Estudio del comportamiento de hormigones hidráulicos, a partir del empleo de áridos reciclados sin y con adiciones de materiales finos

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil. Trabajo de Diploma Título:. Estudio del comportamiento de hormigones hidráulicos, a. partir del empleo de. áridos reciclados. sin y con adiciones de. materiales finos.. Autores: Yadira Peralta González Armando Clavero Rodríguez. Tutores: Dra. Ing. Lesday Martínez Fernández Arq. Daylin García Puentes. Santa Clara 2014.

(2) Dedicatoria A Diosito, por permitir que cumpliera mi sueño al lado de mis seres más queridos. A mi mamá, por haber luchado tanto por mi hermano y por mi. A mi hermano, por serlo todo para mi, por ser mi mayor fuente de inspiración, por ser ese ídolo que todos tenemos. A mi novio, por haber logrado que creyera en el amor y compartir todo el suyo únicamente conmigo. Yadira.. I.

(3) Agradecimiento A mi mamá, por ser la persona que más me quiere en la vida, por su sacrificio para darme siempre lo mejor y por enfrentar los peores momentos de su vida solo para vernos a mi hermano y a mí felizmente graduados. A mi hermano, por ayudarme y enseñarme tanto, por cuidarme siempre y por ser mi más grande apoyo en los momentos difíciles. A mi tía Maira, mi primo Yohandri, mi abuela Bernarda, mi abuelito Sergio, a mi tío Ramoncito y a Nilo por enseñarme el valor de la humildad, la solidaridad y el amor de familia. A mi abuelo Evelio por ser mi camaroncito duro y por dejarme disfrutar de su cariño. A mi familia más lejana (Aida y Ramoncito) por su ayuda en todo este tiempo. A todas mis amistades en especial a Ilianet, Alaini, Adrian, Carlos y Asiel por haberme dado los momentos más felices y por haberme ayudado en los más malos. A mi tutora Lesday por ser ejemplo de sabiduría y profesionalidad, por su grandísima ayuda y por su confianza. A Claudia, Yudith, Jessica y Gladis por tan buenos años de convivencia A Eily, por su grandísima ayuda en la tesis y por su gran amistad. A Adislen y Randi por compartir su tiempo de estudio y ayudarme a salir adelante. A ellos muchas gracias. Yander por no decir que no a nada cuando lo necesité. Al excelentísimo y querido colectivo de la ENIA donde todos aportaron un pedacito de si y tanto me ayudaron con la tesis, en especial a Solis, Aidita, Marita y Maday. A Jose que en su tiempo de práctica en la ENIA fue mi mano derecha e hizo de mi tesis la suya, que trabajó a la par mía .Muchas gracias. A. Raúl. por. su. desinteresada. ayuda. en. todo. momento. y. por. brindarse. incondicionalmente. A Belkis, Dailín y Yosvany por compartir un pedacito de su tiempo a ayudar con nuestra tesis. A los profesores de la facultad por ser ejemplos de sabiduría, genialidad y ética profesional. A las tías por brindarnos siempre y con el mayor cariño del mundo una buena meriendita. A todos los que me ayudaron, gracias. Yadira. II.

(4) Para llevar a feliz término cualquier objetivo en la vida es indispensable contar con el aporte desinteresado de personas cercanas y a veces desconocidas. A mis padres por haberme apoyado en todo momento a pesar de haber cometido algunos errores sobre aviso que demoraron un poco este momento. A mi abuela por hacer de madre todos los años de estudio lejos de mi casa. A mi tutora Lesday por las largas jornadas de trabajo conjunto incluso fuera de horario. A todos mis compañeros de año en especial a la gente de mi cuarto por cargar conmigo en el estudio después de haber llegado con tantos problemas con respecto al resto. A Anaibys y Yaité porque aunque nunca lo acepté me brindaron en todo momento su ayuda en materia tecnológica. A todo el piquete de la ENIA en especial al de recursos humanos por reunir en tan poco espacio a tantas personas fuera de liga. A mis profesores de la Uni. por tanto conocimiento adquirido por tanta confianza. A Belquis y Raúl por hacer suya esta tesis. A Yadira por ser tan diferente a mi y aunque algunas veces se le fue la mano me dió el empujón necesario para terminar con tanto trabajo. ¨Gracias¨: Armando.. III.

(5) RESUMEN La finalidad de esta investigación es el estudio del comportamiento de hormigones hidráulicos, a partir del empleo de áridos reciclados sin y con adiciones de materiales finos. Para esto se obtuvo el material reciclado mediante la trituración de hormigón premezclado (residuo procedente de la fábrica de hormigón Chiqui Gómez ubicada en Santa Clara, Cuba). Se realizó un estudio de las propiedades físicas y mecánicas del material reciclado, para su empleo en la elaboración de hormigones, con 100% de árido natural, una combinación del 25% de la fracción gruesa con el 50% de la fracción fina, ambas recicladas, y el 100% de árido reciclado, añadiendo en los tres casos un 3% y un 6% material más fino que el tamiz 100. Se analizó el comportamiento físico-mecánico del hormigón elaborado a la edad de 7 días, concluyendo que para mayores por cientos de sustitución la resistencia a compresión disminuye. Además se obtuvo para el 100% de árido natural y la combinación mencionada, que a medida que aumenta el fino menor que tamiz 100 (hasta un 10%) la resistencia se incrementa. Con el empleo de estos materiales reciclados se busca una alternativa sostenible para dar solución a problemas actuales de agotamiento de materias primas naturales producto de la explotación de canteras, aportando de manera positiva al desarrollo económico y social del país.. IV.

(6) SUMMARY The purpose of this investigation is the study of the behavior of hydraulic concretes, starting from the employment of recycled arid with and without additions of fine materials. For this, the recycled material was obtained by means of the trituration of premixed concrete (this material come from the concrete factory Chiqui Gómez located in Santa Clara, Cuba). It was carried out a study of the physical and mechanical properties of the recycled material, for its employment in the elaboration of concretes, with 100% of natural arid, a combination of 25% of the coarse fraction with 50% of the fine fraction, both fractions recycled, and 100% of arid recycled, adding in the three cases 3% and 6% finer material that the sieve 100. The physical and mechanic behavior of the concrete elaborated to the age of 7 days was analyzed, concluding that for a bigger percent of substitution the resistance to compression diminishes. It was also obtained, for a 100% of natural arid mix and the mentioned combination, that as the fine percent smaller than sieve 100 increases (up to 10%) the resistance is increased. With the employment of these recycled materials a sustainable alternative is looked to give solution to current problems of exhaustion of raw mix natural product of the exploitation of quarries, contributing in a positive way to the economic and social development of the country. .. V.

(7) INDICE Dedicatoria ...................................................................................... I Agradecimiento ............................................................................. II Introducción................................................................................... 1 CAPÍTULO 1: Revisión bibliográfica sobre el empleo de áridos reciclados y de la incidencia de finos en hormigones elaborados con estos áridos. ....................................................... 5 1.1. Residuos de Construcción. y Demolición (RCD).. Concepto,. generalidades y clasificación. ......................................................................... 5 1.2. Clasificación de los RCD. ...................................................................... 6. 1.3. Áridos Reciclados (AR). ........................................................................ 7. 1.3.1. Áridos reciclados procedentes de hormigón ................................... 8. 1.4. Sustituciones de áridos naturales por áridos reciclados...................... 10. 1.5. Ventajas y desventadas del empleo de tecnologías para la eliminación. de los finos. ................................................................................................... 11 1.6. Fino generado según tipos de tecnologías de moliendas. .................. 13. 1.7. Métodos de mezcla para mejorar el rendimiento de los hormigones. producidos con desechos. ............................................................................ 14 1.8. Influencia de finos en las propiedades del Hormigón tradicional (En. estado fresco y endurecido) .......................................................................... 16 1.9. Influencia de finos en las propiedades del Hormigón Reciclado (En. estado fresco y endurecido) .......................................................................... 18 1.9.1. Hormigón fresco. .......................................................................... 18. 1.9.2. Hormigón endurecido. .................................................................. 19. 1.10 Procesos que influyen. en la. Durabilidad de los hormigones.. Carbonatación ............................................................................................... 20 1.10.1. Definición del fenómeno de la carbonatación. ........................... 21. 1.10.2. Frente de actuación de la carbonatación................................... 22. 1.10.3. Procesos Químicos ................................................................... 22. 1.10.4. Parámetros que inciden en la carbonatación ............................ 23. 1.10.5. Velocidad de penetración de la carbonatación .......................... 24. VI.

(8) 1.11 Procesos que influyen en la Durabilidad de los hormigones. Presencia de cloruros .................................................................................................... 24 1.11.1. Definición del fenómeno de penetración de iones de cloruros. . 24. 1.11.2. Formas de presentarse en el concreto ...................................... 25. 1.11.3. Variantes de penetración de cloruros en el hormigón ............... 26. 1.11.4. Mecanismos de transporte ........................................................ 26. 1.11.5. Contenido de cloruro en áridos reciclados ................................ 28. 1.11.6. Contenido de cloruros en hormigones ....................................... 28. 1.11.7. Limitación de concentración de cloruros por agua de amasado. 28. 1.12 Ensayo de durabilidad en hormigones. ............................................... 29 1.13 Propiedades de los áridos naturales de la región central del país ...... 31 1.14 Comportamiento a nivel mundial de RCD. .......................................... 34 1.15 Experiencias ........................................................................................ 35 1.16 Conclusiones parciales ....................................................................... 37. CAPÍTULO 2: Diseño y elaboración de mezclas de hormigón a partir del empleo de áridos reciclados. ..................................... 38 2.1. Introducción ......................................................................................... 38. 2.2. Fundamentación del empleo de los por cientos de sustitución de árido. natural por árido reciclado tanto en las fracciones finas como las gruesas. . 38 2.3. Proceso de trituración y molienda de los residuos de construcción y. demolición. .................................................................................................... 40 2.4. Materiales utilizados. Características .................................................. 41. 2.5. Diseño del plan experimental .............................................................. 44. 2.5.1. Declaración de las variables independientes y sus niveles. ......... 44. 2.5.2. Declaración de las variables dependientes. ................................. 45. 2.5.3. Parámetros de estado. ................................................................. 45. 2.6. Ensayos de caracterización de los áridos reciclados. ......................... 46. 2.6.1. Análisis Granulométrico. ............................................................... 46. 2.6.2. Peso Específico y absorción de agua. .......................................... 47. 2.6.3. Determinación del peso volumétrico. ............................................ 50. 2.6.4. Determinación del material más fino que el tamiz (T200). ............ 52. VII.

(9) 2.6.5. Determinación del material más fino que el tamiz de 0.149mm. (T100) 53 2.7. Dosificación empleada en la elaboración de hormigones. .................. 54. 2.8. Proceso de fabricación del hormigón. ................................................. 55. 2.8.1 2.9. Llenado de probetas, compactación y conservación .................... 56. Ensayos al hormigón en estado endurecido. ...................................... 58. CAPÍTULO 3: Análisis de los resultados. .................................. 59 3.1. Introducción ......................................................................................... 59. 3.2. Propiedades de los áridos reciclados. ................................................. 59. 3.2.1. Análisis granulométrico. ................................................................ 59. 3.2.2. Peso específico. ........................................................................... 63. 3.2.3. Absorción ...................................................................................... 64. 3.2.4. Material más fino que el tamiz 200. .............................................. 65. 3.2.5. Material más fino que el tamiz 100. .............................................. 66. 3.2.6. Peso volumétrico .......................................................................... 67. 3.3. Influencia del aditivo vs asentamiento ................................................. 68. 3.4. Propiedades de los hormigones en estado endurecido....................... 69. 3.5. Conclusiones parciales ....................................................................... 71. VIII.

(10) Introducción Constantemente producto de la construcción o demolición de edificaciones se generan enormes cantidades de escombros, esto constituye un problema tanto económico como ambiental, que se agudiza en la medida que se incrementa el volumen de producción de los mismos a la vez que escasean los lugares donde depositarlos.. Con el vertimiento de residuos de construcción y demolición (RCD), no sólo se pierde o desaprovecha energía y material potencialmente reutilizable sino que además, se afecta de manera negativa al entorno; de aquí que la necesidad de reciclaje de estos residuos concierne a todos, por lo que se han de habilitar mecanismos de gestión que permitan resolver adecuadamente tal situación.. Gran parte de estos residuos de construcción y demolición son depositados en vertederos, creando de esta forma un gran impacto visual, paisajístico y ecológico, al rechazar materias primas que con un adecuado tratamiento, podrían ser reincorporada en un ciclo de producción, ya sea el mismo en que fue generada u otra diferente, aprovechando de esta forma el potencial que tienen estos materiales como material secundario. Es importante destacar que la conciencia medioambiental enfocada en el desarrollo sostenible debe ser premisa para los trabajos de construcción. Con el fin de erradicar los problemas de contaminación y la sobreexplotación de canteras se hace inminente la necesidad de reutilizar estos desechos mediante su transformación en árido teniendo en cuenta el elevado volumen de áridos naturales que consume el sector de la construcción.. Mediante el uso de los RCD se puede obtener ventajas tales como la minimización del consumo de recursos naturales los cuales constituyen un recurso no renovable; garantizándose de esta forma que posean suficientes las generaciones venideras, y en términos de economía posibilita el ahorro de combustible empleado en el transporte de estos materiales.. 1.

(11) Partiendo de que numerosas civilizaciones han utilizado y reutilizado materiales para la construcción de su propia arquitectura (ya sea destruida por la guerra o por causas naturales) para la construcción de nuevos edificios (M. Etxeberria, 2007). Se están haciendo investigaciones con el fin de poder emplear estos desechos en nuevas construcciones y así satisfacer las necesidades de los habitantes de modo responsable pensando primeramente en nuestro planeta. La presente investigación está encaminada a evaluar el comportamiento de los áridos reciclados procedentes de hormigón premezclado y la fracción fina de estos, en la elaboración de hormigón hidráulico, empleando el método de diseño de mezclas TOUFAR. Con este fin se procesarán los residuos de la planta de hormigón Chiqui Gómez ubicada en Santa Clara, los mismos serán sometidos a un proceso de trituración en el molino. ubicado en la UEB. Armando Mestre de Encrucijada, municipio de Villa Clara, para obtener las diferentes granulometrías.. Una. vez realizado. este proceso quedarán. convertidos en el árido que se empleará en la elaboración del hormigón.. A partir de lo antes planteado se caracteriza la siguiente. situación. problemática, estos residuos procedentes de hormigón premezclado; sin utilidad, constituyen desechos que se acumulan en zonas cercanas vertederos, y su empleo en la elaboración. o en. de hormigones evita la. sobreexplotación de las canteras de áridos naturales que constituyen recursos no renovables.. La anterior situación problemática da origen al problema científico a resolver ¿En qué medida influye la presencia de finos menores del tamiz 100, en el comportamiento de una mezcla de hormigón fabricada con áridos reciclados procedentes de la trituración de fragmentos de hormigón endurecido?. Basado en la construcción del marco teórico-referencial de la investigación, expuesto en el capítulo 1 de esta Tesis, se formuló como hipótesis general de la investigación la siguiente: Si se emplean dosificaciones del hormigón a partir de los áridos reciclados y adiciones de materiales más finos que el tamiz. 2.

(12) No 100, se logra un comportamiento físico-mecánico adecuado de dichos hormigones.. En correspondencia con la hipótesis de la investigación, el objetivo general de la investigación consiste en: Evaluar la influencia del empleo de áridos reciclados y adiciones de finos inferiores al tamiz 100 de Santa Clara, Villa Clara en el comportamiento mecánico de los hormigones hidráulicos fabricados.. Para lograr el objetivo general se proponen los objetivos específicos siguientes: 1) Fundamentar el empleo de los áridos reciclados para la producción de hormigones y la influencia de finos en los mismos a tono con la preservación medio ambiental. 2) Establecer la proporción adecuada en que deben ser mezclados los áridos reciclados y naturales, tanto en fracción fina, como gruesa. 3) Determinar las propiedades físicas-mecánicas de los áridos reciclados procedentes de la planta de hormigón pre-mezclado ¨Chiqui Gómez¨ situada en Santa Clara. 4) Elaborar mezclas de hormigón a partir de la incorporación de reciclado, en ambas fracciones granulométricas, con y sin la presencia de finos menores del tamiz 100 5) Demostrar la influencia de la adición de materiales finos, menores que el Tamiz No.100 en el comportamiento mecánico de hormigones con áridos reciclados.. Novedad: El aspecto novedoso radica en el estudio de la influencia de los finos en hormigones producidos con la incorporación de áridos reciclados.. Actualidad: La actualidad está en que el uso de áridos reciclados a partir de residuos podrá competir con los ofertados en la industria, minimizando así el consumo de recursos naturales y los altos costos que su empleo implica.. Aportes científicos del trabajo: 3.

(13) . Contribución al estudio del uso de los áridos reciclados, analizando la influencia de finos en el comportamiento de las propiedades físicomecánicas de los hormigones que se elaboren.. . Brindar una solución al problema del exceso de material de desecho generado en las plantas de producción de hormigón al proponer el empleo de estos como áridos reciclados.. Estructura del trabajo: Resumen: Se expone abreviadamente en qué consiste el trabajo para dar una idea general de lo que se hizo en el transcurso de esta Tesis de Diploma. Introducción: Se esbozan los antecedentes al trabajo. Capítulo I: Revisión bibliográfica sobre el empleo de áridos reciclados y de la incidencia de finos en hormigones elaborados con estos áridos, garantizando la actualización para el buen desarrollo del trabajo y haciendo uso de las disímiles búsquedas vigentes actualmente. Capítulo II: "Diseño y elaboración de mezclas de hormigón a partir del empleo de áridos reciclados” Este capítulo se concentra en fundamentar la proporción de áridos naturales y reciclados en ambas fracciones granulométricas, caracterizar físico-mecánicamente los materiales empleados, los ensayos realizados y la descripción del plan experimental. Capítulo III: “Análisis de los resultados”. Conclusiones: Contempla la exposición clara de los resultados obtenidos y del grado en que se alcanzan los objetivos propuestos Recomendaciones. Referencias. bibliográficas:. se. conformó. EndNote.X4 Anexos. 4. con. el. gestor. bibliográfico.

(14) CAPÍTULO 1: Revisión bibliográfica sobre el empleo de áridos reciclados y de la incidencia de finos en hormigones elaborados con estos áridos. 1.1. Residuos de Construcción generalidades y clasificación.. y Demolición. (RCD).. Concepto,. Producto de la imperante necesidad de ahorrar recursos no renovables para las generaciones futuras se ha universalizado el interés de utilizar residuos de la construcción y demolición en las nuevas edificaciones contribuyendo así a una reducción importante de impacto ambiental por concepto de explotación de canteras de áridos naturales.. Se consideran residuos de construcción y demolición (RCD) 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), ya que su composición es cuantitativa y cualitativamente. distinta.. 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, ferrallas, 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. (Rodriguez de la Concepción, 2013). Los RCD pueden ser limpios o sucios. Los limpios están compuestos en un 95% del peso por hormigón y el 5% restante corresponde residuos inertes no peligrosos como plástico, madera o elementos metálicos; y son a partir de ellos que se obtienen los áridos reciclados (Tertre, 2007). El volumen y la composición de los RCD están directamente relacionados con el tipo de actividad, el tipo de obra de la que provienen, de la edad del edificio o infraestructura. Por otro lado, la composición de las edificaciones varía a lo largo del tiempo y con ello también cambia la composición de los RCD, según sea la edad del edificio o estructura que es objeto de demolición(Tertre, 2007). 5.

(15) Existe una opinión bastante generalizada en aceptar que cada una de las fases de la vida de una obra tiene su propia composición y que esta puede variar de un país a otro en función de las características, estilos y tradición constructiva de cada uno (Alonso Lavernia, 2003) 1.2. Clasificación de los RCD.. Las clasificaciones de estos residuos pueden ser varias, las más utilizadas son: clasificación de acuerdo a su procedencia y a su naturaleza.. Según su procedencia pueden ser: De demolición: Son los materiales y productos de construcción que se originan como resultado de las operaciones de desmontaje, desmantelamiento y derribo de edificios y de instalaciones. También deben ser considerados aquí los residuos parciales, originados por los trabajos de reparación o de rehabilitación. En conjunto, los residuos de derribo son los que tienen mayor volumen y peso en el total de residuos generados por la actividad constructora. Existe un consenso bastante generalizado en asegurar que los volúmenes de generación por esta vía constituyen la mayoría de los escombros producidos en muchos países, aunque existen países donde la demolición no representa la mayoría de los escombros (Alonso Lavernia, 2003). Las causas de que la demolición signifique un peso importante en el total de los RCD tiene de por si varias vertientes. Los derribos originados por desastres naturales (huracanes, terremotos, maremotos, tornados y otros) y los artificiales que produce el hombre para el desmantelamiento y derribo de edificios e instalaciones, se une a este último pero con carácter negativo el ocasionado por acciones bélicas (Alonso Lavernia, 2003).. De construcción: Son los que se originan en el proceso de ejecución material de los trabajos de construcción, tanto de nueva planta como de rehabilitación o de reparación. Su origen es diverso: los hay que provienen de la propia acción de construir, originados por los materiales sobrantes: hormigones, morteros, cerámicas, etc. Otros provienen de los embalajes de los productos que llegan a la obra: madera, papel, plásticos, etc. Sus características de forma y de material son 6.

(16) variadas. En este apartado también situaríamos la parte de residuos de rehabilitación correspondientes a la fase de construcción.. De excavación: Son resultado de los trabajos de excavación, en general previos a la construcción. La composición de estos residuos es menos variable que la de los dos grupos anteriores. Tienen una composición más homogénea y son de naturaleza pétrea: arcillas, arenas, piedras, hormigones y obra de fábrica de los cimientos de la edificación existente.. Según su naturaleza pueden ser: Residuos inertes: Aquellos residuos no peligrosos que no experimentan transformaciones físicas, químicas o biológicas significativas. Son los que no presentan ningún riesgo de contaminación de las aguas, de los suelos y del aire. En general están constituidos por elementos minerales estables o inertes, en el sentido de que no son corrosivos, irritantes, inflamables, tóxicos, reactivos, etc. En definitiva, son plenamente compatibles con el medio ambiente. Los principales materiales que forman los residuos de construcción son de origen pétreo, y, por lo tanto, inertes. Pueden ser reutilizados en la propia obra o reciclados en centrales recicladoras de áridos mediante un sencillo proceso mecánico de machaqueo.. Residuos especiales: Son aquellos potencialmente peligrosos para la salud y el medio ambiente, debido a su composición y propiedades, pues contienen sustancias inflamables,. tóxicas,. corrosivas,. irritantes o que. provocan. reacciones nocivas en contacto con otros materiales. Por tal razón requieren un tratamiento especial con el fin de aislarlos y de facilitar el tratamiento específico o la deposición controlada.. Residuos banales: Aquellos que presentan una naturaleza similar a los residuos domésticos.. 1.3. Áridos Reciclados (AR).. El reciclaje es la actividad de utilizar un residuo en un proceso productivo y la ventaja más importante que tiene es que soluciona, a un mismo tiempo, la 7.

(17) problemática originada por la eliminación de subproductos de desecho y que, mediante el aprovechamiento de estos residuos se obtiene una nueva materia prima, con lo que se reduce la cantidad de recursos naturales primarios a extraer (O. Soto, 2008).. En todo el mundo, la industria de la construcción se considera una de las mayores consumidoras de recursos naturales tales como: áridos que son utilizados en la fabricación de cementos, morteros, hormigones, etc. Los áridos reciclados son el resultado de la gestión y tratamiento de los residuos de la construcción y demolición, que tras someterlos a un proceso de reducción de tamaño y cribado, y analizarlos en el laboratorio, cumplen con las especificaciones técnicas para una aplicación dada dentro del sector de la construcción y de la obra civil (Alvarez Monzón, 2013).. Para algunos estudios el árido reciclado (AR por sus siglas en español y en lo sucesivo de este trabajo) puede ser agrupado en 3 grupos dependiendo de su proporción de partículas procedentes del hormigón (agregado suelto o agregado con mortero adherido), y las que provienen de elementos de cerámicas (Agrela, 2011). Por lo tanto basándose en las diferentes regulaciones internacionales los siguientes límites de partículas de hormigón y cerámica en peso fueron establecidos para cada uno de los grupos: . Agregado Reciclado de Hormigón (ARH)-contenido de cerámica ≤10% y contenido de hormigón 90%.. . Agregado Reciclado Mixto (ARM)-contenido de cerámica ≤30% y >0%, y contenido de hormigón ≥70% y <90%.. . Agregados Reciclados de Cerámica (AR Cer.)-contenido de cerámica >30% y contenido de hormigón <70%.. 1.3.1 Áridos reciclados procedentes de hormigón El árido reciclado de hormigón es el que se obtiene de los residuos de hormigón de cemento Portland y áridos naturales, machacados, cribados y procesados en plantas de reciclado. Se deriva de un solo tipo de material primario, el hormigón, cuya composición es heterogénea (cemento, agua, áridos, aditivos y adiciones) (ACHE, 2006). 8.

(18) Los. áridos. reciclados. procedentes. de. Hormigón. presentan. cierta. heterogeneidad en sus propiedades, debida principalmente a las distintas características de los hormigones que llegan a la planta de reciclado, a los sistemas de trituración empleados y a la presencia de impurezas. En general, la calidad del árido reciclado está claramente influida por la fracción considerada, presentando las fracciones finas unas peores propiedades (disminución de la densidad, aumento de la absorción, mortero, impurezas, partículas ligeras, terrones de arcilla, así como mayor contenido de cloruros y de sulfatos). (Martínez, 2010). Las principales aplicaciones de los áridos procedentes de hormigón machacado son en carreteras (bases y sub-bases sin tratar, o tratadas con cemento o liantes bituminosos, y en menor medida, en capas superficiales del firme) y en edificación (árido grueso para hormigones, árido fino para morteros y finos para cementos) (14/06/2001, 2001).. Según (Alaejos, 2008)los áridos gruesos reciclados procedentes de hormigón, pueden ser utilizados tanto para hormigón en masa como para hormigón armado, manteniéndose los criterios de dosificación de los hormigones convencionales. Muchas normativas no permiten el uso de áridos reciclados mixtos o cerámicos en hormigón estructural. Otros toleran el uso de árido reciclado cerámico en hormigones no estructurales ya que este tipo de árido se puede comparar al árido ligero. Su uso provoca el aumento del contenido de aire y obliga también a aplicar una relación agua / cemento (a / c) superior. Asimismo, la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad del hormigón pueden verse afectados negativamente. El único tipo de árido reciclado que puede ser admisible para hormigón estructural es el de hormigón y se han impuesto valores límites para las impurezas que puedan tener efectos negativos sobre la resistencia y durabilidad. El resto de tipos de áridos podrían ser utilizados en otras aplicaciones menos exigentes (Gutierrez, 2010).. La incidencia del consumo de hormigón en elementos prefabricados en países como Japón, China o Nueva Zelanda, tiende a ser superior debido al mayor 9.

(19) arraigo de las soluciones con este tipo de elementos. En Europa destacan Francia, Alemania, Reino Unido y los países nórdicos con valores de hasta el 40% en hormigón prefabricado respecto al total de la construcción con hormigón. En países como estos resulta favorable la tarea de reciclar producto de la excelente calidad que ofrecen los AR procedentes de las piezas prefabricadas desechadas en la propia fábrica; pues con las mismas se garantiza una mayor homogeneidad y se asegura la no contaminación con agentes exteriores.. La forma de los áridos reciclados está determinada en gran medida por el equipo de machaqueo. Los molinos de impactos proporcionan forma cúbica al árido, pero la experiencia ha demostrado que el hormigón tiende a romper en bloques pequeños, nos generando apenas lajas.. Si el proceso de producción es el adecuado, los finos de los áridos de granulometrías continuas están compuestos de hormigón únicamente, esto provoca valores del equivalente de arena altos y áridos no plásticos.. 1.4. Sustituciones de áridos naturales por áridos reciclados.. En todas las experiencias conocidas, elevados porcentajes de utilización de áridos reciclados, provocan una disminución de la calidad del hormigón resultante, por lo que se recomienda emplear una combinación de árido reciclado y árido natural. Este porcentaje no se recomienda que supere el 50% en peso del árido grueso total. Para porcentajes por debajo del 20% de sustitución de árido grueso, no se aprecia un empeoramiento notable de las propiedades. Sin embargo, en el empleo de árido fino reciclado, provoca importantes disminuciones de resistencia (Gómez, 2009).. Sustituciones de hasta 30% del árido convencional por árido reciclado, no alteran de forma significativa la resistencia a compresión del nuevo hormigón. Cuando se sustituye el 100% del árido grueso, la resistencia a compresión puede disminuir entre un 10 y un 20%.. 10.

(20) La retracción y la fluencia del hormigón reciclado se mantienen cuando el reemplazo del árido grueso es inferior a 20%, mientras que con un reemplazo del 100% del árido grueso la retracción puede aumentar hasta un 50% y la fluencia entre un 30-60%. Si se utiliza también árido fino reciclado ambos valores aumentan aún más (Gutierrez, 2008).. Densidad y contenido de aire: Hormigón fresco hecho con 100% de AR tiene mayor y más variados contenidos de aire natural que hormigón fresco convencional, (Kouzumi, 1978) y (Narud, 1983).. Al aumentar el % de sustitución de la fracción gruesa de AR, la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad disminuyen aumentando la contracción por secado (K. Eguchi, 2007).. De carácter general los hormigones con dosificaciones de hasta un 30% de ARG presentan resultados adecuados para uso como hormigón estructural (M. Etxeberria, 2007) (Oikonomou, 2005). 1.5. Ventajas y desventadas del empleo de tecnologías para la eliminación de los finos.. Un aspecto clave del procesado del árido reciclado es el constituido por la eliminación de impurezas y otros contaminantes. Con este fin, durante la demolición, se debe evitar que los escombros de hormigón se mezclen con tierra y conseguir que se reduzca al máximo el contenido de otros materiales de construcción no deseados, lo que repercutirá favorablemente en la reducción de tratamientos posteriores(Páramo, 2011).. Para la eliminación de las impurezas que incorporan los residuos de demolición existen tres sistemas que permiten resolver en gran parte este problema. El tamizado es el primero de estos, el mismo consiste en eliminar las impurezas de menor tamaño como pueden ser la tierra, este trabajo se puede realizar en varias etapas para así lograr su efectividad. El segundo sistema utilizado es la 11.

(21) eliminación manual, la cual permite eliminar impurezas de tamaño mayor que otros sistemas no puedan eliminar y el otro sistema es la separación, que a su vez se divide en tres tipos: seca, magnética y húmeda. La primera de estas se utiliza para separar contaminantes ligeros como plástico, papel o madera, se emplea utilizando potentes corrientes de aire para la separación o mediante sistemas de succión. El segundo sistema de separación consiste en separar contenidos importantes de acero y el sistema de separación húmeda se basa en la eliminación de impurezas mediante la flotación (Páramo, 2011).. Es preciso lavar los áridos reciclados para eliminar el polvillo que se produce en su trituración, pues de lo contrario supondría un aumento de los finos en el mortero u hormigón, lo que implicaría la necesidad de una mayor cantidad de agua de amasado con sus consecuentes efectos negativos. Producto de que en los talleres a escala local es imposible lavar los áridos; estudiar la influencia de los finos para ver si su comportamiento es perjudicial o beneficioso forma parte de nuestro objetivo, pues los mismos estarán presentes en los áridos. La operación del lavado o desempolvado del material se realiza cuando el yacimiento presenta lodos, arcillas, u otras sustancias que afecten en la calidad de los áridos, y permiten obtener áridos limpios con el fin de responder a las necesidades de determinadas aplicaciones de la industria, evitando así la alteración de la adherencia árido-pasta con los aglomerantes (cemento, cal u otros), permitiendo así proceder a su correcta aplicación. Lo que hace caer las propiedades mecánicas es la cantidad de arcilla dentro de los finos, el efecto de la arcilla es tanto más acusado cuanto mayor es el contenido total en los áridos, el problema reside en que las arcillas poseen una mayor superficie específica, por tanto la demanda de agua es superior. El problema recae en el por ciento de arcillas dentro del árido fino propician alteraciones de volumen, de manera que se intensifica la retracción y fisuración cuando la mezcla se seque (Zamora, 2013). Es importante conocer el proceder de las arenas antes del proceso de limpieza y comprender los efectos que trae consigo esta disminución de fillers en los áridos, y demostrar que el contenido de finos menores que el tamiz 100 inertes o activos contribuyen al incremento de las propiedades reológicas y mecánicas 12.

(22) y al consumo de cemento Portland en las mezclas de hormigones durables. (Zamora, 2013).. 1.6. Fino generado según tipos de tecnologías de moliendas.. La trituración es la operación en la que se reduce el tamaño del escombro hasta llevarlo al tamaño de un árido (Akash, 2007) .Existen tres tipos de trituradoras fundamentales: de mandíbula, de impacto y de cono.. Las trituradoras de mandíbulas producen áridos con una buena distribución de tamaños para su utilización en hormigón, ya que el contenido de finos es reducido (inferior al 10%), aunque la forma de las partículas es más angulosa (Sánchez, 2004). Su sistema de machacado está basado en el movimiento de una mandíbula móvil sobre otra fija, sobre la que cae el material antes de ser aplastado. Las trituradoras de impacto producen áridos de buena calidad. El principal inconveniente que presentan es que sufren un gran desgaste con los impactos y producen una gran cantidad de finos (hasta un 40%) (ACHE, 2006).. El tamaño máximo del árido que admiten las trituradoras de conos es aproximadamente de 20mm, por lo que son más apropiadas para un machaqueo secundario (ACHE, 2006). En éstas se produce una cantidad media de finos y su sistema está basado en triturar a través del impacto de martillos libres y oscilantes unidos a un eje giratorio. Generalmente el procedimiento empleado consiste en uno o varios procesos de trituración (denominados primario y secundario) en los que se combinen diferentes tipos de estos equipos. Mediante sucesivos procesos de trituración se puede llegar a conseguir un árido de mejor calidad, ya que puede reducir considerablemente la cantidad de mortero adherido (Juan, 2004), observándose un descenso de la absorción y un incremento de la densidad, que pueden alcanzar valores próximos a los del árido natural (Robas, 2008). Existen además otros tratamientos que permiten obtener áridos de muy buena calidad mediante una separación casi total del mortero que permanece 13.

(23) adherido al AR. Un ejemplo de esto es el tratamiento térmico que cuenta con una tamizadora vibrante y un separador de aire que permite clasificar el material en tres fracciones: árido grueso, árido fino y polvo de cemento; y el sistema japonés “Cyclite” (Juan, 2004). La peor calidad del AR es debido a la presencia de mortero adherido al AN, cuyo porcentaje varía entre 25-60%. Algunos estudios han demostrado que el contenido de mortero está directamente relacionado con propiedades como la densidad, el coeficiente de los ángeles y la absorción. Debido a que las fracciones más finas presentan mayor contenido de mortero, tienen por lo tanto una peor calidad (Alvarez Monzón, 2013). 1.7. Métodos de mezcla para mejorar el rendimiento de los hormigones producidos con desechos.. La dosificación del hormigón con árido reciclado puede realizarse de manera similar que para un hormigón con áridos naturales (Juan, 2004), (LópezGayarre, 2008). Es importante tener en cuenta que sobre la dosificación de los Hormigones intervienen factores como, el porcentaje de sustitución de árido reciclado y el agua total en la mezcla (Barra, 1996). Además durante la fabricación, el momento en que son introducidos los Áridos reciclados en la mezcla y sus condiciones de humedad en ese instante Pueden influir sobre las propiedades del hormigón reciclado (M. Etxeberria, 2007),. (Ulloa Mayorga, 2012) Para la dosificación del hormigón reciclado hay que tener en cuenta que dependiendo de la cantidad de árido reciclado que se emplee en sustitución del árido natural, se debe utilizar un coeficiente que permita corregir el valor de la resistencia a compresión que se pretende alcanzar con el hormigón reciclado. Es necesario tener en cuenta que los coeficientes empleados son aproximados, puesto que no va a depender solamente del porciento de sustitución sino también de la calidad del árido reciclado. Los coeficientes de corrección para hormigones entre 25 y 50 Mpa de resistencia a compresión oscilan entre 0.85 y 1 para sustituciones entre 0 y 100% (Sánchez, 2004) (Alaejos, 2008).. 14.

(24) El proceso de fabricación del hormigón reciclado es similar al del hormigón tradicional cuando se utilizan porcentajes reducidos de áridos reciclados. Para altos porcentajes de sustitución, a nivel internacional, se recomienda introducir cambios en el amasado y en las condiciones en que se utilizarán estos áridos. Existen dos tendencias fundamentales en este sentido, la primera de ellas opta por pre saturar el árido reciclado antes del proceso de amasado y la segunda por la realización de un premezclado en seco. La pre-saturación tiene como ventaja que reduce las variaciones de laborabilidad y uniformidad de la mezcla y el inconveniente radica en: lograr en el árido reciclado la condición de saturado sin humedad superficial, presenta importantes problemas operativos a escala industrial o a pie de obra. Es por ello que se recomienda usar el árido reciclado semi-saturado, mediante el regado previo de los acopios de áridos (Alaejos, 2008) Por su parte el premezclado, que consiste en el mezclado seco de todos los componentes del hormigón añadiendo posteriormente el agua, tendría como ventaja el incremento del coeficiente de forma y la homogeneidad de la mezcla y como desventaja, una rápida pérdida de fluidez en el hormigón en los primeros 10 minutos (Fe, 2012). En otro estudio fue reportado que el mezclado en seco de agregados reciclados de hormigón antes de la adición de otros ingredientes dio como resultado una mayor resistencia a compresión y a la tensión y mayor módulo de elasticidad. Fue teorizado que el mezclado en seco mejora la forma del agregado del hormigón reciclado, y el mortero adherido es eliminado del agregado de hormigón reciclado durante este pre-mezclado. También partículas finas de cemento no hidratado son liberadas en la ruptura del mortero adherido, y contribuirá a una hidratación total del cemento. No obstante, estudios mostraron que el proceso de mezcla puede influir en las propiedades del hormigón (Rodríguez, 2013). Finos reciclados molidos no son frecuentemente usados en hormigones de alta resistencia. Sin embargo una investigación en el uso de los finos reciclados lo ha encontrado viable para usar de 10%- 30% de finos reciclados como un porcentaje del total de agregados finos. El uso de agregado fino en HR resulta generalmente en una mayor resistencia adquirida más allá de 28 días debido a una acción cementicia en curso de los finos (Rodríguez, 2013).. 15.

(25) 1.8. Influencia de finos en las propiedades del Hormigón tradicional (En estado fresco y endurecido). Los áridos constituyen una parte importante en el hormigón, no solo en el orden cuantitativo, ya que constituye generalmente más del 75% del volumen del mismo, sino también en el comportamiento cualitativo. En ocasiones se le suele dar a. los. áridos. una función. puramente. económica,. presentándose. simplemente como un material de relleno, sin embargo, los mismos tienen también una importante función técnica. Los áridos tienen una gran repercusión en las propiedades de los hormigones , tanto en su estado fresco como en el endurecido, la disminución de la fisuración y de las variaciones volumétricas en general, así como las propias resistencias mecánicas que se logran, se deben en gran medida a la presencia de los áridos en el aglomerado. Deben tenerse en cuenta además, que la durabilidad y la resistencia química que caracterizan al hormigón se deben en gran medida a la presencia de los áridos. El material más fino que el tamiz 200 es considerado una impureza en los áridos. La influencia negativa de tales materiales está relacionada con el incremento de la demanda de agua, la disminución de la adherencia entre el agregado y la pasta de cemento, etc. No obstante en algunos casos puede lograrse ciertas mejoras en la plasticidad de las mezclas, disminución de la exudación, etc. La norma cubana (Normalización, 2005) restringe el contenido del mismo que pueden presentar los áridos. La principal causa de la limitación en el contenido de finos viene dado porque existen algunas partículas no deseadas, como son las arcillas que se agrupan formando una delgada capa sobre la superficie de los áridos más grandes, disminuyendo así su adherencia. Y como ya se ha comentado antes, la adherencia entre el árido y el mortero es uno de los factores más influyentes en la resistencia (Zamora, 2013). Las propiedades en estado fresco tienen una especial significación, pues ellas determinan en gran medida el comportamiento del hormigón en su etapa de servicio. Entre las principales propiedades del hormigón en este estado se encuentran la docilidad y la consistencia. Docilidad 16.

(26) La presencia de finos favorece la manejabilidad de los hormigones, estimada mediante la medida de su consistencia y relacionada con la facilidad que poseen para la eliminación parcial o total del aire ocluido (Martinez, 1992), ya que la presencia de finos reduce la porosidad al rellenar los huecos que quedan entre los áridos grandes adaptando mejor así cualquier forma que se le quiera transmitir ya que por su forma y tamaño estos no quedan trabados. . para contenidos de agua bajos (consistencia seca), la adición de finos no mejora la manejabilidad, sino que la empeora (Bertrandy, 1968), ya que el agua existente deberá ser utilizada para hidratar al hormigón, pero como ya se ha comentado anteriormente, el aumento de finos también aumenta la demanda de agua. Para entender éste punto tenemos que pensar en la relación a/c de una dosificación dividida en dos partes, una parte fija que se utilizará para hidratar la mezcla y otra que nos dará la trabajabilidad. Así si tenemos una relación a/c de 0,4-0,5 de éstos aproximadamente 0,25 será para hidratar la mezcla el restante 0,2 – 0,25 nos dará la correspondiente trabajabilidad.. . para una cierta cantidad de agua (consistencia plástica), la incorporación de finos va a mejorar sensiblemente y rápidamente la manejabilidad (Bertrandy, 1968).. Consistencia El contenido de finos en la mezcla, así como la correcta selección de la granulometría de los áridos tiene marcada influencia en la retención de agua de la mezcla, y por tanto en la disminución de la exudación. Este fenómeno es consecuencia del aumento de la superficie específica que se produce cuando aumenta el contenido del material muy fino en la mezcla. Debe destacarse que se trata de materiales “muy finos”, o sea que no es práctico la adición de arena o productos de partículas mayores que 0,074mm. Indudablemente que el cemento es también un “fino, que permite la disminución de la exudación. La absorción es quizás la propiedad del agregado que más influye en la consistencia de la matriz del hormigón, puesto que las partículas absorben agua directamente en la mezcladora, disminuyendo la manejabilidad de la mezcla. 17.

(27) Relación agua/cemento (a/c) Si bien la relación a/c no es una propiedad del hormigón fresco, es una variable muy importante en la dosificación del hormigón, y que influye en muchas de sus propiedades La relación agua/cemento aumenta con el aumento progresivo en finos según los estudios realizados por (Urreta, 1986), el motivo reside en el aumento de superficie específica al aumentar el contenido de finos. La superficie específica, es una propiedad de los sólidos la cual es la relación entre el área superficial total y la masa del sólido. Añadiendo finos al hormigón, aumentamos el área superficial más que el volumen, ya que como ya se ha comentado estos ocupan los huecos que existen entre los áridos gruesos. Al aumentar la superficie específica, el agua necesaria para mojar a todos los áridos también aumenta (Cereijo, 2010). 1.9. Influencia de finos en las propiedades del Hormigón Reciclado (En estado fresco y endurecido). El hormigón elaborado usando áridos reciclados, o una mezcla de áridos reciclados y naturales se conoce como hormigón de áridos reciclados (HAR) y su uso comenzó alrededor de los años 60 cuando, producto de la Segunda Guerra Mundial se produjeron grandes cantidades de desechos de estructuras de hormigón que tuvieron que ser reutilizadas en los procesos de reconstrucción. 1.9.1 Hormigón fresco. La densidad del hormigón fresco es inferior a la de un hormigón tradicional, debido a la reducida densidad que presenta el árido reciclado. Los valores encontrados en la bibliografía se sitúan entre 2.13Kg/dm³ y 2.40Kg/dm³ (Juan, 2004). Según estudios encontrados la perdida de la fluidez en el hormigón puede deberse a la incorporación de finos producidos por el desgaste del mortero durante el proceso de mezclado.(Narud, 1983) Motivo por el cual se recomienda no prolongar demasiado el tiempo de mezclado. Cuando se utiliza además árido fino reciclado todos los estudios parecen obtener la misma conclusión, esta vez debida a la elevada absorción de este árido (Khan, 1984) 18.

(28) Para mantener la misma resistencia y consistencia, el hormigón reciclado necesitará un mayor contenido de cemento en su dosificación, incremento que según estudios realizados, será superior al 15%cuando se emplee tanto árido grueso como árido fino reciclado(Structures, 1992). Demanda de agua y laborabilidad De acuerdo con (Narud, 1983) (Tam, 1985), hormigón con árido reciclado hecho con árido reciclado grueso y arena natural necesita 5% de agua adicional que el hormigón convencional para obtener la misma laborabilidad. Si la arena es reciclada será necesario adicionar otros 15% de agua para mantener la misma laborabilidad.. 1.9.2 Hormigón endurecido. El uso de finos en los agregados de hormigón reciclado provoca según algunos estudios la disminución de la resistencia a compresión y la laborabilidad. Al tiempo que fue determinado que el 20% de agregados finos fue la máxima cantidad que se permitiría en hormigón ((NC), 2004). Usando fino de hormigón reciclado puede reducirse la resistencia a flexión de 10% a 20% (Sengel, 2004). La disminución de la resistencia tiene sus causas en: . menor resistencia mecánica del árido reciclado.. . mayor absorción.. . aumento de zonas débiles en el hormigón, ya que además de la unión pasta-árido que presenta el árido reciclado, aparece otra zona de contacto entre la pasta del árido reciclado y la pasta nueva (R.S Ravindrarajah, 1987).. Módulo de Elasticidad El viejo mortero el cual está adherido al AR tiene un pequeño módulo de elasticidad, consecuentemente hormigón hecho con AR tendrá un módulo de elasticidad menor que el hormigón convencional. Hay varios estudios en cuales el porcentaje de reducción del módulo de elasticidad ha sido determinado:. 19.

(29) . (Hendriks, 1985) estima una disminución de 15%.Ellos también estimaron una disminución del 40%cuando el árido grueso reciclado y el fino eran usado en la producción de hormigón.. . (Coquillat, 1982) estableció que un hormigón usando agregado grueso reciclado y fino tenía un 28% módulos de elasticidad menor que el hormigón convencional empleando agregados naturales (Rodríguez, 2013).. El uso de las fracciones finas del árido reciclado implica, entre otros inconvenientes, un aumento muy notable de la retracción y de la fluencia debido a la mayor cantidad de agua que necesitan en su dosificación. Por ello, en Europa sólo se permite el uso de las fracciones gruesas, donde se reducen notablemente. las. diferencias. respecto. a. un. hormigón. con. áridos. convencionales. Hasta aquí se abordaron algunos de los parámetros físico-mecánicos que nos permite evaluar la calidad de un hormigón (resistencia, absorción,…etc.), pero esto no basta, es necesario analizar su comportamiento en el tiempo, es decir su durabilidad. 1.10 Procesos que influyen Carbonatación. en la. Durabilidad de los hormigones.. La durabilidad del hormigón es la capacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas o químicas agresivas y proteger adecuadamente las armaduras y demás elementos metálicos embebidos en el hormigón durante la vida de servicio de la estructura. “La durabilidad del hormigón reciclado se va a ver afectada con respecto a la del hormigón convencional por la presencia de árido reciclado en su composición, el cual introduce un mayor volumen de poros y una pasta de distinta naturaleza a la del nuevo hormigón(Fe, 2012)”. La porosidad se define como la relación de poros de un material y su volumen aparente.. En. fenómenos. asociados. a. la. durabilidad. del. hormigón,. habitualmente este concepto es interpretado no como el volumen total sino como el volumen de poros accesibles al agua, puesto que este es el que repercute en el ingreso de sustancias agresivas desde el exterior, y el volumen aparente de la muestra de hormigón (Juan, 2004).. 20.

(30) Los hormigones reciclados presentan una porosidad más elevada que la de los hormigones tradicionales debido a la mayor porosidad de los áridos reciclados, producida por la presencia de la pasta de cemento (Juan, 2004). Esta condición provoca que el frente de carbonatación avance rápidamente en estos hormigones, por lo que en ambientes propicios se puede producir la corrosión de las armaduras. La aparición de fisuras en la superficie del hormigón es una de las lesiones que se manifiestan producto de las reacciones álcali-árido Los áridos reciclados pueden favorecer estas reacciones producto del mayor contenido de álcalis que aporta la pasta de cemento adherida, por tal motivo algunas recomendaciones de utilización (Collins, 1998, Brown, 1998) lo consideran siempre potencialmente reactivo y recomiendan el empleo de adiciones puzolánicas en hormigones o cementos con adiciones, como cenizas volantes o humo de sílice (Thogersen, 1993), para evitar el problema en ambientes húmedos. A continuación se analizarán algunos de los procesos que tienden a disminuir la durabilidad de los hormigones.. 1.10.1 Definición del fenómeno de la carbonatación. Proceso lento de reducción de la alcalinidad del hormigón, de pH aproximadamente 12,5 a valores inferiores a 9, debido en la mayoría de los casos a la reacción del CO2 presente en la atmósfera con los componentes alcalinos de la fase acuosa del hormigón, creando un “frente carbonatado” que al llegar a la armadura la des pasiva ocasionando la corrosión generalizada de dicha armadura(NC), 2004). En el hormigón. que no contiene acero de refuerzo, la carbonatación es,. generalmente, un proceso de pocas consecuencias. Sin embargo, en el hormigón reforzado, este proceso químico aparentemente inocuo, avanza lenta y progresivamente hacia adentro desde la superficie expuesta del hormigón, y asalta al acero de refuerzo causando la corrosión.. 21.

(31) El árido reciclado puede funcionar como un foco de propagación de la carbonatación, porque no impide el paso del CO2 como un árido convencional, por lo que se debe tener un especial cuidado con la carbonatación (Alaejos, 2008). 1.10.2 Frente de actuación de la carbonatación La carbonatación comprende todos los fenómenos que resultan de la acción del dióxido de carbono sobre la pasta de cemento o el concreto, ella actúa sobre los constituyentes anhidros o hidratados del cemento, neutralizando su basicidad. (Gonzáles de la Cotera, 1991). A la profundidad que el CO2 ha penetrado y por lo tanto que ha modificado el pH, generalmente se le llama “frente de carbonatación”. (del Valle Moreno, 2001) El período de incubación, que corresponde al proceso de penetración del frente de carbonatación, está caracterizado por un tiempo que es el necesario para que el mismo alcance la posición de la armadura y esta se despasive. Este periodo depende básicamente del espesor y de la calidad del recubrimiento (Cemento, 2006) 1.10.3 Procesos Químicos Inicialmente el CO2 no es capaz de penetrar profundamente dentro del concreto, debido a que reacciona con la cal libre del concreto superficial de acuerdo con la siguiente reacción (del Valle Moreno, 2001). CO2 + Ca (OH)2= CaCO3 + H2O [28] Dando como resultado un cambio en el pH: PH = 12.5 a 13.5 ---. Si bien el óxido de calcio es el componente hidratado más sensible del cemento a la carbonatación ésta también actúa sobre los silicatos cálcicos hidratados. (Gonzáles de la Cotera, 1991). 22.

(32) 1.10.4 Parámetros que inciden en la carbonatación La carbonatación del concreto depende de numerosos parámetros internos o externos, como la humedad relativa, la temperatura y presión la permeabilidad y porosidad del concreto. Debe considerarse, que todos estos factores son dependientes del contenido de cemento, de las condiciones de hidratación, de la cantidad de agua y de la edad del concreto. (Gonzáles de la Cotera, 1991). Si el poro está seco el CO2 difunde fácilmente, pero la carbonatación no puede ocurrir debido a la falta de agua. Este caso sólo se presenta en concreto que está sobre secado, como ocurre en climas muy secos. (del Valle Moreno, 2001). Si los poros están llenos de agua hay apenas alguna carbonatación debido a la poca difusión del CO2 en agua, que es el caso de estructuras sumergidas.(del Valle Moreno, 2001).. Si los poros están parcialmente llenos de agua la carbonatación puede proceder hasta un espesor donde los poros del concreto están secos.(del Valle Moreno, 2001) La permeabilidad del hormigón es un factor que se debe de controlar, ya que un hormigón muy permeable se carbonatará rápidamente, por tener poca resistencia a la penetración de los fluidos.. Figura 1.1 Estructura de poros en el concreto. 23.

(33) 1.10.5 Velocidad de penetración de la carbonatación Los parámetros que determinan la velocidad de carbonatación, son: la composición y cantidad del cemento, la compactación, condiciones de curado y condiciones ambientales de exposición del concreto. (del Valle Moreno, 2001).. La velocidad de penetración de la carbonatación es materia de variadas fórmulas. Una de ellas se expresa en la siguiente relación: (Gonzáles de la Cotera, 1991).. t = k. x2. Siendo t el tiempo que requiere la carbonatación del concreto en una profundidad “x”, siendo Una constante de acuerdo a las características del concreto. La velocidad de la carbonatación está además en razón directa con la humedad del concreto y la humedad relativa del entorno. (Gonzáles de la Cotera, 1991). 1.11 Procesos que influyen en la Durabilidad de los Presencia de cloruros. hormigones.. Escasos estudios realizados demuestran que la mayor permeabilidad del hormigón reciclado implica una mayor penetración de cloruros (M.C Limbachiya, 2000, Ayano, 2000). 1.11.1 Definición del fenómeno de penetración de iones de cloruros. Este como otros fenómenos forma parte de los ataques químicos al hormigón, se produce como consecuencia de la exposición de las estructuras a ambientes marinos, del amasado del hormigón con agua que contienen cloruros, y a través del aire pueden ser transportados a la superficie de estructuras que se encuentren sobre la línea costera y luego ser absorbidos por capilaridad. (del Valle Moreno, 2001). Su Efecto sobre la protección que brinda el hormigón al acero se explica sobre la siguiente base:. 24.

(34) El pH fuertemente básico del hormigón (aproximadamente 12,5) conduce a la formación de un "film protector" sobre las armaduras y, en estas condiciones, se dice que el acero está "pasivado"; esto es, aun en presencia de oxígeno y humedad, no se oxida. Los iones cloruro son capaces de "romper" este film pasivante y dejar al acero sin protección, dado que forman un compuesto soluble, el cloruro ferroso (FeCl1) con los óxidos de hierro que constituyen el film. Una vez que se ha perdido la pasivación, el acero es susceptible de corroerse si están presentes todos los elementos necesarios: oxígeno, humedad y un medio (el hormigón) de baja resistividad eléctrica (Cemento, 2006). 1.11.2 Formas de presentarse en el concreto Los iones cloruro pueden estar presentes en el concreto según Mejía y Rodríguez (1999) de tres maneras: enlazados, adsorbidos y disueltos en el agua que se conserva en los poros, lo que constituye la disolución poro.(del Valle Moreno, 2001).. Según otros autores estos podrían presentarse de forma combinada: Unidos física o químicamente a los minerales del cemento o a los productos de hidratación. También pueden estar libres: en la solución en los poros del hormigón. (Ulloa Mayorga, 2012). Los iones cloruro que son dañinos para el acero de refuerzo son los que se hallan disueltos o libres, pero debido a los equilibrios que se presentan es posible que los que están adsorbidos se incorporen a la disolución y se tornen peligrosos.(del Valle Moreno, 2001).. El riesgo potencial de corrosión por iones cloruro depende, como es evidente, de numerosos factores, pero se ha establecido un "umbral" de concentración por debajo del cual el riesgo es bajo. Dado que el cemento es el agente "protector" de las armaduras, dado que aporta el pH fuertemente básico capaz de mantener la capa pasiva sobre el acero, el contenido crítico de iones cloruro totales no debe superar 0,4 g / 100 g de cemento, aunque este valor debe tomarse como indicativo (Cemento, 2006). 25.

(35) 1.11.3 Variantes de penetración de cloruros en el hormigón Cuando se utiliza agua de amasado con cloruros, cierta cantidad reacciona con los compuestos hidratados del concreto para formar las sales de Friedel, otra cantidad se adsorbe en la superficie de las paredes de los poros y sólo una parte queda disuelta. Esta distribución depende del tipo y la cantidad de cemento con que se dosifique al concreto.(del Valle Moreno, 2001). El efecto directo más nocivo por acción de cloruros en la mezcla de hormigón endurecido está constituido por la cristalización de las sales dentro de sus poros, la cual puede producir rupturas debidas a la presión ejercida por los cristales de sal. Puesto que la cristalización ocurre en el punto de evaporación del agua, este tipo de ataque se produce de manera más acentuada en el concreto que no está permanentemente en contacto directo con el agua. No obstante, debido a que la sal en solución penetra y asciende por capilaridad, el ataque es más intenso cuando el agua o la humedad pueden penetrar en el hormigón, de tal suerte que la permeabilidad de este material es un factor de gran importancia, y el clima tropical propio de nuestras franjas costeras actúa como catalizador del proceso. 1.11.4 Mecanismos de transporte El artículo de la (Cemento, 2006) que se refiere al efecto del ion cloruro plantea que la succión capilar, difusión, permeabilidad y una combinación de succión y permeabilidad conocida como efecto "mecha", son los mecanismos de transporte de fluidos. La succión capilar se produce en el hormigón seco o parcialmente seco, donde el líquido (en nuestro caso, agua con iones cloruro disueltos) ocupa los espacios vacíos en los poros. El efecto de la tensión capilar provoca un ingreso rápido del agua dentro del hormigón, tanto mayor cuanto peor sea la calidad del hormigón del recubrimiento. Obviamente, para un hormigón saturado su capacidad de absorción capilar es nula.. El transporte de un fluido está controlado por la permeabilidad del hormigón cuando existe una diferencia de presión hidráulica entre dos secciones adyacentes que "provoca" o induce el movimiento del fluido. Es claro también que un hormigón más denso, menos poroso (más resistente) y bien curado, es 26.

(36) menos permeable. Es condición necesaria que ambas caras del hormigón estén en contacto con el fluido (agua) para poder considerar que el mecanismo de transporte es la permeabilidad. Afortunadamente, los hormigones de buena calidad son muy poco permeables.. El transporte de una solución puede producirse por diferencias de concentración entre dos zonas adyacentes, es decir, en una zona del hormigón la concentración es mayor que en otra; esto genera un movimiento desde la zona más concentrada hacia la zona menos concentrada, intentando establecer un equilibrio. Este tipo de proceso se conoce como "difusivo" y es bastante lento. Un ejemplo típico es el ingreso de CO2 desde la atmósfera, provocando la carbonatación del hormigón De forma breve, el proceso difusivo hace referencia al movimiento iónico bajo un gradiente de concentración(Ulloa Mayorga, 2012). La entrada del ión cloruro en el hormigón se realiza principalmente por difusión en los poros llenos de agua, pero su modelización es complicada ya que no existe un frente de avance como puede ocurrir con la carbonatación, sino que se produce un aumento gradual de la concentración en el tiempo y con la profundidad(Mariela, 2005).. La cuarta forma de transporte combina dos fenómenos. Por una cara "húmeda", ingresa el fluido, controlado por la permeabilidad del material. Por la cara opuesta, en contacto con el aire, se evapora agua y existe una zona intermedia, en el interior del material, donde se producen meniscos que aceleran el proceso de transporte. La evaporación en la superficie "seca" acelera el ingreso de fluido desde la parte "húmeda" y, por analogía, se lo denomina "efecto mecha". Este proceso es más rápido que el transporte por difusión y que el controlado por la permeabilidad, aunque es más lento que la succión capilar.. Dependiendo de las condiciones de exposición del hormigón y su contenido de humedad, prevalecerá un mecanismo u otro, cambiando la velocidad de ingreso del fluido (agua con iones cloruro en nuestro caso) en el material y alterando la duración del período de "incubación" del deterioro. 27.

(37) 1.11.5 Contenido de cloruro en áridos reciclados (Alaejos, 2008) plantea que los áridos reciclados deberán limitar tanto el contenido de cloruros como de SO3 para su uso en hormigones, al mismo valor que se contempla en las normas para los áridos convencionales.. El contenido de cloruros que pueden presentar los áridos reciclados va en función de la procedencia del hormigón usado como materia prima .para el caso de hormigones que hayan utilizado aditivos acelerantes, o los procedentes de obras marítimas , de pavimentos expuestos a sales de deshielo o de puentes , la concentración de cloruros pueden presentarse elevadas (Pérez-Benedicto, 2012). 1.11.6 Contenido de cloruros en hormigones El ión cloruro reacciona con las fases aluminato para formar un compuesto relativamente insoluble conocido como Sal de Friedel. Este compuesto es levemente expansivo pero no es capaz de inducir tensiones severas que deterioren al hormigón. La formación de esta sal inmoviliza temporalmente los iones cloruro, reduciendo su movilidad para alcanzar a las armaduras y romper su condición pasiva (Cemento, 2006).. Ciertamente, el daño más severo asociado al ingreso de iones cloruro se produce en el hormigón armado, porque la corrosión del acero va acompañada de incremento de volumen, fisuración del hormigón y desprendimiento del hormigón de recubrimiento. El óxido de hierro no es resistente a la tracción, se debilita la adherencia entre hormigón y acero , cuando la pérdida de la sección útil es significativa, puede llegar a producir el colapso de la estructura (Cemento, 2006) 1.11.7 Limitación de concentración de cloruros por agua de amasado. En el caso de los cloruros que pudieran ser adicionados durante el amasado del hormigón, los códigos de fabricación y de cálculo de estructuras de hormigón de todos los países limitan su contenido en proporciones variables. (del Valle Moreno, 2001). 28.