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Materiales Utilizados como Materiales Utilizados como ÁridosÁridos
JoséJosé--Luis Parra y AlfaroLuis Parra y Alfaro
RECURSOS GEOLÓGICOS
RMI
INFLUENCIA EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE
USOS DE RMI
ÁRIDOSÁRIDOS
TIPOS
APLICACIONES
PROPIEDADES
Influencia de la Litología
CARACTERIZACIÓNEvaluación deYacimientosCUESTIONES
MEDIOAMBIENTALES
REACTIVIDAD(Problema)
ÁRIDOS RECICLADOS(Solución)
Gran impacto medioambientalen la explotación
División convencional de los División convencional de los recursos geológicosrecursos geológicos
Definición de RMIDefinición de RMI
t Materias primas que se emplean en la industria en forma de mineral
(talco, diamante) o de roca (granito, ocre)
t Las materias primas para obtención de elementos no metálicos
(pirita, apatito, fluorita)
t “Menas” de aspecto no metálico (berilo, magnesita, circón)
t Materiales de construcción (arcilla, arena, yeso, granito, caliza)
((KuzvartKuzvart, 1984), 1984)
Peculiaridades de las RMIPeculiaridades de las RMI
t Múltiples usos (necesidad de optimización)
t Falta de exploraciones sistemáticas
t Diversidad de valores unitarios (de arcillas a diamantes)
t En general, valores bajos a pie de cantera, por lo que el transporte
ha de ser corto (mercados locales)
t Baja incidencia del coste energético
Peculiaridades de las RMIPeculiaridades de las RMI
t Explotaciones poco racionales (en España, 3500 explotaciones con
una media de 7 trabajadores por explotación)
t Importancia de los aspectos legales, normativos y medioambientales
t Oscilaciones cíclicas de largo período en los precios de mercado,
generalmente ligadas a cambios tecnológicos
t Menores necesidades de inversión inicial
Usos generales de las RMIUsos generales de las RMI
t Áridos
t Piedra natural
t Cementos
t Otros aglomerantes
t Cerámica
t Vidrio
t Refractarios
t Abrasivos
t Lubricantes
t Aislantes
t Fertilizantes
t Correctores de suelos
t Cargas
t Fundentes
t Materias primas para nuevas
tecnologías
Rocas y minerales industrialesRocas y minerales industriales
t Materias primas minerales que se usan en la industria por sus
características físicas o químicas, no por su riqueza metalúrgica
t Son las materias primas minerales del siglo XXI
t En los países desarrollados, son las primeras materias primas
minerales en volumen y las segundas en valor económico
t Son muy interesantes para países en desarrollo
Desarrollo SostenibleDesarrollo Sostenible
t Se entiende por Desarrollo Sostenible aquel que permite abastecer
las necesidades del PRESENTE sin comprometer a las generaciones
FUTURAS
Existe una gran diferencia en lo que se entiende por desarrollo
sostenible en países desarrollados y en vías de desarrollo.
Crecimiento de la población y Crecimiento de la población y desarrollo económico desarrollo económico (ONU, 1992)(ONU, 1992)
0
2
4
6
8
10
12
1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050
Población países en desarrollo, miles de millones
Población países desarrollados, miles de millones
Crecimiento de la población y Crecimiento de la población y demanda de recursos demanda de recursos minerales minerales (FAO, 1996)(FAO, 1996)
25
5,617
37
15,5
66
53
26,5
153
1950 1970 1990Año
Población, cientos de millones
Tractores, millones
Fertilizantes, millones de toneladas métricas
Importancia de las rocas y Importancia de las rocas y minerales industriales en el minerales industriales en el desarrollodesarrollo
t Volúmenes muy grandes, bajo precio unitario, alto valor añadido
t Transportes cortos, consumo local
t Baja incidencia en el PIB, alto valor estratégico
t Menores exigencias de capital y tecnificación
t Menor impacto ambiental que la minería metálica o energética
t En ocasiones, necesidad de explotaciones a nivel regional
Producción minera de Producción minera de españa españa ((en tonelaje)en tonelaje)
Producción minera de España Producción minera de España ((en valoren valor ))
Concepto de áridoConcepto de árido
t Materiales minerales, sólidos inertes, que, con las granulometrías
adecuadas, se usan para fabricación de productos artificiales
resistentes, mediante adición con aglomerantes hidráulicos o
ligantes bituminosos
t Por extensión, materiales granulares sueltos de aplicación en
carreteras, taludes, vías férreas o escolleras
t Tamaño de grano: desde 60 micras a varios metros
Tipos de áridosTipos de áridos
1.- Áridos naturales y artificiales
2.- Áridos naturales (en España) y de trituración o machaqueo
ÁRIDOS NATURALES (en general)
Los que se usan tras haber sufrido únicamente una conminución mecánica para adaptarse a las exigencias de su utilización en obra
ÁRIDOS NATURALES (en España)
Los que se usan tras haber sufrido exclusivamente una clasificación por granulometrías (es decir, los procedentes de graveras y areneras)
Áridos artificialesÁridos artificiales
t Subproductos de procesos industriales o urbanos que reúnen
las condiciones para su utilización como áridos:
• Estériles de explotaciones mineras
• Cenizas volantes de centrales térmicas
• Residuos de incineración de residuos urbanos
• Materiales de demolición
• Escorias de procesos siderúrgicos o metalúrgicos
Impacto de los áridos en el Impacto de los áridos en el desarrollo sostenibledesarrollo sostenible
t Necesidad de su extracción
t Grandes volúmenes extraídos (> 10 t/h)
t Escasez de suelo
t Problemas de restauración
t Afectación al nivel freático
SolucionesSoluciones
t Explotaciones planificadas hasta la restauración • Equipos multidisciplinares• Banqueo descendente
t Coordinación con el ordenamiento territorialt Creatividad técnica y empresarialt Un ejemplo: La gravera y planta de “EL PORCAL”
(ARIPRESA – Grupo PORTLAND VALDERRIVAS)
El ejemplo de la CAMEl ejemplo de la CAM
t Aumento de los áridos de machaqueo (>70%)
t Disminución de los áridos granulares
t Tendencia al crecimiento de los áridos artificiales (o secundarios)
t Dificultad en la apertura de nuevas explotaciones y limitaciones a las
existentes
Propiedades de los áridosPropiedades de los áridos
t Las propiedades de los productos finales elaborados con áridos
dependen de las proporciones de la mezcla, del aglomerante
utilizado y de la naturaleza y propiedades del árido
t Los ensayos de áridos tienen por finalidad:
• Atender a su correcta dosificación
• Anticipar su comportamiento en servicio
Propiedades más Propiedades más importantes de los áridosimportantes de los áridos
t Naturaleza petrológica (mineralogía y textura)
t Resistencia a la compresión, choque y rozamiento (calidad
mecánica)
t Textura superficial de las partículas
t Compacidad (absorción de agua y de ligante)
t Actividad superficial de las partículas (reactividad potencial)
Clasificación de los áridos por Clasificación de los áridos por su utilización industrialsu utilización industrial
t Áridos para hormigones y morteros
t Áridos para aglomerados asfálticos
t Áridos para carreteras
t Balasto y Escollera
t Áridos para aplicaciones industriales
t Áridos ligeros
Áridos para hormigonesÁridos para hormigones
t Los áridos constituyen aproximadamente el 80% del volumen del
hormigón
t Tienen una gran influencia en sus propiedades
t Se consideran materiales resistentes e inertes, pero no siempre lo
son (influencia en la durabilidad del hormigón)
t Su conocimiento es esencial para determinar las características del
hormigón
t Consideración reciente de su importancia
influencia de la litología en los influencia de la litología en los áridos para hormigonesáridos para hormigones
t Problemas de resistencia al desgaste (granitos en Galicia)
t Limpieza de los finos (Presencia de arcillas en las arenas)
t Reactividad con los otros componentes (agua, cemento) debido a la
presencia de ciertas sustancias minerales (Sulfuros oxidables,
Sílices microcristalinas)
áridos para carreterasáridos para carreteras
t El porcentaje de los áridos en las diversas capas que constituyen los
firmes de las carreteras supera el 90%
t Existen fuertes limitaciones económicas, por lo que las distancias de
aporte son muy restringidas
t Suele haber problemas de homogeneidad, por los elevados
volúmenes que se mueven
Influencia de la Litología en los Influencia de la Litología en los áridos para carreterasáridos para carreteras
t Las calizas no se suelen usar como árido grueso en capas de
rodadura, por ser excesivamente pulimentables. Tienen buena
adhesividad con mezclas bituminosas y buena afinidad con
cementos
t Los áridos silíceos proceden de machaqueo de gravas naturales.
Tienen buena resistencia mecánica, pero pueden presentar
problemas de adhesividad a los ligantes. Es necesario garantizar un
número mínimo de caras de fractura
t Los áridos ígneos y metamórficos son especialmente adecuados
para capas de rodadura. Tienen buena resistencia al pulimento
Áridos para BalastoÁridos para Balasto
t Deben presentar una muy buena resistencia al desgaste por
abrasión (ensayo Micro Deval)
t Los elementos del agregado han de ser resistentes y angulosos
t Igualmente, deben tener buena resistencia al impacto (ensayo Los
Ángeles)
t Es importante la exclusión de finos la homogeneidad y estabilidad
dimensional
influencia de la litología en los influencia de la litología en los áridos para balasto de áridos para balasto de ferrocarril (requisitos)ferrocarril (requisitos)
t Se precisan materiales compactos, duros y densos
t Las rocas ígneas y metamórficas no alteradas son idóneas
(Basaltos, Ofitas)
t No es conveniente el uso de rocas carbonatadas
áridos ligerosáridos ligeros
t Clasificación RILEM:
• Materiales naturales no tratados (lapilli, diatomitas)
• Materiales naturales preparados (arcillas y pizarras expandidas)
• Residuos industriales no tratados (escorias de horno alto)
• Residuos industriales preparados (cenizas volantes expandidas)
• Materiales orgánicos (cáscaras de cereales, fibras de madera)
Densidad Densidad ≤≤ 22
áridos para filtradoáridos para filtrado
t Suponen un volumen total pequeño, pero tienen una importancia
grande en la industria
t Sus tres aplicaciones principales son:
• Filtrado de aguas para el consumo
• Tratamiento de aguas residuales
• Filtros de drenaje en obras de ingeniería civil
t Cada aplicación tiene sus especificaciones concretas
t Normalmente, son arenas, gravas, rocas trituradas y agregados
artificiales (escorias de alto horno)
Parámetros a considerar en la Parámetros a considerar en la valoración previa de un valoración previa de un yacimiento de áridosyacimiento de áridos
t A.- Parámetros geométricos (forma y volumen del material,
variaciones de espesor, límites naturales, recubrimiento)
t B.- Parámetros hidrogeológicos (nivel freático, afecciones a la
calidad)
t C.- Parámetros del material extraíble (Caracterización)
características intrínsecas y características intrínsecas y extrínsecas de un yacimiento extrínsecas de un yacimiento de áridosde áridos
t Características intrínsecas:
• Naturaleza del afloramiento, posición topográfica, cobertera, nivel
freático,composición, estabilidad química y mineralógica, friabilidad,
materia orgánica, características mecánicas
t Características extrínsecas:
• Distancia al centro de consumo, instalación de clasificación y trituración,
impacto ambiental, red de carreteras, presencia de viviendas humanas
caracterización de áridoscaracterización de áridos
CARACTERÍSTICAS GENERALES
PROPIEDADES GEOMÉTRICAS
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS
PROPIEDADES QUÍMICAS
ALTERABILIDAD
ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades generalesgenerales
t Análisis mineralógico (DRX) y Petrológico (Descripción
petrográfica)
t Métodos de muestreo y reducción de muestras
ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades geométricasgeométricas
t Análisis granulométrico
t Coeficiente de forma
t Contenido en finos
• Equivalente de arena
• Azul de metileno
t Caras de fractura
ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades físicas y mecánicasfísicas y mecánicas
t Friabilidad (ensayo Micro Deval)
t Desgaste “Los Ángeles”
t Determinación de densidad y
coeficiente de absorción
t Pulimento acelerado
ensayos de alterabilidadensayos de alterabilidad
t Hielo-deshielo
t Resistencia al sulfato magnésico
ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades químicasquímicas
t Cloruros
t Materia orgánica
t Compuestos de azufre
t Reactividad árido-álcali
(3 Métodos)
Problemas de reactividadProblemas de reactividad
t Algunos sulfuros (pirita, marcasita,
pirrotina) se oxidan a sulfatos en
contacto con el aire atmosférico
t En contacto con la portlandita puede
transformarse a sulfato cálcico
t Los sulfatos reacccionan con el
aluminato tricálcico del cemento
portland, dando lugar a la formación
de etringita expansiva
(3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O)
Oxidación de áridos sulfurososOxidación de áridos sulfurosos
reacción áridoreacción árido--álcali (RAA)álcali (RAA)
t Ciertos tipos de áridos + álcalis de la solución de poro de la pasta de cemento
à gel de sílice (R) o productos de la reacción del carbonato.
t En presencia de humedad el gel se expande, manifestándose con
agrietamiento y movimientos diferenciales
t 1. álcalis + sílice reactivaà gel
t 2. Gel + humedadà expansión
t Por ejemplo, la expansión del hormigón de plantas hidroeléctricas y presas,
debido a RAA, puede originar:
• Deformaciones excesivas y agrietamiento de presas
• Descuadre de puertas de aliviaderos
• Distorsión de las partes mecánicas
Problemas de reactividadProblemas de reactividad
Reacción álcali Reacción álcali -- sílice (RAS)sílice (RAS)
t Reacción de los álcalis con áridos con formas de sílice pobremente cristalinas: ópalo, calcedonia,tridimita, cristobalita y vidrio volcánico.
t Los áridos son peligrosos cuando éstos minerales se presentan en cantidades entre 1 y 5 %.(Efecto pésimo)
t La expansión del hormigón es relativamente rápida; el agrietamiento de las estructuras se observa dentro de los 10 años posteriores a su construcción.
Reacción álcali Reacción álcali -- sílice sílice -- silicato silicato ((rassrass),),o de expansión lentao de expansión lenta
t Reacción de los álcalis con áridos con cuarzo deformado o subgranulado
(grauwacas, cuarcitas, gneis, granito, filita, arcosa, arenisca).
t Los porcentajes minerales peligrosos son difíciles de establecer ya que
dependen del grado de deformación del cuarzo.à Cuarzo con extinción
ondulante.
t La expansión del hormigón es lenta; el agrietamiento de las estructuras
puede no hacerse evidente hasta 20 años después de su construcción.
reacción álcali reacción álcali -- carbonato carbonato ((RacRac) (1)) (1)
t Reacción de los álcalis con áridos de composición caliza dolomítica, caracterizados por una matriz de calcita fina con romboedros dedolomita.• CaMg(CO3)2 + 2MeOH à Mg(OH)2 + CaCO3 + Me2CO3
• Me2CO3 + Ca(OH)2à CaCO3 + 2Me(OH) (Me= K+,Na+,Li+)La expansión puede ser debida al crecimiento de los productos de la reacción (especialmente brucita)
reacción álcali reacción álcali -- carbonato (carbonato (racrac) ) (2)(2)
t Los porcentajes minerales peligrosos son difíciles de establecer ya
que parámetros texturales parecen incidir significativamente.
• Contenido en arcilla o residuo insoluble 5 a 25%
• Relación calcita/dolomita 1/1
t La expansión del hormigón es temprana, el agrietamiento de las
estructuras puede mostrarse dentro de los 5 años posteriores a su
construcción.
Acciones respecto a problemas Acciones respecto a problemas de reactividadde reactividad
t Adecuada caracterización previa
• Muestreo bien realizado
• Selección de materiales adecuada
t En la construcción, evitar el exceso de humedad
t En caso de necesidad utilizar adiciones (humo de sílice)
t Ante la detección de un problema, llevar a cabo un diagnóstico
correcto
Residuos de construcción y Residuos de construcción y demolicióndemolición
t Respuesta a un doble problema:
Enfoque medioambientalEnfoque medioambiental
Dificultad en la apertura de Dificultad en la apertura de nuevas explotacionesnuevas explotaciones
Escasez de suelo para Escasez de suelo para vertederos de RCDvertederos de RCD
Reutilización de RCD como áridos reciclados
plan nacional de residuos de plan nacional de residuos de construcción y demolición construcción y demolición 2001 2001 -- 2006 (1)2006 (1)
t Objetivos principales:
• Correcta gestión y recogida controlada de un 90 % de RCD en 2006
• Reciclaje o reutilización de un 40 % de RCD en 2005
• Reciclaje o reutilización de un 60 % de RCD en 2006
plan nacional de residuos de plan nacional de residuos de construcción y demolición construcción y demolición 2001 2001 -- 2006 (2)2006 (2)
t Instrumentos:
• Normativa específica de gestión de RCD (demolición selectiva,
deconstrucción)
• Elaboración de normativa específica
• Reducción de la eliminación RCD mediante cánones (tasa mínima de
vertido) o estímulos (prima en la licitación pública del uso de materiales
reciclados)
• Ayudas a la I+D y a la construcción de plantas de tratamiento de RCD
materiales reciclados. materiales reciclados. aplicacionesaplicaciones
APRODUCCIÓN DE RESIDUOS
DE DEMOLICIÓN
BPRODUCCIÓN
DE ÁRIDOS RECICLADOS
CUTILIZACIÓN DE ÁRIDOS
RECICLADOS
DVERTIDO DE
RESIDUOS DE DEMOLICIÓN
Demolición selectiva
Vertedero controlado
o no controlado
I
• Consolidación del terreno
• Vertedero• Corrección de terrenos
IV
• Gravilla para hormigón
• Hormigón para carreteras
V
Planta trituradora regional
(Alta tecnología)
Material de
carretera
II
Planta trituradora regional
(Baja tecnología)
Material de
carretera de relleno
III
Planta móvil
LUGAR DE DEMOLICIÓN
Demolición no selectiva
Líneas de InvestigaciónLíneas de Investigación
Madrid, 18 de Marzo de 2003Madrid, 18 de Marzo de 2003