresión
El ensayo a compresión se busco evaluar la influencia del agregado recuperado
en las propiedades mecánicas del concreto, por tal motivo se realizaron 5 mezclas
con diferentes proporciones de agregado tradicional y recuperado, 54 probetas en
total, las cuales fueron evaluadas a tres edades 7, 14 y 28 días de curado. El
concreto se diseño con el método ACI y una buena gradación con el método de
Fuller y Thompson, el cual determinó la proporción adecuada para obtener un
concreto de 21 MPa; 63% de agregado grueso y 37% de agregado fino. (1)
El método de Fuller y Thompson permitió establecer las cantidades de agregado
recuperado necesario para obtener propiedades mecánicas semejantes o iguales
al concreto tradicional; el comportamiento se muestra en la Grafica 5:
Resistencia a la compresión del concreto recuperado, utilizando 5
proporciones diferentes. Se evaluó bajo la Norma Colombiana NTC 673
Concretos. (32).
Las mezclas 2 y 3 tuvieron un comportamiento similar al concreto tradicional, ya
que las resistencias a la compresión del concreto a 28 días de curado tuvieron
resistencias de 22,8 MPa y 24,7 MPa respectivamente, los datos bibliográficos que
estipulan en la investigación desarrollada por Catalina Arboleda González de
nombre “Cambios en la permeabilidad y la resistencia del concreto fabricado
utilizando agregados reciclados y el sistema de mezclado en dos etapas”
determino que el uso de agregados recuperado no afecta a resistencia como se
demuestra que el estudio realizado. Dicha conducta se demuestra en la
investigación anteriormente nombrada donde la resistencia del concreto
recuperado alcanzo los 3000 psi (25 MPa)
La mezcla No4 y No5 presentaron resistencias promedio de 20,05 MPa,
manteniendo un comportamiento aceptable para ser utilizado como concreto, se
ilustra en la gráfica No4.
La mezcla No1 presenta resultados negativos debido a que la resistencia del
concreto estuvo por debajo del concreto tradicional, este comportamiento permitió
establecer que reemplazar el 80% del agregado tradicional por agregado
recuperado disminuye las propiedades mecánicas del concreto, esto se evidencia
en la Grafica 5. El comportamiento negativo de la mezcla No1 se relaciona con la
investigación que fue desarrollada por Catalina Arboleda González de nombre
“Cambios en la permeabilidad y la resistencia del concreto fabricado utilizando
agregados reciclados y el sistema de mezclado en dos etapas”donde se estipula
que la interface entre de pasta de cemento vieja adherida a los agregados
recuperados genera micro fisuras internas y las propiedades mecánicas del
concreto son disminuidas. (21)
Grafica 5: Resistencia a la compresión del concreto recuperado, utilizando 5 proporciones diferentes.
La calidad y el proceso de trituración del agregado recuperado son factores
determinantes en las propiedades mecánicas del concreto recuperado, tales
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
1 2 3 4 5 6
Resistencia 7 dias 6,4 16,5 20,0 10,1 8,2 7,69
Resistencia 14 dias 7,9 17,6 22,4 19,5 16,6 18,3
Resistencia 28 dias 8,3 22,8 24,7 19,9 20,2 20,0
Esfu
erz
o (
MP
a)
Resistencia a la compresion
características se evidencia en la investigación desarrollada por R.V Silva
“Propiedades y composición de áridos reciclados de residuos de construcción y
demolición adecuado para la producción de hormigón”, la cual establece que la
interface es la zona de transición de mayor influencia entre el agregado
recuperado, la pasta de hormigón viejo y la pasta nueva, en dicha zona se
producen micro grietas que obstaculizan el comportamiento del agregado; el
comportamiento se evidencia en el estudio realizado donde la Mezcla No1 está
constituida por agregado recuperado equivalente al 85% y tan solo el 15% a
agregado tradicional, presentó un comportamiento mecánico promedio de 7,53
MPa que insatisface las propiedades mecánicas del concreto tradicional.
7. Conclusiones
Se comprobó por medio de las pruebas de caracterización, según la normas
NTC-176; NTC-77; NTC-17 los subproductos tienen un comportamiento adecuado
como agregados para el concreto.
Se determinó que el tamaño de la muestra de la población en estudio fue de 8
extracciones de subproductos en la escombrera ubicada en el municipio de
candelaria, y así mismo se asumió un 95% de confiabilidad y un error de muestreo
de 0.5.
Se comprobó que el 83,9% los escombros estudiados se aprovecharon como
agregados, los cuales están constituidos en un promedio del 22% de ladrillo
cerámico, 61,9% productos de cemento y finalmente un 16,1% de diferentes
materiales.
Las mezclas de concreto Portland constituida con agregados recuperados
(escombros de la ciudad de Santiago de Cali), se consiguió adquirir características
similares a concretos con agregados comerciales, destacándose la mezcla No 3
con una resistencia a la compresión de 24,7 MPa, absorción de 3 % y densidad
de 2,14
.
Se estableció que al superar el 70% de agregados recuperado en el concreto
Portland afecta negativamente las propiedades mecánicas en un 45% y las físicas
en un 15%.
8. Recomendaciones
Para aumentar la calidad de la investigación se recomienda realizar pruebas de
durabilidad a los escombros para establecer con exactitud la composición de los
escombros.
El proceso de separación es poco eficiente por ser manual, se recomienda realizar
un sistema de separación y caracterización eficaz para disminuir el tiempo del
proceso.
9. Bibliografía
1. El proceso de urbanización en el mundo. El estado urbano. Tipos de urbanismo.
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36. “PRACTICA RECOMENDABLES PARA DOSIFICAR CONCRETO NORMAL Y
CONCRETO PESADO A.C.I-211”.
Anexo 1
Método grafico de Fuller y Thompson.
Mezcla 1:
Grava Arena Grava
recuperada Arena
recuperada Mezcla Ideal porcentaje
10 5 50 35 100
Agregado Natural
Agregado
Recuperado
10,0 5,0 50,0 35,0 100,0 100
15 85
7,4 5,0 47,3 35,0 94,7 81,6
3,8 5,0 28,7 35,0 72,5 70,7
0,4 5,0 1,7 35,0 42,1 50
0,1 5,0 0,1 31,2 36,3 35
0,0 5,0 0,0 25,8 30,9 25
0,0 4,8 0,0 18,1 23,0 17,7
0,0 2,4 0,0 6,6 9,0 12,5
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1110100
Ideal
Mezcla
Mezcla 2:
Grava Arena Grava
recuperado Arena
recuperado Mezcla Ideal porcentaje
20 10 40 30 100 Agregado
Natural
Agregado Recupera
do
20,0 10,0 40,0 30,0 100,0 100
30 70
14,8 10,0 37,8 30,0 92,7 81,6
7,5 10,0 23,0 30,0 70,5 70,7
0,8 10,0 1,4 30,0 42,1 50
0,1 10,0 0,1 26,7 36,9 35
0,1 9,9 0,0 22,1 32,2 25
0,1 9,6 0,0 15,5 25,2 17,7
0,0 4,7 0,0 5,6 10,4 12,5
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1110100
Ideal
Mezcla
Mezcla 3:
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1110100
Ideal
Mezcla
Grava arena Grava
recuperado Arena
recuperado Mezcla Ideal porcentaje
30 15 35 20 100 Agregado Natural
Agregado recuperado
30,0 15,0 35,0 20,0 100,0 100
45 55
22,3 15,0 33,1 20,0 90,4 81,6
11,3 15,0 20,1 20,0 66,4 70,7
1,2 15,0 1,2 20,0 37,4 50
0,2 15,0 0,0 17,8 33,0 35
0,1 14,9 0,0 14,8 29,8 25
0,1 14,4 0,0 10,3 24,9 17,7
0,1 7,1 0,0 3,8 10,9 12,5
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,8
Mezcla 4:
Grava arena Grava
recuperado Arena
recuperado Mezcla Ideal porcentaje
40 20 25 15 100 Agregado Natural
Agregado Recuperado
40,0 20,0 25,0 15,0 100,0 100
60 40
29,7 20,0 23,6 15,0 88,3 81,6
15,0 20,0 14,4 15,0 64,4 70,7
1,6 20,0 0,9 15,0 37,4 50
0,3 19,9 0,0 13,4 33,6 35
0,2 19,8 0,0 11,1 31,1 25
0,1 19,2 0,0 7,8 27,1 17,7
0,1 9,4 0,0 2,8 12,3 12,5
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1110100
Ideal
Mezcla
Mezcla 5:
Grava arena Grava
recuperado Arena
recuperado Mezcla Ideal porcentaje
40 20 25 15 100 Agregado Natural
Agregado Recuperado
40,0 20,0 25,0 15,0 100,0 100
60 40
29,7 20,0 23,6 15,0 88,3 81,6
15,0 20,0 14,4 15,0 64,4 70,7
1,6 20,0 0,9 15,0 37,4 50
0,3 19,9 0,0 13,4 33,6 35
0,2 19,8 0,0 11,1 31,1 25
0,1 19,2 0,0 7,8 27,1 17,7
0,1 9,4 0,0 2,8 12,3 12,5
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,1110100
Ideal
Mezcla
Anexos 2:
Análisis granulométrico:
Tamiz (mm) % Pasa grava % Pasa arena % Pasa
escombro
19 89,62 99,60 98,49
12,7 63,46 98,23 87,20
9,51 45,33 95,64 74,15
4,76 11,61 90,70 49,37
2,38 4,01 30,77 29,35
1,19 2,20 27,93 26,44
0,595 0,32 0,32 25,46
0,297 0,01 0,10 22,66
0,149 0 0 0
0,149; 0 0,149; 0 0,149; 0 0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0 5 10 15 20
% P
asa
Tamiz (mm)
Granulometria
% Pasa grava
% Pasa arena
% Pasa escombro
Anexos 3:
Hidrometría
El ensayo de Hidrometría identifica la distribución del tipo de suelo, el suelo es
grueso esto se representa en la línea vertical que se representa en la gráfica ya
que esta fracción del suele se asienta con mayor velocidad.
La fracción restante de suelo es fino, distribución y dispersión son diferentes se
representa entre los Diámetros (0,1-0,01).
Se identifica que no hay presencia de arcillas que se convertirían en defectos para
el concreto.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0010,010,11
% P
asa
Diámetro (mm)
Granulometria pasa 75 micras
Grafica 6: Ensayo de hidrometría
