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Introducción El continuo incremento de construcción de obra civil en nuestro país demanda cada vez una mayor cantidad de agregados que provienen de cauces de ríos o bancos de materiales. Esto ha traído como consecuencia una degradación cada vez más importante al medio ambiente por las grandes áreas de explotación que se tienen en la actualidad. Es común ver en varias zonas del país grandes cortes en las formaciones rocosas de donde se extraen o extrajeron cantidades impresionantes de materiales. Estos cortes no sólo se observan en la roca sino también en las áreas donde se encuentran suelos con propiedades adecuadas para la construcción. Por otro lado, es frecuente que las estructuras en las que se utilizaron los agregados o materiales antes mencionados se demuelan cuando han cumplido con su vida útil o simplemente cuando se requiere construir algo más moderno. De estas demoliciones se generan billones de toneladas de “residuos de construcción”. Países de la Unión Europea como Dinamarca, Suecia, Finlandia, Bélgica, etc., reutilizan un porcentaje importante de sus residuos, sin embargo, en países como México no se tiene esta cultura, por la escasez de investigación sobre el tema. Es entendible entonces que los constructores se muestren escépticos cuando se les propone utilizar materiales reciclados como materia prima de construcción, puesto que es desconocido su comportamiento tanto en campo como en laboratorio. El objetivo de este artículo es mostrar los resultados de una investigación en la cual se estudiaron las propiedades de un agregado de base de concreto reciclado. Además, también se obtuvieron las propiedades de un agregado de base tradicional con granulometría similar de tal manera que se pudieran comparar sus propiedades. El objetivo es mostrar que los agregados de concreto reciclado pueden ser una opción adecuada como material de construcción en las carreteras.
El agregado producto de concreto reciclado Definición En la revista “Cement Concrete & Aggregates” de Australia se describe el agregado de concreto reciclado como: “Agregado grueso producto del disgregado de residuo de demolición con 95% en peso del concreto y que tiene un nivel de contaminante menor a 1% con respecto a la masa total”. A este respecto, la Administración federal de carreteras (FHWA), limitó la definición de agregado de concreto reciclado (RCA) al subproducto de pavimentos de concreto Portland viejo, de puentes, de banquetas, cunetas y canales. La razón de delimitar la definición es que, en Florida, Estados Unidos, se usa agregado de alta calidad que debe de tener propiedades especificadas (Ellis et al., 2014).
Usos del agregado de concreto reciclado Los agregados de concreto reciclado se han usado predominantemente en la construcción de pavimentos como reemplazo de los materiales vírgenes de base, subbase, y con menos frecuencia en la carpeta asfáltica y en losas de concreto. Wilburn (1998) (citado por Saeed, 2006), estima que aproximadamente 68% del agregado de RCA se usa como capa de base/subbase (Figura 1.1).
Figura 1.1. Usos del agregado de RCA (Wilburn, 1998 citado por Saeed, 2006)
Propiedades típicas del agregado de concreto reciclado Uno de los primeros cuestionamientos en cuanto a los agregados del concreto reciclado es: ¿cómo varían sus propiedades con respecto a un agregado tradicional? En torno a esta cuestión, Van Dam et al. (2011) compararon algunas de las propiedades del agregado de concreto reciclado con propiedades de agregado natural (Tabla 1.1). Estos autores afirman que el agregado de concreto reciclado es muy angular como resultado del proceso de triturado. Por otro lado, indican que la diferencia entre ambos agregados se debe a que el proveniente de concreto reciclado está formado por agregado natural y mortero; esta combinación proporciona una mayor absorción, menor gravedad específica y una menor resistencia a la abrasión. A medida que la cantidad de mortero se incrementa, las propiedades tendrán mayor diferencia.
Tabla 1.1. Comparación de las propiedades de agregado tradicional y las del producto de concreto reciclado (Snyder et al., 1994, citado por Van Dam et al., 2011)
Materiales, equipos y procedimientos de prueba
Agregado de concreto reciclado
La empresa PRECOVA ofrece servicios de reciclaje de residuos generados en la construcción. Todos los residuos recibidos en esta empresa se trituran y se clasifican para ser vendidos con diferentes propósitos. En la investigación se utilizó un agregado de concreto reciclado proporcionada por esta empresa. En las pruebas solo se utilizó material que pasa la malla de una pulgada (25.4 mm), por lo tanto, el material proporcionado por la empresa se cribó y todo el sobretamaño se descartó. Después del cribado, el material se cuarteó a tamaño de 50 kg aproximadamente y se almacenó para su uso posterior. Agregado de base tradicional La base de agregado tradicional se obtuvo combinando un agregado de basalto triturado proveniente del banco La Cañada con una arena limosa. La mezcla de ambos proporcionó una granulometría similar a la del agregado de concreto reciclado.
Equipo triaxial Para llevar a cabo las pruebas de módulo de resiliencia y deformación permanente se utilizó un equipo triaxial cíclico. La celda de carga de este equipo es de 5 toneladas y los LVDTs para medir la deformación del espécimen se colocaron en la parte externa de la cámara triaxial. Procedimiento de preparación de especímenes de prueba Los pasos seguidos para la elaboración de los especímenes fueron los siguientes:
Figura 1.2. (a) Mezclado del agregado de concreto reciclado con el agua de compactación; (b) Molde de compactación y membrana de latex colocadas en la base de la cámara triaxial y, (c) Compactación del espécimen.
Figura 1.3. (a) Nivelado de la superficie de la muestra; (b) Muestra compactada; (c) Sellado de la membrana en los cabezales
Prueba de módulo de resiliencia Para llevar a cabo la prueba se módulo de resiliencia, se siguió el procedimiento indicado en el protocolo NCHRP 1-28A. Este protocolo indica que las muestras de material granular de base deben someterse a 30 secuencias de carga cíclica. En este protocolo la carga se aplica con una señal tipo haversine con tiempo de carga de 0.1 de segundo y un tiempo de retraso de 0.9 de segundo. Al finalizar la prueba, se reduce la presión de confinamiento a cero y se retira la muestra de la cámara triaxial. Se disgrega el espécimen y se toman tres muestras para determinar el contenido de agua final. Prueba de deformación permanente La prueba de deformación permanente a 20 000 ciclos se llevó a cabo con un esfuerzo de 310 kPa y una presión de confinamiento de 69 kPa.
Resultados Propiedades índiceEn la Tabla 1.2 se resumen las propiedades índice del agregado de concreto reciclado y del material de base de agregado natural. De estos datos se observa que el agregado de concreto reciclado no pasa el desgaste de Los Ángeles de acuerdo a la normativa de base granular de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes.
Tabla 1.2. Resumen de las propiedades índice de los materiales estudiados.
GranulometríaLa Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), en la norma N.CMT.4.02.002/04 especifica que los materiales usados en bases deben cumplir con características granulométricas dependiendo del tipo de pavimento y de nivel de tránsito de diseño. La Figura 1.4 muestra las curvas granulométricas de los materiales estudiados en esta investigación, de igual manera, se muestran las curvas granulométricas límite para bases de pavimentos de carpetas de mezcla asfáltica de granulometría densa.
Figura 1.4. Curvas granulométricas de los agregados.
En la Figura 1.4 se puede observar que los dos agregados cumplen para un tránsito menor de un millón de ejes equivalentes. Por otro lado, la mayor parte de la curva granulométrica del agregado de concreto reciclado está dentro de la zona especificada para tránsito mayor a un millón de ejes equivalentes, solo está fuera para tamaño de partícula mayor a 10 mm.
Curvas de compactación Proctor modificada La prueba de compactación Proctor modificada indicó un contenido de agua óptimo y un peso volumétrico seco máximo de 14% y 17.9 kN/m3 para el agregado natural y 10.4% y 16.9 kN/m3 para el agregado de concreto reciclado. Estas características fueron las utilizadas en la preparación de los especímenes de prueba.
Resultados de módulo de resiliencia El módulo de resiliencia se determinó en tres o más réplicas ensayadas inmediatamente después de compactarse. En la Figura 1.5 se grafican los valores promedio de Mr de las muestras de agregado de concreto reciclado y de la base granular tradicional. La figura indica, por un lado, valores de Mr ligeramente mayores para las muestras de agregado de concreto reciclado, pero, además, el material sí soporta los mayores esfuerzos requeridos en la prueba de módulo de resiliencia. No así la base granular natural, en la que solamente se pudo desarrollar la prueba hasta niveles de esfuerzo desviador inferiores a 300 kPa. Por lo tanto, desde el punto de vista módulo de resiliencia, el agregado de concreto reciclado parece ser un material con mayor rigidez.
Figura 1.5. Comparativa de los valores de módulo de resiliencia para la base granular y el agregado de concreto reciclado.
Pruebas de deformación permanente Agregado de concreto reciclado Para el agregado de concreto reciclado, se compactaron tres muestras en las condiciones óptimas de compactación y se ensayaron en la prueba de deformación inmediatamente; en estas muestras la carga se aplicó durante 20 000 ciclos. La Figura 1.6 muestra los resultados de un ensaye de deformación y a un costado se tiene la curva de la evolución de los módulos de resiliencia con el número de ciclos aplicados. Los resultados indican que la deformación se acumula rápidamente en los primeros ciclos de carga. En este caso, en los primeros 1000 ciclos ya se ha presentado la mayor parte de la deformación permanente, por lo que, de igual forma, el módulo de resiliencia se mantiene aproximadamente en un valor constante de 200 MPa.
Figura 1.6. Pruebas de deformación y módulos de resiliencia en muestras de agregado de concreto reciclado. Agregado tradicional Al igual que con las muestras de agregado de concreto reciclado, la prueba a 20000 ciclos indica una deformación permanente de aproximadamente 0.4 % (Figura 1.7), que parece inferior a la indicada en el concreto reciclado, sin embargo, para este agregado faltó ensayar más muestras para asegurar que efectivamente este era el comportamiento. Con respecto a módulos de resiliencia, la prueba de 20 000 ciclos indica un módulo de aproximadamente 100 MPa, que sí es inferior al indicado en concreto reciclado, esto probablemente se deba a la mayor angularidad que tiene el agregado de concreto reciclado. Por otro lado, llama la atención que la deformación recuperable en una base tradicional es mayor a la del concreto reciclado, lo cual trae como consecuencia un módulo de resiliencia inferior.
Figura 1.7. Pruebas de deformación a 20 000 y 250 000 ciclos en muestras de agregado tradicional y módulos de resiliencia.
Conclusiones Las conclusiones que se pueden extraer de esta investigación son las siguientes:
Recomendaciones
Referencias
Use of recycled aggregates in Construction. Revista: Cement Concrete & Aggregates Australia. May 2008. Van Dam, T., Smith, K., Truschke, C., y Vitton, S. (2011). Using recycled concrete in MDOT´s Transportation Infrastructure. Manual Practice. Final Report. Report number: RC-1544. Michigan Tech University. NCHRP 1-28A “Recommended standard test method for routine resilient modulus testing of unbound granular base/subase materials and subgrade soils”. Del National Cooperative Highway Research Program. Project 1-28A. PÉREZ Natalia GARNICA Paul RIVERA Araceli |
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