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36 Technical-economic analysis about use the recycled concrete comparative with conventional concrete in Colombia Análisis técnico-económico del uso de concreto reciclado y el concreto convencional en Colombia Miguel Ángel Ospina G. 1 , Luis Ángel Moreno A. 2 , Kelly Andrea Rodríguez 3 1 [email protected], 2 [email protected], 3 [email protected] Universidad Militar Nueva Granada Bogotá – Colombia Artículo de investigación Abstract This research is about an economical comparative analysis between concrete mixtures with natural aggregates and concrete mixtures with recycled aggregates; in different percent of natural aggregate were replaced with recycled aggregate; all mixtures with similar compressive strength. This recycled aggregate was obtained from grinding concrete samples from laboratory waste from quality control materials. These debris were small beams and cylinders. Initially, tests were performed on recycled aggregate, natural aggregate and cement, on the physical and mechanical properties of each material. This test was based on the Colombian Technical Standards (NTC). Three types of mixtures were design, these were 100% Aggregate natural, 30% replacing of natural aggregate per recycled aggregate and 100% replacing of natural aggregate per recycled aggregate. Later samples were made to evaluate the performance of each type of concrete mixtures when exposed to stress, bending and indirect stress to have similar mechanical characterizations in all mixtures and to compare their costs in these mixtures. With these characteristics the production costs generated with respect to the mixture of normal aggregates and recycled aggregates are realized, reason why it can be concluded that the manufacture of concrete combined with thick recycled base aggregates is not an economically viable option. The content of the cement increases considerably because the cement is the most expensive in the materials into concrete therefore this mix is more expensive than normal mix concrete, however similar mechanical properties are possible with recycle aggregates, therefore concrete makes with recycle aggregates is possible to use like structural concrete. In the same way, research establish that this type of concrete reduced external costs, such as environment impact by transportation or mining natural aggregate. Keywords: Recycled aggregate, technical standard, mixtures, environment impact. Resumen Esta investigación trata sobre un análisis comparativo económico entre mezclas de concreto con agregados naturales y mezclas de concreto con agregados reciclados, en diferentes porcentajes con resistencia a la compresión similar. Estos agregados reciclados se obtuvieron por la trituración de muestras de concreto producto del desecho de laboratorios para control de la calidad del concreto. Estos escombros eran pequeñas vigas y cilindros. Inicialmente, se realizaron ensayos para la caracterización física y mecánica a los agregados reciclados, agregados naturales y cemento, basándose en las Normas Técnicas Colombianas (NTC). Se diseñaron tres tipos de mezclas: 100% de agregado natural, 30% de agregado natural por agregado reciclado y 100% de agregado natural por agregado reciclado. Posteriormente se fabricaron muestras para evaluar el comportamiento de cada tipo de mezclas de concreto expuestas a compresión, flexión y tensión indirecta con el fin de obtener caracterizaciones mecánicas similares en todas las mezclas y comparar sus costos. Una vez obtenidas estas características se obtienen los costos de producción generados con respecto a la mezcla de agregados naturales y agregados reciclados, por lo que se puede concluir que la fabricación de concreto combinada con agregados gruesos de base reciclado no es una opción económicamente viable. Esto se debe incremento del contenido de cemento y como este material es el más costoso en de los materiales participantes en el concreto; sin embargo, es posible obtener un comportamiento mecánico similar con mezclas fabricadas de agregados de reciclaje, por lo que se pueden usar estos concreto como concreto estructural. De la misma manera, las investigaciones establecen que este tipo de concreto reduce los costos externos, como el impacto de los traslados por transporte o minería de agregados naturales. Palabras clave: Impacto ambiental, consumo energético, agregado reciclado, normas técnicas. © 2017. IAI All rights reserved Actas de Ingeniería Volumen 3, pp. 36-47, 2017 http://fundacioniai.org/actas

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Technical-economic analysis about use the recycled concrete comparative with conventional concrete in Colombia

Análisis técnico-económico del uso de concreto reciclado y el concreto convencional en Colombia

Miguel Ángel Ospina G.1, Luis Ángel Moreno A.2, Kelly Andrea Rodríguez3 [email protected], [email protected], [email protected]

Universidad Militar Nueva Granada Bogotá – Colombia

Artículo de investigación

Abstract

This research is about an economical comparative analysis between concrete mixtures with natural aggregates and concrete mixtures with recycled aggregates; in different percent of natural aggregate were replaced with recycled aggregate; all mixtures with similar compressive strength. This recycled aggregate was obtained from grinding concrete samples from laboratory waste from quality control materials. These debris were small beams and cylinders. Initially, tests were performed on recycled aggregate, natural aggregate and cement, on the physical and mechanical properties of each material. This test was based on the Colombian Technical Standards (NTC). Three types of mixtures were design, these were 100% Aggregate natural, 30% replacing of natural aggregate per recycled aggregate and 100% replacing of natural aggregate per recycled aggregate. Later samples were made to evaluate the performance of each type of concrete mixtures when exposed to stress, bending and indirect stress to have similar mechanical characterizations in all mixtures and to compare their costs in these mixtures. With these characteristics the production costs generated with respect to the mixture of normal aggregates and recycled aggregates are realized, reason why it can be concluded that the manufacture of concrete combined with thick recycled base aggregates is not an economically viable option. The content of the cement increases considerably because the cement is the most expensive in the materials into concrete therefore this mix is more expensive than normal mix concrete, however similar mechanical properties are possible with recycle aggregates, therefore concrete makes with recycle aggregates is possible to use like structural concrete. In the same way, research establish that this type of concrete reduced external costs, such as environment impact by transportation or mining natural aggregate.

Keywords: Recycled aggregate, technical standard, mixtures, environment impact.

Resumen Esta investigación trata sobre un análisis comparativo económico entre mezclas de concreto con agregados naturales y mezclas de concreto con agregados reciclados, en diferentes porcentajes con resistencia a la compresión similar. Estos agregados reciclados se obtuvieron por la trituración de muestras de concreto producto del desecho de laboratorios para control de la calidad del concreto. Estos escombros eran pequeñas vigas y cilindros. Inicialmente, se realizaron ensayos para la caracterización física y mecánica a los agregados reciclados, agregados naturales y cemento, basándose en las Normas Técnicas Colombianas (NTC). Se diseñaron tres tipos de mezclas: 100% de agregado natural, 30% de agregado natural por agregado reciclado y 100% de agregado natural por agregado reciclado. Posteriormente se fabricaron muestras para evaluar el comportamiento de cada tipo de mezclas de concreto expuestas a compresión, flexión y tensión indirecta con el fin de obtener caracterizaciones mecánicas similares en todas las mezclas y comparar sus costos. Una vez obtenidas estas características se obtienen los costos de producción generados con respecto a la mezcla de agregados naturales y agregados reciclados, por lo que se puede concluir que la fabricación de concreto combinada con agregados gruesos de base reciclado no es una opción económicamente viable. Esto se debe incremento del contenido de cemento y como este material es el más costoso en de los materiales participantes en el concreto; sin embargo, es posible obtener un comportamiento mecánico similar con mezclas fabricadas de agregados de reciclaje, por lo que se pueden usar estos concreto como concreto estructural. De la misma manera, las investigaciones establecen que este tipo de concreto reduce los costos externos, como el impacto de los traslados por transporte o minería de agregados naturales.

Palabras clave: Impacto ambiental, consumo energético, agregado reciclado, normas técnicas.

© 2017. IAI All rights reserved

Actas de Ingeniería Volumen 3, pp. 36-47, 2017

http://fundacioniai.org/actas

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1. Introducción

La explotación de agregados para la construcción es una problemática ambiental, la cual genera agotamiento de los recursos naturales, de la misma manera la inadecuada disposición y el desperdicio en obra de materiales; estos factores que influyen directamente en el detrimento ambiental del planeta [1]. Una de las propuestas, para aminorar la explotación de los recursos naturales es la reutilización de material de construcción, esta técnica puede generar menos impacto en el ambiente y la reducción de áreas de disposición de residuos de la construcción [2].

Según el concejo mundial empresarial para el desarrollo sostenible[3]; en países como Holanda está prohibido el desecho de concreto en vertederos, en Estados Unidos 38 estados utilizan agregados de concreto reciclado para sub-bases viales y 11 estados lo reciclan en concreto nuevo, Brasil tiene instalaciones de reciclaje y existe una legislación que promueve la gestión de residuos de construcción y demolición (RCD), Tailandia usa algo de las devoluciones de concreto para productos prefabricados y proyectos comunitarios, Japón tiene una casi completa recuperación de los RCD, casi todo se usa como sub-.base vial; igualmente otros países están incursionando en este proceso ambiental de reutilización del concreto. Desde este panorama, la reutilización de residuos de materiales de construcción no solo presenta beneficios ambientales, además se puede reducir los costos de producción de otros materiales a partir de los mismos.

Estudios previos [3-5] han mostrado que es factible realizar mezclas de concreto que cumplan con las resistencias y especificaciones tanto de manejabilidad, asentamiento, retracción por secado al igual que los requerimientos por durabilidad, dejando claro que se deben tener en cuenta factores que diferencian la formulación de la mezcla cuando se emplean agregados reciclados. Según las investigaciones y pruebas experimentales, realizadas a agregados producto de la trituración de concretos de diferentes resistencias por Padmini et al [6] al comparar dichas propiedades con las de un agregado natural se encuentra que el agregado reciclado presenta algunas desventajas como menor densidad y mayor absorción (i.e. mayor porosidad), menor resistencia a la trituración e impacto y a la abrasión. Por otra parte, La resistencia a la compresión en concretos fabricados con agregados reciclados, está directamente relacionada con la proporción de agregados reciclados que se incluya en dicha mezcla, según [4], los concretos en los cuales se sustituyó solamente el agregado grueso disminuyeron entre un 10% y un 25% su resistencia a la compresión, en

comparación con concretos elaborados con agregado natural. Con base en lo propuesto por Australia C [7] se recomienda producir concretos que contengan hasta un 30% de agregado reciclado, ya que, al utilizar más de ese porcentaje, se torna muy costosa la mezcla debido al incremento de cemento que se debe hacer para bajar la relación agua cemento. Considerando que las características del agregado dependen de su procedencia es necesario realizar estudios locales que permitan normalizar el uso de concretos elaborados con RCD en Colombia.

Este trabajo se encuentra encaminado al diseño de nuevos tipos de mezclas que involucren el uso de materiales no convencionales como es el caso de los RCD. En este sentido, se realiza una evaluación técnico-económica del uso del concreto en Colombia, iniciando con una revisión de las propiedades físicas y mecánicas de los agregados reciclados y concretos obtenidos por otros investigadores en la primera sección. Posteriormente se resume la metodología empleada para evaluar las propiedades físicas y mecánicas del concreto reciclado. En las secciones 4 y 5 se reportan los resultados de la evaluación técnica y, la sección 6 el análisis económico de cada una de las mezclas. Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones.

2. Marco teórico

2.1 Concreto hidráulico a partir de agregados reciclados

Con el paso del tiempo han sido numerosas y extensas las investigaciones, realizadas al concreto hidráulico con una sustitución parcial o total de agregados naturales por agregados reciclados [3-5]. Aun cuando se ha determinado la posibilidad de sustituir parcial o totalmente el agregado natural por agregado reciclado en una mezcla, se debe prever que la inclusión de los agregados reciclados influye en forma directa en las propiedades del concreto, es así como en la actualidad se encuentran establecidos los porcentajes de agregados reciclados que conformaran un tipo de concreto especifico cumpliendo con las especificaciones técnicas. Posterior a la realización de pruebas y estudios, diferentes países han establecido el porcentaje de sustitución para los agregados tanto finos como gruesos producto de la trituración del concreto hidráulico para el diseño de una mezcla, estableciendo restricciones en su aplicación tomando como referencia estándares técnicos. A continuación, se ilustra en la Tabla 1, los parámetros de sustitución de agregados finos y gruesos reciclados para mezclas de concreto hidráulico adoptados en la normativa de diferentes países.

Tabla 1. Parámetros de sustitución de agregados finos y gruesos reciclados [3]

País Norma Restricción % de agregado grueso % de agregado fino RILEM 1998 0-100 - Bélgica 0-100 - Brasil Draft NBR - 0-20 0-20 China WBTC 12/2002 - 0-20 - Dinamarca 0-100 0-20 Alemania DIN 4226-100 No pretensado 0-45 - Holanda NEN 5950 - 0-100 0-20 Hong Kong Uso especifico 0-100 - Italia DM 14/01/2008 0-100 -

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Japón JIS A 5021/3 Uso especifico 0-100 - España Draft EHE - 0-20 - UK BS 6543 BRE 433 - 0-20 - USA ACI 555R-01 - 0-100 0-100

Tabla 2. Propiedades físicas y mecánicas de agregados reciclados [6]

Propiedad

Agregado natural Agregado reciclado según tamaño máximo

Tamaño máximo del agregado

10 mm Derivado de un

concreto de resistencia a la

compresión

20mm Derivado de un

concreto de resistencia a la

compresión

40mm Derivado de un

concreto de resistencia a la

compresión 10 mm 20 mm 40 mm 35

MPa 49

MPa 56

MPa 37

MPa 50

MPa 58

MPa 31

MPa 45

MPa 52

MPa Propiedades físicas Gravedad especifica

2.8 2.8 2.8 2.46 2.4 2.38 2.52 2.51 2.48 2.56 2.53 2.52

Tasa de absorción

0.3 0.3 0.3 4.60 4.8 5.0 3.65 4.1 4.86 2.2 2.5 2.8

Densidad Bulk

1408 1462 1406 1338 1327 1324 1432 1421 1394 1341 1334 1329

Propiedades mecánicas %Resistencia a trituración

25 22 - 32 30 30 26 25 23 - - -

%Resistencia al impacto

18 17 - 38 32 31 25 24 21 - - -

%Resistencia a la abrasión

29 26 26 48 46 46 38 35 33 30 29 29

Tabla 3. Propiedades físicas del agregado reciclado de concreto hidráulico [8]

Tipo de agregado Arena Finos Grueso Finos

Reciclados Grueso

Reciclado Natural

Gravedad especifica 2.54 2.56 2.57 2.40 2.42 2.84 Tasa de absorción 3.5 3.0 3.0 8.8 6.8 0.68 Porosidad total (%) 11.5 11.9 9.7 17.8 16.3 N.R* Contenido de Cloruros (%) N.R* N.R* N.R* N.R* N.R* 0.14

*N. R = No reportado

2.2 Caracterización del concreto hidráulico con agregados reciclados

La resistencia a la compresión en concretos

fabricados con agregados reciclados, está directamente relacionada con la proporción de agregados reciclados que se incluya en dicha mezcla, según Li [4] los concretos en los cuales se sustituyó solamente el agregado grueso disminuyeron entre un 10% y un 25% su resistencia a la compresión, en comparación con concretos elaborados con agregado natural (Figura 1).

Figura 1. Resistencia a la compresión de concretos con

diferentes porcentajes de sustitución [4]

Corinaldesi [8] Concluye que no es recomendable incluir agregados finos provenientes de la trituración de escombros de concreto en las mezclas normales sin aditivos, teniendo en cuenta que las mezclas con relación agua-cemento muestran una disminución hasta de un 30% en la resistencia a la compresión. Según Breccolotti [3] y Padmini et al [6], esto se debe a los altos niveles de absorción de agua y porosidad que aporta el mortero

presente en el agregado reciclado. Por otra parte, la Figura 2 muestra que el efecto de la variación de la relación agua cemento en la resistencia a la compresión, es proporcional para los diferentes tipos de agregados, natural, grueso reciclado y fino reciclado.

Figura 2. Resistencia a la compresión a 28 días de concretos con agregados finos reciclados [8]

La incorporación de agregados reciclados en una

mezcla de concreto se debe realizar en proporciones adecuadas que garanticen la resistencia de diseño debido a algunos aspectos que han sido reportados en la literatura. Por ejemplo, Etxeberria [5] reporta que los niveles de humedad de los agregados deben ser altos en el momento en que se incorporen a la mezcla, teniendo en cuenta que las partículas deben estar casi totalmente saturadas de agua, para que el porcentaje de absorción no influya en la relación agua cemento de la mezcla; por otra parte Poon C [9] recomiendan que durante el proceso de mezclado se cumplan protocolos de calidad que garanticen que el agregado ha sido humedecido

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previamente, con el fin de optimizar la interacción de las partículas durante el proceso de fraguado.

Con base en lo propuesto por Australia C [7] se recomienda producir concretos que contengan hasta un 30% de agregado reciclado, debido a que, al utilizar más de ese porcentaje, se torna muy costosa la mezcla debido al incremento de cemento que se debe hacer para bajar la relación agua cemento. La manejabilidad y asentamiento de las mezclas con agregados se puede ver afectada debido a la necesidad de implementar dentro de la mezcla una relación agua cemento más baja, esto genera la necesidad de aplicar aditivos plastificantes reductores de agua [5].

La aplicación de estos aditivos es proporcional al porcentaje de agregado reciclado que se halla contemplado en el diseño de mezcla, es decir, a mayor cantidad de agregado reciclado en la mezcla, mayor cantidad de aditivos Corinaldesi [8] afirma que la incorporación de estos aditivos en la mezcla, puede favorecer otros factores en la mezcla, como la retracción de fraguado. Es indispensable incrementar los volúmenes de cemento a la mezcla, con el fin de poder bajar la relación agua cemento, que garantice que la mezcla tendrá una buena adherencia entre los agregados y la pasta cementicia y, por ende, lograr la resistencia de diseño de la mezcla. Etxeberria [5] en sus investigaciones encontraron que el porcentaje de cemento puede aumentar entre un 8% y un 10%, de acuerdo con las resistencias que se desee obtener.

2.3 Resistencia a la flexión

De acuerdo con Li [4] el concreto preparado con agregados reciclados presenta un comportamiento muy similar al del concreto tradicional, al someterlos e las pruebas de resistencia a la flexión; sin importar la proporción de agregado reciclado que se haya utilizado en la mezcla, (30%, 50%, 70%, 100%), la variación de los resultados de resistencia a la flexión frente al concreto convencional no es superior al 0.1%, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Resistencia a la flexión en concretos con diferentes

porcentajes de sustitución [4]

2.4 Retracción por fraguado

En gran parte de los estudios internacionales que se han realizado a los concretos hidráulicos diseñados a partir de agregados reciclados han reportado un aumento en la retracción por fraguado para cualquier porcentaje de sustitución del agregado natural por agregado reciclado [3, 4,8]. En particular un aumento de

1 Real Decreto 1247/2008, de 18 de Julio por el que se aprueba la Instrucción de hormigón estructural (EHE-08) para regular el proyecto,

hasta de un 65% en la retracción por fraguado del concreto hidráulico con agregados reciclados en comparación con un concreto diseñado con un 100% de agregados naturales es presentado.

Barra et al [10] logró determinar que la utilización de agregados reciclados provenientes en su mayoría de concreto puede tener una limitante frente a los concretos con agregados naturales teniendo en cuenta que presentan una mayor absorción. De igual forma se estableció que para obtener resistencias a compresión similares a las de un concreto dosificado con agregados convencionales el consumo de cemento aumenta entre un 7.2% para resistencias a compresión más bajas y un 17.3% para las más altas. También se estableció que el agregado reciclado al presentar una mayor porosidad influía de forma negativa en la carbonatación del concreto

Tafhurt y Enrique [11] diseñó y ensayó ejemplares para reproducir a escala elementos como vigas, ménsulas y placas con concreto conformados con agregados reciclados, determinando que en elementos estructurales creados con concreto con un porcentaje del 20% de agregados gruesos reciclados como reemplazo de agregado grueso natural, se obtiene una resistencia similar a las del concreto convencional. De acuerdo con el Real Decreto 1247/2008 EHE1 en su anexo 15, se contempla el reemplazo del 20% de agregado reciclado para la fabricación de concreto estructural, lográndose de esta manera que las propiedades finales del concreto reciclado no se vean afectadas en relación con las que presenta un concreto convencional. En la implementación del concreto reciclado no estructural se permite el empleo de hasta el 100% de agregado reciclado, teniendo en cuenta la realización de estudios específicos al igual que experimentales que permitan determinar su idoneidad en cada aplicación.

Figura 4. Retracción por fraguado Vs edad del concreto con

diferentes proporciones de agregado reciclado [4]

Hernández y Fornasier [12] estudiaron las ventajas y limitaciones de los concretos elaborados con agregado grueso reciclado, para sus análisis elaboraron concretos con diferentes contenidos de cemento, reemplazando el total de agregado natural por agregado grueso reciclado, determinando las características y comportamiento del concreto en su estado fresco (asentamiento, contenido de aire, peso unitario), así como en su estado endurecido (resistencia a la compresión, módulo elástico, succión capilar, penetración, permeabilidad a los cloruros, entre otros). Este estudio presenta una serie de diferencias con

ejecución y control de las estructuras de hormigón, al objeto de conseguir la adecuada seguridad de las mismas.

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relación al concreto convencional: Se logró establecer que los concretos reciclados demandan una mayor cantidad de agua, la resistencia a la compresión es menor al de un concreto convencional y el módulo de elasticidad para concretos reciclados presenta una disminución entre el 25% al 30% para edades comprendidas entre los 7 y 28 días. Por otro lado, el concreto reciclado al presentar una mayor porosidad es más susceptible a ser atacado por agentes ambientales afectado directamente su durabilidad.

Martínez y Mendoza [13] en su trabajo identifico el desempeño de concretos conformados con agregados reciclados mediante la realización de cilindros de concreto premezclados con diferentes porcentajes de cemento. Mediante este análisis concluye que con una granulometría adecuada proporciona un concreto de muy buena calidad y con un comportamiento mecánico semejante a los concretos diseñados con agregados naturales. Con respecto a la resistencia a tensión y flexión se identificó que cuando se presentan consumos de cemento igual o mayores a 300 kg/m3.

Las relaciones de las ecuaciones (1) y (2) son menores para los concretos diseñados con agregados reciclados, debido a que en una relación baja de agua/cemento domina el comportamiento del agregado grueso, en cambio en una relación alta de agua/cemento entraría a dominar la pasta; lo que les permitió concluir que la aplicación del agregado reciclado en volúmenes de cemento hasta 300 Kg/m3 es alta, mientras que a mayores proporciones resultaría una mezcla económicamente inviable.

𝑓𝑡

√𝑓´𝑐 (1)

𝑀𝑅

√𝑓´𝑐 (2)

En Colombia pese a existir una normatividad en cuanto a la conservación, aprovechamiento y disposición de los RCD, todavía hace falta una mayor conciencia para que la industria de la construcción trabaje en pro de la conservación del medio ambiente, mediante la reutilización de los residuos de construcción y demolición, en este caso, el empleo del concreto reciclado como agregado en la conformación de nuevos concretos. Para exponer un beneficio económico que incentive el uso de material reciclado, se deberán implementar una serie de etapas que conllevaran a una adecuada reutilización de los materiales en obra:

Reducir los desperdicios desde la fase de diseño Construcciones más limpias Separación y recolección selectiva Establecer instrumentos económicos Aprovechamiento

La viabilidad en la recuperación de los agregados reciclados puede justificarse son los costos derivados de la eliminación de los RCD, es decir en la medida que implique mayores costos el deshacerse del material, el productor estará más interesado en reciclar. De este modo los países como en Colombia han optado por implementar políticas que penalizan económicamente la eliminación de los RCD sin aprovechamiento.

Los recursos naturales como los depósitos de minerales proporcionan flujo de bienes y servicios de gran importancia para las personas y más aún para la industria de la construcción, el equilibrio de estos flujos de bienes puede ser afectado significativamente por cualquier proyecto de inversión o por políticas adoptadas por el gobierno. Así, los impactos ocasionados al medio ambiente se convertirán en pérdidas de bienestar para la sociedad traducidos en costos y beneficios económicos. A medida que se extraen los recursos a tasas que representan niveles de agotamiento, la escasez de estos recursos en el futuro será mayor y por consiguiente el precio de estos recursos también será mayor. Aunque la causa de estos problemas no son las fallas de mercado, sí de alguna manera u otra, un pobre funcionamiento de los mercados puede contribuir a la aparición y establecimiento de estos problemas [14].

3. Metodología

El tipo de metodología utilizada en esta investigación

es de tipo cuantitativa. Para estudiar la viabilidad de la implementación de agregado grueso reciclado en la conformación de una mezcla de concreto hidráulico se realizan dos análisis: técnico y económico, los cuales se presentan a continuación.

3.1 Análisis técnico

1. Recolección de muestras de concreto hidráulico 2. Transporte 3. Trituración del material 4. Ensayos para determinar las propiedades de los

agregados 5. Ensayos para determinar las especificaciones

de los agregados para el concreto NTC 174 [15] 6. Diseño de mezclas empleando diferentes

cantidades de agregado 7. Fundida de las mezclas (Cilindros y viguetas) 8. Curado de los especímenes en 28 días 9. Ensayos a compresión, tensión indirecta y

módulo de ruptura 10. Resultados

Recolección de muestras de concreto para obtener agregado grueso reciclado. Como primera medida se necesitaba adquirir los elementos de concreto, que se pudieran reciclar para obtener el agregado grueso reciclado, para tal fin la empresa Concesionaria COVIAL S.A facilitó muestras de laboratorio desechadas en su proyecto Recuperación De La Malla Vial De La Central de Abastos de Bogotá “CORABASTOS”. Estas muestras se acoplaban muy bien para este fin ya que se tiene la información de la resistencia de diseño inicial. Un total de 10 viguetas y 10 cilindros de prueba con una resistencia MR-45 fueron utilizados como concreto reciclado.

Ensayos de Caracterización de Materiales

Granulometría en Agregados. La granulometría consiste en la medición y graduación de las partículas que conforman una masa de agregados, su determinación se realiza a partir de un análisis granulométrico. La granulometría de los

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agregados de concreto reciclado se encuentra supeditados al proceso de trituración que se efectúe, mediante pequeños ajustes a las trituradoras se puede obtener una gran variedad de tamaños. Se puede obtener un porcentaje considerable de agregado grueso que varía entre un 70% y 90% del agregado total producido; esto dependiendo del tamaño máximo del agregado grueso reciclado, así como de la composición del concreto original. Los resultados obtenidos del análisis granulométrico se representan de manera gráfica a través de una curva de granulometría (Figura 5).

Figura 5. Ejemplo de Curva Granulométrica Mezcla M1

Los agregados gruesos conforman una curva granulométrica apropiada, que es empleada dentro de los límites granulométricos sugeridos por normas nacionales e internacionales para el empleo del agregado reciclado en la conformación de un concreto estructural.

Módulo de Finura en Cemento. Empleando la norma NTC 33[16] se determinó el módulo de finura del cemento portland por medio del aparato de permeabilidad al aire de Blaine, así como su densidad mediante la aplicación de norma NTC 221 [17]. Para determinar las propiedades físicas del agregado fino natural grueso y reciclado se realizó lo estipulado en la norma técnica colombiana NTC 77 [18]; procedimiento que consistió en pasar la arena a través de los diferentes tamices. Los resultados obtenidos fueron representados mediante la curva granulométrica y esta fue comparada con los límites establecidos en la norma técnica colombiana NTC 174 [15].

Ensayo de resistencia al desgaste en la máquina de los ángeles. El objetivo del ensayo de resistencia al desgaste en la máquina de los ángeles consiste en determinar la resistencia a la abrasión de los agregados empleados en las mezclas; el ensayo se realizó teniendo en cuenta los parámetros establecidos en la norma técnica colombiana NTC 93 [19]. Para determinar la resistencia del material se hace actuar una carga abrasiva sobre la muestra, esta carga estará conformada por esferas metálicas estandarizadas que al entrar en contacto con la muestra dentro de la máquina de los ángeles modificará la composición granulométrica de la muestra, obteniendo como resultado una pérdida de material con relación a su masa inicial, permitiendo determinar la calidad del material ante el desgaste. El agregado producto de la trituración de concreto reciclado

presenta un mayor desgaste en comparación con el agregado natural, se define que en el curso del agregado grueso reciclado durante el ensayo en la máquina de los ángeles se elimina todo el mortero que se encuentra adherido al agregado.

Diseño de la mezcla de concreto. En el presente trabajo se realizaron tres diseños de mezcla con diferentes porcentajes de remplazo de agregados reciclado; se realizó una mezcla patrón (M1) con un 0% de agregado reciclado, una mezcla 2 (M2) con un porcentaje de 30% agregado reciclado y una mezcla 3 (M3) sustituyendo el 100% de agregado natural por agregado reciclado. Las mezclas fueron diseñadas para una resistencia a la compresión f’c de 21 MPa, con una relación agua/material cementante (a/mc) entre 0,55 y 0,60, con un asentamiento entre 5 cm y 10 cm, para lo cual se mantuvo fija la cantidad de agua por metro cúbico.

Optimización de la Granulometría. El resultado del ensayo de granulometría de los agregados para la mezcla de concreto no cumple con los parámetros establecidos en la norma, por lo tanto, se realizó el método de ajuste grafico de Fuller, en donde se logró una combinación de agregado fino del 55% y agregado grueso del 45%, para un concreto de propiedades óptimas.

Concreto en estado fresco. La incorporación del agregado grueso reciclado seco en el concreto provoca un significativo aumento en la consistencia de la mezcla, si se mantiene la misma relación agua/cemento. De esta manera, el incremento de la demanda de agua de absorción que presenta el agregado de concreto reciclado, durante el proceso de mezclado una cantidad de agua será absorbida por los agregados, ocasionando un aumento en la consistencia y una reducción significativa de la relación agua/cemento. De este modo, el aumento de la demanda de agua se debe en su mayoría al cambio de granulometría del agregado, su forma angular, textura rugosa y al encontrase mortero adherido al agregado. Así mismo, es más rápida la pérdida de manejabilidad, ya que el agregado sigue absorbiendo agua. Con el fin de obtener una consistencia adecuada existen alternativas como determinar la cantidad de agua adicional que se debe añadir al concreto durante el mezclado mediante cálculos previos; añadir súper-plastificantes en el concreto o utilizar el agregado saturado.

Ensayos en Concreto en Estado Endurecido

Resistencia a la compresión. El ensayo de resistencia a la compresión se efectuó de acuerdo con los requerimientos estipulados en la norma técnica colombiana NTC 673[20]. Se realizó sobre cilindros que estaban constituidos por diferentes mezclas (M1, M2, M3) de dimensiones 150 x 300 mm para un tiempo de curado de 28 días. Para el ensayo se

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empleó una prensa hidráulica para compresión, tensión y flexión de concreto y mortero con una capacidad máxima de 2000 kN. La resistencia a la compresión se calculó mediante el empleo de la ecuación (3).

𝑅𝐶 =𝑃

𝐴 (3)

Donde: RC: Resistencia a la compresión del cilindro. P: Carga máxima aplicada A: Área de la sección transversal

Resistencia a la Tensión. El concreto presenta muy baja resistencia a la tensión, por ello, esta propiedad no se tiene en cuenta en el diseño de estructuras normales. No obstante, la tensión toma importancia en el agrietamiento del concreto debido a la restricción de la contracción provocado por el secado o la disminución de la temperatura. Los concretos que se encuentran conformados por agregados livianos tienden a encogerse mucho más que los normales.

Para determinar la resistencia a la tensión del material se empleó el ensayo de tensión indirecta, el ensayo se realizó de acuerdo a la norma técnica colombiana NTC 722[21]; mediante este ensayo la resistencia a la tensión es determinado cargando a compresión 6 cilindros que estaban constituidos por diferentes mezclas (M1, M2, M3) de dimensiones 150 x 300 mm a lo largo de dos líneas axiales diametralmente opuestas; para un tiempo de curado de 28 días. Para el ensayo se aplica la carga en forma continua evitando impactos, con una velocidad constante entre 700 kPa/min a 1400 kPa/min de esfuerzo de tensión indirecta, hasta que el espécimen falle. La resistencia a la tensión indirecta se calculó mediante el empleo de la ecuación (4).

𝑅𝑇 =2𝑃

𝜋𝐿𝐷 (4)

Donde: RT: Resistencia a la tracción o tensión indirecta de un cilindro. P: Carga máxima aplicada. L: Longitud y D: Diámetro del cilindro.

Ensayo de resistencia a la flexión. Para determinar la resistencia a la flexión se empleó el método mediante el cual se utiliza una viga simplemente apoyada con carga en los tercios de la luz, se realizó de acuerdo con la norma técnica colombiana NTC 2871[22]. Se fallaron 9 viguetas de dimensiones 150 x 150 x 600 mm (tres viguetas para cada mezcla), se utilizó una prensa hidráulica con una capacidad máxima de 2000 kN (Ver Figura 8) y se aplicó carga a una velocidad constante (8,8 a 12,4 Kg/cm2/min.) hasta conseguir la falla del material. La resistencia a la flexión se calculó empleando la ecuación (5).

𝑀𝑅 =𝑃∗𝐿

𝑏∗𝑑2 (5)

Donde: MR: Módulo de rotura de viga. P: Carga máxima aplicada, L: Distancia entre apoyos. b: Ancho de la viga en la posición de ensayo, sección de falla d: Altura de la viga en la posición de ensayo, sección de falla.

4. Resultados

4.1 Agregados En la Tabla 4 se resumen las propiedades físicas

obtenidas del agregado fino natural proveniente del municipio del Guamo (Tolima), del agregado grueso natural y del agregado grueso reciclado respectivamente. La densidad del cemento portland de uso general marca Argos fue de 2,735 g/cm3.

Tabla 4. Propiedades físicas agregado grueso natural, reciclado y fino natural

Propiedades físicas

Agregado grueso

natural

Agregado grueso

reciclado

Agregado fino natural

Tamaño máximo (mm) 38 38.1 N/A Tamaño máximo nominal 12.5 25.4 N/A

Densidad nominal (g/cm3) 2.557 2.624 2.633 Densidad aparente S.S.S. (g/cm3) 2.346 2.285 2.581 Humedad de absorción (%) 3.5 5.64 1.24 Masa U. suelta (kg/m3) 1.271 1.592 1.655 Masa U. compacta (kg/m3) 1.377 1.779 1.763 Coeficiente de forma 0.31 0.24 N/A

Desgaste en máquina de los ángeles (%) 22.1 38.1 N/A Resultado prueba colorimétrica N/A N/A 1

La Tabla 4 muestra que la humedad de absorción en el agregado grueso reciclado fue un 61% mayor que la requerida por el agregado grueso natural, resultado que era predecible teniendo en cuenta que en el material reciclado se encuentra adherida pasta de cemento. Esta pasta que influye directamente en la humedad de absorción del material; en cuanto al porcentaje de desgaste en la máquina de los ángeles se obtuvo un valor

de 22,1% para el agregado natural y de 29,8% para el agregado grueso de concreto reciclado, obteniendo un 7,7% más de desgaste para este último. El mayor porcentaje de desgaste que se presentó en el agregado grueso de concreto reciclado, debido al mortero adherido al agregado. Por otra parte, el agregado natural presentó un coeficiente de forma de 0.31 mientras que el agregado de concreto reciclado fue de 0.24, es decir, el agregado

43

reciclado es 22% menor frente al agregado natural. De acuerdo con lo anterior, el agregado grueso natural presenta partículas más redondas que las del agregado reciclado, que se asocia al mortero que se encuentra adherido al agregado reciclado lo cual aumenta el espesor de las partículas con forma plana y alargada. Según los estudios el valor mínimo de coeficiente de forma es de 0.20, así, el agregado reciclado cumple con los requerimientos de la norma NTC 174 [15].

4.2 Diseño de Mezclas

A partir de la aplicación del método de Fuller, según

Sánchez [23] se puede determinar los siguientes porcentajes de agregados requeridos en las diferentes mezclas:

Mezcla patrón M1: 55% de arena y 45% de agregado grueso

Mezcla 2 M2: 55% de arena y 45% de agregado grueso.

Mezcla 3 M3: 55% de arena y 45% de agregado grueso.

Es importante destacar que una parte del agregado grueso es reemplazado por el agregado reciclado, por tanto, todas las mezclas presentan la misma proporción del agregado grueso (45%). En la Tabla 5, se presentan las cantidades de material empleado en cada una de las mezclas para la elaboración de 12 cilindros y 9 viguetas. Se observa que el peso del concreto se reduce ligeramente en la medida que se incorpora el agregado reciclado debido a que su masa unitaria es menor a la del agregado grueso natural.

Tabla 5. Proporciones de materiales en cada mezcla Kg/m3

Material Unidad % de agregado grueso reciclado reemplazado 0% 30% 100%

Agua Kg/m3 12,6 12,6 15,6 Cemento Kg/m3 21 22,5 22,92 Relación Agua/Cemento (a/mc) 0.60 0.56 0.59 Agregado grueso natural Kg/m3 44,88 13,25 0 Agregado reciclado Kg/m3 0 30,92 43,62 Agregado fino Kg/m3 54,9 54 53,34 Total Kg/m3 133.38 133.27 132.48

4.3 Ensayos del concreto en estado fresco

Con el fin de determinar la consistencia del concreto se realizó el ensayo de asentamiento o prueba del cono de Abrams, de acuerdo con la norma NTC 396[24] método de ensayo para determinar el asentamiento del

concreto, obteniendo asentamientos que varían entre 6 cm y 7.5 cm como se presenta en la Tabla 6. Las pruebas de asentamiento fueron realizadas con el fin de controlar la fluidez de cada una de las mezclas, y a su vez garantizar que el contenido de agua sea el adecuado para obtener resultados óptimos de manejabilidad y consistencia.

Tabla 6. Resultados prueba de asentamiento para los diferentes tipos de mezclas

Asentamiento (cm) Mezcla 100% agregado natural 7.5 Mezcla 30% agregado reciclado 70% agregado natural 7 Mezcla 100% agregado reciclado 6

4.4 Ensayos en el concreto endurecido

Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de concreto. La Tabla 7, se resumen los resultados

obtenidos en los diferentes ensayos de resistencia a la compresión para cada una de las mezclas de concretos, los especímenes fueron fallados a una edad de 28 días.

Tabla 7. Resultados ensayos de resistencia a la compresión

Cilindros sometidos a ensayos a compresión

% Agregado grueso sustituido

ID Diámetro

(m) Altura

(m) Área (m2)

Peso (Kg)

Carga (kN)

Resistencia (MPa) RC=P/A

Resistencia Promedio

(MPa) M1 0% C7 0,154 0,298 0,0186 12,55 505 27,12 27,41

C8 0,152 0,298 0,0181 12,40 503 27,70 M2 30% C9 0,153 0,306 0,0184 12,55 537 29,18 28.97

C10 0,152 0,303 0,0181 12,40 522 28,76 M3 100% C1 0,152 0,305 0,0181 12,45 413 22,74 22.77

C2 0,153 0,305 0,0184 1260 420 22,86

Al analizar los resultados se observan la pérdida de resistencia de un 17% frente a la mezcla patrón cuando se sustituye el 100% del agregado grueso natural; sin embrago, cuando la sustitución disminuye al 30% se evidencia un aumento en la resistencia del material en un 6%. Los resultados obtenidos demuestran que con una sustitución igual al 30% de agregado grueso por concreto

reciclado garantiza una resistencia igual o mayor a la mezcla patrón.

Tipo de fractura. La forma más común de falla en los cilindros que son sometidos a esfuerzos a compresión y tensión indirecta es en como en Sánchez [23], sin embargo, se pueden presentar fallas como las que se muestran en la Figura 6.

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Figura 6. Falla de cilindros en Laboratorio

Ensayo resistencia a la tensión indirecta de cilindros Concreto. La Tabla 11 presenta los resultados de tensión indirecta observando que al sustituir un 30% el agregado natural por concreto reciclado se reduce la resistencia en un 13% y esta

reducción llega a un 20% cuando se sustituye el 100%. Lo que se asocia que el agregado de origen reciclado puede presentar fisuras por el proceso de trituración que conlleva para su uso (Tabla 8).

Tabla 8. Resultados ensayos resistencia a la tensión indirecta de cilindros de concreto

Cilindros sometidos a ensayo de tensión

% Agregado grueso sustituido

ID Diámetro

(m) Altura

(m) Área (m2)

Peso (Kg)

Carga (KN)

Resistencia MPa) RT=(2*P)/(π*L*D)

Resistencia Promedio

(MPa)

M1 0% C5 0,154 0,301 0,1456 12,75 199 2,73 2.81 C6 0,154 0,303 0,1466 12,50 212 2,90 2.81

M2 30% C11 0,153 0,306 0,1471 12,45 197 2,67 2.44

C12 0,153 0,304 0,1461 12,25 162 2,21 2.44

M3 100% C3 0,150 0,298 0,1404 11,50 146 2,07 2.24 C4 0,154 0,309 0,1495 12,65 180 2,40 2.24

Ensayo Resistencia a la Flexión. Los resultados de la Tabla 9 muestran que la mezcla de concreto convencional M1 presenta una mayor resistencia a la flexión y que dicha resistencia disminuye a medida que se incrementa la cantidad de agregado

reciclado. Sin embargo, vale la pena mencionar que los concretos evaluados se encuentran dentro de los parámetros comunes del módulo de ruptura dada la resistencia de la mezcla.

Tabla 9. Resultados ensayos esfuerzos a la flexión del concreto (Viga con carga a L/3)

Mezcla Vigueta Largo

(m) Ancho

(m) Altura

(m) Peso (Kg)

Carga (KN)

Módulo de rotura (MPa)

MR=(P*L) /(b*d2)

Módulo de rotura Promedio (MPa)

% de Diferencia respecto a mezcla M1

M1 V4 0,155 0,155 0,530 28,75 27,92 3,37 3.52 0% V5 0,150 0,155 0,535 27,80 28,27 3,65 3.52 0% V6 0,155 0,155 0,530 28,20 29,21 3,53 3.52 0%

M2 V7 0,145 0,155 0,540 27,30 26,46 3,65 3.47 -1% V8 0,154 0,156 0,535 28,60 28,70 3,49 3.47 -1% V9 0,154 0,153 0,558 29,05 26,44 3,28 3.47 -1%

M3 V1 0,156 0,153 0,535 28,90 29,00 3,50 3.41 -3% V2 0,155 0,155 0,535 28,46 28,46 3,44 3.41 -3% V3 0,154 0,154 0,540 28,50 26,78 3,30 3.41 -3%

5. Análisis económico

En tanto la realidad de un proyecto este cimentada bajo la percepción de un mercado potencial que se enmarca en las necesidades y la disponibilidad, estará provisto un gran índice de factibilidad; factibilidad que se encuentra ligada directamente con los costos de los materiales presupuestados para su realización. Como lo menciona Miranda [25], los objetivos de cualquier estudio de factibilidad pueden ser resumidos en la comprobación de la existencia de un mercado potencial o de una necesidad no satisfecha, la demostración de la viabilidad y disponibilidad de los recursos materiales, humanos, administrativos y financieros, y la corroboración de las ventajas desde lo financiero, económico, social o ambiental de asignar recursos a la consecución de un bien o la prestación de un servicio.

De este modo, los países desarrollados o en vía de desarrollo han optado por implementar políticas que penalizan económicamente la eliminación de los RCD sin aprovechamiento, conllevando a la disminución de los mismos. Por otro lado, las condiciones ligadas

directamente a los costos de transporte limitan la viabilidad económica de la recuperación de los RCD cuando las distancias que comprenden los sitios de producción, tratamiento, almacenamiento y utilización de los RCD son tan extensas que superan el valor del producto para el cliente potencial.

Las diferencias de costos que encontramos relacionados con la elaboración de un concreto convencional y uno con agregado de concreto reciclado, se basan en diferentes aspectos; algunos de ellos si bien es cierto no se reflejan en el costo del concreto, pero si impactan positivamente el presupuesto de una obra al reducir de sus gastos actividades como el transporte y disposición de residuos, los cuales son rubros que en movimiento importantes de demolición representan un ahorro considerable, más aún si se tiene en cuenta que los porcentajes de expansión de los residuos de demolición aumentan los volúmenes a transportar en porcentajes cercanos al 75% (Tabla 10).

Cuando se adopta la opción de utilizar materias primas recicladas como el agregado de concreto

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reciclado, encontramos que los precios del agregado de concreto reciclado frente al agregado de concreto natural denota un ahorro del 25,2%; esto se debe a que los costos de producción del agregado natural vinculan la utilidad que se espera obtener al explotar cualquier terreno y los costos de trámites y licencias de explotación (Tabla 11).

Tabla 10. Cálculo de ahorro por disposición y transporte

Distancia promedio de 25 km Valor (m³/Km) En Botadero por (m³) Total por (m³)

$600 $3.570 $18.570

Tabla 11. Comparativo de precios de agregado grueso

Tipo de Agregado

Agregado Natural

Agregado Reciclado

Ahorro

Grava $90.000 $67.300 25,2%

Así mismo Mendieta [14] afirma que los productores utilizan el medio ambiente como fuente de insumos y/o factores bajo diferentes formas para producir bienes y servicios para su satisfacción, las empresas deben pagar por usar el medio ambiente. Es decir, deben asumir este costo ambiental e incluirlo como otro componente más dentro de la estructura de costos totales de producción de las empresas. Además, en el costo de producción de concreto con agregado reciclado influye positivamente que el insumo para su producción no tiene costo y su utilización no implica ningún compromiso tributario.

5.1 Presupuesto para la elaboración de 1m3 de concreto con las mezclas

Ver Tablas 12 a 15.

Tabla 12. Presupuesto para mezcla M1

Mezcla 1 (100% Agregado Natural) Ítem Descripción Cantidad Unidad Valor Valor total

1 Agua 0,21 m³ $ 2.210 $ 464 2 Cemento 350 Kg $ 590 $ 206.500 3 Grava 0,32 m³ $ 90.000 $ 28.800 4 Arena 0,354 m³ $ 99.000 $ 35.046 5 Grava Reciclada 0 m³ $ 67.300 $ - 6 Costos de producción 1 m³ $ 53.500 $ 53.500 7 Transporte 25 m³/Km $ 750 $ 18.750

$ 343.060

Tabla 13. Presupuesto para mezcla M2

Mezcla 2 (70% Agregado Natural, 30% Agregado Reciclado) Ítem Descripción Cantidad Unidad Valor Valor total

1 Agua 0,21 m³ $ 2.210 $ 464 2 cemento 375 Kg $ 590 $ 221.250 3 Grava 0,219 m³ $ 90.000 $ 19.710 4 Arena 0,349 m³ $ 99.000 $ 34.551 5 Grava Reciclada 0,096 m³ $ 67.300 $ 6.461 6 Costos de producción 1 m³ $ 53.500 $ 53.500 7 Transporte 25 m³/Km $ 750 $ 18.750

$ 354.686

Tabla 14. Presupuesto para mezcla M3

Mezcla 3 (100% Agregado Reciclado) Ítem Descripción Cantidad Unidad Valor Valor total

1 Agua 0,2 m³ $ 2.210 $ 464 2 cemento 382,0 Kg $ 590 $ 225.380 3 Grava 0,0 m³ $ 90.000 $ - 4 Arena 0,3 m³ $ 99.000 $ 34.106 5 Grava Reciclada 0,3 m³ $ 67.300 $ 21.334 6 Costos de producción 1,0 m³ $ 53.500 $ 53.500 7 Transporte 25,0 m³/Km $ 750 $ 18.750

$ 353.534

Tabla 15. Variación de costos para diferentes mezclas

Variación de costos para las diferentes mezclas Comparativo

Costos (pesos) M1 M2 M3 M2 vs M1 M3 vs M1

343.060 354.686 353.534 3,389% 3,053%

Con el fin de obtener un concreto que presente las

mismas características de resistencia del convencional, que presentó un promedio de 28 MPa, se realizó el ajuste al diseño de la mezcla con el 100% de agregado reciclado que aumentó el contenido de cemento de la misma, con lo cual se obtuvo el presupuesto de la Tabla 16. Al realizar el análisis presupuestal de cada una de las mezclas se encuentra que el concreto convencional es un producto más llamativo para cualquier proyecto, porque a pesar de que vincula la explotación de recursos no renovables, su fabricación presenta un precio inferior al de los

concretos elaborados con agregado de concreto reciclado. Esto se debe a que los concretos con agregado reciclado requieren un mayor contenido de cemento para lograr la misma resistencia del concreto elaborado con 100% de agregado natural y el hecho de tener que pre saturar los agregados también aumenta el consumo de agua y aunque existe un leve ahorro con la implementación del agregado reciclado, este no compensa el mayor costo que se genera por el incremento de la cantidad de cemento (Tabla 17)

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Tabla 16. Mezcla propuesta para alcanzar la resistencia presentada con el concreto convencional

Mezcla Propuesta para alcanzar la resistencia con 100% Agregado Reciclado (M4) Ítem Descripción Cantidad Unidad Valor Valor total

1 Agua 0,21 m³ $ 2.210 $ 464 2 Cemento 393,34 Kg $ 590 $ 232.071 3 Grava 0 m³ $ 90.000 $ - 4 Arena 0,3445 m³ $ 99.000 $ 34.106 5 Grava Reciclada 0,317 m³ $ 67.300 $ 21.334 6 Costos de producción 1 m³ $ 53.500 $ 53.500 7 Transporte 25 m³/Km $ 750 $ 18.750

$ 360.224

Tabla 17. Variación de costos para diferentes mezclas

Variación de costos para las diferentes mezclas Comparativo Costos (pesos)

M1 M2 M3 M4 M2 vs M1 M3 vs M1 M4 vs M1 343.060 354.686 353.534 360224 3,389% 3,053% 5,003%

Al reevaluar las cantidades de cemento requerida en cada una de las mezclas con el fin de que estas cumplan con la resistencia obtenida en la mezcla elaborada con un

100% de agregado natural se obtuvo un aumento en la cantidad de cemento (Tabla 18).

Tabla 18. Comparativo de consumo adicional de cemento

Mezcla Resistencia Promedio

(MPa) f’c

Contenido de Cemento de

diseño (kg) (mc)

Contenido de cemento para igualar la

resistencia del concreto convencional

Cantidad de cemento

adicional

Valor adicional por mayor

consumo de cemento

M2 27,41 350 350 0 $ M3 22,8 382 393,34 43,34 $ 25.570,60

Lo cual significa un incremento total del 4,77% con relación a la mezcla patrón y por lo tanto se concluye que las mezclas de concreto reciclado necesitan más cemento para obtener buenas resistencias. Sin embargo, al usar más cemento estas mezclas se vuelven menos duraderas Ruiz y Ospina [26] debido a que el cemento es el material menos durable en una mezcla de concreto.

Por otra parte, existen una serie de costos que si bien es cierto no se pueden asociar a la fabricación del concreto, afectan negativamente en el recurso ambiental al crear la necesidad de disponer recursos económicos para la recuperación, limpieza y mitigación de los daños ambientales; estos son llamados costos externos. Aunque estos costos no se contemplan dentro de los costos de producción de sus productos y/o procesos, representan un costo verdadero para la sociedad.

4. Conclusiones y recomendaciones

Basados en los ensayos de laboratorio de esta investigación, se concluye que el agregado de concreto reciclado presenta valores de desgaste, coeficiente de forma y densidad menores a los que presenta el agregado natural. De acuerdo con los resultados obtenidos del ensayo a compresión de los concretos se validan las recomendaciones que realizan varios autores que manifiestan que el uso del 100% de agregado de concreto reciclado en una mezcla no proporciona una viabilidad ni técnica ni económica; así mismo, un empleo de un 30% de reemplazo de agregado reciclado proporciona un aumento de la resistencia a la compresión.

Los ensayos practicados al agregado reciclado arrojan deficiencias en sus propiedades mecánicas a la hora de compararlas con las mismas propiedades del agregado natural, esto hace que la resistencia a la tensión y flexión de los especímenes elaborados con el 100% de agregado

reciclado sean inferiores con respecto a los especímenes elaborados con agregado natural. Se pueden realizar y diseñar mezclas con agregado reciclado, que cumplan con una resistencia esperada, sin embargo, para lograr el propósito es necesario la inclusión de una mayor cantidad de cemento y esto hace que las mezclas con agregado reciclado sean más costosas que las tradicionales.

El incremento del cemento en las mezclas de concreto si bien aumenta su resistencia, también lo hace más susceptible a sufrir patologías como el ataque de cloruros. Con la elaboración de tres tipos de mezcla y su respectiva comprobación de la resistencia a la compresión, tensión y flexión, se comprobó que el reemplazo de un 30% de agregado natural por el mismo porcentaje de agregado reciclado, ofrece resultados satisfactorios ya que presenta diferencias que no son representativas desde el punto de vista técnico, y que se comporta como una mezcla confiable para ser utilizada en elementos estructurales.

Aunque los resultados obtenidos presentan al concreto con agregado reciclado con unos costos mayores al concreto convencional, esto no es una razón para descartar su uso, si se analiza que los costos ambientales no son tenidos en cuenta por los productores de concreto, pero estos finalmente son asumidos por la sociedad. Agradecimientos

Los autores del trabajo expresan su agradecimiento a la Universidad Militar Nueva Granada por el apoyo y financiación del proyecto INV-DIS-2323 “Estudio del efecto de la corrosión del acero de refuerzo en elementos estructurales construidos en concreto bajo los criterios de la norma sismo resistente colombiana 10 título C”.

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Referencias [1] Davies, C. (2005). The Prefabricated Home. Trowbridge:

Reaktion books. [2] Machado, E. (2008). Para el Reciclado de los Desechos

Sólidos en la Construcción. Tesis de Maestria, EMPROY, Villa Clara, Cuba.

[3] Breccolotti, M. & Materazzi, A. (2010). Structural reliability of eccentrically-loaded sections in RC columns made of recycled aggregate concrete. Engineering Structures 32(11), pp. 3704-3712.

[4] Li, X. (2008). Recycling and reuse of waste concrete in China. Conservation and Recycling 53(1), pp. 36-44

[5] Etxeberria, M. et al. (2007). Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete. Cement and concrete research 37(5), pp. 735-742.

[6] Padmini, A., Ramamurthy, K. & Mathews, M. (2009). Influence of parent concrete on the properties of recycled aggregate concrete. Construction and Building Materials 23(2), pp. 829-836.

[7] Australia, C. (2008). Use of recycled aggregates in construction. Cement Concrete & Aggregates, New South Wales, Australia.

[8] Corinaldesi, V. (2010). Mechanical and elastic behaviour of concretes made of recycled-concrete coarse aggregates. Construction and Building Materials 24(9), pp. 1616-1620.

[9] Poon, C. & Chan, D. (2007). A review on the use of recycled aggregate in concrete in Hong Kong. In international conference on sustainable construction materials and technologies (pp. 144-155).

[10] Barra, M. & Ramonich, E. (1996). Estudio de la durabilidad del hormigón de árido reciclado en su aplicación como hormigón armado. Informes de la Construcción 49(451), pp. 41-47.

[11] Tafhurt, A. & Enrique, L. (2014). Utilización de agregado gruso de concreto reciclado en elementos estrucurales de concreto reforzado. Disertación Doctoral. Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito.

[12] Hernández, C. & Fornasier, G. (2005). Caracterización de hormigones elaborados con agregado grueso reciclado. En Memorias Simposio Internacional “El Hormigón Estructural y el Transcurso del Tiempo”. (pp. 833-840). La Plata, Argentina.

[13] Martínez, I. & Mendoza, C. (2006). Comportamiento mecánico de concreto fabricado con agregados reciclados. Ingeniería, investigación y tecnología 7(3), pp. 151-164.

[14] Mendieta, J. (2011). Manual de valoración económica de bienes no mercadeables: Aplicaciones de las técnicas de valoración no mercadeables y el análisis costo beneficio y medio ambiente. Universidad de los Andes.

[15] INCONTEC (2000). NORMA TECNICA COLOMBIANA 174 Concretos. Especificaciones de los agregados para concreto.

[16] INCONTEC (2000). NORMA TECNICA COLOMBIANA 33 Metodo para determinar la finura del cemento hidráulico por medio del aparato Blaine de permeabilidad del aire.

[17] INCONTEC (2011). NORMA TECNICA COLOMBIANA 221 Metodo de ensayo para determinar la densidad del cemento hidráulico.

[18] INCONTEC (2007). NORMA TECNICA COLOMBIANA 77.Ensayo para el análisis por tamizado de los agregados finos y gruesos.

[19] INCONTEC (2013). NORMA TECNICA COLOMBIANA 93. Método de ensayo para determinar la resistencia al desgaste por abrasión e impacto de agregados gruesos mayores de 19 mm, utilizando la máquina de los ángeles.

[20] INCONTEC (2010). NORMA TECNICA COLOMBIANA 673. Concretos. ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto.

[21] INCONTEC (2000). NORMA TECNICA COLOMBIANA 722. Metodo de ensayo par determinar la resistencia a la tension indirecta de especimenes cilindricos de concreto.

[22] INCONTEC (2004). NORMA TECNICA COLOMBIANA 2871. Metodo de ensayo para determinar la resistencia del concreto a la flexion – utilizando una viga simple con carga en los tercios medios.

[23] Sánchez, D. (1998). Concretos y Morteros: Manejo y Colocación en Obra. Bogotá: ASOCRETO.

[24] INCONTEC (1992). NORMA TECNICA COLOMBIANA 396. Metodo de ensayo para determinar el asentamiento del concreto.

[25] Miranda, J. (2005). Gestión de proyectos: identificación, formulación, evaluación financiera-económica-social-ambiental. Bogotá: MMEditores.

[26] Castaño, J. & Cuartas, J. (2016). Control de colocación de concreto en obra. Trabajo de grado. Universidad de Medellín.