Efectos de los residuos de cilindros de ensayos de concreto utilizados
como agregado grueso sobre la durabilidad del concreto
Liz Nathalia Mora Fernández
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Artes
Bogotá D.C., Colombia 2021
Efectos de los residuos de cilindros de ensayos de concreto utilizados
como agregado grueso sobre la durabilidad del concreto
Liz Nathalia Mora Fernández
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Construcción
Director (a):
Ing. Civil. Juan Manuel Lizarazo Marriaga
Línea de Investigación:
Concreto
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Artes
Bogotá D.C., Colombia 2021
A mi hijo.
Declaración de obra original
Yo declaro lo siguiente:
He leído el Acuerdo 035 de 2003 del Consejo Académico de la Universidad Nacional.
«Reglamento sobre propiedad intelectual» y la Normatividad Nacional relacionada al respeto de los derechos de autor. Esta disertación representa mi trabajo original, excepto donde he reconocido las ideas, las palabras, o materiales de otros autores.
Cuando se han presentado ideas o palabras de otros autores en esta disertación, he realizado su respectivo reconocimiento aplicando correctamente los esquemas de citas y referencias bibliográficas en el estilo requerido.
He obtenido el permiso del autor o editor para incluir cualquier material con derechos de autor (por ejemplo, tablas, figuras, instrumentos de encuesta o grandes porciones de texto).
________________________________
Nombre: Liz Nathalia Mora Fernández
Fecha: Septiembre 27 de 2021
Agradecimientos
Quiero expresar mi más profundo y sincero agradecimiento a todas aquellas personas que con su ayuda han colaborado en la realización del presente trabajo, en especial al director de mi investigación, el Ingeniero Juan Manuel Lizarazo, ya que sin su guía y orientación no hubiese sido posible encaminar y desarrollar el tema abordado satisfactoriamente. A mi familia que con su apoyo y comprensión ayudaron en las largas jornadas de dedicación que se dispusieron para el desarrollo de este trabajo.
Resumen
Efectos de los residuos de cilindros de ensayos de concreto utilizados como agregado grueso sobre la durabilidad del concreto
Esta investigación permitió evaluar los efectos de los residuos de cilindros de ensayos de concreto utilizados como agregado grueso sobre la durabilidad del concreto, diseñando mezclas de concreto que cumplan una resistencia, característica para ser usada como material estructural, para dos diferentes porcentajes de reemplazo de agregado natural por agregado reciclado y con una relación de agua cemento de 0.63. Se determinaron la resistencia a compresión, penetración de cloruros, carbonatación y expansión de sulfatos del concreto con agregado grueso sustituido al 50% por agregado de concreto reciclado - ACR, frente al concreto convencional. Los resultados de los diferentes ensayos evidenciaron que es posible producir estructuras de concreto que incorporen cantidades del 50% de agregados reciclados gruesos siempre que se garantice su calidad y su origen, ya que el concreto obtenido tuvo resultados comparables a los del concreto de referencia, cumpliendo con los requerimientos normativos de resistencia a la compresión. No se apreciaron evidencias significativas entre concretos expuestos a ataques de sulfatos con agregado de concreto reciclado y agregado natural, pero con leve mejoría en resultados cuando se trata de AN y cuando se especifica un diseño de resistencia mayor. Los datos obtenidos del concreto con ACR que se expuso a carbonatación acelerada mostro menor desempeño, pues se presentó un aumento del 45% en las mediciones de profundidad, con relación a las mezclas de concreto con AN.
Las mezclas de concreto con ACR, arrojaron resultados menores de resistencia al ion cloruro de un 10% con relación a las mezclas con AN, esta diferencia se mantuvo tanto para los diseños de resistencias de 3000psi y 4000psi.
Palabras clave: ACR (Agregado de concreto reciclado), compresión, durabilidad, carbonatación, sulfatos, ion cloruro.
Abstract
Effects of concrete test cylinder residues used as coarse aggregate on concrete durability
This research allowed to evaluate the effects of concrete test cylinder residues used as coarse aggregate on the durability of concrete, designing concrete mixtures that meet a specific resistance, characteristic to be used as structural material, for two different percentages of replacement of natural aggregate by per each recycled aggregate and with a water-cement ratio of 0.63. The resistance to compression, chlorides penetration, carbonation and expansión of sulfates of concrete with coarse aggregate replaced by 50% have been determined per each recycled concrete aggregate - RCA, compared to conventional concrete. The results of the different tests showed evidence that it is possible to produce concrete structures that incorporate 50% amounts of coarse recycled aggregates as long as their quality and origin are guaranteed, since the concrete obtained had results comparable to those of the reference concrete, complying with the normative requirements of compressive strength. No significant evidence was seen among concretes exposed to sulfate attacks with recycled concrete aggregate and natural aggregate, but with slight improvement in results when it comes to NA and when a greater resistance/strength design is specified. The data obtained from the concrete with RCA that has been exposed to an accelerated carbonation showed a lower performance, since there was an increase of 45% in the depth measurements in relation to the concrete mixtures with NA. The concrete mixtures with RCA, showed lower results of resistance to chloride ion of 10% in relation to the mixtures with NA, this difference was maintained for both the 3000psi and 4000psi resistance/ strength designs.
Keywords: RCA (Recycled Concrete Aggregate), compression, durability,
carbonation, sulfates, chloride ion.
Contenido
Pág.
Resumen ...VI
Abstract ... 7
Lista de figuras ... 10
Lista de tablas ... 11
1. Introducción ... 12
1.1 Problema de técnico /investigación ... 12
1.2 Hipótesis ... 14
1.3 Pregunta de investigación ... 14
1.4 Alcance del trabajo ... 14
1.5 Objetivos ... 15
1.5.1 Objetivo general ... 15
1.5.2 Objetivos específicos... 15
1.6 Descripción metodológica ... 15
2.1 Agregado de Concreto Reciclado - ACR ... 17
2.1.1 Fuentes de residuos y producción de agregados de concreto reciclado ... 19
2.1.2 Propiedades del agregado de concreto reciclado ... 19
2.1.3 Consideraciones sobre la producción de concreto con agregado grueso de concreto reciclado ... 20
2.2 Propiedades mecánicas del concreto con agregado grueso reciclado ... 21
2.3 Durabilidad del concreto con agregados grueso reciclado ... 22
2.3.1 Cloruros ... 22
2.3.2 Carbonatación ... 24
2.3.3 Sulfatos ... 25
3.1 Gravilla natural de 1” ... 27
3.1.1 Densidad y absorción del agregado grueso natural ... 28
3.1.2 Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados gruesos ... 28
3.1.3 Análisis granulométrico del agregado grueso natural ... 29
3.1.4 Pasa tamiz N° 200 ... 31
3.2 Arena de rio ... 31
3.2.1 Densidad y absorción del agregado fino ... 31
3.2.2 Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados del agregado fino ... 32
3.2.3 Análisis granulométrico del agregado fino ... 33
3.2.4 Pasa tamiz N° 200 ... 34
3.2.5 Impurezas orgánicas en agregado fino para concreto ... 34
3.3 Cemento Argos tipo ART ... 34
3.3.1 Consistencia normal (Vicat) ... 35
3.3.2 Finura Blaine ... 35
3.3.3 Tiempos de fraguado... 35
3.3.4 Resistencia a la Compresión de cubos de mortero ... 35
3.3.5 Peso específico en frasco de Le Chatelier ... 35
3.4 Aditivo Plastiment AD20 - Sika ... 36
3.5 Agua potable EAAB ... 36
3.6 Agregado de Concreto Reciclado - ACR ... 37
3.6.1 Proceso de obtención del ACR controlado ... 37
3.6.2 Densidad y absorción del agregado grueso ... 42
3.6.3 Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados ... 43
3.6.4 Análisis granulométrico del agregado grueso ... 44
3.6.5 Pasa tamiz N° 200 ... 45
4.1 Diseño 3000PSI ... 46
4.1.1 Diseño 4000PSI ... 48
5.1 Resistencia a la compresión ... 52
5.1.1 Norma ... 52
5.1.2 Descripción del ensayo ... 52
5.1.3 Procedimiento ... 52
5.2 Resistencia ion Cloruro ... 53
5.2.1 Norma ... 53
5.2.2 Descripción del ensayo ... 53
5.2.3 Procedimiento ... 54
5.3 Resistencia a la carbonatación ... 55
5.3.1 Norma ... 55
5.3.2 Descripción del ensayo ... 56
5.3.3 Procedimiento ... 56
5.4 Cambio de longitud en el concreto por ataque de sulfatos ... 57
5.4.1 Norma ... 57
5.4.2 Descripción del ensayo ... 58
5.4.3 Procedimiento ... 58
6.1 Resultados de ensayo de resistencia a la compresión ... 60
6.2 Resultados ensayo de resistencia a la penetración Ion Cloruro ... 62
6.3 Resultados ensayo de resistencia a la carbonatación ... 64
6.4 Resultados ensayo de cambio de longitud en el concreto por ataque de sulfatos 66 7.1 Conclusiones ... 70
7.2 Recomendaciones ... 71
Lista de figuras
Pág.
Figura 3-1 Gravilla natural ... 28
Figura 3-2 Análisis granulométrico agregado grueso natural. ... 30
Figura 3-3 Arena de rio ... 31
Figura 3-4 Análisis granulométrico del agregado fino. ... 34
Figura 3-5 Proceso de obtención del Agregado de Concreto Reciclado -ACR ... 38
Figura 3-6 Distribución normal y resistencia de cilindros para ACR... 40
Figura 3-7 Tamizado de ACR ... 42
Figura 3-8 Ensayos ACR. ... 43
Figura 3-9 Análisis granulométrico de agregado grueso de concreto reciclado. ... 45
Figura 5-1 Registro fotográfico de ensayo de resistencia a la compresión ... 53
Figura 5-2 Registro fotográfico ensayo de resistencia al Ion Cloruro. ... 55
Figura 5-3 Registro fotográfico ensayo de resistencia a la carbonatación. ... 57
Figura 5-4 Registro fotográfico del ensayo de cambio de longitud en barras de concreto por ataque de sulfatos. ... 59
Figura 6-1 Comparación de resultados resistencia a la compresión. ... 61
Figura 6-2 Comparacion resultados a la prenetracion ion cloruro ... 63
Figura 6-3 Comparación de resultados de carbonatación por periodos... 65
Figura 6-4 Resultados cambio de longitud por ataque de sulfato. ... 67
Figura 6-5 Evolucion de cambio de longitudes por ataque de sulfatos. ... 67
Lista de tablas
Pág.
Tabla 3-1 Densidad y absorción del agregado grueso natural. ... 28
Tabla 3-2 Masa unitaria compacta por apisonamiento al agregado grueso natural. ... 29
Tabla 3-3 Masa unitaria suelta al agregado grueso natural. ... 29
Tabla 3-4 Análisis granulométrico del agregado grueso natural. ... 30
Tabla 3-5 Densidad y absorción de agregado fino. ... 32
Tabla 3-6 Masa unitaria compacta por apisonamiento al agregado fino. ... 32
Tabla 3-7 Masa unitaria suelta al agregado fino. ... 32
Tabla 3-8 Análisis granulométrico del agregado fino. ... 33
Tabla 3-9 Información de los cilindros utilizados como fuente de ACR ... 39
Tabla 3-10 Análisis estadístico cilindros para obtención de ACR ... 41
Tabla 3-11 Densidad y absorción agregado grueso de concreto reciclado. ... 42
Tabla 3-12 Masa unitaria compacta por apisonamiento al agregado grueso de concreto reciclado. ... 43
Tabla 3-13 Masa unitaria suelta al agregado grueso de concreto reciclado. ... 43
Tabla 3-14 Análisis granulométrico del agregado grueso del concreto reciclado. ... 44
Tabla 4-1 Diseño inicial de concreto de 3000 psi. ... 46
Tabla 4-2 Corrección de diseño 3000psi. ... 47
Tabla 4-3 Diseño corregido 3000psi. ... 47
Tabla 4-4 Sustitución del 50% de agregado grueso pétreo por reciclado al diseño de 3000psi. ... 48
Tabla 4-5 Diseño de 3000 psi con sustitución del agregado pétreo al 50%. ... 48
Tabla 4-6 Diseño inicial de concreto de 4000 psi. ... 49
Tabla 4-7 Corrección de diseño 4000psi. ... 49
Tabla 4-8 Diseño corregido 3000psi. ... 49
Tabla 4-9 Sustitución del 50% de agregado grueso pétreo por reciclado al diseño de 4000psi. ... 50
Tabla 4-10 Diseño de 4000 psi con sustitución del agregado pétreo al 50%. ... 50
Tabla 5-1 Resumen diseños mezclas. ... 51
Tabla 6-1 Resultados de resistencia a la compresión. ... 60
Tabla 6-2 Resumen resultados de resistencia a la compresión. ... 61
Tabla 6-3 Clasificación de las muestras según resistencia a Ion cloruro. ... 63
Tabla 6-4 Resultados profundidad frente de carbonatación. ... 65
1. Introducción
1.1 Problema de técnico /investigación
Gran cantidad de residuos de concreto generados en el proceso constructivo, requieren de una disposición ambiental, específicamente los resultantes tanto de los de cilindros de ensayos de laboratorio como de sobrantes de cilindros fallados. En la ciudad de Bogotá la producción de concreto premezclado fue de 480,9 miles de metros cúbicos al mes (DANE, 2021), de los cuales se estiman que 1930 ton de concreto corresponderia a ensayos de concreto. En la actualidad laboratorios de ensayos de concretos como Concrelab disponen en alrededor de 400 ton al mes de residuos de concreto en escombreras certificadas.
El interés principal de esta investigación se enmarca en el uso de agregados gruesos provenientes específicamente de cilindros de concreto, resultantes de ensayos de laboratorio, buscando resolver una problemática de disposición de desechos de construcción, por medio de su reutilización de éstos en la confección de un nuevo concreto y poder lograr con ella, mejoras en la forma de experimentar con una o más variables y contribuir a generar nuevas inquietudes de investigación (Hernández Sampieri R., Metodología de la investigación., 2010)
La utilización de concreto reciclado en la producción de nuevo concreto, ha sido el tema de investigaciones recientes en el mundo y en el país, como respuesta a una serie de prácticas sostenibles que promueven la reutilización de materiales procesados en la elaboración de nuevos materiales, con el fin de mitigar el deterioro ambiental, en el que el sector de la construcción es uno de los principales actores debido al elevado consumo de materia prima no renovable y la producción de agentes contaminantes al medio ambiente.
El uso de agregados reciclados ha venido tomando fuerza entre todos los productores y consumidores de concreto, tanto en la elaboración de mezclas como en elementos prefabricados, tratando de regular especificaciones y parámetros para el uso de agregados reciclados, teniendo en cuenta aspectos de desempeño como las propiedades mecánicas y durabilidad del concreto desarrollado a partir del concreto reciclado. Se han realizado incorporaciones de diferentes materiales inertes de reemplazo que pueda darle estructura al concreto y que no afecte notoriamente las propiedades del producto terminado. (J. Rincon - Argos)
Al año se generan más de 900 millones de toneladas de desechos de concreto, solamente en Estados Unidos, Europa y Japón, sin estimar en el resto del mundo, este puede ser recuperado, triturado y reutilizado como agregado para nuevos proyectos.
(WBCSD, 2009). El concreto es el segundo material de mayor consumo en la Tierra luego del agua según el doctor Koji Sakai (Investigador de la Universidad de Kagawa en Japón), quien además considera que se deben buscar métodos de producción de concreto diferentes, para crear diseños estructurales integrales y duraderos (CNN México, 2010).
Kanneth Hover, investigador del Instituto Americano del Concreto ACI, como autoridad en el tema de concreto a nivel mundial, expresa que el cemento y el concreto son los materiales de construcción con mayor utilización en el mundo. Hover considera que la tecnología influye de manera importante en la sostenibilidad y que en el futuro el concreto será sostenible ambientalmente y económicamente y que cualquier incremento en el costo deberá ser compensado por claros beneficios en los costos del ciclo de vida (Asocreto, 2012).
En Colombia respondiendo a la necesidad mundial de tomar acción en lo ambiental, se crea el reglamento de la construcción sostenible en Colombia (MINVIVIENDA., 2015).
Este tiene como objeto lograr ahorro en los recursos hídricos y energéticos hasta un 45%, gracias a buenas prácticas de diseño y construcción, donde se sugiere el uso de los materiales de baja energía embebida y de la importancia de reciclar los residuos en las obras (Argos, 2015). Cada vez más empresarios del sector de la construcción comprometidos con la sostenibilidad implementan medidas de eficiencia y sostenibilidad en sus proyectos, impulsando la innovación en el sector (Camacol, 2015).
El uso de materiales reciclados en la generación de nuevos diseños de mezcla se vuelven atractivos para el desarrollo de le presente investigación, como respuesta a la necesidad actual y mundial de implementar procesos de construcción sostenibles. Este aporte de conocimiento está relacionado al análisis de algunos efectos de durabilidad y resistencia a la compresión de un concreto con sustitución de agregado grueso de concreto reciclado ACR con relación a un concreto convencional, lo cual contribuye de alguna manera a concebir construcciones sostenibles que hagan uso eficiente de los materiales.
1.2 Hipótesis
El concreto fabricado con agregado de concreto reciclado (ACR) de cilindros de concreto de calidad puede tener características de resistencia y durabilidad similares al concreto convencional.
1.3 Pregunta de investigación
¿Puede el concreto fabricado con agregado de concreto reciclado (ACR) de cilindros de concreto de calidad, tener características de resistencia y durabilidad similares al concreto convencional?
1.4 Alcance del trabajo
Este trabajo investiga los efectos de los residuos de cilindros de ensayos de concreto utilizados como agregado grueso sobre la durabilidad del concreto. Solo se tendrá en cuenta aspectos mecánicos de resistencia la compresión y de algunas variables de durabilidad del concreto relacionados con la exposición del concreto a cloruros, sulfatos y carbonatación, otros efectos de la durabilidad del concreto no son tenidos en cuenta.
1.5 Objetivos
1.5.1 Objetivo general
Evaluar el efecto de los residuos de cilindros de ensayos de concreto utilizados como agregado grueso sobre la durabilidad del concreto (compresión, cloruros, carbonatación y sulfatos).
1.5.2 Objetivos específicos
Diseñar mezclas de concreto que cumplan una característica para ser usada como material estructural, para dos diferentes porcentajes de reemplazo de agregado natural por agregado reciclado.
Determinar la resistencia a cloruros del concreto con agregado grueso sustituido.
Determinar la resistencia a la carbonatación del concreto con agregado grueso sustituido.
Determinar la resistencia a sulfatos del concreto con agregado grueso sustituido
Comparar resultados de ensayos del concreto con agregado grueso sustituido de concreto reciclado frente al concreto convencional.
1.6 Descripción metodológica
Esta investigación se clasifica de tipo cuantitativa, basándose en teoría e investigaciones previas acerca del tema con diversas variables para compararla con los resultados finales del presente estudio, por medio de análisis de datos obtenidos de ensayos de laboratorio para realizar comparaciones y así determinar conclusiones y aportes de la investigación (Hernández Sampieri R., Metodología de la investigación., 2010)
Para ello se parte del análisis de la literatura relacionada con el uso de ACR en la producción de nuevo concreto en cuanto a características de resistencia a la compresión, resistencia al ataque de penetración de ion cloruro, carbonatación y sulfatos.
Posteriormente se determina el origen del ACR, se selecciona el material, se tritura, se tamiza y se realizan ensayos previos de caracterización de material al igual que los demás materiales a utilizar en las diferentes mezclas.
Se establecen los diseños de mezcla con agregado grueso natural y con agregado grueso sustituido con agregado de concreto reciclado proveniente de cilindros de concreto no fallados, para la posterior elaboración de especímenes de concreto de 4”x8”
a cada mezcla resultante y obtener la resistencia a la compresión bajo la norma NTC 673. A partir delo anterior se espera evidenciar el uso potencial como material estructural del nuevo concreto con ACR en relación al concreto convencional.
Se evalúa la resistencia del concreto con AN y ACR a la penetración del ion cloruro, por medio del método de prueba estándar para la indicación eléctrica de la capacidad del concreto para resistir la penetración de iones de cloruro bajo la norma, ASTM C1202, por medio del monitoreo y registro de la cantidad de la carga eléctrica (Coulombs) que pasa a través de probetas de concreto de 50mm en contacto con soluciones de cloruro de sodio, e hidróxido de sodio, durante 6hr con un voltaje de 60V.
Se cuantifica la resistencia del concreto con AN y ACR a la penetración del CO2 por medio del método de carbonatación acelerada bajo la norma EN 12390‑12:2020. Este permite cuantificar la resistencia a la carbonatación del concreto, utilizando condiciones de prueba que aceleran la tasa de penetración de CO2, el cual consiste en acondicionar las muestras, someterlas a un periodo de exposición controlada de temperatura y humedad relativa y concentración de CO2 en una cámara. Posteriormente se miden las profundidades de carbonatación en el concreto por medio de la aplicación de una solución de fenolftaleína al 2%,
Se mide la resistencia a sulfatos del concreto con AN y ACR por medio del método de ensayo que determina el cambio de longitud en la barras de concreto sumergidos en una solución de sulfato (sulfato de sodio Na2SO4 al 5%), bajo la norma ASTM C1012/C1012M − 18b , la cual consiste en fabricar barras de mortero según la norma ASTM C490/C490M en moldes de acero de 2" x 2" x 10" (51 x 51 x 254mm), la cuales se miden en un comparador a partir de su desmolde. Posteriormente las probetas se dejan en la solución del sulfato y se monitorean su expansión hasta los 28 días.
2. Revisión de la literatura
2.1 Agregado de Concreto Reciclado - ACR
La industria mundial del concreto requerirá anualmente de 8 a 12 mil millones de toneladas de agregados naturales después del año 2010 (Keun-Hyeok Yang, 2008).
Demanda que parece aumentar significativamente año tras año y que al ser de carácter no renovable, nos enfrenta a la necesidad de encontrar soluciones sostenibles para la consecución de otras alternativas de áridos naturales (Gagan, 2015).
Los concretos reciclados surgen como respuesta ambiental al impacto que sugiere el consumo de materias primas no renovables como lo son los agregados, un estudio de la ASOP resalta que con una adecuada gestión y valoración de los escombros urbanos, la ciudad gana en paisaje y en competitividad económica, pues las normas ambientales internacionales cada día son más exigentes con el origen y la composición de los productos (Bedoya, 2003).
En países como España, Holanda, Suiza y Alemania y Portugal entre otros países europeos, se han desarrollado reglamentaciones para el uso de agregados provenientes de la construcción y demolición, en su mayoría para la conformación de carreteras, con recomendaciones técnicas específicas, ámbito de aplicación, clasificación, usos, requisitos y ejecución en obra como la Guía española de áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición (RCD) (GEAR, 2015).
En Europa occidental se han implementado políticas ambientales que han logrado la reutilización de escombros, Holanda encabeza presentando un aporte de reciclaje del 40% sobre los escombros producidos en las ciudades diariamente, las escombreras
reciben los residuos de construcción sin costo alguno para el transportador, los procesan, seleccionan y venden a obras a un costo menor que los áridos naturales (Bedoya, 2003).
El Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (Leadership in Energy and Environmental Design - LEED) es la principal herramienta para los sistemas de construcción verde en los Estados Unidos y tiene numerosas actividades en el mundo. Es un sistema voluntario que ha sido ampliamente adoptado en proyectos públicos y privados. El LEED es un sistema de puntos que otorga certificaciones con calificaciones. Dentro de los cinco enfoques se resalta el desarrollo sostenible (manejo responsable de RCD) y la selección de materiales incluyendo el uso de los materiales reciclados (WBCSD, 2009).
En Colombia, principalmente en Bogotá rige la Resolución SDA (Secretaría de Ambiente) 01115 de 2012, Tratamiento y/o Aprovechamiento de RCD, La UAESP (Unidad Administrativa Especial de Servicios Públicos) en conjunto con la SDA (Secretaria Distrital de Ambiente), reglamentan el funcionamiento y operación de los sitios de Disposición Final, cuyas normas pretenden avanzar en la construcción de una cultura de prevención de la generación, reciclaje y reusó de los RCD, como alternativa de sustitución de materiales pétreos necesarios para la construcción de las diferentes construcciones como versa en la Resolución SDA 01115 de 2012 (Alcaldía Mayor de Bogotá D.C., 2012).
El concreto recuperado a partir de RCD puede ser triturado y utilizado como agregado, su uso más común es como sub base para carreteras, aunque también puede ser utilizado en concreto nuevo. Una percepción equivocada muy común es que los agregados a partir de concreto reciclado, no deberían ser utilizados en concreto estructural debido a características físicas limitantes del agregado y que por el contrario se debe promover su utilización. Un estudio de la National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA) en los Estados Unidos concluyó que los agregados de concreto reciclado son sustitutos aptos en reemplazo de materiales naturales hasta en un 10% para la mayoría de aplicaciones del concreto, incluso concreto estructural (WBCSD, 2009).
Aunque se produzca un beneficio ambiental el factor económico predomina por encima de este, por lo cual se hacen necesarias comprobaciones técnicas y económicas en cuanto al desempeño de un material que utilizará residuos como agregados, teniendo en
cuenta aspecto técnico-normativos y factibilidad en cuanto a costos frente al concreto convencional (Bedoya M., 2011).
El creciente desarrollo de infraestructura a nivel mundial impulsa actividades de construcción y renovación que han producido cantidades considerables de RDC, lo cual convierte el uso de estos residuos en la mejor alternativa de sostenibilidad (Nancy Soni, 2021).
2.1.1 Fuentes de residuos y producción de agregados de concreto reciclado
El concreto es una alternativa viable de los agregados naturales usados en el concreto para la construcción, particularmente en donde los agregados naturales tienen que ser transportados a distancias considerables y la disposición final del concreto viejo es un problema. Diversas experiencias han mostrado que con una apropiada gestión, técnicas de planeación, técnicas de construcción y pruebas de control, la calidad de concreto hecho usando agregados de material reciclado es apropiada.
Es posible producir estructuras con concreto estructural que contenga altos dosis de agregados gruesos y finos reciclados siempre que se garantice su calidad y origen (D.
Pedro, 2017).
Los residuos de concreto debidamente clasificados se pueden utilizar en la producción de concreto estructural. (S. Manzi C.Mazzotti, 2013), cuando el ACR es obtenido a partir de concreto de alta resistencia, se tiene un efecto positivo sobre las propiedades mecánicas del nuevo concreto (Kim, 2021).
Entre las principales fuentes de concreto estarían las devoluciones de concreto fresco (húmedo) en los camiones mezcladores, desechos de producción de prefabricados, residuos de construcciones y demoliciones (WBCSD, 2009).
2.1.2 Propiedades del agregado de concreto reciclado
Las propiedades del agregado de concreto reciclado comparado con agregados naturales, en la incorporación de nuevo concreto presentan un mayor índice de absorción
y menor gravedad específica, menor asentamiento y mayor consumo de cemento, resistencia al hielo y deshielo de mejor comportamiento, resistencia a la compresión y flexión ligeramente menores (Construdata, 2005).
La incorporación de agregados áridos reciclados es causante de más bajos resultados de durabilidad con relación al concreto convencional pero que no compromete su uso estructural (D. Pedro, 2017).
2.1.3 Consideraciones sobre la producción de concreto con agregado grueso de concreto reciclado
El material triturado puede ser usado para agregado grueso y fino, sin embargo usar del 15% al 30% de arena natural en los finos puede mejorar la trabajabilidad y acabado final de la mezcla (Construdata, 2015). Investigaciones relacionadas sugieren la utilización del agregado grueso sustituido en un porcentaje del 30 al 50% para no afectar las calidades de concreto con relación a concretos con agregados naturales y coinciden en ahondar en temáticas investigativas que ayuden a enriquecer los datos para dar mayores factores de seguridad en el uso del concreto con agregados reciclados sustituidos. (Ali Akhtar, 2018), en sustituciones menores del 25% de agregado grueso por agregado reciclado se reportan minimos efectos en las propiedades de durabilidad y del concreto (Hossein Sasanipour, 2020) e incluso pueden manejarse sustituciones hasta del 33% como limite sin mayores afectaciones (Mahesh Chandra Shah a, 2021).
La proporción de la mezcla debe ser determinada por pruebas de laboratorio, de acuerdo con los requerimientos de resistencia requerida, teniendo en cuenta trabajabilidad sin mayor consumo de cemento. Se puede considerar un factor de seguridad para la inclusión de aire, ya que la posible presencia de contaminantes orgánicos puede causar altos contenidos de aire (Construdata, 2005).
Se pueden emplear varias metodologías de mezcla para controlar la trabajabilidad del concreto con ACR:
El aumento de la cantidad de agua añadida de acuerdo con la demanda de agua de mezclas de concreto que contienen ACR, así como la cantidad súper-plastificante y de cemento.
Pre-remojo del agregado reciclado en agua durante 10-20 minutos, o durante 24 h antes de su uso.
Aumentar el contenido de humedad del ACR, hasta un 70-80% de la capacidad total de absorción de agua durante 24 horas antes, luego cubrir material para garantizar que no se pierda humedad por evaporación (Brito, 2013).
La sustitución de ACR disminuye las propiedades de trabajabilidad debido a una alta absorción de agua y una mayor superficie de ACR (Kanish Kapoor, 2020), el pre- humedecimiento del ACR, mejora la trabajabilidad del concreto, en algunos casos se sugiere una disminución en la resistencia a la compresión del concreto (Houria Mefteh, 2013), aunque otros estudios no reportan diferencias significativas en resultados a compresion con mezclas obtenidas a partir de agregados saturados y no satrados.
(C.S.Poon, 2004)
2.2 Propiedades mecánicas del concreto con agregado grueso reciclado
La propiedad mecánica del concreto más afectada con el uso de ACR es la resistencia a la compresión, la cual disminuye en relación al aumento del porcentaje de sustitución. En diversas investigaciones se ha encontrado que los concretos con ACR son entre un 15%
al 40% menos resistentes que los concretos con agregados naturales (Cement &
Concrete Association from New Zeland, 2011) (Hossein Sasanipour, 2020)
Algunos factores que influencian esta reducción de la resistencia a compresión, son el origen y características de los concretos demolidos para la fabricación de ACR (Hoai-Bao Le, 2020), la cantidad de mortero adherido en el agregado reciclado (Kim, 2021), el porcentaje de reemplazo de agregado reciclado en la mezcla, los ajustes en el contenido de aire y la cantidad de agua en la mezcla para garantizar la trabajabilidad.
Para lograr una resistencia a 28 días, es aconsejable especificar la resistencia de diseño a 56 días de edad. Sin embargo esta recomendación se debe sustentar mediante ensayos. En las mezclas con un bajo reemplazo ACR, se debería tener una afectación menor de la resistencia (Zhang, 2009) y se recomiendaon no debe superar un 50% de sustitución (C.S.Poon, 2004) para no obtener diferencias significativas frente al concreto fabricado con agregados naturales.
Con el aumento del porcentaje de sustitución del ACR, aumenta la deformación longitudinal de concreto (González-Fonteboa Belén, 2011) (S. Manzi C.Mazzotti, 2013).
Sin embargo, se obtienen menores contracciones a largo plazo, con la saturación parcial del ACR logrando resultados comparables con el concreto convencional (Alexander S.
Brand, 2015) (Brito, 2013). Sin embargo otros autores sugieren que las cantidades retracción en concretos con ACR, son comparables o incluso menores, (Gholamreza Fathifazl, 2011).
2.3 Durabilidad del concreto con agregados grueso reciclado
La durabilidad del concreto se relaciona a la afectación que pueda darse en el acero de refuerzo que este contenga; debido a la carbonatación, penetración de cloruros y presencia de sulfatos. La incorporación de agregados reciclados es responsable de menores características de durabilidad aunque sin comprometer su uso en concreto estructural (D. Pedro, 2017). Resultados de la literatura muestran que los AR contaminados son mucho más sensibles a los cloruros que a los sulfatos (Farid Debieb, 2010).
2.3.1 Cloruros
La penetración del ion cloruro en el concreto con agregado de concreto reciclado, se da debido a la superficie porosa del ACR por causa del mortero adherido en el agregado, lo cual provee una ruta más fácil para el ingreso del ion cloruro en el concreto según lo
indicado en la guía práctica para el uso de agregados reciclados en concretos nuevos de la Asociación de cemento y Concreto de Nueva Zelanda (Zeland, 2011).
La permeabilidad al ion cloruro en los concretos con grava y arena de concreto reciclado es mucho mayor que la del concreto convencional, siendo aún mayor en los concretos con agregados de concreto reciclado fabricados con agregados de menor calidad (ACHE, 2006).
Un aumento en el porcentaje de reemplazo de ACR se asocia con una disminución en la resistividad eléctrica y un aumento en la carga total; sin embargo, con adiciones de menos de 25% no se presentan mayores afectaciones (Hossein Sasanipour, 2020).
En mezclas en las que se utilizaron 30% de reemplazo de ACR, estas se compotaron de manera similar a las mezclas de 0% de ACR, mientras que las mezclas con 100% de ACR se redujo la resistencia a la penetracion de cloruros. (Jitendra A .Jain, 2012). La difusividad en el concreto aumenta con el incremento de reemplazo del ACR, especialmente cuando la relación agua-cemento del concreto antiguo es relativamente alta y el mortero adherido con concreto antiguo reduce la resistencia a la penetración de cloruros de RAC (Yong Yu, 2020).
Aunque se evidencia que muchas investigaciones coinciden en que el porcentaje de sustitución afecta negativamente la resistividad eléctrica, otros autores concluyen que la baja resistencia a la penetración de iones cloruros se debe a la relación de A/C que maneje la mezcla en particular, una relación A/C baja (0.20-0.25) producirá concretos más impermeables y resistentes a la penetración de iones cloruro (Hanbing Wang, 2019).
Tambien otros hallazgos de diferentes autores, coinciden en argumentar que el aumento del tiempo de curado de las muestras influye positivamente en la resistencia a la penetración del ion cloruro (Miguel Bravo, 2015), y que las características de permeabilidad del concreto mejoran cuando este curado se de en agua (F. Buyle-Bodin, 2002).
2.3.2 Carbonatación
El proceso de carbonatación comienza con la penetración del dióxido de carbono en el concreto, el cual reacciona con los minerales del cemento hidratado disminuyendo el nivel de alcalinidad. Este proceso avanza progresivamente desde el exterior hacia el interior (Miguel Bravo, 2015). Este tipo de reacción ácida se da debido a la penetración por difusión del dióxido de carbono o anhídrido carbónico CO2, del aire atmosférico o del suelo, en la estructura porosa de la superficie del concreto. A medida que avanza la penetración de la carbonatación conocida como frente de carbonatación, se pierde el efecto de capa pasivadora que tiene el recubrimiento del concreto. Finalmente se tiene además a una retracción adicional en el concreto conocida como contracción por carbonatación (Guzmán, 2002).
El proceso de carbonatación depende de las características de permeabilidad del mortero nuevo y del agregado de concreto reciclado. La reserva alcalina del concreto con agregado de concreto reciclado puede ser mayor al aumentar la cantidad de pasta presente, lo que provocaría una disminución de la velocidad de avance del frente de carbonatación. En general en concretos con sustituciones bajas, las profundidades de carbonación son similares a las de los concretos convencionales y a mayor sustitución se puede presentar mayores profundidades (Arriaga, 2013).
En diversas investigaciones recopiladas se determinan varios aspectos que influyen en el comportamiento del concreto con ACR frente a la carbonatación y son el porcentaje de reemplazo, la calidad del ARC, el tipo de trituración, el curado y el uso de súper plastificantes para reducir la variación de Agua-cemento, siendo la tasa de remplazo de ACR mayormente determinante, pues a mayor porcentaje de reemplazo mayor carbonatacion frente al concreto convencional (Hoai-Bao Le, 2020). En tasas de reemplazo del 25% no hay diferencias significativas con relacion al concreto convencional (I.F. Sáez del Bosque, 2020).
Independientemente de la edad a la que se procesa un material de hormigón, el RCA resultante producirá hormigón con resistencia similar a la carbonatación (R.V. Silva, 2015). Para tener resultados similares en cuanto a profundidad de carbonatación de un concreto convencional, se sugiere la incorporación de una mayor cantidad de cemento o disminución de la relación agua-cemento para compensar la porosidad del ACR y
adicional a esto el uso de súper plastificantes para obtener una manejabilidad similar al concreto convencional en estado fresco (R.V. Silva, 2015).
La baja resistencia a la carbonatación y penetración del ion cloruro esta correlacionada con el alto nivel de porosidad del concreto, debido a las características de ACR, optimizando la formulación de las mezclas, especial una baja relación A/C, aunque con una alta relación de sustitución, se puede obtener concretos de ACR con las resistencias a la carbonatación y difusión de cloruro equivalente a la de los concretos convencionales (Valeria Corinaldesi, 2009).
2.3.3 Sulfatos
El deterioro generado por el ataque de sulfatos en el concreto comienza con las fuerzas expansivas significativas generadas en el estrecho nivel de poros, cuya estructura está estrechamente relacionada con la variación de masa y cambio de resistencia mecánica debido al ataque de sulfatos (Zhongya Zhang, 2020).
La resistencia de los concretos con agregado de concreto reciclado al ataque por sulfatos depende sobre todo del tipo de cemento utilizado en el nuevo concreto así como del cemento presente en los agregados de concreto reciclado, de ahí la importancia de conocer el origen del concreto (Arriaga, 2013). La composición química y mineralógica del cemento tiene un fuerte impacto en la resistencia del concreto a ataque de sulfatos, mientras que el efecto de la relación agua / cemento depende del tipo de cemento y tiene una influencia limitada sobre la resistencia a los sulfatos en concreto (Vesna Bulatovic´, 2017).
El uso de cemento moderadamente resistente a los sulfatos en el concreto original de donde se obtiene el ACR, puede contribuir a evitar la tasa de deterioro debido a una reacción entre sulfatos y áridos reciclados (C.J. Zega, 2015)
La resistencia a la compresión del hormigón y cambio de longitud, antes de los 365 días de exposición a soluciones de sulfato, dependen del tipo de cemento, relación agua / cemento, tipo de agregado y tipo de solución de Na2SO4. Después de este periodo, la resistencia a la compresión y cambio de longitud, principalmente dependen del tipo de cemento y de la relación de agua a cemento. La influencia de otros parámetros como el
tipo de agregado y la solución de sulfato, se vuelven muy limitadas a esta edad (Vesna Bulatovic´, 2017).
El concreto con ACR presenta una disminución de la resistencia a la compresión de 34%
y al mismo tiempo, tiene una expansión lineal de 0.27 por ataque de sulfatos, que va más allá del límite de expansión dado por Miller y Manson (Vesna Bulatovic´, 2017).
3. Materiales
Los materiales usados en las diferentes mezclas, se trataron de acuerdo con las normas correspondientes para sus ensayos previos y poder a partir de estos ajustar los nuevos diseños de mezcla utilizados en esta investigación. Estos materiales fueron:
Gravilla natural de rio 1”
Arena de rio
Cemento Argos Tipo ART
Aditivo Plastiment AD20 Sika
Agua potable EAAB
Agregado de Concreto Reciclado - ACR
Éstos materiales hicieron parte tanto del proceso de mezclado para la elaboración de los cilindros controlados usados posteriormente como fuente de ACR, como de la elaboración de las diferentes mezclas.
3.1 Gravilla natural de 1”
La gravilla utilizada en las diferentes mezclas usadas tanto en el concreto del cual se obtuvo el agregado reciclado como de las nuevas mezclas, fue gravilla natural de rio de 1” de la región del Huila.
Figura 1-1 Gravilla natural
Fuente: Autor, 2021.
3.1.1 Densidad y absorción del agregado grueso natural
Se determina la densidad y absorción del agregado grueso natural de acuerdo con la NTC 176-1995.
Tabla 1-1 Densidad y absorción del agregado grueso natural.
Masa al aire de la muestra seca (g) 5397,0 Masa de la muestra saturada y superficialmente seca (g) 5597,0 Masa de la muestra sumergida en agua (g) 3328,5
Densidad nominal (g/cm3), 23ºC 2,6
Densidad aparente (g/cm3), 23ºC 2,37
Densidad saturada y superficialmente seca (g/cm3), 23ºC 2,46
Porcentaje de absorción (%) 3,7
3.1.2 Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados gruesos
Se determina la masa unitaria y los vacíos del agregado grueso natural de acuerdo a la NTC 92-1995.
Tabla 1-2 Masa unitaria compacta por apisonamiento al agregado grueso natural.
MASA UNITARIA COMPACTA POR APISONAMIENTO
Masa de la muestra + Molde (g) 17300
Masa de molde (g) 3900
Masa neta de la muestra (g) 13400 Volumen del molde (cm3) 9380 Masa unitaria compacta (kg/m3)
1430
Tabla 1-3 Masa unitaria suelta al agregado grueso natural.
3.1.3 Análisis granulométrico del agregado grueso natural
Se realiza análisis granulométrico al agregado grueso natural de acuerdo a la NTC 77 – 2007.
MASA UNITARIA SUELTA Masa de la muestra + Molde (g) 16650
Masa de molde (g) 3900
Masa neta de la muestra (g) 12750 Volumen del molde (cm3) 9380 Masa unitaria suelta (kg/m3) 1360
Tabla 1-4 Análisis granulométrico del agregado grueso natural.
Pulgadas mm Min Max
3 75 100%
2 1/2 63 100%
2 50 100%
1 1/2 37.5 100% 0 0.0% 0.0% 100% 100%
1 25 93% 723 7.0% 7.0% 90% 100%
3/4 19 48% 4615 45.0% 52.0% 40% 85%
1/2 12.5 3% 4590 44.7% 96.7% 10% 40%
3/8 9.50 1% 230 2.2% 99.0% 0% 15%
Nº4 4.75 0% 90 0.9% 99.8% 0% 5%
Nº8 2.36 0% 0.5 0.0% 99.8%
Nº16 1.18 0.1% 0.2 0.0% 99.9%
Nº30 0.84 0.1% 0.2 0.0% 99.9%
Nº50 0.6 0.1% 0.9 0.0% 99.9%
Nº100 0.3 0.1% 2.5 0.0% 99.9%
Nº200 0.15 0.1% 5.1 0.0% 99.9%
Fondo 0.075 0.0% 6.6 0.1% 100%
Masa Total 10264 100%
37.5 10264
25 8.54
Tamaño máximo (mm) Masa inicial (g)
Tamaño máximo nominal (mm) Modulo de finura
Tamiz
% Que pasa
Masa retenida (g)
% Retenido
% Retenido Acum.
Lim. NTC 174
Figura 1-2 Análisis granulométrico agregado grueso natural.
Fuente: Autor, 2021.
3.1.4 Pasa tamiz N° 200
El porcentaje de pasa tamiz 200 del la grava natural de 1” es de 1%. Este valor esta dentro de los limites de acuerdo a la norma NTC 174 Especificaciones de los agregados para concreto, que establece un porcentaje de pasa el tamiz N° 200 de máximo de 1%, o de 1.5% cuando el agregado que no contiene arcilla o pizarra.
3.2 Arena de rio
La arena utilizada en las diferentes mezclas tanto en el concreto del cual se obtuvo el agregado reciclado como de las nuevas mezclas, es arena de río natural, obtenida de la región del Huila.
Figura 1-3 Arena de rio
Fuente: Autor, 2021.
3.2.1 Densidad y absorción del agregado fino
Se determina la densidad y absorción del agregado fino de acuerdo con la NTC 237- 1995.
Tabla 1-5 Densidad y absorción de agregado fino.
Masa de la muestra sss, Msss (g) 503,0 Masa de la muestra seca, Ms (g) 499,2 Masa Picnometro con muestra y agua (g) 973,7 Masa Picnómetro lleno con agua (g) 662,1 Densidad nominal (g/cm3), 23ºC 2,65 Densidad aparente (g/cm3), 23ºC 2,60 Densidad SSS (g/cm3), 23ºC 2,62 Porcentaje de absorción (%) 0,8
3.2.2 Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados del agregado fino
Se determina la masa unitaria y vacíos entre partículas del agregado fino de acuerdo con la NTC 92-1995.
Tabla 1-6 Masa unitaria compacta por apisonamiento al agregado fino.
MASA UNITARIA COMPACTA POR APISONAMIENTO
Masa de la muestra + Molde (g) 6350
Masa de molde (g) 1500
Masa neta de la muestra (g) 4850 Volumen del molde (cm3) 3073 Masa unitaria compacta (kg/m3)
1580
Tabla 1-7 Masa unitaria suelta al agregado fino.
MASA UNITARIA SUELTA Masa de la muestra + Molde (g)
6000
Masa de molde (g) 1500
Masa neta de la muestra (g) 4500 Volumen del molde (cm3) 3073 Masa unitaria suelta (kg/m3) 1460
3.2.3 Análisis granulométrico del agregado fino
Se realizó análisis granulométrico al agregado grueso natural de acuerdo con la NTC 78 – 2007.
Tabla 1-8 Análisis granulométrico del agregado fino.
Tamiz
% Que pasa
Masa retenida (g)
% Retenido
% Retenido Acum.
Lim. NTC 174
Pulgadas mm Min Max
3 75
2 1/2 63 100% 0 0 0
2 50 100% 0 0 0
1 1/2 37.5 100% 0 0 0
1 25 100% 0 0 0
3/4 19 100% 0 0 0
1/2 12.5 100% 0 0.0% 0.0%
3/8 9.50 100% 0 0.0% 0.0% 100% 100%
Nº4 4.75 96.4% 47 3.6% 3.6% 95% 100%
Nº8 2.36 92.7% 48.9 3.7% 7.3% 80% 100%
Nº16 1.18 85.3% 98.1 7.4% 14.7% 50% 85%
Nº30 0.84 46.6% 511.9 38.7% 53.4% 25% 60%
Nº50 0.6 11.9% 459.1 34.7% 88.1% 10% 30%
Nº100 0.3 2.9% 119 9.0% 97.1% 2% 10%
Nº200 0.15 1.4% 20 1.5% 98.6% 0% 5%
Fondo 0.075 0.0% 18.7 1.4% 100%
Masa Total 1322.7 100%
Tamaño máximo (mm) 9.5 Masa inicial (g) 1324.5 Tamaño máximo
nominal (mm) 1.18 Masa final (g) 1306.8
Módulo de finura 2.64 % que pasa 1.30%
Figura 1-4 Análisis granulométrico del agregado fino.
Fuente: Autor, 2021.
3.2.4 Pasa tamiz N° 200
El pasa tamiz de la arena es de 1,4%, de acuerdo a la norma NTC 174 Especificaciones de los agregados para concreto, que ha establecido que un porcentaje adecuado de finos que pasa el tamiz N° 200 es máximo de 3%, 5%, 7%, según el uso que tendrá el concreto, y la procedencia del agregado: 3% para su uso en concretos que estarán sometidos a abrasión, máximo 7% de finos de AN (sin triturar) y para finos producto de trituración ACR, y máximo 5% para otros concretos que no estarán expuestos a la abrasión.
3.2.5 Impurezas orgánicas en agregado fino para concreto
Se realizó ensayo de impurezas orgánicas en agregado fino obteniendo en la escala colorimétrica de Gardner el resultado de 1 (UNO), de acuerdo a la norma NTC 127-2000.
3.3 Cemento Argos tipo ART
El cemento utilizado tanto en el concreto del cual se obtuvo el agregado grueso reciclado como el de las nuevas mezclas ajustadas fue el cemento Argos Tipo Estructural en bolsas de 42,5 kg de procedencia Rio Claro. Es un cemento especialmente diseñado para la producción industrializada de concreto, que ofrece una mayor eficiencia y un alto desarrollo de resistencias a edades iniciales y finales.
Se realizaron ensayos de consistencia normal (Vicat), finura Blaine, tiempos de fraguado, pesos específicos y resistencia a la compresión de cubos de mortero, cada uno de acuerdo a las normas vigentes al presente estudio.
3.3.1 Consistencia normal (Vicat)
De acuerdo a la norma NTC 110 ASTM C 187, la relación agua/cemento obtenida fue 0.269 con una penetración de 11mm. El contenido de agua de una pasta normal se expresa como porcentaje en peso del cemento seco y puede variar entre 23 y 33%.
3.3.2 Finura Blaine
La finura de cemento obtenida fue de 3770cm2/g de acuerdo a la normas NTC 33, NTC 294.
3.3.3 Tiempos de fraguado
Tiempo de fraguado inicial: 160 minutos Tiempo de fraguado final: 220 minutos
El tiempo de fraguado es aquel que se toma cuando la penetración es igual a 25mm y no debe ser menor de 45 minutos ni mayor de 420 minutos de acuerdo a la NTC 118.
3.3.4 Resistencia a la Compresión de cubos de mortero
R1 (1dias): 7.2Mpa R3 (3dias): 26Mpa R7 (7dias): 32.1Mpa R28 (28dias): 34.4Mpa
Conforme a la especificación de la NTC 220, la resistencia a la compresión de cubos de mortero no debe ser menor a 11Mpa para una resistencia a 1 días, de 22Mpa a una resistencia de 3 días. Lo cual indican que los resultados que cumple satisfactoriamente.
3.3.5 Peso específico en frasco de Le Chatelier
El peso específico del cemento obtenido fue de 3.05g/cm3 de acuerdo con la norma NTC 221.
3.4 Aditivo Plastiment AD20 - Sika
El aditivo de las diferentes mezclas tanto del concreto del cual se obtuvo el agregado grueso reciclado como de las nuevas mezclas, fue Plastiment AD20 de la marca Sika, de tipo líquido, de acuerdo a ficha técnica de producto se clasifica como aditivo tipo D;
aditivo reductor de agua y retardante. De acuerdo con la ASTM C-494 cumple con la Norma Técnica Colombiana (NTC) 1299.
Color: líquido café oscuro, densidad: 1,31 kg/l ± 0,03 kg/l, pH: mínimo 6, viscosidad: 15 ± 5 segundos con copa Ford a 20oC.
La dosificación puede ir de 0,3 al 0,6% del peso del cemento de la mezcla.
Este producto puede tener tres usos; el primero como plastificante: se adiciona directamente a la mezcla lo cual incrementa su asentamiento. Plastiment AD20 extiende el tiempo de trabajabilidad y retarda el tiempo de fraguado de la mezcla de manera controlada, facilitando el transporte, colocación, vibrado y acabado del concreto. El segundo como reductor de agua; se adiciona disuelto en el agua de amasado permite reducir hasta un 14% el agua de amasado, sin variar el asentamiento normal, obteniéndose un incremento considerable de las resistencias mecánicas a todas las edades. Tercero; como economizador de cemento, ya que se puede aprovechar el incremento de resistencia logrado con la reducción de agua, para disminuir el contenido de cemento y así optimizar y hacer más económico el diseño de la mezcla. Se recomienda su uso en todos los climas. Es indicado cuando se requiera alto tiempo de trabajabilidad y colocación de grandes volúmenes de concreto.
3.5 Agua potable EAAB
El agua utilizada para las diferentes mezclas fue la suministrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, que puede ser usada para mezclas de concreto de acuerdo con los requisitos de la NTC 3459.
3.6 Agregado de Concreto Reciclado - ACR
3.6.1 Proceso de obtención del ACR controlado
El proceso experimental llevado a cabo en el presente estudio inicia con la obtención controlada del concreto de cilindros de testigos no fallados que puede convertirse en Agregado de Concreto Reciclado ACR.
Figura 1-5 Proceso de obtención del Agregado de Concreto Reciclado -ACR
Fuente: Autor, 2021.
Se realizó la selección del productor de testigos no fallados de concreto, entre los cuales se encontraban los diferentes laboratorios de ensayos de concreto de la ciudad de Bogotá y las obras de las constructoras que fabrican su propio concreto en sitio, al requerir información de características de los cilindros de concreto se determinó que una obra podría tener de manera más detallada toda la información de los testigos no fallados para conocer de forma controlada la calidad del concreto.
Se planteó previamente fabricar los cilindros de concreto como resultado del mismo proceso de producción de una obra, ya que se garantizaría su uso como material estructural y así mismo asegurar la calidad de la fuente del ACR.
Se obtuvo la información acerca de los cilindros controlados y se seleccionaron los testigos no fallados de 13 parejas de muestras (26 cilindros de 6”x12”) que corresponden a un concreto de 4000psi de uso estructural.
Tabla 1-9 Información de los cilindros utilizados como fuente de ACR
Número
Muestra Fecha Fundida Edad Fecha Rotura Psi Mpa Kgcm Porcentaje Res Nominal
KgCm 959 04/04/2016 11:30 28 05/02/2016 11:30 6601 45,3 462 1,65 280 959 04/04/2016 11:30 28 05/02/2016 11:30 6232 42,8 436 1,56 280 961 04/05/2016 13:19 28 05/03/2016 13:19 4269 29,3 299 1,07 280 961 04/05/2016 13:19 28 05/03/2016 13:19 4405 30,2 308 1,1 280 960 04/05/2016 14:00 28 05/03/2016 14:00 4036 27,7 282 1,01 280 960 04/05/2016 14:00 28 05/03/2016 14:00 4202 28,8 294 1,05 280 964 04/07/2016 14:00 28 05/05/2016 14:00 4986 34,2 349 1,25 280 964 04/07/2016 14:00 28 05/05/2016 14:00 5096 35 357 1,27 280 976 4/19/2016 11:40:00 AM 28 5/17/2016 11:40:00 AM 5527 37,9 387 1,38 280 976 4/19/2016 11:40:00 AM 28 5/17/2016 11:40:00 AM 5337 36,6 374 1,33 280 991 05/04/2016 15:00 28 06/01/2016 15:00 5188 35,6 363 1,3 280 991 05/04/2016 15:00 28 06/01/2016 15:00 5779 39,6 405 1,44 280
993 05/05/2016 8:40 28 06/02/2016 8:40 4808 33 337 1,2 280
993 05/05/2016 8:40 28 06/02/2016 8:40 4892 33,6 342 1,22 280 997 05/06/2016 15:30 28 06/03/2016 15:30 5623 38,6 394 1,41 280 997 05/06/2016 15:30 28 06/03/2016 15:30 5329 36,6 373 1,33 280 1003 05/12/2016 14:30 28 06/09/2016 14:30 7466 51,2 523 1,87 280 1003 05/12/2016 14:30 28 06/09/2016 14:30 7176 49,2 502 1,79 280 1006 5/14/2016 8:57:00 AM 27 06/10/2016 8:57 6762 46,4 473 1,69 280 1006 5/14/2016 8:57:00 AM 27 06/10/2016 8:57 6760 46,4 473 1,69 280 1008 5/16/2016 2:10:00 PM 28 6/13/2016 2:10:00 PM 7472 51,3 523 1,87 280 1008 5/16/2016 2:10:00 PM 28 6/13/2016 2:10:00 PM 7408 50,8 519 1,85 280 1013 5/19/2016 2:20:00 PM 28 6/16/2016 2:20:00 PM 7614 52,2 533 1,9 280 1013 5/19/2016 2:20:00 PM 28 6/16/2016 2:20:00 PM 7615 52,2 533 1,9 280 1016 5/23/2016 2:20:00 PM 28 6/20/2016 2:20:00 PM 6513 44,7 456 1,63 280 1016 5/23/2016 2:20:00 PM 28 6/20/2016 2:20:00 PM 6548 44,9 458 1,64 280
Los resultados de la resistencia a compresión de 7 y 28 días, estuvieron por encima del requerimiento. Se obtuvo un promedio de 34Mpa, para la edad de fallo de 7 días. Más del 70% de los cilindros ya cumplía con la resistencia de diseño. Los resultados a 28 días de todos los cilindros superaron la meta de resistencia especificada que era de 35Mpa, con un promedio de resistencia de 41Mpa.
Figura 1-6 Distribución normal y resistencia de cilindros para ACR
Fuente: Autor, 2021.
Posteriormente con la información de los resultados de resistencia a la compresión a 28 días se realizó análisis estadístico.
Tabla 1-10 Análisis estadístico cilindros para obtención de ACR
280 Kg/cm2 413.7 Kg/cm2
0 288.0 Kg/cm2 533.0 Kg/cm2 26.0 Kg/cm2 15.4 Kg/cm2 3.71%
Muy bueno 13 No Aplica 82.8 Kg/cm2
20.01%
Pobre 6.3%
437.8 Kg/cm2 Resistencia Nominal
Promedio general
No conformidades (Resitencias bajas) Dato promedio mas bajo
Dato promedio mas alto Intervalo promedio
Coeficiente de variacion Calificacion de la variacion total Probabilidad de obtener menores a f'c Promedio requerido f'cr
Desviacion estándar dentro de la prueba (Ds1) Coeficiente de variacion (V1)
Calificacion del coeficiente de variacion (V1) Numero de parejas evaluadas
Factor de correccion (NTC 3318) Desviacion estándar total corregida (Ds)
Para las 13 parejas de cilindros evaluadas, se tiene una calificación de variación total pobre, debido a una alta desviación estándar de 82.8kg/cm2. Esta variación se da en gran parte a la afectación de condiciones de producción, como el clima, el horario de fundidas entre otras. Aunque se encontró pobre la calificación, los resultados a 28 días tienen un promedio de 148%, característica que resulta conveniente para obtener de estas muestras el ACR.
Se procedió luego a triturar los cilindros de concreto de forma manual con una almádana, hasta obtener un tamaño similar a 1” para su posterior tamizaje. Este proceso se realizó cilindro por cilindro hasta completar la totalidad de las muestras escogidas.
Figura 1-7 Tamizado de ACR
Fuente: Autor, 2021.
Posteriormente se realizó el tamizaje de forma manual con los tamices normativos, para obtener el material granular con tamaño nominal de 1”, el cual posteriormente seria la fuente del ACR para realizar las sustituciones en las diferentes mezclas analizadas en esta investigación.
A continuación se resumen los resultados de los ensayos realizados al ACR, de acuerdo a la normativa aplicable a los agregados gruesos de origen natural.
3.6.2 Densidad y absorción del agregado grueso
Se determina la densidad y absorción del agregado grueso reciclado de acuerdo a la NTC 176-1995.
Tabla 1-11 Densidad y absorción agregado grueso de concreto reciclado.
Masa al aire de la muestra seca (g) 3866 Masa de la muestra saturada y superficialmente seca (g) 4126 Masa de la muestra sumergida en agua (g) 2320
Densidad nominal (g/cm3), 23ºC 2,5
Densidad aparente (g/cm3), 23ºC 2,14
Densidad saturada y superficialmente seca (g/cm3), 23ºC
2,28
Porcentaje de absorción (%) 6,73
3.6.3 Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados
Figura 1-8 Ensayos ACR.
Fuente: Autor, 2021.
Se calcula la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados, al agregado grueso reciclado de acuerdo a la NTC 92 – 1995.
Tabla 1-12 Masa unitaria compacta por apisonamiento al agregado grueso de concreto reciclado.
MASA UNITARIA COMPACTA POR APISONAMIENTO
Masa de la muestra + Molde (g)
6099 Masa de molde (g)
1500 Masa neta de la muestra (g)
4599 Volumen del molde (cm3)
3073 Masa unitaria compacta (kg/m3)
1,496
Tabla 1-13 Masa unitaria suelta al agregado grueso de concreto reciclado.
MASA UNITARIA SUELTA Masa de la muestra + Molde (g)
6543 Masa de molde (g)
1500 Masa neta de la muestra (g)
5043 Volumen del molde (cm3)
3073 Masa unitaria suelta (kg/m3)
1,641