Aislamiento y reciclaje para reducir el consumo …...Aislamiento y reciclaje para reducir el...

Aislamiento y reciclaje para reducir el consumo energético de las viviendas en Andalucía

2 de 101

Índice

Introducción 3

1.Objetivos 4

2.Programa y calendario 5

3.Trabajo Realizado 6

3.1. Estudio del estado actual del aislamiento 6

3.1.1. Identificación de la vivienda tipo o convencional

3.1.2. Caracterización del grado de aislamiento de la vivienda tipo 8

3.2. Desarrollo de nuevos materiales 16

3.2.1. Hormigón con residuos de centrales térmicas de carbón 16

3.2.1.1. Hormigón con cenizas 17

3.2.1.2. Hormigón con escorias 21

3.2.1.3. Hormigón con cenizas y escorias 25

3.2.2. Hormigón con residuos de centrales térmicas de carbón y coque 33

3.2.2.1. Hormigón con cenizas 35

3.2.2.2. Hormigón con escorias 40

3.2.2.3. Hormigón con cenizas y escorias 44

3.2.3. Hormigón con residuos de construcción 53

3.2.2.1. Hormigón con árido fino reciclado 56

3.2.2.2. Hormigón con árido grueso reciclado 60

3.2.2.3. Hormigón con árido fino y grueso reciclado 64

3.3. Desarrollo de nuevas soluciones 73

3.3.1. Diseño de nuevas soluciones constructivas de fachadas 73

3.3.2. Descripción y características de los materiales empleados 80

3.4. Construcción del prototipo 86

3.4.1. Construcción de prototipos 86

3.5. Difusión de resultados 93

4.Presupuesto 94

5.Conclusiones 96

Referencias 98


3 de 101

Introducción

A continuación se presenta el informe final del proyecto de investigación “Aislamiento y reciclaje para reducir el consumo energético de las viviendas en Andalucía” (ARCEVA)”. El proyecto pertenece a la segunda convocatoria a subvenciones para las actividades de investigación en materia de arquitectura y vivienda del año 2007, BOJA número 128, en Sevilla a 29 de junio 2007. El presente trabajo propone reducir la huella ecológica de las edificaciones en Andalucía y cumplir con los objetivos del Protocolo de Kyoto, a través de mejorar el aislamiento en las viviendas empleando materiales reciclados y reduciendo el consumo energético. Los materiales reciclados a ser empleados son los desarrollados en el presente proyecto y en trabajos previos de los investigadores. Las soluciones propuestas dan respuesta a las exigencias de aislamiento térmico y acústico necesarios para una vivienda confortable, cumpliendo con los requisitos del Código Técnico de la Edificación (CTE). En este informe se describe el trabajo realizado en el proyecto. Dichos trabajos coinciden con los propuestos en la programación inicial, en primer lugar se han identificado las tipologías de viviendas más frecuentes en Andalucía para poder identificar las características constructivas de las fachadas. En segundo lugar, se han culminado las caracterizaciones de los residuos que se han utilizados como materia prima en los nuevos productos. Como parte de esta investigación, también se han desarrollando las composiciones de los nuevos materiales reciclados y se han montado los primeros prototipos de fachada empleando dichos materiales.


4 de 101

1. Objetivos

El objetivo principal del proyecto es estudiar el grado de aislamiento en las viviendas en Andalucía, caracterizando su estado actual y presentando nuevas soluciones para mejorarlo y, por tanto, disminuir el consumo energético. Las nuevas propuestas emplean materiales reciclados y materiales tradicionales de la zona. Los materiales reciclados a ser empleados son los desarrollados en el presente proyecto y en trabajos previos de los investigadores integrantes del mismo (1-6). Las soluciones propuestas dan respuesta a las exigencias de aislamiento térmico y acústico necesarios para una vivienda confortable, cumpliendo con los nuevos requisitos del Código Técnico de la Edificación (CTE).

La primera parte del trabajo consiste en identificar la vivienda media tipo usada en Andalucía. Una vez identificada la vivienda tipo se caracterizan las propiedades térmicas de los materiales empleados y de las soluciones constructivas trabajando conjuntamente e interaccionando con el medio.

En la segunda parte se desarrollan nuevos materiales reciclados a partir de la combinación de residuos procedentes de las siguientes industrias:

a) centrales eléctricas (1-3) b) construcción (4-6)

Durante el empleo de residuos se considera no sólo el ahorro energético que se

obtiene de mejorar el aislamiento de las viviendas sino también la energía ahorrada al recuperar residuos, incrementando su ciclo de vida.

En la tercera parte se proponen nuevas soluciones constructivas que consisten en combinar materiales que se pueden obtener en un radio de 15 km con materiales reciclados partiendo de residuos también del entorno. Las propuestas van dirigidas a la utilización de los nuevos materiales en cerramientos de fachada. Para acotar el problema, se excluyen de la evaluación el encuentro con puertas y ventanas.


5 de 101

2. Programa y calendario previsto

A continuación se resumen los hitos del proyecto y se presenta una tabla con la descripción temporal, tabla 1. Los trabajos que se han realizado durante estos dieciséis meses están marcados en amarillo y los que quedan por completar en rosa. El esquema del proyecto es el siguiente: a. Estudio del estado actual del aislamiento en las viviendas en Andalucía

a1. Identificación de la vivienda tipo o convencional a2. Caracterización del grado de aislamiento de la vivienda tipo a3. Cuantificación de recursos consumidos

b. Desarrollo de nuevos materiales partiendo de residuos de la construcción

b1. Análisis de la capacidad aislante y acústica de mezclas de los residuos con distintos aglomerantes hidráulicos (cemento, yeso y cal) b2. Estudio del comportamiento aislante de los nuevos materiales a escala piloto

c. Desarrollo de nuevas soluciones

c1. Diseño de nuevas soluciones constructivas c2. Simulación numérica

d. Construcción del prototipo

d1. Evaluación de nuevas soluciones: ensayar modelos reales e. Difusión de resultados

e.1. Difusión de los resultados obtenidos en revistas, ferias y congresos relacionados.

meses fase act. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

a.1

a.2

a

a.3

b.1

b b.2

c.1

c c.2

d d.1

e e.1

Tabla 1. Organización temporal del trabajo. En amarillo se muestran las fases realizadas del calendario


6 de 101

3. Trabajo realizado 3.1. Estudio del estado actual del aislamiento en las viviendas en Andalucía

Responsable: Madelyn Marrero Meléndez 3.1.1. Identificación de la vivienda tipo o convencional

Profesionales que intervienen: María del Pilar Mercader Moyano y María Victoria de Montes Delgado

Se ha realizado una revisión de datos estadísticos para identificar las viviendas más

numerosas en Andalucía y definir la vivienda tipo. Para ello se ha acudido, como fuente de información suficientemente amplia y contrastada, a las publicaciones estadísticas editadas por el Ministerio de Fomento, Edificación y Vivienda donde se recogen las licencias de obra concedidas por los Ayuntamientos desde el año 1994. De los datos publicados se deduce que el edificio que más se construye es de nueva planta y uso residencial. Se ha encontrado que la Provincia de Sevilla ha sido la de mayor construcción y se ha continuado el trabajo de campo en la Gerencia Municipal de Urbanismo de Sevilla, donde se estudiaron las licencias de obra de nueva planta residenciales concedidas. Y se concluye que de los edificios de nueva planta residenciales, el más numeroso tiene tipología de viviendas adosadas constituido por planta baja más una sobre rasante, de promoción privada y una superficie construida total entre los 100-120 m2 por vivienda. Esta tipología tiene las siguientes características constructivas:

• cimentación mediante zapatas • estructura vertical de hormigón armado • estructura horizontal unidireccional • cubierta inclinada a nivel autonómico y cubierta plana en la Provincia de

Sevilla • cerramiento exterior cerámico • carpintería exterior de aluminio

Investigada la tradición constructiva andaluza, en cuanto a soluciones constructivas de

fachadas se refiere y analizado el Catálogo de Elementos Constructivos del Código Técnico (8), se llega a la determinación de que las soluciones más comúnmente empleadas son:

1. Cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada y aislamiento por el

interior, compuesto por una hoja principal exterior de fábrica de ladrillo cerámico perforado o macizo, revestido por el exterior con revestimiento continuo, cámara de aire no ventilada con aislamiento térmico no hidrófilo por el interior, hoja interior de fábrica de ladrillo hueco y revestimiento interior (enlucido, enfoscado o alicatado).

2. Cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada y aislamiento por el

interior, compuesto por una hoja principal exterior de fábrica de ladrillo cerámico perforado o macizo, revestido por el exterior con revestimiento continuo, cámara de aire no ventilada con aislamiento térmico no hidrófilo por el interior, hoja interior de placa de yeso laminado.


7 de 101

3. Cerramiento de doble hoja sin cámara de aire, aislamiento por el interior, compuesto

por una hoja principal exterior de fábrica de ladrillo cerámico perforado o macizo, revestido por el exterior con revestimiento continuo, aislamiento térmico no hidrófilo por el interior, hoja interior de fábrica de ladrillo hueco y revestimiento interior (enlucido, enfoscado o alicatado).

Una vez identificadas las soluciones constructivas, se procede a cuantificar la

transmitancia térmica (U) de cada una de ellas, en función a lo establecido en el Documento Básico HE. Ahorro de Energía, en las normas UNE en este referenciadas y en el catálogo de elementos constructivos del Código Técnico en función de la solución objeto de cuantificación.


8 de 101

3.1.2. Caracterización del grado de aislamiento de la vivienda tipo

Profesionales que intervienen: Madelyn Marrero Meléndez y María Desirée Alba Rodríguez

Tomando en consideración lo establecido en el Código Técnico de la edificación, y en

busca del objetivo principal del proyecto, el estudio del grado de aislamiento de las fachadas en las viviendas de Andalucía, caracterizar su estado actual y presentar nuevas soluciones que consigan mejorar y disminuir el consumo energético, empleando materiales reciclados y tradicionales de la zona, se hace indispensable la caracterización y cuantificación de las exigencias de demanda energética establecidas en el Documento Básico HE. Ahorro de Energía.

Es sabido que el equilibrio energético que pueda lograrse en un edificio, depende en

gran medida de su fachada o cerramiento exterior, en definitiva del aislamiento térmico que este proporcione. Dicho aislamiento térmico viene cuantificado por lo que se conoce como transmitancia térmica (U) de los materiales, es decir, la capacidad que posee cualquier material para transmitir a través de él el frío o el calor (7).

El primer paso del estudio es la identificación de las tres soluciones constructivas de

fachadas más empleadas en Andalucía, pues sobre estas se realizan los primeros estudios para conocer sus parámetros característicos en cuanto a aislamiento térmico se refiere, por ser este parámetro el seleccionado como base del estudio.

Para llevar a cabo la identificación de las soluciones constructivas de fachadas más

empleadas en Andalucía, se ha empleado como guía el Catálogo de Elementos Constructivos del Código Técnico (CEC), en su apartado Fachadas (parte maciza), en el que se posibilita la definición concreta de los distintos elementos y sistemas constructivos, cruzando elementos y sistemas constructivos con prestaciones, a la vez que aporta los parámetros básicos de materiales y productos (8).

La transmitancia térmica de muros de fachadas es uno de los parámetros

característicos de la envolvente térmica de los edificios, a través de la cual es posible cuantificar la capacidad de aislamiento de la fachada. Esta transmitancia térmica se encuentra limitada en el Código Técnico, con el objeto de evitar descompensación de calidades en los diferentes espacios del edificio, dicha limitación viene condicionada en función de la zona climática de la localidad en la que se ubica el edificio.

Como se ha expuesto anteriormente, el estudio está ideado para la Comunidad de

Andalucía, siendo necesaria la concreción de la localidad para poder determinar los parámetros necesarios que son asignados a una determinada zona climática, siendo Sevilla la localidad propuesta para la realización del estudio.

Determinados los parámetros necesarios para la cuantificación que indica el Código

Técnico, sólo falta seguir el proceso de cálculo: 1. Determinar la transmitancia térmica máxima a la que pueden estar expuestos los

muros de fachada, para lo cual es necesario la determinación de la zona climática. La determinación de la zona climática puede realizarse a partir de valores tabulados o mediante registros climáticos a través del cálculo de severidades climáticas de invierno y verano.


9 de 101

Se ha optado por una determinación a partir de valores tabulados, según los valores de la tabla D.1.- Zonas climáticas, Apéndice D_ Zonas Climáticas. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Sevilla = Zona climática B4

2. Identificada la zona climática es posible conocer la limitación de la demanda

energética a través del valor de la transmitancia térmica, parámetro característico de la envolvente térmica del edificio, según Tabla 2.2. Valores límites de los parámetros característicos medios. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Zona climática B4: Transmitancia térmica de muros de fachada UMlim = 0.82 W/m²K

Con el fin de evitar descompensaciones entre la calidad térmica de diferentes espacios,

las fachadas no tendrán una transmitancia térmica superior al valor indicado. 3. Conocidas la limitación que debe cumplir la transmitancia térmica y la zona climática,

es preciso calcular la transmitancia térmica de las soluciones constructivas de fachadas identificadas, para conocer el comportamiento aislante de cada una de ellas y comprobar que se encuentran dentro de los límites establecidos por el Código Técnico.

El proceso de cálculo de este parámetro se encuentra detallado en el Apéndice. Cálculo

de los parámetros característicos de la demanda. Documento Básico HE. Ahorro de energía. E.1 Transmitancia Térmica. E.1.1. Cerramientos en contacto con el aire exterior. En el cual se definen:

- Cálculo aplicable a la parte opaca de los cerramientos en contacto con el aire exterior. - Transmitancia térmica; U (W/m²K) = 1/RT (1) - Resistencia térmica total de un componente construido por capas homogéneas; RT (m²K/W) = Rsi + R1 + R2 + … + Rn + Rse (2) Donde Rsi y Rse son las resistencias térmicas superficiales correspondientes al aire

interior y exterior respectivamente y R1, R2 y Rn son las resistencias térmicas de cada capa [m² K/W].

Las resistencias térmicas de las diferentes capas homogéneas que configuran las

soluciones constructivas sobre las que realizamos los cálculos están extraídas del Catálogo de Elementos Constructivos del Código Técnico, siendo necesario tan sólo el cálculo de la capa de aislamiento en función de la conductividad térmica del aislante empleado y espesor del mismo.

La resistencia térmica de una capa térmicamente homogénea; R = e / λ (3) Donde e es el espesor de la capa (m) y λ es la conductividad térmica de diseño del

material, se calcula a partir de valores térmicos declarados según norma UNE EN ISO 10 156:2001. Materiales y productos para la edificación. Procedimientos para la determinación de los valores térmicos declarados y de diseño.

A continuación se determinará la transmitancia térmica de las tres soluciones constructivas identificadas como las más empleadas en Andalucía, descritas anteriormente. Para este proceso de cálculo, se ha empleado la simplificación que facilita el Catálogo de Elementos Constructivos (8), en el cual, se enumeran todas y cada una de las capas que


10 de 101

constituyen el cerramiento, incluyendo sus espesores, a excepción de la capa de aislamiento térmica, cuyo espesor depende del tipo de aislamiento a emplear y se proporciona la formulación de la transmitancia térmica (U), la cual engloba el sumatorio de las resistencias térmicas de las diferentes capas homogéneas que constituyen la solución, a excepción del aislamiento térmico, cuyo cálculo se realizará por separado.

El primer caso que se analiza en el cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada y aislamiento por el interior. (F3.2. Nomenclatura designación que emplea el catálogo de elementos constructivos). Ver figura 1.

Espesor del Aislamiento térmico según zonificación climática. Zona B = espesor e= 0.035 m (4)

Conductividad térmica λ. Cálculo realizado según norma UNE EN ISO 10 156:2001. Determinación del valor de diseño a partir del valor declarado: - Valor declarado del producto: λ= 0.035 W/ m K (5) - Coeficiente de conversión de humedad, dado por la tabla A.15. Lana mineral.

F� = 4 m³/m³ ; � = 0.07 m³/m³ (6) Nota: Hipótesis de cálculo, se ha supuesto el contenido de humedad por unidad de volumen � = 0,07 m³/m³, valor comprendido para la lana mineral, según establece la Tabla A.15, dentro de la limitación � < 0,15 m³/m³, tomándose este valor por considerarse necesario la utilización de un valor medio.

- Factor de conversión.

Fm= e f�(�2+�1) ; Fm= e 4.0(0,07-0) = 1,3231 (7)

- Conductividad térmica convertida

λ2 = 0,035 x 1,3231 = 0,04631 W/ m K (8) El valor de diseño, es el valor más cercano redondeando 0,001 W/ m K por arriba si λ≤ 0,08, tal como indica la norma. Quedando así: λ2 = 0,046 W/ m K (9)

Resistencia térmica del aislamiento. Obtenidos el espesor y la conductividad térmica del aislamiento empleado en la solución constructiva, puede procederse al cálculo de su resistencia térmica como capa homogénea del conjunto constructivo, para posteriormente añadirlo a la resistencia térmica total proporcionada por el Catálogo de Elementos Constructivos. RTA = e / λ (2) ; RTA= 0.035m / 0,046 W/ m k = 0.761 W/ m² K (10)

Transmitancia térmica de la solución constructiva. U = 1/ (0.71 + RAT) ; U = 1/ (0.71+0.761) = 0.679 W/ m² K (11)

Por último, una vez realizados los cálculos, será necesario comprobar que el valor obtenido para este cerramiento se encuentra dentro del valor límite de la transmitancia térmica marcado por la Tabla 2.2. Valores límites de los parámetros característicos


11 de 101

medios. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Para la zona climática B4: Transmitancia térmica de muros de fachada: UMlim = 0.82 W/m²K. USolución constructiva 1 ≤ UMlim ; 0.679 W/ m² K ≤ 0.82 W/ m² K (12)

RE: Revestimiento exterior continuo e= 1,5 cm LC: Hoja principal exterior de fábrica de ladrillo

cerámico perforado o macizo e= 11,5 cm C: Cámara de aire no ventilada e= 3cm AT: Aislamiento térmico no hidrófilo por el interior. Lana Mineral. LH: Hoja interior de fábrica de ladrillo hueco e= 7 cm RI: Revestimiento interior (enlucido, enfoscado o alicatado) e= 1,5 cm

U = 1/ (0.71 + RAT)

RAT = e / λ

RE

LC

C

AT

LH

RI

Figura 1. Cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada, con su hoja principal e

interior de fábrica de ladrillo.

Es segundo caso analizado es el cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada y aislamiento por el interior. (F3.4. Nomenclatura que emplea el catálogo de elementos constructivos). Ver figura 2.

Espesor del Aislamiento térmico según zonificación climática. Zona B = espesor e= 0.035 m (4) Conductividad térmica λ. Cálculo realizado según norma UNE EN ISO 10 156:2001. El cálculo de la conductividad térmica son análogos en las tres soluciones constructivas, pues se trata del mismo tipo de material aislante, ubicados dentro de la misma zona climática λ = 0,046 W/ m K (9) Resistencia térmica del aislamiento. RTA = e / λ(2); RTA= 0.761 W/ m² K (10) Transmitancia térmica de la solución constructiva. U = 1/ (0.57 + RAT); U = 1/ (0.57 +0.761) = 0.751 W/ m² K (13)


12 de 101

Comprobación del valor obtenido con el valor límite de la transmitancia térmica marcado por la Tabla 2.2. Valores límites de los parámetros característicos medios. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Para la zona climática B4 : Transmitancia térmica de muros de fachada: UMlim = 0.82 W/m²K USolución constructiva 1 ≤ UMlim ; 0.751 W/ m² k ≤ 0.82 W/ m² k (14)


cerámico perforado o macizo e= 11,5 cm C: Cámara de aire no ventilada AT: Aislamiento térmico no hidrófilo por el interior. Lana Mineral PY: Placa de yeso e= 1,5 cm

U = 1/ (0.57 + RAT)

RAT = e / λ

RE

LC

C

AT

PY

Figura 2. Cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada, con su hoja principal de

fábrica de ladrillo y su hoja interior de yeso laminado.

En el tercer y último caso analizado se estudia el cerramiento de doble hoja sin cámara de aire, aislamiento por el interior. (F3.1. Nomenclatura de signación que emplea el catálogo de elementos constructivos).Ver figura 3.

Espesor del Aislamiento térmico según zonificación climática. Zona B = espesor e= 0.035 m (4) Conductividad térmica λ. Cálculo realizado según norma UNE EN ISO 10 156:2001. El cálculo de la conductividad térmica son análogos en las tres soluciones constructivas, pues se trata del mismo tipo de material aislante, ubicados dentro de la misma zona climática λ = 0,046 W/ m K (9)

Resistencia térmica del aislamiento. RTA = e / λ; RTA= 0.761 W/ m² K (10) Transmitancia térmica de la solución constructiva.


13 de 101

U = 1/ (0.54 + RAT); U = 1/ (0.54 +0.761) = 0.768 W/ m² K (15) Comprobación del valor obtenido con el valor límite de la transmitancia térmica marcado por la Tabla 2.2. Valores límites de los parámetros característicos medios. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Para la zona climática B4 : Transmitancia térmica de muros de fachada: UMlim = 0.82 W/m²K.

USolución constructiva 1 ≤ UMlim ; 0. 768 W/ m² K ≤ 0.82 W/ m² K (16)


cerámico perforado o macizo e= 11,5 cm AT: Aislamiento térmico no hidrófilo por el interior.

Lana Mineral. LH: Hoja interior de fábrica de ladrillo hueco e= 7 cm RI: Revestimiento interior (enlucido, enfoscado o

alicatado) e= 1,5 cm

U = 1/ (0.54 + RAT)

RAT = e / λ

RE

LC AT

LH

RI

Figura 3. Cerramiento de doble hoja sin cámara de aire, con su hoja principal e interior de

fábrica de ladrillo.

Las tres soluciones constructivas analizadas cumplen las limitaciones establecidas por la norma en cuanto a transmitancia térmica. La primera solución, cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada y aislamiento por el interior, es con diferencia, la más frecuentemente utilizada en Andalucía, y según los valores obtenidos, es también la que mejores valores de transmitancia térmica ostenta.

Además de las fachadas ya analizadas, se han estudiado diferentes variantes

constructivas, en cuanto a materiales y disposición de las capas que constituyen la solución, con el objeto de comprobar que solución aporta un mejor comportamiento térmico.

Las tipologías de fachadas señaladas en amarillo (tablas 2 y 3) representan las fachadas objeto de estudio en este capítulo. La nomenclatura de signación (Fn.n) empleada en la tabla, proviene de la clasificación realizada en el Catálogo de Elementos Constructivos. Como puede observarse en la tabla, la fachada correspondiente al caso 1, con cámara de aire y hoja interior de ladrillo hueco es la que mejores condiciones térmicas presenta, seguida de la fachada del caso 3, con cámara de aire y hoja interior de yeso laminado. Las tipologías de fachadas marcadas en rojo, son aquellas que no cumplen los límites de


14 de 101

Espesor aislamiento

térmico e(m)

Conductividad térmica

λ(W/(mK))

Resistencia térmica

RAT

Transmitancia térmica

U(W/(m²K))

Transmisión térmica

máxima de cerramientos U≤0.82W/m²K

F3.1 0,035 0,043 0,8140 0,7386 VERDADERO HP de LC, Sin C y HI de LH

F3.2 0,035 0,043 0,8140 0,6562 VERDADERO HP de LC, Con C y HI de LH

F3.3 0,035 0,043 0,8140 0,8104 VERDADERO HP de LC, Sin C y HI de YL

F3.4 0,035 0,043 0,8140 0,7226 VERDADERO HP de LC, Con C y HI de YL

F3.5 0,035 0,043 0,8140 0,6562 VERDADERO HP de LC e=24cm, Sin C y HI de LH

F3.6 0,035 0,043 0,8140 0,5903 VERDADERO HP de LC e=24cm, Con C y HI de LH

F3.7 0,035 0,043 0,8140 0,7123 VERDADERO HP de LC e=24cm, Sin C y HI de YL

F3.8 0,035 0,043 0,8140 0,6435 VERDADERO HP de LC e=24cm, Con C y HI de YL

F3.15 0,025 0,043 0,5814 0,8394 FALSO HP de BH áridos

densos, Sin C y HI de LH

F3.15 0,025 0,043 0,5814 0,5645 VERDADERO HP de BH áridos

ligeros, Sin C y HI de LH


densos, Con C y HI de LH


ligeros, Con C y HI de LH


densos, Sin C y HI de BH


ligeros, Sin C y HI de BH


densos, Con C y HI de BH


ligeros, Con C y HI de BH


densos, Sin C y HI de YL


ligeros, Sin C y HI de YL


densos, Con C y HI de YL



F3.21 0,035 0,043 0,8140 0,6694 VERDADERO HP de BC, Sin C y HI de LH

F3.22 0,035 0,043 0,8140 0,6010 VERDADERO HP de BC, Con C y HI de LH

F3.23 0,035 0,043 0,8140 0,7278 VERDADERO HP de BC, Sin C y HI de YL

4.2.3_ Fábrica con revestimiento continuo, sin cámara o con

cámara de aire no ventilada,

aislamiento por el interior

F3.24 0,035 0,043 0,8140 0,6562 VERDADERO HP de BC, Con C y HI de YL

Tabla 2. Continuación: Análisis del aislamiento de las fachadas


15 de 101

transmitancia térmica establecidos en el Código Técnico, mientras que las señaladas en verde son las presentan un mejor comportamiento térmico.

Espesor aislamiento térmico

e(m)

Conductividad térmica

λ(W/(mK))

Resistencia térmica

RAT

Transmitancia térmica

U(W/(m²K))

Transmisión térmica

máxima de cerramientos U≤0.82W/m²K

F5.1 0,030 0,043 0,6977 0,8713 FALSO HP de LC, Con C y HI de LH

F5.2 0,030 0,043 0,6977 0,9826 FALSO HP de LC, Con C y HI de YL


densos, Con C y HI de BH



4.2.5_ Fábrica de revestimiento continuo, con

cámara de aire ventilada,

aislamiento por el interior

F5.5 0,030 0,043 0,6977 0,9826 FALSO HP de BH, Con C y HI de YL

4.2.9_ Fábrica sin aislamiento F9.1 0,000 0 0,0000 0,8800 FALSO Bloque termoarcilla

sin aislamiento

Tabla 3. Análisis del aislamiento de las fachadas más comunes empleada en Andalucía

Tabla 4. Nomenclatura de las tablas 2 y 3

HP Hoja Principal LC Ladrillo cerámico BH Bloque de Hormigón BC Bloque Cerámico

SinC Sin Cámara ConC Con Cámara

HI Hoja Interior LH Ladrillo Hueco YL Placa de yeso laminado


16 de 101

3.2. Desarrollo de nuevos materiales de construcción partiendo de residuos

Responsables: Constantino Fernández Pereira y José Francisco Vale Parapar

Profesionales que intervienen: Jaime Solís Guzmán, Carlos Leiva Fernández, Luis Francisco Vilches Arenas y Celia García Arenas. Ver Anexo A.

En esta parte del proyecto para generar los nuevos materiales de construcción se

emplean residuos de alta densidad, de origen pétreo y cerámico y otros menos densos procedentes de residuos de centrales térmicas. 3.2.1. Hormigón con residuos de centrales térmicas de carbón

En la tabla 5 se exponen los resultados del análisis químico realizado a las cenizas y escorias procedentes de la central térmica de Teruel, así como los resultados de los materiales tradicionales utilizados para elaborar el hormigón al que hemos denominado estándar, que son el cemento Portland tipo II, la arena normalizada y la grava de río.

UNE-EN 450-1 Ceniza volante Escoria Cemento

Portland tipo II Arena Grava

SiO2 >25 41,77 40,82 13,83 96,21 85,73

Al2O3 26,45 23,61 3,53 0,76 4,96

Fe2O3 18,79 25,28 2,26 0,22 2,92

SiO2+Al2O3+Fe2O3 >70 87,01 89,71 19,62 97,19 93,61

MnO 0,05 0,05 0,06 0 0,04

MgO <4 1,21 1,05 0,7 N.D 0,3

CaO 5,68 5,17 59,33 0,13 0,46

CaO-I+CaO-r <2,5+10 5,68 5,17 59,33 0,13 0,46

Na2O <5 0,2 0,16 0,08 0,05 1,14

K2O 1,27 1,05 0,48 0,3 0,99

TiO2 1,02 0,9 0,19 0,12 0,23

P2O5 <0,01 0,46 0,31 0,06 0,01 0,06

SO3 ≤3,0 0,53 0,08 1,68 0,02 0,03

Perdido en la ignición 0,69 N.D 15,5 0,31 0,95

Gravedad específica 2,45 2,17 3,18 2,69 2,48

Tamaño> 45 μm (%) 36,8 95,7 32 99,5 98,6

Tabla 5. Composición química de los materiales utilizados para la elaboración de la serie de

hormigones correspondientes a Teruel


17 de 101

Para el estudio de la influencia de la ceniza volante y la escoria de Teruel se ha fabricado un hormigón estándar (20% cemento Portland tipo II, 50% arena, 30% grava) y se ha sustituido la arena por ceniza volante y la grava por escoria en las proporciones que se muestran en la tabla 6. A la hora de sustituir a la arena y la grava de un hormigón estándar se han llevado a cabo dos series de hormigones a los que denominaremos Serie de Ceniza Volante y Serie de Escoria, además de un hormigón totalmente reciclado (en un 80% de su peso) que al final del estudio compararemos con el hormigón estándar.

Designación %CP II % Arena % CV % Grava % Escoria Serie HE 20 50 0 30 0 Blanco 20%CV 20 30 20 30 0 Ceniza volante 40%CV 20 10 40 30 0 Ceniza volante 50%CV 20 0 50 30 0 Ceniza volante 20%E 20 50 0 10 20 Escoria 30%E 20 50 0 0 30 Escoria 50%CV30%E 20 0 50 0 30 Reciclado

Tabla 6. Designaciones y composiciones para las muestras de Teruel

3.2.1.1. Hormigón con cenizas volantes de centrales térmicas de carbón

Los siguientes ensayos han sido realizados a hormigones en los que se sustituye la arena normalizada por ceniza de la combustión del carbón en la central térmica de Teruel. Podemos observar en la figura 4, la tendencia marca una disminución de la densidad a medida que aumenta la cantidad de ceniza volante. El motivo de esta disminución es el menor valor de la gravedad específica de dicha ceniza volante frente a la de la arena normalizada.

Figura 4. Densidad del hormigón en función de la cantidad de ceniza volante que contiene


18 de 101

En los ensayos de resistencia a flexión y compresión podemos apreciar claramente como en ambos ensayos la tendencia es la misma: la resistencia disminuye a medida que aumenta la ceniza contenida en el hormigón. Esto se debe a que estamos obteniendo cada vez un hormigón con menor densidad, lo que implica un mayor número de huecos o cavidades que serán rutas preferentes para la propagación de roturas. Los valores de resistencia superficial registrados son los que se reflejan en la tabla 7.

Figura 5. Resistencia a flexión y compresión en MPa del hormigón en función de la cantidad de ceniza volante que contiene

HE 20% CV 40% CV 50% CV

Dureza (Shore C) 91 95 92 93

Tabla 7. Durezas en la serie de ceniza volante

Se muestra a continuación (figura 6) la comparativa entre los diferentes

comportamientos ante el fuego de las distintas placas de 3 cm de espesor realizadas a partir de cenizas volantes de la combustión de carbón de la central de Teruel cuando son sometidas, por una de sus caras, a un fuego estándar. Además se muestra el comportamiento del hormigón estándar que nos servirá de referencia. Vemos claramente el aumento de la meseta de evaporación de las placas a medida que aumenta el contenido en ceniza volante de forma que aumenta la resistencia al fuego. Con un 20% de ceniza la mejoría es ínfima, a penas tarda un minuto más en alcanzar los 180ºC en la cara no expuesta tal como especifica la normativa [UNE-EN 1363-1]. La mejora para el 40% es de dos minutos y medio y para la composición con 50% ya es de ocho minutos y medio. Comentar que esta diferencia de tiempo es dependiente del grosor de la placa, por lo que para un muro de un espesor de quince o veinte centímetros esta diferencia de tiempo puede ser mucho más importante, lo que sería un factor determinante de cara a una situación real de incendio.


19 de 101

Figura 6. Ensayo de resistencia al fuego para las muestras con un 20%, 40% y 50% de ceniza volante con el Hormigón estándar (HE) como referencia

En cuanto a las incidencias durante el ensayo, comentar que la placa no emitió

gases durante el ensayo de resistencia al fuego, con la salvedad del vapor de agua, que condensó en forma de gotas en la puerta del horno debido a su inferior temperatura.

Pocos días después del ensayo de incendio comenzaron a aparecer grietas en la cara no expuesta de las placas (figura 7) que contenían algún porcentaje de ceniza volante, estas grietas se extendieron más rápidamente por la superficie si la placa poseía un mayor contenido de fisuras (este fenómeno es conocido como microspalling).

Figura 7. Evolución de una de las grietas que aparecieron en la cara no expuesta de la placa con 50% de ceniza volante tras el ensayo de incendio

Comentar que en el caso del hormigón cuya composición era de un 50% de ceniza,

estas grietas llegaron a deshacer la placa en ciertas zonas perdiendo totalmente sus propiedades mecánicas (figura 8).


20 de 101

Figura 8. Probetas desechas debido al crecimiento de las grietas

Esto nos indica que esta composición sería totalmente inviable para su uso como hormigón portante ya que produciría el fallo de la estructura en caso de incendio. Sin embargo, si la composición tuviera simplemente un uso aislante su comportamiento sería el mejor con diferencia y podría reemplazarse tras sufrir el incendio. Las propiedades de las composiciones después del ensayo de incendios se pueden observar en la tabla 8.

Dureza (Shore c) en la cara

Compresión (Mpa)

Flexión (Mpa)

Expuesta No expuesta

Pérdida de peso en la placa (%)

Pérdida de peso en cilindros y

barras (%) HE 3,16 0,70 89 98 3,62 6,55

20%CV 7,23 0,70 85 95 4,39 8,39 40%CV 3,79 3,28 88 95 4,95 1,98 50%CV 1,61 0,00 81 93 8,52 9,12

Tabla 8. Propiedades después del incendio para la Serie de Ceniza volante

La pérdida de agua da lugar a un material mucho más débil y no cohesionado, con

una peor resistencia tanto a flexión como a compresión. La dureza en la cara expuesta no varía significativamente en ninguno de los casos.


21 de 101

3.2.1.2. Hormigones con escorias de centrales térmicas de carbón

Como hicimos anteriormente, vamos a analizar los datos recabados en la figura 9 a cerca de la densidad de la serie de composiciones en las que se varía la cantidad de escoria contenida en detrimento de la cantidad de grava de río (la que se utilizó para el Hormigón estándar). A igual que en el caso de la ceniza volante, existe una disminución de la densidad a medida que aumenta el porcentaje de escoria que contiene el hormigón. La explicación volvemos a encontrarla en la gravedad específica, ya que estamos sustituyendo la grava de río, cuya gravedad específica es mayor, por la escoria. Reunidas en la figura 10 encontramos las resistencias a flexión y compresión de los hormigones en los que se ha ido disminuyendo la cantidad de grava de río para ir incorporando escorias en la misma cantidad.

Figura 9. Densidad del hormigón en función de la cantidad de escoria que contiene

Observando dicha figura podemos percibir que la sustitución de la grava por la escoria produce una disminución de las propiedades mecánicas en el hormigón. Los valores de resistencia superficial registrados son los que se reflejan en la tabla 9.

HE 20% E 30% E Dureza (Shore C) 91 95 96

Tabla 9. Durezas en la serie de escoria

Tras realizar el ensayo de resistencia al fuego para la serie de placas de hormigón

con un cierto contenido en escoria, se obtuvieron los siguientes resultados (ver figura 11).


22 de 101

Figura 10. Resistencia a flexión y compresión en MPa del hormigón en función de la cantidad de escoria que contiene

Figura 11. Ensayo de resistencia al fuego para las muestras con un 20% y 30% de escoria con el Hormigón estándar (HE) como referencia

Se observa que la escoria mejora las aptitudes del hormigón frente al fuego, a

mayor contenido en escoria, mejor es el comportamiento de la placa, tal y como se puede apreciar en la gráfica. Vemos como la curva de temperatura del hormigón con un 30% de escoria alcanza los 180ºC de temperatura en la cara no expuesta al incendio cuatro minutos más tarde que el hormigón estándar. Esto se debe de nuevo a la meseta de evaporación que se puede apreciar en la gráfica. Al igual que ocurrió en el caso de las


23 de 101

cenizas, la meseta implica un periodo de tiempo en el que la temperatura de la superficie tarda más en aumentar, se ralentiza la subida de temperatura lo que implica un mayor tiempo en alcanzar los 180ºC.

Figura 12. Probeta dañada durante el ensayo debido a la aparición del spalling, se observan claramente los cráteres

La explicación a este fenómeno es que la energía en forma de calor generada por

el incendio es transmitida a través del hormigón y absorbida por el agua contenida en la escoria, que comienza a cambiar de fase líquida a vaporosa. Este cambio de estado da lugar al fenómeno llamado spalling (ver figura 12). El spalling se produce en la superficie de la cara no expuesta al incendio y puede dar lugar al deterioro de dicha placa ya que el crepitar que se ve y se oye son en realidad pequeñas explosiones de las partículas de escoria que, al cambiar de fase el agua que contienen, explotan debido a su cambio repentino de volumen. A la hora de pensar en esta serie de hormigones como un material para la construcción habrá que tener en cuenta este fenómeno y valorar las consecuencias que tiene sobre las propiedades del hormigón original.

Algunas de las consecuencias del spalling son el deterioro de la superficie, el agrietamiento que se produce en el contorno de los cráteres generados, la pérdida de masa y finalmente como suma de todos estos factores, la pérdida de propiedades mecánicas. También hay que tener en cuenta que si en una placa de 0,05 m2 se produjeron al menos cinco explosiones de considerable violencia (los trozos que se desprendieron golpearon con fuerza las ventanas situadas a dos metros del horno), en una pared de cinco metros cuadrados el número de explosiones durante un incendio puede ser del orden de quinientas explosiones en apenas cinco minutos, explosiones que podrían herir a las personas a las que debería de proteger del incendio o impedir que estas puedan escapar del incendio. Terminar comentando que no se emitieron gases durante el ensayo, sólo el vapor de agua que condensaba en la puerta del horno. Las propiedades obtenidas para las composiciones después del incendio se pueden observar en la tabla 10.

Como podemos apreciar, todas las propiedades disminuyen después del incendio debido a que la cohesión del material es menor tras las pérdidas de agua. Lógicamente, la pérdida de peso en la placa es menor que para los cilindros y las barras al ser las condiciones de contorno menos exigentes.


24 de 101

Dureza (Shore c) en la cara

Compresión (Mpa)

Flexión (Mpa) Expuesta No expuesta


Pérdida de peso en

cilindros y barras (%)

HE 3,16 0,7 89 98 3,62 6,55 20%E 4,36 0,47 83,00 95,00 2,54 3,50 30%E 2,76 0,23 78,00 98,00 4,23 5,76

Tabla 10. Propiedades después del incendio para la Serie de Escoria


25 de 101

3.2.1.3. Hormigón con escorias y cenizas de centrales térmicas de carbón En los siguientes ensayos han sido analizados hormigones en los que se sustituye completamente la arena por ceniza y la grava por escoria. Densidad

Los resultados obtenidos en este caso (figura 13) siguen la misma línea que los

resultados obtenidos para las series de los hormigones anteriores. La menor gravedad específica de la ceniza volante y la escoria respecto de la arena normalizada y la grava de río respectivamente hacen que la densidad del hormigón totalmente reciclado sea menor que la del hormigón estándar.

Figura 13. Densidad del hormigón totalmente reciclado respecto al estándar Tiempo de fraguado

El fraguado se valora con el tiempo inicial y final de fraguado. A la hora de realizar el experimento, el tiempo inicial de fraguado para el hormigón totalmente reciclado fue de 30 minutos mientras que el tiempo final fue de 25 horas y 2 minutos. Comparándolo con el hormigón estándar, el hormigón reciclado a base de subproductos de la central térmica de Teruel tiene un tiempo inicial de fraguado más corto, pero sin embargo el final es mucho mayor (el hormigón estándar sólo tarda 4 horas y 50 minutos en fraguar totalmente).

Atendiendo a lo que dice la Norma UNE-EN 450-1 de acuerdo a la Norma Europea EN-196, el tiempo inicial de fraguado par el hormigón con ceniza volante no debe de ser superior en 120 minutos al tiempo inicial de fraguado del hormigón estándar. Este hecho se cumple claramente que el hormigón estándar presenta un tiempo inicial de fraguado de 58 minutos.


26 de 101

pH

Siguiendo el procedimiento descrito en la norma UNE-EN 12859 se obtuvo como resultado un valor de 10,66 para el pH de la composición totalmente reciclada. Como dato comparativo mencionar que el hormigón estándar tiene un pH de 10,99. En ambos casos, el pH está fuera de rango así que no podrían clasificarse según dicha normativa. Comentar que esta normativa está ideada para paneles de yeso, y que ha sido utilizada en este proyecto por no haber una específica para los hormigones. Expansión volumétrica

Tras llevar a cabo el ensayo de expansión volumétrica según la normativa [UNE-EN 196-3:2005] se obtuvo un valor para la diferencia de medidas C-A de 0,45mm. Este valor cumple ampliamente la restricción impuesta por la normativa [UNE-EN 196-3] en la que se especifica que la distancia entre las agujas indicadoras del aparato de Le Chatelier no debe superar los 10mm tras la realización del ensayo. Este mismo ensayo le fue realizado al hormigón estándar con un resultado de 1mm de separación entre las agujas indicadoras. Esto demuestra que el hormigón generado a partir de estos subproductos en más estable volumétricamente hablando aunque ambos cumplen de lejos con la normativa. Este hecho era de esperar ya que tal como se puede observar en la tabla 5, el contenido en MgO es inferior al 4%, y según indica la Norma, cuando esto ocurre, la expansión volumétrica es inferior a 10mm. Contenido de humedad

Para la realización de esta medida se utilizó una de las probetas que nos sobraron de la serie de hormigones totalmente reciclados de Teruel que no se llego a utilizar para los ensayos de compresión. Dicha medida se llevó a cabo según la normativa [UNE-EN 12859] y se obtuvo como resultado que la humedad del hormigón es del 3,22%. El resultado para el ensayo con el hormigón estándar fue: 1,88% de humedad. Según esta norma, el contenido de humedad no debe ser superior al 6% por lo que el hormigón cumple la Norma. La mayor humedad del hormigón reciclado de Teruel se debe además de a la composición química y mineralógica, a la mayor porosidad del mismo. Una mayor porosidad suele implicar un mayor contenido en agua libre que rellena los poros. Un valor que está muy ligado a la porosidad es la densidad, al tener las probetas el mismo volumen, una menor densidad implicará un mayor cantidad de poros para un mismo volumen. Si nos fijamos en la figura 13 podemos apreciar claramente como la densidad del hormigón reciclado es bastante menor que la del estándar por lo que este dato apoyaría nuestra teoría. Capacidad de absorción de agua

Una vez realizadas las medidas pertinentes según se describe en la norma [UNE-

EN 12859], se obtuvo que la capacidad de absorción de agua del hormigón totalmente reciclado era de un 12,89% mientras que el mismo ensayo realizado al hormigón estándar dio como resultado una capacidad de absorción del 17,24%. Según esta Norma, la máxima absorción de agua permitida es del 5% así que ni los paneles de hormigón estándar ni el reciclado la cumplirían. Remarcar que esta Norma está diseñada para paneles de yeso hidrófugos y no es específica para hormigones.


27 de 101

Resistencia a flexión y compresión Como era de esperar según las tendencias observadas con anterioridad, tanto la resistencia a flexión como a compresión disminuyen para este hormigón (figura 14). El resultado no nos sorprende ya que cada subproducto por separado disminuía las propiedades con respecto al hormigón estándar.


28 de 101

Resistencia a impacto

Según lo dictado en la Norma [UNE-EN 102035], se midió el diámetro de la huella tras el impacto obteniéndose un valor medio de 10,5 mm. Esta Norma dicta que la huella dejada por la bola no debe superar los 20mm en placas de cartón-yeso, por lo que el hormigón cumple con las restricciones impuestas por esta Norma aunque no sea específica para este tipo de material. La huella dejada en el hormigón estándar fue de 7,125 mm de media. Dureza superficial

El valor de la dureza superficial para el hormigón reciclado elaborado a partir de los subproductos de Teruel es de 93 Shore C, un valor muy similar a los 91 Shore C del hormigón estándar. Vemos como a pesar de haber una sustitución total de la arena y la grava la dureza no decae en el hormigón.

Figura 14. Propiedades mecánicas del hormigón totalmente reciclado respecto al estándar Ensayo de resistencia al fuego

Al igual que en los ensayos de incendio anteriores, la resistencia al fuego del hormigón elaborado con cenizas volantes y escorias de la central térmica de Teruel posee mejores aptitudes frente al incendio que el hormigón estándar (figura 15). Para esta composición en concreto, el comportamiento es el mejor hasta el momento, hecho que era de esperar ya que reúne los dos materiales que mejoraban la resistencia a incendio en las series anteriores. En este caso, la temperatura tarda en alcanzar los 180ºC en la cara no expuesta 8 minutos más que para el hormigón estándar, lo que implica una mejora de más del 50%. En caso de incendio este comportamiento sería excepcional frente al del hormigón estándar ya que el aumento del espesor de la placa eleva la resistencia al cubo.

Para el hormigón que contiene ceniza y escoria se observa la meseta de

evaporación, este comportamiento era de esperar ya que, como antes se explicó, el agua contenida en la escoria absorbe la energía en forma de calor para cambiar de estado líquido a sólido, lo que hace que la temperatura se mantenga constante o casi constante


29 de 101

durante un pequeño intervalo de tiempo. Dicho intervalo será mayor cuanto mayor sea el contenido en escoria.

Al igual que ocurría con anterioridad, tanto el agrietamiento como el spalling están presentes ya que eran las consecuencias del uso de la ceniza y la escoria respectivamente. Por tanto, habría que hacer un análisis de viabilidad para durante y después del incendio, ya que aunque lo que se busca es retardar los efectos del incendio, también habrá que asegurar la funcionalidad del hormigón como aislante.

Figura 15. Ensayo de resistencia al fuego para el hormigón totalmente reciclado y el hormigón estándar (HE) como referencia

Ensayo de lixiviación EN 12457-4

Dentro de las normativas europeas no existe una norma específica que especifique los valores límite de concentración de metales pesados y lixiviación para la posible reutilización de cenizas volantes y escorias en la fabricación de hormigón. Sin embargo, existen países como Alemania que regulan dicha reutilización mediante la LAGA, que impone unos límites con los que clasificaremos nuestros subproductos. Lo que si existe a nivel de Europa es una norma europea de vertederos (EULFD) [2003/33/CE] por la que se pueden clasificar los subproductos en inertes, peligrosos y no peligrosos, caracterización que es necesaria llevar a cabo antes de poder verter los residuos a cualquier vertedero. A nivel español tampoco existe una norma estatal que regule la utilización de dichos materiales, tenemos que recurrir a las normativas existentes en el País Vasco [Decreto 34/2003 de 18/02/03] para la reutilización de escorias metalúrgicas en relleno de carreteras y en Cataluña [Diari Oficial de la Generalitat de Catalunya Num.5328-27/02/09] para la valorización de escorias para su uso como subproductos en la construcción.

Para comenzar comprobemos mediante la tabla 11 en que categoría ubica la Directiva Europea de Vertederos (EULFD) a nuestros dos subproductos. De la tabla se desprende que la escoria de Teruel se puede clasificar como inerte mientras que la ceniza volante se clasifica como no peligroso (al sobrepasar los límites del Cr y Mo y del Se y Sb debido a los altos límites de detección de la máquina usada). Remarcar que el cemento Portland tipo II también sería clasificado como no peligroso por sobrepasar los límites del


30 de 101

Cr incluso con mayor holgura que la ceniza volante. De hecho, dependiendo del valor real del Hg podría clasificarse incluso como peligroso, aunque para poder afirmarlo necesitaríamos haber medido el Hg con una máquina de ensayo de mayor precisión.

Vamos a clasificar ahora los residuos según la legislación alemana (LAGA). Las especificaciones de dicha Norma distinguen entre tres tipos de residuos para ser usados en construcciones al aire libre. Para ello impone una serie de límites, una vez que uno de los elementos analizados no cumpla un límite el residuo pasará a ser evaluado para comprobar si corresponde al siguiente tipo de residuo.

Tabla 11. Resultados del ensayo EN 12457-4 y límites EULFD todo en mg/kg

Los tres tipos son: • Z0: residuo que puede ser usado sin medidas de seguridad • Z1: residuo que puede ser usado solamente en sitios específicos • Z2: residuo que se usará únicamente si se toman unas ciertas medidas de

seguridad

Esta legislación clasifica los residuos después de estimar la movilidad de los metales mediante la lixiviación de éstos usando agua destilada (ensayo DIN 38414 similar al UNE-EN 12457-4).

Los subproductos de la central térmica de Teruel de acuerdo a esta legislación en la tabla 12, por un lado la ceniza volante estaría clasificada como un residuo Z2 ya que supera el límite en los valores de Cr. Por otro lado, la escoria la clasificaríamos como Z1 ya que supera el nivel de Hg y As impuestos en los límites de Z0 aunque en el caso del Hg dependería del nivel de precisión con el que se ha medido. Por este mismo motivo arena y grava serían clasificados como residuos de tipo Z1 ya que el límite de detección sobrepasa los límites del Hg y el Ni. El cemento Portland por otro lado quedaría fuera de clasificación

Límite Límite Límite EULFD Inerte

EULFD No peligr.

EULFD Peligroso

Clasific. EULFD

Cv T (mg/kg)

Esc T (mg/kg)

Arena norm. (mg/kg)

Grava (mg/kg)

CP II (mg/kg)

(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) Cv Esc

Hg <0,01 <0,01 <0,005 <0,005 <0,3 0,01 0,2 2 I I Se <0,4 <0,01 <0,025 <0,025 <0,4 0,1 0,5 7 NP I Sn <0,2 <0,01 <0,01 <0,01 <0,2 - - - - - Pb <0,3 <0,01 <0,015 <0,015 <0,3 0,5 10 50 I I Ba 0,69 0,68 0,82 0,23 3,13 20 100 300 I I Cd <0,03 <0,01 <0,01 <0,01 <0,03 0,04 1 5 I I Sb <0,2 <0,01 <0,015 <0,015 <0,2 0,06 0,7 5 NP I Co <0,02 <0,01 <0,01 <0,01 <0,02 - - - - - Cr 1,5 0,019 <0,02 <0,02 4,36 0,5 10 70 NP I V <0,2 0,072 <0,02 <0,02 <0,2 - - - - - As <0,3 0,17 <0,05 <0,05 <0,3 0,5 2 25 I I Mo 5,74 0,096 <0,02 <0,02 <0,1 0,5 10 30 NP I Ni <0,1 0,013 <0,05 <0,05 <0,1 0,4 10 40 I I Zn <0,01 <0,01 0,67 0,18 1,05 4 50 200 I I Cu <0,03 0,011 <0,015 <0,015 <0,03 2 50 10 I I


31 de 101

debido a su elevado nivel de Cr y Zn, estos valores superarían los rangos impuestos para el desecho más peligroso (Z2).

Por último vamos a comparar los resultados del ensayo EN 12457-4 (tabla 4.1.12)

con las normativas del País Vasco y Cataluña aunque estas estén solamente referidas a la utilización de escorias metalúrgicas y su posterior reutilización en el relleno de carreteras y obras civiles respectivamente, pero lo compararemos igualmente pare tener una idea orientativa de su posible uso en España, tabla 13.

Las cenizas volantes no cumplen los límites impuestos por la OCVE para el Cr y el

Mo, y necesitaríamos una máquina de análisis de mayor precisión para conocer si el Se y el Sb superan o no estos límites. Lo mismo ocurre con la legislación Vasca en lo referente al Cd y el Se, el límite de detección de la máquina no es el adecuado, de forma que tampoco cumple el límite para el Mo.

Cv T Esc T Arena

norm. Grava CP II Límite LAGA Límite LAGA Límite LAGA

(µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) Z0 (µg/L) Z1 (µg/L) Z2 (µg/L) Hg <1 <1 <0,5 <0,5 <30 0,2 0,2-1 2

Se <40 <1 <2,5 <2,5 <40 - - -

Sn <20 <1 <1 <1 <20 - - -

Pb <30 <1 <1,5 <1,5 <30 20 40 40

Ba 69 68 82 23 313 - - -

Cd <3 <1 <1 <1 <3 2 2 10

Sb <20 <1 <1,5 <1,5 <20 - - -

Co <2 <1 <1 <1 <2 - - -

Cr 150 1,908 <2 <2 436 15 30 300-350

V <20 7,232 <2 <2 <20 - - -

As <30 17,21 <5 <5 <30 10 10-40 40-100

Mo 574 9,55 <2 <2 <10 - - -

Ni <10 1,344 <5 <5 <10 4 50 50

Zn <1 <1 6,7 1,8 105 100 100 100

Cu <3 1,128 <1,5 <1,5 <3 50 50 50

Tabla 12. Resultados del ensayo EN 12457-4 y límites de la LAGA en µg/L

Ahora bien, la escoria cumpliría la legislación catalana, dato importante ya que para

éstas si es una legislación específica. No ocurre lo mismo con la legislación vasca ya que tenemos el mismo problema con el Se y el Cd que teníamos para las cenizas volantes.

La arena y la grava cumplirían a su vez con la normativa catalana pero también tendrían problemas a la hora de cumplir la legislación vasca por culpa de los niveles de detección del Se y el Cd. Al cemento Portland le ocurriría lo mismo aunque en su caso también tendría problemas con los límites de detección para el Hg, Se y Sb en la normativa catalana, siendo el único material que no la cumpliría. Ensayo de lixiviación NEN 7345

El último ensayo que hemos realizado a este hormigón reciclado de Teruel es el de lixiviación [NEN 7345]. Es un ensayo holandés específico para los materiales de construcción con residuos. En él se analizan los contenidos de ciertas sustancias a las que


32 de 101

se les ha impuesto un límite de lixiviación por el peligro de contaminación de los suelos [Building Construction Decree]. Sometimos a nuestro hormigón con mayor nivel de sustitución de subproductos de Teruel y al hormigón estándar (referencia) a dicho ensayo y se obtuvieron los resultados que se muestran en la tabla 14.

Cv T Esc T Arena n. Grava CP II Límite OCVE Límite PV

(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)

Hg <0,01 <0,01 <0,005 <0,005 <0,3 0,01 -

Se <0,4 <0,01 <0,025 <0,025 <0,4 0,1 0,007

Sn <0,2 <0,01 <0,01 <0,01 <0,2 - -

Pb <0,3 <0,01 <0,015 <0,015 <0,3 0,5 -

Ba 0,69 0,68 0,82 0,23 3,13 20 17

Cd <0,03 <0,01 <0,01 <0,01 <0,03 0,04 0,009

Sb <0,2 <0,01 <0,015 <0,015 <0,2 0,06 -

Co <0,02 <0,01 <0,01 <0,01 <0,02 - -

Cr 1,5 0,019 <0,02 <0,02 4,36 0,5 2,6

V <0,2 0,072 <0,02 <0,02 <0,2 - 1,3

As <0,3 0,17 <0,05 <0,05 <0,3 0,5 -

Mo 5,74 0,096 <0,02 <0,02 <0,1 0,5 1,3

Ni <0,1 0,013 <0,05 <0,05 <0,1 0,4 0,8

Zn <0,01 <0,01 6,7 0,18 1,05 4 1,2

Cu <0,03 0,011 <0,015 <0,015 <0,03 2 -

Tabla 13. Resultados del ensayo EN 12457-4 y límites de la Orden Catalana de Valorización de

Escorias (OCVE) y la Vasca en mg/kg

Norma Holandesa Teruel Estándar

mg/m2 As 41 21,4 0,1

mg/m2 Ba 600 ≤3,2 ≤2,9

mg/m2 Cd 1,1 ≤0,2 ≤0,1

mg/m2 Co 29 ≤0,2 ≤0,1

mg/m2 Cr 140 9,1 3,4

mg/m2 Cu 51 ≤0,3 ≤0,2

mg/m2 Mo 14 19,3 1,7

mg/m2 Ni 50 ≤1,1 ≤0,7

mg/m2 Pb 120 ≤0,3 ≤0,3

mg/m2 V 230 41,8 2,6

mg/m2 Zn 200 ≤1,9 ≤0,1

mg/m2 Hg 0,43 ≤0,2 ≤0,1

mg/m2 Sb 3,7 ≤0,7 ≤0,4

mg/m2 Se 1,4 ≤0,7 ≤0,4

mg/m2 Sn 29 ≤0,4 ≤0,3

mg/m2 Cl 18000 8290 693,3

mg/m2 F 1300 ≤33,1 ≤26,0

mg/m2 SO42- 27000 24135,3 ≤2835,4

Tabla 14. Resultados del ensayo NEN para el hormigón totalmente reciclado de Teruel y

límites del ensayo holandés [NEN 7345]


33 de 101

El molibdeno, Mo, es la única sustancia que lixiviaría en una cantidad superior al

límite impuesto por la norma holandesa. Si nos remitimos a los resultados obtenidos en el ensayo EN 12457-4 para el Mo vemos como en ese caso, las cenizas de Teruel sobrepasaron los límites de clasificación establecidos para los residuos inertes por lo que se encuadraron como residuos no peligrosos. Al contener el hormigón analizado subproductos de Teruel en un 80% era esperable que esto sucediera ya que el contenido de Mo ha de ser muy alto. Respecto al hormigón estándar comentar que cumple todos los límites impuestos por la legislación holandesa.


34 de 101

3.2.2. Hormigones fabricados con cenizas de centrales térmicas de carbón y coque Caracterización química de los subproductos La determinación de la composición química se ha realizado atendiendo a la Norma [ASTM 3682-78]. En la tabla 15 se muestran los resultados del análisis químico realizado a la ceniza y a la escoria procedente de la Central Térmica Compostilla, así como los resultados de los materiales tradicionales con los que se elabora el hormigón (hormigón blanco o estándar), que son el cemento Portland tipo II, la arena normalizada y la grava de río.

UNE-EN 450-1

Ceniza volante Escoria

Cemento Portland tipo II Arena Grava

SiO2 >25 48,72 52,32 13,83 96,21 85,73

Al2O3 24,26 25,14 3,53 0,76 4,96

Fe2O3 7,91 9,23 2,26 0,22 2,92

SiO2+Al2O3+Fe2O3 >70 80,89 86,69 19,62 97,19 93,61

MnO 0,07 0,07 0,06 0 0,04

MgO <4 1,78 1,84 0,7 N.D 0,3

CaO 2,26 2,37 59,33 0,13 0,46

CaO-I+CaO-r <2,5+10 2,26 2,37 59,33 0,13 0,46

Na2O <5 0,71 0,66 0,08 0,05 1,14

K2O 3,69 3,72 0,48 0,3 0,99

TiO2 1,51 1,45 0,19 0,12 0,23

P2O5 <0,01 0,35 0,25 0,06 0,01 0,06

SO3 ≤3,0 0,02 0,03 1,68 0,02 0,03

Pérdida por ignición A<5% B 2-7% C 4-9%

6,60 1,07 15,5 0,31 0,95


Tamaño> 45 µm (%) 50,1 97,64 32 99,5 98,6

Tabla 15 Composición química de los materiales utilizados para la elaboración de la serie de

hormigones correspondientes a Compostilla

A continuación se comentan los porcentajes de los elementos analizados en los subproductos de la Central Térmica Compostilla comparándolos con los porcentajes que se establecen para el empleo de cenizas volantes en la fabricación de cemento Portland. Se van a aplicar los límites impuestos por la Norma [UNE-EN 450-1] tanto a la ceniza y la escoria como a los materiales con los que se fabrica el hormigón estándar.

- CaO: El análisis químico llevado a cabo no diferencia entre CaO-l y CaO-r. Tanto la ceniza como la escoria cumplen el límite impuesto para el CaO-r pero no podemos asegurar nada acerca del CaO-libre. La arena y la grava también cumplen dicho límite, de


35 de 101

hecho, la cantidad de CaO contenida en ellas es bastante menor. Curiosamente el cemento Portland tipo II sobrepasaría en mucho el límite impuesto.

- SiO2, Al2O3 y Fe2O3: El contenido en SiO2 por tanto tiene un mínimo por Norma, al igual que la suma de SiO2+Al2O3+Fe2O3. El contenido en SiO2 debe ser mayor del 25% y el de la suma SiO2+Al2O3+Fe2O3 debe ser mayor al 70%. Tanto la ceniza como la escoria cumplen con los límites especificados. También lo hacen la arena y la grava pero de nuevo el cemento Portland tipo II no cumple dicha restricción.

- Sulfatos y fosfatos: Los sulfatos y fosfatos (SO3 y P2O5) tienen una limitación

máxima porque son causantes de ataque químico al reaccionar con el Ca(OH)2. Los contenidos de cada uno deben ser, respectivamente, menores de 3% y 0,01%. Comparando los valores obtenidos en el análisis con la Norma [UNE-EN 450-1] se observa que tanto las cenizas como las escorias cumplen con el límite impuesto para el SO3 pero sin embargo ninguna de las dos lo cumple para el P2O5. A favor de nuestros subproductos comentaremos que ninguno de los elementos normalizados utilizados para la elaboración del hormigón estándar cumple la restricción para el contenido en P2O5, aunque lo cierto es que se acercan mucho al límite, y sin embargo se usan en la actualidad.

- Álcalis: Los álcalis (Na2O en la tabla) tienen un límite superior porque pueden

producir grumos. El contenido de Na2O debe ser por Norma menor del 5% y tanto ceniza como escoria cumplen dicho límite al igual que los demás materiales tradicionalmente utilizados para fabricar el hormigón estándar.

- MgO: El MgO en altas cantidades perjudica la estabilidad volumétrica por lo que

también tiene un límite superior por Norma. Su cota superior es del 4% y ambos subproductos están por debajo de ella, por lo que en este aspecto serían aptos al igual que la arena, la grava y el cemento Portland tipo II.

Atendiendo a las posibles categorías existentes tanto la ceniza volante como la escoria de Compostilla quedan fuera de clasificación por tener un elevado valor de finura. Respecto a la gravedad específica comentar que sustituiremos arena normalizada por ceniza volante y grava por escoria, ambos materiales con menor gravedad específica como puede verse en la tabla 15. En cuanto a las pérdidas por ignición podemos clasificar a las cenizas volantes como un material del tipo B y las escorias como un material del tipo A. Composiciones Designación %CP II % Arena % CV % Grava % Escoria Serie HE 20 50 0 30 0 Blanco 10%CV 20 40 10 30 0 Ceniza volante 30%CV 20 20 30 30 0 Ceniza volante 50%CV 20 0 50 30 0 Ceniza volante 10%E 20 50 0 20 10 Escoria 30%E 20 50 0 0 30 Escoria 50%CV30%E 20 0 50 0 30 Reciclado

Tabla 16. Designaciones y composiciones para las muestras de Compostilla

Para el estudio de la influencia de la ceniza volante y la escoria de Compostilla a la

hora de sustituir a la arena y la grava de un hormigón estándar se han llevado a cabo dos series de hormigones a los que denominaremos Serie de Ceniza volante y Serie de Escoria, además de un hormigón totalmente reciclado (en un 80% de su peso) que al final


36 de 101

del estudio compararemos con el hormigón estándar. A continuación (tabla 16) se muestra la tabla junto con la abreviatura utilizada.


37 de 101

3.2.2.1. Hormigón con ceniza volante de centrales térmicas de carbón y coque

Para analizar la influencia de la ceniza volante en el hormigón nos basaremos en el estudio de la serie denominada de ceniza volante cuyas composiciones mostramos en la tabla 16. Densidad

Primero analizaremos la variación de la densidad del hormigón a medida que incrementamos la cantidad de ceniza volante tal y como se observa en la figura 16.

Figura 16. Densidad del hormigón en función de la cantidad de ceniza volante que contiene

La tendencia que se manifiesta es la de un continuo decrecimiento de la densidad a medida que aumenta el porcentaje de ceniza. La razón por la que disminuye dicha densidad es la menor gravedad específica de la ceniza volante frente a la de la arena normalizada (ver tabla 17). Resistencia a flexión y compresión

A continuación (figura 17) se muestran los resultados para los ensayos de compresión y flexión realizados a las composiciones de la serie ceniza volante.

Tanto en los ensayos de compresión como en los de flexión se obtuvo la misma tendencia: a medida que aumenta el porcentaje de sustitución disminuyen las propiedades. Esto se debe a que estamos obteniendo cada vez un hormigón con menor densidad debido al intercambio de arena por ceniza volante de Compostilla, lo que implica un mayor número de huecos o cavidades que serán rutas preferentes para la propagación de roturas. El decremento observado no sigue un comportamiento lineal ya que a mayores porcentajes de sustitución peores son las propiedades de los hormigones.

Densidad Tn/m3


38 de 101

Dureza superficial Los valores de resistencia superficial registrados durante los ensayos de dureza son los que aparecen en la siguiente tabla (tabla 17). Se observa, al igual que en anteriores ocasiones, los valores son muy similares.

Figura 17. Resistencia a flexión y compresión en MPa del hormigón en función de la cantidad

de ceniza volante que contiene

HE 10% CV 30% CV 50% CV


Tabla 17. Durezas en la Serie de Ceniza volante

Ensayo de resistencia al fuego

En la figura 18 se muestran los resultados para el ensayo de incendio realizado a las distintas placas elaboradas en la serie de ceniza volante (ver tabla 16). Además se muestra el comportamiento del hormigón estándar que nos servirá de referencia para valorar la bondad o no de añadir ceniza volante en lugar de arena normalizada.

Podemos ver (figura 18) como la sustitución de la arena por la ceniza volante da lugar a un mejor comportamiento del hormigón frente al fuego. Podemos apreciar como el hormigón con un 100% de sustitución presenta un comportamiento mucho mejor que el


39 de 101

hormigón estándar. El hormigón con un 50% de ceniza volante tarda casi 5 minutos más en alcanzar los 180ºC que indica la normativa.

Figura 18. Ensayo de resistencia al fuego para las muestras con un 10%, 30% y 50% de ceniza volante con el Hormigón estándar (HE) como referencia

En este caso no existe una meseta de evaporación por así decirlo, lo que podemos

apreciar es un cambio en la pendiente de las curvas de incendio, para los hormigones de la serie ceniza volante, una vez alcanzadas temperaturas que rondan los 80-90ºC. Cuanto mayor es el porcentaje de ceniza que contiene el hormigón menor es la pendiente que adquiere la curva pasados los 80-90ºC y por tanto mayor es el tiempo que tarda en alcanzar los 180ºC.

Con respecto a las incidencias durante el ensayo comentar que la placa solamente emitió vapor de agua durante el ensayo de incendios, vapor de agua que condensó en forma de gotas en la puerta del horno debido a la menor temperatura de este.

En el caso de la serie de ceniza volante no apareció microspalling al cabo de los días, a diferencia de lo que ocurrió cuando se ensayaron las placas que contenían cenizas de Teruel. Este hecho habla favorablemente de la ceniza de Compostilla frente a la de Teruel ya que un posible incendio no generaría un riesgo de desplome de la pared de aislante al cabo del tiempo ya que son más estables a pesar de que siguen perdiendo propiedades mecánicas como se verá en la tabla 18, en la que vienen recopilados todas las propiedades de las composiciones de la serie ceniza volante después de haberles realizado el ensayo de incendio.


40 de 101

Al igual que ocurría en el caso de las cenizas de Teruel, el ensayo de incendio merma las cualidades mecánicas de las probetas en general, afectando de diferente forma a unas y a otras debido a que cada composición soportó una temperatura distinta y estuvo un determinado periodo de tiempo en el horno, que no fue el mismo en ninguno de los casos. Si comparamos los resultados de la dureza en la cara no expuesta con la dureza de las composiciones de la serie antes del incendio (tabla 18) vemos como la variación de la dureza es casi inapreciable, es decir, la dureza de la cara externa no se ve alterada en demasía tras el ensayo. En cuanto a las pérdidas de peso, éstas depende del tiempo que las probetas estuvieron expuestas al fuego por lo que realmente no se puede apuntar ninguna tendencia. Lo que sí se puede apuntar es que las pérdidas de peso en la placa siempre serán menor que en las probetas, la razón es clara, durante el ensayo sólo una de sus caras está expuesta al incendio, mientras que las probetas son ensayadas dentro del horno, donde todas sus caras menos una están expuestas y la proximidad al fuego es mucho mayor.

Dureza (Shore C) en la cara

Compresión (MPa)

Flexión (MPa) Expuesta No expuesta


Pérdida de peso en cilindros y barras (%)

HE 3,16 0,70 89 98 3,62 6,55 10%CV 14,87 2,34 88 98 3,96 4,45 30%CV 9,19 0,47 92 95 4,50 5,78 50%CV 3,42 0,00 90 95 4,42 6,39

Tabla 18. Propiedades después del incendio para la Serie de Ceniza volante


41 de 101

3.2.2.2. Hormigón con escoria de centrales térmicas de carbón y coque

Para analizar la influencia de la adición de la escoria de Compostilla en el hormigón vamos a analizar la serie de escoria cuyas composiciones aparecen en la tabla 16. Utilizaremos el hormigón estándar como referencia en todos los ensayos. Densidad

Para comenzar analizamos como varía la densidad del hormigón con la adición de escoria, para ello se elaboró la serie de escoria en la que sustituimos la grava por escoria de Compostilla.

Como ocurría en el caso de la ceniza volante, a medida que aumenta la cantidad de

escoria en el hormigón va disminuyendo la densidad de este. La explicación a este fenómeno volvemos a encontrarla en la gravedad específica, ya que estamos sustituyendo la grava por la escoria, la cual tiene una gravedad específica menor (ver tabla 19).

Figura 19. Densidad del hormigón en función de la cantidad de escoria que contiene Resistencia a flexión y compresión

De nuevo se observa la misma tendencia que para las cenizas volantes o los subproductos de Teruel, es decir, tanto la resistencia a flexión como a compresión disminuye al aumentar el porcentaje de escoria con el que se elaboraron las probetas de esta serie debido a que la densidad de estos hormigones son menores que la densidad del hormigón estándar, como se observa en la figura 20. Dureza superficial

Analicemos a continuación (tabla 19) mostramos los valores obtenidos para la dureza superficial de los hormigones en los que se ha utilizado escoria, en lugar de grava, para su elaboración (serie de escoria).


42 de 101


Tabla 19. Durezas en la serie de escoria

Vemos como la dureza es del mismo orden de magnitud en todos los casos, tal y

como ocurría en el apartado anterior.


Durante el ensayo de resistencia al fuego para las placas de la serie escoria se registraron los resultados que se reflejan en la figura 21. De esta gráfica se extrae que la adición de la escoria disminuye la resistencia al fuego. Si miramos con detenimiento se observa que un mayor porcentaje de escoria aumenta la meseta de evaporación, pero a diferencia de lo que ocurre en otros casos, esto no mejora el comportamiento frente al fuego sino que lo empeora ya que también aumenta las pendientes de la curva obtenida. Esta mayor pendiente contrarresta el efecto positivo de la meseta de evaporación y hace que se alcance antes la temperatura de 180ºC como se ve en la figura 21.

Figura 20. Resistencia a flexión y compresión en MPa del hormigón en función de la

cantidad de ceniza volante que contiene


43 de 101

Figura 21. Ensayo de resistencia al fuego para las muestras con un 10% y 30% de escoria con

el Hormigón estándar (HE) como referencia

La composición con un 10% de escoria alcanza un valor muy similar al del hormigón estándar pero el comportamiento que sigue es muy distinto ya que presenta una pequeña meseta de evaporación que es contrarrestada por el efecto de la mayor pendiente debida al mayor contenido de ceniza volante.

En el caso de las escorias de Compostilla, el spalling que apareció fue mucho más leve que en el caso de las escorias de Teruel, de hecho sólo apareció, y de forma muy leve, en la placa que contenía un 30% de escoria. Este hecho sería importante en caso de que las escorias mejoraran el comportamiento frente a un incendio pero como la adición de escoria empeora las aptitudes frente al fuego, la opción de usarlo como subproducto para la elaboración de paneles aislantes al fuego será desechada. Las propiedades obtenidas para las composiciones después del incendio se pueden observar en la siguiente tabla 20.

Dureza (Shore C) en la cara Compresión

(MPa) Flexión (MPa) Expuesta No expuesta



HE 3,16 0,70 89 98 3,62 6,55 10%E 5,97 0,70 88 97 2,18 3,27 30% E 3,39 0,23 88 97 2,61 4,66

Tabla 20. Propiedades después del incendio para la Serie de Escoria

Como podemos apreciar, todas las propiedades disminuyen después del incendio

debido a que la cohesión del material es menor tras las pérdidas de agua como ocurría en


44 de 101

el resto de ensayos de incendios que se han evaluado hasta el momento. Podemos ver como la dureza disminuye sensiblemente en la cara expuesta, ésta disminución en este caso como en el apartado anterior es de unos 10 Shore C. Podemos ver como la pérdida de peso en la placa vuelve a ser inferior a la de las probetas que se ensayaron dentro del horno.


45 de 101

3.2.2.3. Hormigón con ceniza volante y escoria de centrales térmicas de carbón y coque

Sólo falta por comparar el hormigón estándar con el hormigón totalmente reciclado cuyas composiciones vienen reflejadas en la tabla 16. Densidad

Los resultados obtenidos en este caso siguen la misma línea que los resultados obtenidos en las series anteriores. La menor gravedad específica de la ceniza volante y la escoria respecto a la de los materiales sustituidos (arena y grava respectivamente) hacen que la densidad del hormigón totalmente reciclado sea considerablemente menor que la del hormigón estándar.

Figura 22. Densidad del hormigón totalmente reciclado respecto al estándar Tiempo de fraguado

La velocidad de fraguado se valora con el tiempo inicial y final de fraguado. A la hora de realizar el experimento, el tiempo inicial de fraguado para el hormigón totalmente reciclado fue de 48 minutos mientras que el tiempo final fue de 28 horas y 30 minutos. Comparándolo con el hormigón estándar, el hormigón reciclado de Compostilla tiene un tiempo inicial de fraguado muy parecido (el estándar tiene un tiempo inicial de 47 minutos), pero el tiempo final es mucho mayor (el estándar tarda 4 horas y 50 minutos en fraguar).

Según dice la Norma [UNE-EN 450-1] y de acuerdo a la Norma Europea [EN-196],

el tiempo inicial de fraguado para el hormigón totalmente reciclado no debe de ser superior en 120 minutos al tiempo inicial de fraguado del hormigón estándar. Este hecho se cumple claramente según lo que hemos comentado en el párrafo anterior ya que el tiempo inicial de fraguado del hormigón estándar es de 58 min.


46 de 101

pH

Siguiendo el procedimiento descrito en la Norma [UNE-EN 12859] se obtuvo 9,91 como valor del pH para el hormigón totalmente reciclado mientras que para el estándar se obtuvo un valor de 10,99. El hormigón totalmente reciclado tendría un pH normal según la Norma [UNE-EN 12859] mientras que el estándar estaría fuera de rango por tener un pH demasiado elevado. De nuevo comentar que esta normativa está ideada para paneles de yeso, y que ha sido utilizada como referencia en este proyecto por no haber una norma específica para los hormigones. Expansión volumétrica

Tras llevar a cabo el ensayo de expansión volumétrica según la normativa [UNE-EN 196-3:2005] se obtuvo un valor para la abertura de las agujas de 2,8mm. Este valor cumple ampliamente la restricción impuesta por la normativa [UNE-EN 196-3] en la que se especifica que la distancia entre las agujas indicadoras del aparato de Le Chatelier no debe superar los 10mm tras la realización del ensayo. Este mismo ensayo le fue realizado al hormigón estándar con un resultado de 1mm de separación entre las agujas indicadoras.

En este caso el hormigón reciclado es volumétricamente más inestable que el

estándar debido al mayor contenido en MgO de las cenizas y escorias respecto a la arena y la grava, pero ambos cumplen ampliamente con las restricciones impuestas. El hecho de que el hormigón reciclado cumpla con esta restricción era de esperar ya que tal como se puede observar en la tabla 16, el contenido en MgO es inferior al 4%, y según indica la Norma, cuando esto ocurre, la expansión volumétrica es inferior a 10mm. Contenido de humedad

Esta medida se llevó a cabo según la normativa [UNE-EN 12859] y se obtuvo como resultado que la humedad del panel de hormigón es del 2,43%. El resultado para el ensayo con el hormigón estándar fue del 1,88% de humedad. Según esta norma, el contenido de humedad no debe ser superior al 6% por lo que ambos paneles la cumplen.

La mayor humedad del hormigón reciclado de Compostilla se debe a la mayor porosidad del mismo y a la composición química y mineralógica. Una mayor porosidad suele implicar un mayor contenido en agua libre (ya que esta se encuentra rellenando los poros). Un valor que está muy ligado a la porosidad es la densidad, al tener las probetas el mismo volumen, una menor densidad implicará un mayor cantidad de poros. En la figura 22 podemos apreciar claramente como la densidad del hormigón reciclado es bastante menor que la del estándar. Capacidad de absorción de agua

Según se describe en la norma [UNE-EN 12859] y tras haber llevado a cabo el ensayo oportuno, la capacidad de absorción de agua del hormigón totalmente reciclado es de un 10,70% mientras que el mismo ensayo realizado al hormigón estándar dio como resultado una capacidad de absorción del 17,24%. Según esta Norma, la máxima absorción de agua permitida es del 5% así que ni el hormigón estándar ni el reciclado la cumplirían, aunque como se puede apreciar el hormigón reciclado estaría mucho más cerca de hacerlo. Remarcar que esta Norma está dirigida a paneles de yeso hidrófugos y no es específica para los hormigones que estamos estudiando.


47 de 101

Resistencia a flexión y compresión

Veamos a continuación los valores obtenidos para este par de ensayos cuyos resultados vienen recogidos en la figura 23.

Figura 23. Propiedades mecánicas del hormigón totalmente reciclado respecto al estándar

Como era de esperar, tanto la resistencia a flexión como a compresión disminuyen, ya que, si la adición de los subproductos por separado disminuían estas propiedades, la adición conjunta de ceniza y escoria de Compostilla no puede producir otro efecto que el mencionado. Resistencia a impacto

Según lo dictado en la Norma [UNE-EN 102035], se midió el diámetro de la huella tras el impacto de la bola obteniéndose un valor medio de 8,375 mm para el hormigón reciclado. La huella medida en el hormigón estándar fue de 7,125 mm de media. Esta Norma dicta que la huella dejada por la bola no debe superar los 20mm en placas de cartón-yeso, por lo que ambos hormigones cumplirían con los límites impuestos por esta Norma aunque no sea específica para este tipo de material. Dureza superficial

El valor de la dureza superficial para el hormigón reciclado elaborado a partir de ceniza volante y escoria de Compostilla es de 95 Shore C, un valor muy similar a los 91 Shore C del hormigón estándar. Vemos como a pesar de haber una sustitución total de la arena y de la grava la dureza no decae significativamente en el hormigón.


48 de 101


En la figura 24 mostramos los comportamientos del hormigón totalmente reciclado y del hormigón estándar tras haber sido ensayados en el horno de incendios.


El comportamiento del hormigón totalmente reciclado muestra un comportamiento

en el que se mezclan tanto el del 50% de ceniza volante como el del 30% de escoria. La ceniza volante aporta una mayor pendiente en los tramos rectos, pero no es una pendiente tan suave como es de esperar debido a que la escoria la contrarrestaría con una pendiente mayor. La escoria por su parte aporta la meseta de evaporación cuya función es la de retardar el aumento de temperatura en la cara no expuesta durante un determinado periodo de tiempo, lo que da lugar a un retardo considerable a la hora de alcanzar los 180ºC, que es la temperatura referencia que nos marca la bondad del hormigón.

De nuevo remarcar que no apareció microspalling para la placa de hormigón totalmente reciclada y que el spalling que apareció fue muy leve. Con respecto a la emisión de gases, ocurrió como en el resto de ensayos de incendio, es decir, solo se desprendió vapor de agua. Ensayo de lixiviación EN 12457-4

Dentro de las normativas europeas no existe una norma específica que especifique los valores límite de concentración de metales pesados y lixiviación para la posible reutilización de cenizas volantes y escorias en la fabricación de hormigón. Sin embargo, existen países como Alemania que regulan dicha reutilización mediante la LAGA, que impone unos límites con los que clasificaremos nuestros subproductos. Lo que si existe a


49 de 101

nivel de Europa es una normativa de vertederos, la llamada EULFD [2003/33/CE] por la que se pueden clasificar los subproductos en inertes, peligrosos y no peligrosos, caracterización que es necesaria llevar a cabo antes de poder verter los residuos a cualquier vertedero.

Límite Límite Límite

EULFD Inerte

EULFD No peligr.

EULFD Peligroso

Clasific. EULFD

Cv C (mg/kg)

Esc C (mg/kg)

Arena n. (mg/kg)

Grava (mg/kg)

CP II (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) Cv Esc

Hg <0,3 <0,3 <0,005 <0,005 <0,3 0,01 0,2 2 P P Se <0,4 <0,01 <0,025 <0,025 <0,4 0,1 0,5 7 NP I Sn <0,2 <0,01 <0,01 <0,01 <0,2 - - - - - Pb <0,3 <0,01 <0,015 <0,015 <0,3 0,5 10 50 I I Ba 3,17 0,037 0,82 0,23 3,13 20 100 300 I I Cd <0,03 <0,01 <0,01 <0,01 <0,03 0,04 1 5 I I Sb <0,2 <0,01 <0,015 <0,015 <0,2 0,06 0,7 5 NP I Co <0,02 <0,01 <0,01 <0,01 <0,02 - - - - - Cr 1,52 0,01 <0,02 <0,02 4,36 0,5 10 70 NP I V 6,91 0,37 <0,02 <0,02 <0,2 - - - - - As <0,3 0,11 <0,05 <0,05 <0,3 0,5 2 25 I I Mo <0,1 0,04 <0,02 <0,02 <0,1 0,5 10 30 I I Ni <0,1 0,032 <0,05 <0,05 <0,1 0,4 10 40 I I Zn <0,01 <0,01 0,67 0,18 1,05 4 50 200 I I Cu <0,03 <0,01 <0,015 <0,015 <0,03 2 50 10 I I


A nivel español tampoco existe una norma estatal que regule la utilización de dichos

materiales, tenemos que recurrir a las normativas existentes en el País Vasco [Decreto 34/2003 de 18/02/03] para la reutilización de escorias metalúrgicas en relleno de carreteras y en Cataluña [Diari Oficial de la Generalitat de Catalunya Num.5328-27/02/09] para la valorización de escorias para su uso como subproductos en la construcción.

Comprobemos mediante la tabla 21 en que categoría ubica la Directiva Europea de

Vertederos (EULFD) a nuestros dos subproductos. Como se puede observar en la tabla, ambos residuos se clasifican como peligrosos debido al bajo nivel de detección de la máquina con la que se midió el Hg. El cemento Portland tipo II también sería clasificado en este caso como residuo peligroso aunque también es posible que con una mejor máquina de análisis su valor para el Hg fuera menor.

Ahora clasifiquemos tanto los subproductos de Compostilla como la arena, la grava y el cemento Portland tipo II según la LAGA. Esta clasificación puede obtenerse una vez observada la tabla 22.

Por un lado la ceniza volante de Compostilla se clasificaría como un residuo Z2 ya

que supera el límite en los valores de Cr (también debido al elevado límite de detección al medir el Hg). El caso de la escoria es distinto, la clasificaríamos como Z2 debido a que supera el nivel de Hg aunque de este solo conocemos que es menor que 30 pero no podemos asegurar su verdadero valor. La arena y la grava serían clasificados como


50 de 101

residuos de tipo Z1 ya que el límite de detección sobrepasa los límites del Hg y el Ni. El cemento Portland por otro lado quedaría fuera de clasificación debido a su elevado nivel de Cr y Zn, estos valores superarían los rangos impuestos para el desecho más peligroso.

Por último vamos a comparar los resultados del ensayo [EN 12457-4] (tabla 23) con las normativas del País Vasco y Cataluña aunque estas estén solamente referidas a la utilización de escorias metalúrgicas y su posterior reutilización en el relleno de carreteras y obras civiles respectivamente, pero lo compararemos igualmente pare tener una idea orientativa de su posible uso en España.

Las cenizas volantes no cumplirían los límites impuestos por la OCVE para el Cr, y necesitaríamos una máquina de análisis de mayor precisión para conocer si el Hg, el Se y el Sb superan o no estos límites. Para la normativa vasca ocurre que las cenizas superan el nivel impuesto para el V y necesitaríamos un aparato de detección mejor para concluir si superan también los límites del Se y del Cd.

Por otro lado, la escoria cumpliría la legislación catalana a excepción del Hg cuyo valor se midió con una máquina de una precisión de detección insuficiente. Lo mismo ocurre con la legislación vasca ya que tenemos el mismo problema con el Se y el CD que teníamos para las cenizas volantes.

La arena y la grava cumplirían a su vez con la normativa catalana pero también tendrían problemas a la hora de cumplir la legislación vasca por culpa de los niveles de detección del Se y el Cd. Al cemento Portland le ocurriría lo mismo aunque en su caso también tendría problemas con los límites de detección para el Hg, Se y Sb en la normativa catalana.

Cv C Esc C Arena norm. Grava CP II Límite LAGA

Límite LAGA

Límite LAGA

(µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) Z0 (µg/L) Z1 (µg/L) Z2 (µg/L)

Hg <30 <30 <0,5 <0,5 <30 0,2 0,2-1 2

Se <40 <1 <2,5 <2,5 <40 - - -

Sn <20 <1 <1 <1 <20 - - -

Pb <30 <1 <1,5 <1,5 <30 20 40 40

Ba 317 3,73 82 23 313 - - -

Cd <3 <1 <1 <1 <3 2 2 10

Sb <20 <1 <1,5 <1,5 <20 - - -

Co <2 <1 <1 <1 <2 - - -

Cr 152 0,97 <2 <2 436 15 30 300-350

V 691 36,87 <2 <2 <20 - - -

As <30 11,12 <5 <5 <30 10 10-40 40-100

Mo <10 4,08 <2 <2 <10 - - -

Ni <10 3,17 <5 <5 <10 4 50 50

Zn <1 <1 0,067 0,018 105 100 100 100

Cu <3 <1 <1,5 <1,5 <3 50 50 50



51 de 101

Cv C Esc C Arena norm. Grava CP II Límite

OCVE Límite PV

(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)

Hg <0,3 <0,3 <0,005 <0,005 <0,3 0,01 -

Se <0,4 <0,01 <0,025 <0,025 <0,4 0,1 0,007

Sn <0,2 <0,01 <0,01 <0,01 <0,2 - -

Pb <0,3 <0,01 <0,015 <0,015 <0,3 0,5 -

Ba 3,17 0,037 0,82 0,23 3,13 20 17

Cd <0,03 <0,01 <0,01 <0,01 <0,03 0,04 0,009

Sb <0,2 <0,01 <0,015 <0,015 <0,2 0,06 -

Co <0,02 <0,01 <0,01 <0,01 <0,02 - -

Cr 1,52 0,01 <0,02 <0,02 4,36 0,5 2,6

V 6,91 0,37 <0,02 <0,02 <0,2 - 1,3

As <0,3 0,11 <0,05 <0,05 <0,3 0,5 -

Mo <0,1 0,041 <0,02 <0,02 <0,1 0,5 1,3

Ni <0,1 0,032 <0,05 <0,05 <0,1 0,4 0,8

Zn <0,01 <0,01 0,67 0,18 1,05 4 1,2

Cu <0,03 <0,01 <0,015 <0,015 <0,03 2 - Tabla 23- Resultados del ensayo EN 12457-4 y límites de la Orden Catalana de Valorización de

Escorias (OCVE) y la Vasca en mg/kg

Norma Holandesa Compostilla Estándar

mg/m2 As 41 29,1 0,1

mg/m2 Ba 600 ≤1,8 ≤2,9

mg/m2 Cd 1,1 ≤0,2 ≤0,1

mg/m2 Co 29 ≤0,1 ≤0,1

mg/m2 Cr 140 18,0 3,4

mg/m2 Cu 51 ≤1,0 ≤0,2

mg/m2 Mo 14 33,2 1,7

mg/m2 Ni 50 ≤0,8 ≤0,7

mg/m2 Pb 120 ≤0,4 ≤0,3

mg/m2 V 230 243,3 2,6

mg/m2 Zn 200 ≤0,8 ≤0,1

mg/m2 Hg 0,43 ≤0,2 ≤0,1

mg/m2 Sb 3,7 ≤0,5 ≤0,4

mg/m2 Se 1,4 ≤0,7 ≤0,4

mg/m2 Sn 29 ≤0,3 ≤0,3

mg/m2 Cl 18000 7472,1 693,3

mg/m2 F 1300 ≤33,4 ≤26,0

mg/m2 SO42- 27000 19796,7 ≤2835,4

Tabla 24. Resultados del ensayo NEN para el hormigón totalmente reciclado de Teruel y límites del ensayo holandés [NEN 7345]


52 de 101

Ensayo de lixiviación NEN 7345

Para terminar hemos realizado a este hormigón reciclado de Teruel el ensayo de lixiviación [NEN 7345]. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 24. En esta tabla también aparecen los resultados para el hormigón estándar para poder utilizarlo como referencia.

Podemos apreciar cómo tanto el Mo como el V superan los límites impuestos por la

norma holandesa. Si nos remitimos a los resultados obtenidos en el ensayo [EN 12457-4] para el Mo vemos como en ese caso, los subproductos de Compostilla sobrepasaron los límites para los residuos inertes, y al estar estos en una gran proporción en el hormigón totalmente reciclado (recordemos que se compone en un 80% por cenizas y escorias), es normal que obtengamos un valor tan elevado. El V también nos dio niveles muy elevados al analizar los resultados del ensayo [EN 12457-4] pero no existía ningún tipo de límite para este elemento en las legislaciones consultadas. Al contener el hormigón totalmente reciclado un 50% de ceniza volante (era el subproducto de Compostilla con un elevado nivel de V) el nivel global del V en el hormigón también será alto, de ahí que se sobrepase el límite impuesto por la normativa holandesa [Building Concrete Decree]. El hormigón estándar cumple todos los límites impuestos en dicha legislación holandesa. Coeficiente de absorción acústica

Tras llevar a cabo la medición del coeficiente de absorción acústica en el tubo Kundt para las probetas del hormigón totalmente reciclado y hormigón estándar se obtuvieron los resultados que se muestran en la figura 25.

Figura 25. Coeficiente de absorción acústica medido en tubo Kundt para el hormigón totalmente reciclado y para el hormigón estándar


53 de 101

Podemos observar en la figura anterior cómo el coeficiente de absorción es mejor a bajas frecuencias para el hormigón reciclado, cómo es ligeramente superior a frecuencias comprendidas entre los 2kHz y los 4kHz y es similar de los 4kHz en adelante.


54 de 101

3.2.3. Hormigón con residuos de construcción Caracterización química de los subproductos

Para determinar la composición química de los residuos de demolición se ha realizado el ensayo atendiendo a la Norma [ASTM 3682-78]. En la tabla 25 se exponen los resultados del análisis químico realizado tanto a los áridos reciclados (finos y gruesos) como a los materiales tradicionalmente utilizados para elaborar el hormigón al que hemos denominado estándar (cemento Portland tipo II, la arena normalizada y la grava de río).

UNE-EN 450-1

Árido fino

Árido grueso

Cemento Portland

tipo II Arena Grava SiO2 >25 52,60 52,78 13,83 96,21 85,73

Al2O3 7,08 9,57 3,53 0,76 4,96

Fe2O3 3,06 3,54 2,26 0,22 2,92

SiO2+Al2O3+Fe2O3 >70 62,74 65,88 19,62 97,19 93,61

MnO 0,05 0,05 0,06 0 0,04

MgO <4 1,84 2,45 0,7 N.D 0,3

CaO 18,50 17,89 59,33 0,13 0,46

CaO-I+CaO-r <2,5+10 18,50 17,89 59,33 0,13 0,46

Na2O <5 0,71 0,61 0,08 0,05 1,14

K2O 1,38 1,87 0,48 0,3 0,99

TiO2 0,40 0,50 0,19 0,12 0,23

P2O5 <0,01 0,09 0,11 0,06 0,01 0,06

SO3 ≤3,0 0,03 0,42 1,68 0,02 0,03

Pérdidas en la ignición

A<5% B 2-7% C 4-9%

12,27 9,19 15,5 0,31 0,95


Tamaño> 45 µm (%) 96,83 99,76 32 99,5 98,6

Tabla 25. Composición química de los materiales utilizados para la elaboración de la serie de

hormigones correspondientes a residuos de demolición

De ahora en adelante se comentarán las cantidades contenidas de cada compuesto en los materiales que hemos utilizado para elaborar nuestros hormigones. Vamos a comparar dichas cantidades con los porcentajes que se establecen para el empleo de cenizas volantes en la fabricación de cemento Portland aunque este no sea el caso. Se van a aplicar los límites impuestos por la Norma [UNE-EN 450-1] tanto al árido reciclado fino como al grueso, así como a los materiales con los que se fabrica el hormigón estándar. - CaO: El análisis químico revela que ninguno de los dos áridos reciclados cumplen con la restricción impuesta para este tipo de compuesto, al menos de forma global. Este hecho se repite para el cemento Portland tipo II que tampoco cumple el límite impuesto. Por el contrario, y como ya se ha comentado en otros casos, tanto la arena como la grava utilizadas para fabricar el hormigón estándar cumplen con dichas restricciones.


55 de 101

- SiO2, Al2O3 y Fe2O3: Según la Norma [UNE-EN 450-1] el contenido en SiO2 debe ser mayor del 25% y el de la suma SiO2+Al2O3+Fe2O3 debe ser mayor al 70% en los hormigones que se fabrican con cenizas volantes. Ambos áridos reciclados cumplen con la restricción impuesta para el SiO2 pero, no obstante, incumplen el límite impuesto para la suma. Así mismo, la arena y la grava cumplen los límites impuestos no cumpliéndolos de igual manera el cemento Portland tipo II. Recordar que esta normativa es solo para el uso de cenizas volantes. - Sulfatos y fosfatos: Comparando los valores obtenidos en el análisis con los límites establecidos por la Norma [UNE-EN 450-1] se observa que tanto el árido fino reciclado como el árido grueso reciclado cumplen el límite impuesto para el SO3 pero sin embargo ninguna de los dos cumple el impuesto para el P2O5.

En nuestro favor señalaremos que ninguno de los elementos tradicionales con los que elaboramos el hormigón estándar cumple la restricción para el contenido en P2O5, aunque lo cierto es que se acercan mucho al límite. - Álcalis: Los álcalis en tienen un límite superior del 5% establecido por la Norma. Los áridos reciclados procedentes de la planta de Alcorec cumplen ampliamente con el límite, al igual que ocurre con los materiales tradicionales para la elaboración del hormigón. - MgO: Tanto los áridos finos como los áridos gruesos están por debajo de la restricción que se impone por Norma, por lo que en este aspecto serían aptos. Arena, grava y cemento Portland tipo II también lo serían. La ceniza volante pertenece a la categoría N y que la escoria queda fuera de clasificación.

Acerca de la gravedad específica señalar que vamos a sustituir arena normalizada por áridos finos reciclados y grava por áridos gruesos reciclados, ambos materiales con menor gravedad específica como puede verse en la tabla 25.

Las pérdidas por ignición se salen del rango de clasificación, esto puede ser debido al contenido de residuos como papel, madera y otros tipos de materiales cuyo poder calorífico es elevado y que pueden encontrarse dentro del amplio abanico de materiales utilizados en la construcción, siendo además los límites mostrados válidos solo para cenizas procedentes de la combustión y no para este tipo de materiales. Composiciones

Para el estudio de la influencia de los áridos finos y gruesos reciclados se obtuvieron de la planta de reciclaje de Alcorec muestras para llevar a cabo dos series de probetas como ya hicimos con el resto de residuos. La serie de árido fino se realizó en los moldes comunes, con los que se han realizado el resto de hormigones, mientras que la serie de árido grueso se realizó en unos moldes de un tamaño mucho mayor debido al mayor tamaño de dichos áridos, debido a que estos no cabían en los moldes hasta ahora utilizados.

En este caso también elaboramos una composición totalmente reciclada para

compararla con el hormigón estándar del que partimos y así comprobar como de bueno es nuestro nuevo hormigón. A continuación, en la tabla 26, se muestran las composiciones y las designaciones para los subproductos de la planta de valorización de residuos de demolición de Alcorec.


56 de 101

Designación %CP II % Arena % AF % Grava % AG Serie HE 20 50 0 30 0 Blanco 20%AF 20 30 20 30 0 Árido fino 40%AF 20 10 40 30 0 Árido fino 50%AF 20 0 50 30 0 Árido fino 20%AG 20 50 0 10 20 Árido grueso 30%AG 20 50 0 0 30 Árido grueso 50%CV30%E 20 0 50 0 30 Reciclado

Tabla 26. Designaciones y composiciones para las muestras de Alcorec


57 de 101

3.2.3.1. Hormigón con árido fino reciclado

Para analizar la influencia del árido fino reciclado en el hormigón vamos a analizar la Serie denominada de Árido fino con respecto al hormigón estándar. Las composiciones realizadas aparecen en la tabla 4.3.2 que se muestra más arriba. Densidad

La primera tendencia que vamos a analizar (figura 26) es la variación de la

densidad del hormigón a medida que incrementamos la cantidad de árido fino reciclado de forma que sustituya a la arena normalizada progresivamente.

Podemos observar la tendencia que sigue la gráfica, en la que se ve claramente como a mayor cantidad de árido fino reciclado menor es la densidad del hormigón. El motivo de esta disminución es el menor valor de la gravedad específica del árido fino reciclado frente a la de la arena normalizada (ver tabla 25).

Figura 26. Densidad del hormigón en función de la cantidad de árido fino reciclado que contiene

Resistencia a flexión y compresión Tras realizar los ensayos de flexión y compresión a las probetas de las distintas composiciones llevadas a cabo se obtuvieron los resultados que se muestran a continuación en la figura 27.

La tendencia de la resistencia a compresión es la siguiente: a medida que aumenta el grado de sustitución la resistencia a compresión disminuye levemente. Por lo contrario, la resistencia a flexión se mantiene en unos valores muy similares en todos los casos, no pudiéndose hablar de una tendencia clara.


58 de 101


de árido fino reciclado que contiene Dureza superficial

En la tabla 27 se reflejan los resultados obtenidos para el ensayo de medidas de la dureza Shore C realizado a las probetas.

HE 20% AF 40% AF 50% AF


Tabla 27 Durezas en la Serie árido fino reciclado

Como en los casos anteriores, la sustitución de la arena por un componente de

características parecidas no influye demasiado en la dureza y ésta no varía demasiado con respecto a la del hormigón estándar. Ensayo de resistencia al fuego

Para analizar el comportamiento de la serie de hormigones de árido fino frente al fuego se fabricaron placas de 3cm de espesor y se sometieron al ensayo de incendio. Para cada composición se realizó un ensayo, los resultados obtenidos se muestran en la siguiente figura 28. Para este tipo de subproductos, un aumento del porcentaje de sustitución no implica una variación significativa en la resistencia al fuego. La placa no emitió gases durante el ensayo de resistencia al fuego, con la salvedad del vapor de agua, que condensó en forma de gotas en la puerta del horno.

En cuanto al spalling y el microspalling, podemos remarcar la ausencia del primero

de ellos pero no del segundo. El paso de los días provocó la aparición de microgrietas en


59 de 101

la superficie como ocurrió con otros subproductos anteriormente. Estas microgrietas fueron las responsables de la total desaparición de la resistencia mecánica de las probetas tras el ensayo como se aprecia en la tabla 28.

Recopilando todas las observaciones podemos afirmar que la sustitución de arena

por árido fino reciclado no implica un cambio significativo en la aptitud del hormigón frente al fuego.

Figura 28. Ensayo de resistencia al fuego para las muestras con un 20%, 40% y 50% de árido

fino con el Hormigón estándar (HE) como referencia

Las propiedades de las composiciones después del ensayo de incendios se pueden observar en la tabla 28.

Dureza (Shore C) en la cara

Compresión (MPa)

Flexión (MPa) Expuesta No expuesta



HE 3,16 0,70 89 98 3,62 6,55

20%AF 0,00 0,00 80 95 4,25 6,75

40%AF 0,00 0,00 82,5 97 6,28 9,42

50%AF 4,13 0,00 84 97 6,24 10,13

Tabla 28. Propiedades después del incendio para la Serie de árido fino reciclado

La pérdida de agua da lugar a un material mucho más débil y descohesionado, con

una peor resistencia tanto a flexión como a compresión después del incendio. La dureza en la cara expuesta es similar para todas las composiciones de la serie árido fino reciclado.


60 de 101

Como habíamos señalado con anterioridad, debido a las microgrietas las propiedades mecánicas de las probetas son casi nulas, no son capaces de soportar ningún tipo de esfuerzo ya sea a compresión o a tracción ya que las micro grietas crecieron hasta el punto de deshacerlas.

En cuanto a la pérdida de peso remarcar que son mayores en barras y cilindros debido a que todas las caras son sometidas a la misma temperatura a diferencia de lo que ocurre con las placas.


61 de 101

3.2.3.2. Hormigón con árido grueso reciclado

Para analizar la influencia del árido grueso en el hormigón vamos a analizar las composiciones de la serie Árido grueso que mostramos en la tabla 26 y las compararemos con el hormigón estándar. Densidad

Primero vamos a analizar los datos recopilados acerca de la densidad, cuyos valores medios se muestran en la figura 29. En esta figura se analiza la variación de la densidad de la serie de composiciones de Árido grueso, en la que se varía la cantidad de árido grueso reciclado contenida en detrimento de la cantidad de grava de río, que era la utilizada para la elaboración del hormigón estándar.

Figura 29. Densidad del hormigón en función de la cantidad de árido grueso reciclado que contiene

Existe una ligera disminución de la densidad a medida que aumenta el porcentaje

de árido grueso reciclado que contiene el hormigón. La explicación volvemos a encontrarla en la gravedad específica, ya que estamos sustituyendo la grava de río por el árido grueso reciclado, con gravedad específica inferior. Resistencia a flexión y compresión

Reunidas en la figura 30 encontramos la resistencia a flexión y compresión de la serie de hormigones de Árido grueso, en los que se ha ido disminuyendo la cantidad de grava de río para ir incorporando el árido reciclado en las mismas cantidades.

En ésta gráfica no aparece el valor de la composición estándar (HE), el motivo es que para analizar el comportamiento mecánico de composiciones con áridos gruesos


62 de 101

reciclados fue necesaria la fabricación de muestras de mayor tamaño y no se realizó la composición HE para poder comparar los valores resultantes.

La composición que tiene un mayor porcentaje de árido grueso tiene una menor resistencia a compresión como era de esperar debido a su menor densidad, como ya se ha explicado en muchas ocasiones durante este escrito. Tal como ocurría en el apartado anterior, la resistencia a flexión no varía sensiblemente por lo que no podemos destacar una tendencia.


de árido grueso reciclado que contiene Dureza superficial

Analicemos a continuación (tabla 29) los valores para la dureza superficial de los hormigones en los que se ha utilizado árido grueso reciclado para su elaboración.


Tabla 29. Durezas en la Serie de Árido grueso

Vemos como la dureza es del mismo orden de magnitud en todos los casos, tal y

como ocurría en los demás casos estudiados con anterioridad. Ensayo de resistencia al fuego

Tras realizar el ensayo de resistencia al fuego para la serie de placas realizadas con árido grueso reciclado y una vez ensamblados todos los datos obtenidos en la figura 31 podemos analizar qué ocurre con las curvas de incendios.


63 de 101

Figura 31. Ensayo de resistencia al fuego para las muestras con un 20% y 30% de árido grueso reciclado con el Hormigón estándar (HE) como referencia

Vemos como la resistencia al fuego de la serie en la que se sustituye grava por

árido grueso la resistencia al fuego no varía significativamente, la diferencia entre los ensayos es inferior a los 2 minutos. No se observó spalling durante los ensayos pero si apreció microspalling al cabo de los días. Al igual que ocurrió en todos los demás casos, durante el ensayo solo se emitieron gases de vapor de agua.

En cuanto a las propiedades obtenidas para las composiciones después del incendio se pueden observar en la tabla 30 y podemos apreciar cómo siguen disminuyendo después del incendio tal y como ha ocurrido para todas las probetas ensayadas frente al fuego hasta el momento.

Dureza (Shore c) en la cara Compresión

(MPa) Flexión (MPa) Expuesta No expuesta


Pérdida de peso en cilindros y

barras (%)

HE 3,16 0,7 89 98 3,62 6,55 20%AG 0 0 90 97 4,37 6,62 30%AG 2,14 0,7 78,00 98,00 4,47 6,71

Tabla 30. Propiedades después del incendio para la Serie de Árido grueso


64 de 101

Como ya hemos remarcado en otras ocasiones, la pérdida en las placas es menor

que en el resto de probetas debido a que tienen un menor número de caras expuestas al fuego. Las microgrietas aparecidas en el material después del incendio las propiedades mecánicas son prácticamente nulas para las probetas que contenían árido grueso reciclado debido a la descohesión sufrida.


65 de 101

3.2.3.3. Hormigón con árido fino y grueso reciclado

Por último vamos a comparar el hormigón totalmente reciclado con el hormigón estándar, esto nos dará un punto de vista final acerca de la bondad de la sustitución de los materiales tradicionales por los subproductos de demolición. La composición de nuestro hormigón reciclado viene reflejada en la tabla 26.

Densidad

Tal y como era de esperar la densidad de la composición totalmente reciclada es menor que la de nuestro hormigón estándar (ver figura 32), la razón es conocida más que de sobra ya que ha sido comentada una y otra vez en los casos anteriores. La densidad del hormigón reciclado es menor debido a que la gravedad específica de dos de sus componentes (sobre todo del árido fino) es inferior que la de los componentes del hormigón reciclado.

Figura 32. Densidad del hormigón totalmente reciclado respecto al estándar Tiempo de fraguado El fraguado se valora con el tiempo inicial y final de fraguado, para el hormigón totalmente reciclado el tiempo inicial de fraguado fue nulo, esto se debe a que las grandes inclusiones de las que estaba formado el material no permitieron penetrar a la aguja la profundidad mínima. El tiempo final de fraguado fue de 4 horas y 11 minutos. El tiempo inicial de fraguado para el hormigón estándar fue de 58 minutos mientras que el final de fraguado fue de 4 horas y 50 minutos. Atendiendo a lo que dice la Norma [UNE-EN 450-1] de acuerdo a la Norma Europea [EN-196], el tiempo inicial de fraguado par el hormigón con ceniza volante no debe de ser superior en 120 minutos al tiempo inicial de fraguado del hormigón estándar. Este hecho se cumple claramente según lo que hemos comentado en


66 de 101

el párrafo anterior aunque hay que hacer notar que este ensayo no da lugar a resultados muy representativos debido a lo comentado respecto al tamaño de las inclusiones. pH

Siguiendo el procedimiento descrito en la Norma [UNE-EN 12859] se obtuvo como

resultado un valor de 11,32 para el pH de la composición totalmente reciclada. Como dato comparativo, y para que sirva de referencia, diremos que el hormigón estándar tiene un pH de 10,99. En ambos casos, el pH está fuera de rango así que no podrían clasificarse según dicha normativa. Comentar que esta normativa está ideada para paneles de yeso, y que ha sido utilizada en este proyecto por no haber una Norma específica para los hormigones. Expansión volumétrica

Para medir la expansión volumétrica del hormigón se realizó el ensayo correspondiente según se indica en la Norma [UNE-EN 196-3:2005]. Este ensayo realizado al hormigón reciclado dio como resultado un valor de apertura de las agujas de aproximadamente 0mm, es decir, la expansión volumétrica de nuestro hormigón reciclado es casi nula. La normativa [UNE-EN 196-3] especifica que la distancia entre las agujas indicadoras del aparato de Le Chatelier no debe superar los 10mm tras la realización del ensayo por lo que a la vista de lo obtenido, el hormigón ensayado cumple la Norma. Este mismo ensayo le fue realizado al hormigón estándar con un resultado de 1mm de abertura entre los extremos de las agujas indicadoras. Esto demuestra que el hormigón generado a partir de estos subproductos en más estable volumétricamente hablando aunque ambos cumplen de lejos con la normativa. Como ya se ha comentado para otros residuos estudiados con anterioridad, este hecho era de esperar ya que tal como se puede observar en la tabla 25, el contenido en MgO para los materiales utilizados para la elaboración de ambos hormigones es inferior al 4%, y según indica la Norma, cuando esto ocurre, la expansión volumétrica es inferior a 10mm. Contenido de humedad

Para la medida del contenido en humedad del hormigón reciclado se utilizó la Norma [UNE-EN 12859] como orientación en la medida y se obtuvo como resultado que la humedad del hormigón es del 3,97%. El resultado para el ensayo con el hormigón estándar fue del 1,88% de humedad. La Norma [UNE-EN 12859] dice que el contenido de humedad no debe ser superior al 6% por lo que ambos hormigones cumplen la Norma, aunque sea de aplicación en yesos. Capacidad de absorción de agua

Una vez realizadas las medidas correspondientes según se describe en la Norma [UNE-EN 12859], se obtuvo como resultado que la capacidad de absorción de agua del hormigón totalmente reciclado era de un 4,27%, que es el valor más bajo registrado hasta el momento de entre todas las muestras ensayadas. El mismo ensayo realizado al hormigón estándar dio como resultado una capacidad de absorción del 17,24%. Según esta Norma, la máxima absorción de agua permitida es del 5% así que nuestro hormigón reciclado si cumpliría mientras que el estándar quedaría muy lejos del límite máximo exigido. Remarcar que esta Norma está diseñada para paneles de yeso hidrófugos y no es específica para hormigones.


67 de 101

Resistencia a flexión y compresión En la figura 33 se puede apreciar como el hormigón reciclado sigue las tendencias

que ya seguía cundo se sustituían los elementos tradicionales por los subproductos de forma individual, es decir, la resistencia a compresión sigue una tendencia a la baja mientras que la resistencia a flexión se mantiene o, en todo caso, se ve levemente mejorada con la sustitución (tendencia que se podía intuir en casos anteriores pero que no se apreciaba con la claridad con la que se aprecia aquí).

Figura 33. Propiedades mecánicas del hormigón totalmente reciclado respecto al estándar Resistencia a impacto

Para la resistencia a impacto de nuestro hormigón reciclado se midió el diámetro de la huella tras el impacto, según lo dictado en la Norma [UNE-EN 102035], obteniéndose un valor medio de 8,5 mm. Esta Norma dicta que la huella dejada por la bola no debe superar los 20mm en placas de cartón-yeso, por lo que el hormigón cumple ampliamente con las restricciones impuestas por esta Norma aunque so nea específica para este tipo de material. La huella dejada en el hormigón estándar fue de 7,125 mm de media, por lo que también cumpliría la Norma utilizada como referencia. Dureza superficial

El valor de la dureza superficial para el hormigón reciclado elaborado a partir de los subproductos de demolición es de 97 Shore C, un valor muy similar a los 91 Shore C del hormigón estándar. Vemos como a pesar de haber una sustitución total de la arena y la grava por los subproductos de la planta de reciclado de Alcorec la dureza no disminuye en el hormigón, sino que incluso se ve levemente incrementada.


68 de 101

Ensayo de resistencia al fuego Recordemos qué ocurría cuando sustituíamos los elementos tradicionales por los

subproductos de Alcorec. En el caso de la sustitución de la arena por árido fino reciclado obteníamos cada vez un hormigón reciclado con mejores propiedades frente al fuego. En el caso de la sustitución de grava por árido grueso reciclado obtuvimos que en la aptitud frente al fuego fue ligeramente inferior respecto a las del hormigón estándar. En este caso, como el elemento más abundante en la composición es el árido fino reciclado, es éste el que marca la tendencia final en cuanto al comportamiento frente al fuego, aunque dicho comportamiento se ve atenuado por la sustitución de grava por árido grueso reciclado. El resultado final es un hormigón reciclado cuyo comportamiento frente al fuego mejora en apenas 1 minuto al comportamiento frente al fuego del hormigón estándar (ver figura 34).

Puede observarse en la figura 34 la aparición de la meseta de evaporación que es la causante de la mejora del comportamiento ante el incendio. Dicha meseta es el resultado de la utilización del árido fino reciclado. No apareció el spalling durante el ensayo pero si comenzaron a crecer microgrietas al cabo de los días, dichas microgrietas dieron lugar a un hormigón más débil aunque en este caso no fueron lo suficientemente importantes como para deshacer el material. No se emitieron gases contaminantes durante el ensayo de incendios, solamente el ya mencionado vapor de agua que apareció en el resto de casos.



69 de 101

Ensayo de lixiviación EN 12457-4

En el caso de los residuos de demolición podemos encontrar una serie de límites específicos para este ensayo que restringen la utilización de éstos. Por ejemplo en Alemania existe un decreto específico [P. Grübl et al. de 1998] que trata acerca de la reutilización de los residuos de demolición para fabricar hormigón reciclado. Además de estos límites, someteremos a nuestro hormigón reciclado al resto de límites estudiados hasta el momento para tener una idea de la bondad de éste con respecto al resto de hormigones reciclados estudiados con anterioridad. Según lo dicho vamos a comenzar comprobando mediante la tabla 31 en que categoría ubica la Directiva Europea de Vertederos (EULFD) a nuestros dos subproductos.

Como se puede apreciar en la tabla 31, ambos subproductos serían clasificados

como inertes debido a que cumplen todas las restricciones impuestas a los distintos elementos químicos.

Una vez comprobado que no existe problema con nuestros subproductos a la hora de verterlos a un vertedero, vamos a clasificarlos según la legislación alemana (LAGA). Las especificaciones de dicha Norma distinguen entre tres tipos de residuos para ser usados en construcciones al aire libre: Z0, Z1 y Z2 como ya se vio en apartados anteriores. Recordar que una vez que uno de los elementos bajo examen no cumpla un límite el residuo pasará a ser evaluado para comprobar si corresponde al siguiente tipo de residuo. Veamos que ocurre con los subproductos de la planta de reciclaje de Alcorec de acuerdo a esta legislación en la tabla 32.

Límite Límite Límite

EULFD Inerte

EULFD No peligr.

EULFD Peligroso

Clasific. EULFD

AF (mg/kg)

AG (mg/kg)

Arena norm. (mg/kg)

Grava (mg/kg)

CP II (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) AF AG

Hg <0,005 <0,005 <0,005 <0,005 <0,3 0,01 0,2 2 I I Se <0,0025 <0,0025 <0,025 <0,025 <0,4 0,1 0,5 7 I I Sn <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,2 - - - - - Pb <0,015 <0,015 <0,015 <0,015 <0,3 0,5 10 50 I I Ba 0,17 0,3 0,82 0,23 3,13 20 100 300 I I Cd <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,03 0,04 1 5 I I Sb <0,01 <0,01 <0,015 <0,015 <0,2 0,06 0,7 5 I I Co <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,02 - - - - - Cr <0,02 0,18 <0,02 <0,02 4,36 0,5 10 70 I I V 0,29 0,29 <0,02 <0,02 <0,2 - - - - - As <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,3 0,5 2 25 I I Mo <0,02 0,09 <0,02 <0,02 <0,1 0,5 10 30 I I Ni <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,1 0,4 10 40 I I Zn 0,02 <0,01 0,00067 0,0002 1,05 4 50 200 I I Cu <0,015 <0,015 <0,015 <0,015 <0,03 2 50 10 I I



70 de 101

AF AG Arena norm. Grava CP II Límite LAGA Límite LAGA Límite

LAGA

(µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) Z0 (µg/L) Z1 (µg/L) Z2 (µg/L)

Hg <0,5 <0,5 <0,5 <0,5 <30 0,2 0,2-1 2

Se <0,25 <0,25 <2,5 <2,5 <40 - - -

Sn <1 <1 <1 <1 <20 - - -

Pb <1,5 <1,5 <1,5 <1,5 <30 20 40 40

Ba 17 30 82 23 313 - - -

Cd <1 <1 <1 <1 <3 2 2 10

Sb <1 <1 <1,5 <1,5 <20 - - -

Co <1 <1 <1 <1 <2 - - -

Cr <2 18 <2 <2 436 15 30 300-350

V 29 29 <2 <2 <20 - - -

As <5 <5 <5 <5 <30 10 10-40 40-100

Mo <2 9 <2 <2 <10 - - -

Ni <5 <5 <5 <5 <10 4 50 50

Zn 2 <1 0,067 0,018 105 100 100 100

Cu <1,5 <1,5 <1,5 <1,5 <3 50 50 50


Si analizamos ambos subproductos por separado podemos llegar a la conclusión de

que el árido fino reciclado es clasificado como Z1 y que podría ser clasificado como Z0 si no sobrepasara los límites para el Hg y el Ni, situación que podría darse ya que los valores registrados son realmente los valores de los niveles de detección de la máquina de ensayos utilizada y no el valor real del elemento en la muestra de hormigón analizada. El caso del árido grueso reciclado es diferente ya que para este subproducto el valor del Cr alcanza unos niveles de 18 µg/L sobrepasando el límite impuesto para los residuos del tipo Z0 y teniendo que ser clasificado como residuo del tipo Z1. Comentar que la arena sería clasificada como Z1, la grava como Z1 y el cemento Portland tipo II quedaría fuera de rango debido a su elevado contenido en Cr.

Ahora vamos a comparar los resultados del ensayo [EN 12457-4] recogidos en la tabla 33 con las normativas del País Vasco y Cataluña aunque estas estén solamente referidas a la utilización de escorias metalúrgicas y su posterior reutilización en el relleno de carreteras y obras civiles respectivamente, pero lo compararemos igualmente pare tener una idea orientativa de su posible uso en España.

Comencemos comparando todos nuestros materiales con la Orden Catalana. Tanto el árido fino reciclado como el árido grueso reciclado cumplirían todos los límites, al igual que ocurre con la arena y la grava. El cemento Portland tipo II no cumpliría con los límites impuestos para el Cr por lo que según la Orden Catalana no podría ser utilizado, este hecho sorprendente ya se ha comentado en otras ocasiones.

Respecto a la legislación vasca mencionar que los áridos reciclados vuelven a cumplir mientras que arena y grava quedarían fuera, eso sí, pendientes de ser analizadas con un aparato con un menor límite de detección, ya que los valores con los que supera los


71 de 101

límites impuestos son límites de detección y no valores exactos. El cemento Portland tipo II vuelve a quedarse fuera debido al elevado nivel de Cr que contiene. AF AG Arena norm. Grava CP II Límite OCVE Límite

PV (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)

Hg <0,005 <0,005 <0,005 <0,005 <0,3 0,01 -

Se <0,0025 <0,0025 <0,025 <0,025 <0,4 0,1 0,007

Sn <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,2 - -

Pb <0,015 <0,015 <0,015 <0,015 <0,3 0,5 -

Ba 0,17 0,3 0,82 0,23 3,13 20 17

Cd <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,03 0,04 0,009

Sb <0,01 <0,01 <0,015 <0,015 <0,2 0,06 -

Co <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,02 - -

Cr <0,02 0,18 <0,02 <0,02 4,36 0,5 2,6

V 0,29 0,29 <0,02 <0,02 <0,2 - 1,3

As <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,3 0,5 -

Mo <0,02 0,09 <0,02 <0,02 <0,1 0,5 1,3

Ni <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,1 0,4 0,8

Zn 0,02 <0,01 0,00067 0,0002 1,05 4 1,2

Cu <0,015 <0,015 <0,015 <0,015 <0,03 2 -

Tabla 33. Resultados del ensayo EN 12457-4 y límites de la Orden Catalana de Valorización de Escorias (OCVE) y la Vasca en mg/kg

Por último, pasamos a comprobar si nuestro hormigón reciclado es apto o no frente

al decreto alemán, pero antes de esto vamos a explicar el porqué de este ensayo. Hay que prestar especial atención ante la presencia de cloruros y la posibilidad de que se dé la reacción entre compuestos de naturaleza silícea y alcalina de los agregados del hormigón reciclado. Los límites máximos de los elementos a tener en consideración se definen en la tabla 34 y se van a comparar con los resultados obtenidos del ensayo RILEM realizado a nuestros subproductos y a los materiales tradicionales con los que elaboramos el hormigón estándar, de esta forma tendremos una referencia real de la viabilidad de la utilización de los residuos de demolición procedentes de la planta de reciclaje de Alcorec.

Elementos Límite Reciclado fino Reciclado

grueso Arena

normalizada Grava CP II

(µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L) (µg/L)

As 50 <5 <5 <5 <5 <30

Pb 100 <1,5 <1,5 <1,5 <1,5 <30

Cd 5 <1 <1 <1 <1 <3

Cr 100 <2 18 <2 <2 436

Cu 200 <1,5 <1,5 <1,5 <1,5 <3

Ni 100 <5 <5 <5 <5 <10

I 2 - - - - -

Zn 400 2 <1 0,067 0,018 105

Tabla 34. Comparación de los límites alemanes con los valores resultantes del ensayo RILEM en µg/L

para los subproductos de la planta de Alcorec y los materiales tradicionales


72 de 101

Como podemos ver, los subproductos de la planta de Alcorec cumplen ampliamente

todos los límites por lo que podrían ser perfectamente utilizados en la elaboración de hormigón reciclado en Alemania. Curiosamente, el cemento Portland tipo II no podría ser utilizado debido al elevado contenido en Cr y sin embargo se utiliza para la fabricación de hormigón por todo el mundo. Hacer notar que en nuestro análisis no se obtuvieron medidas del I por lo que el cumplimiento de dicho límite queda pendiente de un análisis de los materiales más concienzudo. Ensayo de lixiviación NEN 7345 Finalmente comprobaremos como lixivia nuestro hormigón reciclado con residuos de demolición mediante el ensayo [NEN 7345]. Es un ensayo holandés específico para los materiales de construcción con residuos. En él se analizan los contenidos de ciertas sustancias a las que se les ha impuesto un límite de lixiviación por el peligro de contaminación de los suelos [Building Construction Decree].

Tanto nuestro hormigón reciclado como el hormigón estándar fueron sometidos a dicho ensayo obteniéndose los resultados que se muestran en la tabla 35. Nuestro hormigón reciclado a base de subproductos de la planta de reciclaje de Alcorec cumple con todos los requisitos exigidos por el decreto de construcción holandés. Como se puede ver en la tabla 35 todos los elementos analizados cumplen los límites impuestos, por lo que en este caso, nuestro hormigón sería perfectamente utilizable en la construcción holandesa.

Norma Holandesa

Residuos demolición Estándar

mg/m2 As 41 0,1 0,1

mg/m2 Ba 600 ≤6,6 ≤2,9

mg/m2 Cd 1,1 ≤0,1 ≤0,1

mg/m2 Co 29 ≤0,1 ≤0,1

mg/m2 Cr 140 8,9 3,4

mg/m2 Cu 51 ≤0,2 ≤0,2

mg/m2 Mo 14 ≤2,7 1,7

mg/m2 Ni 50 ≤0,7 ≤0,7

mg/m2 Pb 120 ≤0,2 ≤0,3

mg/m2 V 230 ≤3,3 2,6

mg/m2 Zn 200 0,5 ≤0,1

mg/m2 Hg 0,43 ≤0,1 ≤0,1

mg/m2 Sb 3,7 ≤0,4 ≤0,4

mg/m2 Se 1,4 ≤0,4 ≤0,4

mg/m2 Sn 29 ≤0,3 ≤0,3

mg/m2 Cl 18000 1020,9 693,3

mg/m2 F 1300 ≤28,2 ≤26,0

mg/m2 SO42- 27000 24442,7 ≤2835,4

Tabla 35. Resultados del ensayo NEN para el hormigón totalmente reciclado de residuos de demolición y límites del ensayo holandés [NEN 7345]


73 de 101

Coeficiente de absorción acústica

Tras realizar la medida del coeficiente de absorción acústica en tubo de Kundt para las probetas del hormigón reciclado y hormigón estándar se obtuvieron los valores mostrados en la figura 35.

Se puede apreciar como el hormigón reciclado posee un mayor coeficiente de

absorción acústica para todo el rango de frecuencias.

Figura 35. Coeficiente de absorción acústica medido en tubo Kundt para el hormigón totalmente reciclado y para el hormigón estándar


74 de 101

3.3. Desarrollo de nuevas soluciones 3.3.1. Diseño de nuevas soluciones constructivas

Realizado el estudio a través del cual se han identificado las tres tipologías de fachadas

más empleado en Andalucía, y calculada la transmitancia térmica de estas soluciones, se concluye que de las tres soluciones de fachadas de doble hoja con cámara de aire no ventilada y aislamiento por el interior, la que presenta las características más propicias para emplear en la fabricación del prototipo es la que muestra su hoja interior de yeso laminado. Pues esta solución, además de presentar una baja transmitancia térmica (U = 0.751 W/ m² K), se encuentra ejecutada con placas de yeso de características formales y dimensionales similares a los nuevos materiales reciclados en fase de experimentación que se estudian en el presente trabajo. Ver figura 36.

Por todo lo expuesto se ha tomado la determinación de realizar esta solución para la construcción del prototipo, mediante el cual se podrá profundizar en el estudio del comportamiento de los nuevos materiales durante su puesta en obra así como en el estudio de las propiedades de dicho material cuando se somete a diversas acciones durante la construcción de la solución, con el fin de obtener datos concluyentes sobre la aplicación técnica del material desarrollado.

La solución de fachada de doble hoja representada es el prototipo está compuesta por: revestimiento exterior continuo de 1,50 cm. de espesor, hoja principal exterior de fábrica de ladrillo cerámico perforado de 11,5 cm. de espesor, cámara de aire no ventilada de 3 cm. de espesor, aislamiento térmico no hidrófilo adosado a la hoja interior del cerramiento y una hoja interior constituida a partir de las placas realizadas con el nuevo material reciclado de 1,5 cm. de espesor. Ver figuras 37, 38, 39.

Por tratarse de una solución con cámara de aire no ventilada la placa no puede

trasdosarse directamente al muro del cerramiento, debiendo utilizarse una estructura portante que permita la fijación de las placas de manera independiente al muro exterior.

El espesor mínimo que debe mantener la cámara de aire, como se ha especificado

anteriormente, es de tres centímetros, este espesor mínimo de la cámara se justifica por la necesidad de que el aislante térmico, adosado a la hoja interior del cerramiento, no entre en contacto con la hoja exterior del mismo, con el fin de evitar que el material se humedezca.

Figura 36. Fotografías de montaje de tabique

trasdosado de placas de yeso laminado.


75 de 101

Sección Longitudinal A-A’

Figura 37. Secciones longitudinal A-A’ de la solución constructiva


76 de 101

Sección Longitudinal B-B’

Figura 38. Secciones longitudinal B-B’ de la solución constructiva


77 de 101

Sec

ción

Tra

nsve

rsal


78 de 101

Debido a la necesidad técnica de mantener la separación física de tres centímetros entre las hojas exterior e interior del cerramiento, que configura la cámara de aire no ventilada, se ha de emplear una estructura metálica autoportante base de sustentación de las placas que conforman la hoja interior. Dicha estructura autoportante está compuesta por perfiles metálicos de dos tipologías a diferenciar:

- Los canales (ver figura 40): elementos de anclaje a suelo y techo de los perfiles verticales (o montantes) que soportan las placas, sus dimensiones oscilan entre los 48-73-90 mm Su anclaje sobre el soporte (suelo y/o techo) se realiza mediante tornillería, dichos tornillos se situarán como máximo a 60 cm y la distancia del primer tornillo al extremo del canal será como máximo de 5 cm. Bajo el canal inferior se colocará una junta o banda estanca que aísle del paso de las vibraciones y protege al canal de diversas agresiones, confiriéndole más estanqueadas y aminorando posibles puentes acústicos por desajuste en la uniones.

Figura 40. Canal. Sección y perspectiva

- Los montantes (ver figura 41): estos perfiles se sitúan encajados en los canales del suelo y techo mediante un giro y con una longitud de entre 8 a 10 mm más cortos que la luz entre suelo y techo, no van atornillados, excepto los llamados montantes fijos situados en los arranques y encuentros, los cuales se atornillan al canal mediante tornillo MM (Metal - Metal). Presentan unas dimensiones de 48-70-90 mm de sección y se colocan a una distancia entre ejes de 40 cm. Las perforaciones en su alma, distanciadas 50 cm entre sí, están ideados para permitir el paso de instalaciones.

Figura 41. Montante. Sección y perspectiva


79 de 101

Al tratarse de una estructura autoportante, además de estos perfiles, deberán colocarse elementos de arriostramiento al muro de cerramiento que den estabilidad a la estructura metálica (ver figura 42).

Figura 42. Elemento de arriostramiento Las placas se colocarán verticalmente, separadas del suelo de 10 a 15 mm, atornilladas cada 25 - 30 cm con tornillos PM (Placa - Metal), los cuales deben sobresalir 10 mm de los perfiles al atornillar (ver figuras 43-45). Los tornillos deben entrar perpendicularmente al plano de la placa a una distancia de los bordes laterales de 10 mm y de 15 mm de los bordes superiores e inferiores de la placa.

Figura 43. Atornillado de placas


80 de 101

Figura 44. Perspectiva de la solución constructiva

Figura 45. Perspectiva detallada de la solución constructiva


81 de 101

3.3.2. Descripción y características de los materiales empleados en la realización de los prototipos

El estudio sobre las soluciones de fachada tipo en Andalucía realizado como primer punto de la metodología seguida en este trabajo, nos desvela no sólo el camino hacia la creación de nuestra solución a partir del nuevo producto creado, sino que nos proporciona la información necesaria para concretar los materiales de construcción tradicionalmente empleados en Andalucía para la ejecución de fachadas de viviendas:

- Ladrillo cerámico - Mortero - Lana de roca como material aislante - Perfilería metálica de sustentación de la hoja interior

Uno de los epílogos clave para el desarrollo de la sostenibilidad en construcción es el

empleo de materiales tradicionales, cuya obtención no suponga un gran desplazamiento respecto al lugar de implantación, logrando así el menor impacto sobre el territorio. Ladrillo cerámico

No es necesario detallar la larga tradición histórica de utilización del ladrillo como

material de construcción en Andalucía, donde la abundancia de arcilla y presencia de bosques para la generación de leña favorecieron la fabricación de ladrillos cocidos de alto rendimiento, bien reconocidos desde la antigüedad por su calidad constructiva.

En la actualidad, dicha utilización como material de construcción tradicionalmente más

empleado en Andalucía sigue siendo una realidad, tal como ha podido demostrarse tras la identificación de las soluciones de fachadas más comunes en Andalucía, la cual muestra al ladrillo como el material más usado para la ejecución de fachadas de viviendas.

De la gran variedad tipológica de ladrillos cerámicos existentes en la actualidad, el más

usado para la ejecución de fachadas es el ladrillo hueco doble con dos hileras de perforaciones en su testa. Siendo esta tipología la seleccionada para la realización del prototipo, con unas dimensiones de 245 x 88 x 110mm.

Para la ejecución del prototipo se ha empleado el aparejo de soga con frecuencia de

repetición única y solapes de medio pié, tipología muy común para la realización de fábricas de medio pie para revestir.

Mortero

En la actualidad, el mortero de cemento Portland es el más empleado en construcción

desde su desarrollo a mediados del siglo XIX, a escala internacional. El mortero de cemento Portland ha sido el utilizado para la realización de la solución constructiva de fachada diseñada. Se ha empleado tanto como material de agarre de las piezas cerámicas que integran la fábrica de ladrillo que constituyen la hoja principal o exterior del cerramiento, como para la realización del enfoscado continuo que esta lleva por el exterior. (7)


82 de 101

La tipología de mortero realizada es la conocida como mortero de cemento, obtenido a base de arena, agua y cemento, en una proporción de una parte de cemento por cinco partes de arena y agua hasta conseguir una consistencia fluida de la pasta.

El enfoscado continuo es la tipología de revestimiento exterior para fábricas de ladrillos

más común, pues presenta propiedades tales como dureza, resistencia y durabilidad que lo convierten en el más propicio para realizar las funciones de piel exterior de protección del cerramiento, añadiendo a esto su bajo presupuesto de producción y ejecución.

Perfiles de acero galvanizado de sustentación de la hoja interior

A pesar de lo que pueda pensarse, el montaje de tabiquería interior a base de perfilería

autoportante y placas de yeso laminado no es un sistema nuevo, nació hace más de 100 años, en 1890, en los Estados Unidos. El sistema llegó a Europa en 1917, alcanzando un largo desarrollo a lo largo de toda Europa, llegando a considerarse en países desarrollados como un material de decoración y constricción básico y tradicional. [12]

En España dicha utilización es cada vez más y más extendida, tanto por su fácil y limpio

proceso de montaje, como por su relativa economía. Para la realización del prototipo se han empleado perfiles laminados de acero galvanizado para constituir la estructura portante de la hoja interior de cerramiento, sustituyendo las placas de yeso laminado por las nuevas placas realizadas a partir de residuos de biomasa. Dicha estructura portante se encuentra ejecutada mediante canales, perfiles un forma de U que constituyen la estructura horizontal de suelo y techo, y montantes, perfiles metálicos en forma de C que constituyen la estructura vertical portante que sirve de sustento directo a las placas que cierran el sistema. Lana de roca como material aislante

La lana de roca mineral es el material aislante común para soluciones de fachadas con

cámara de aire no ventilada. Su colocación se realiza en la parte interior de la cámara de aire del cerramiento, junto a la hoja interior del mismo, evitando en todo momento el contacto con la hoja exterior para que la lana de roca se humedezca, ya que perdería sus efectos aislantes, por lo que la cámara deberá permanecer estanca y libre de condensaciones.

Nuevos materiales desarrollados a partir de residuos

Se emplean dos nuevos materiales reciclados para la fabricación de paneles de yeso: PLARES (1-3) (desarrollado en trabajos previos de los investigadores que participan en el proyecto) y paneles de yeso con alto contenido de cenizas de centrales térmicas desarrollados dentro del presente proyecto.

Los materiales objeto de aplicación en el presente trabajo han sido desarrollados en

forma de paneles a partir de mortero, en cuya composición general encontramos cenizas, yeso y aditivos.

En primer lugar se han seleccionado las cenizas; de entre las cenizas analizadas, se ha optado por la ceniza volante de carbón de la central Térmica de la Barrios (Cádiz, Andalucía) (9), y la ceniza de orujillo de la Central Térmica de Las Lomas (Jaén, Andalucía) que se analiza por primera vez como material de construcción, aunque cenizas de centrales térmicas de biomasa han sido estudiadas en trabajos previos de los investigadores (1-3).


83 de 101

Preparación del las placas El método de fabricación consiste en la mezcla simple de los componentes del mortero

en una hormigonera hasta la obtención de una mezcla homogénea, a continuación se añade agua y se mueve nuevamente hasta la obtención de la pasta homogénea (relación agua/sólido = 0.5).

Una vez obtenida la pasta que constituye el mortero se vierte sobre los moldes de

encofrado, el desencofrado se realiza a las 24 horas y se cura a temperatura ambiente (temperatura medio: 20º, humedad relativa media: 45º) durante 28 días. Ver figura 46. Obtenidas las placas se le realizaron pruebas térmicas, de resistencia al fuego y mecánicas, con los resultados que se detallan a continuación.

Figura 46. Fabricación de las placas. Pasta en el molde de encofrado. [15] Caracterización de los materiales reciclados procedentes de cenizas de orujillo y de carbón

Los dos materiales objeto de aplicación en el presente trabajo han sido desarrollados en

forma de paneles de mortero de 60 x 60 cm y 1.50 cm de espesor, en cuya composición general encontramos cenizas, aglomerante y aditivos.

Los objetivos perseguidos con el desarrollo de estos nuevos productos son la creación

de nuevos materiales de construcción elaborados a partir de morteros compuestos por un alto porcentaje de residuos (> 50%p (porcentaje en peso)), que presenten una baja densidad (< 900 kg/m³), una alta resistencia al fuego (conferido por la alta proporción de cenizas en su composición), una resistencia a compresión superior a 1 MPa y, por último, un sencillo método de fabricación.

Para alcanzar los objetivos planteados los morteros se han fabricado con un 60%p de

cenizas, con vermiculita sin moler como aditivo y yeso como material aglomerante, por aportar mayor capacidad aislante manteniendo unas propiedades mecánicas aceptables. Para satisfacer que los materiales cumplieran una resistencia a compresión superior a 1 MPa se han reforzado con fibras, una parte en forma de fibra monofilamento de polipropileno que mejora su resistencia a compresión y otra parte en forma de malla de fibra de vidrio que incrementa la resistencia a flexión e impacto. Tras un estudio de las diferentes posibilidades (9) en función de las premisas anteriormente comentadas, se ha


84 de 101

optado por elegir las composiciones mostradas en la Tabla 36, de forma que ambas presentan la misma composición, diferenciándose solo en el tipo de ceniza (P1 = placa con ceniza de orujillo y P2 = placa con ceniza de carbón), de forma que será posible evaluar la influencia del tipo de ceniza en el grado de aislamiento de las fachadas.

Componentes P 1 (%) P2 (%)

Cenizas de orujillo 60 0 Cenizas de carbón 0 60 Yeso 30 30 Vermiculita sin moler 9.5 9.5 Fibra de vidrio monofilamento/ mallado 0.5 0.5 Relación agua/sólidos 0.45 0.42

Tabla 36. Composición de los morteros que forman los paneles

En la Tabla 37 se muestran la densidad y las principales propiedades mecánicas de las

placas desarrolladas, de forma que se comparan los valores obtenidos con los de la normativa correspondiente a paneles de yeso, el material más similar al desarrollado en este estudio (13).

Desde el punto de vista de la densidad las placas P1 pueden ser catalogadas como de

baja densidad (≤800 kg/m3, mientras que las P2 pueden ser catalogadas como de densidad media (entre 800 y 1100 kg/m3) (13).

Los ensayos de resistencia a compresión se han realizado según lo establecido por la

norma ASTM E 761-86 (15)], mediante una máquina de ensayo (Suzpecar, MEM-102 / 50t) con probetas cilíndricas de 40 mm de alto y 35 mm de diámetro. El resultado de la resistencia a compresión de las placas de cenizas de orujillo ha sido superior a la de las cenizas de carbón; la contribución de las fibras monofilamento de polipropileno ha tenido un efecto muy positivo en la resistencia a compresión de forma que casi ha triplicado estos valores respecto a la misma composición sin fibra en ambos casos (9).

Propiedades P1(14) P2

Densidad (kg/m³) 800 850 Resistencia a compresión (MPa) 1.2 0.8 Resistencia a flexión (MPa) 1.8 0.9 Dureza superficial (Shore C) 39 32 Resistencia al impacto (cm) 2.4 2.2 Conductividad térmica (W/mK) 0.25 0.33

Tabla 37. Análisis comparativo de las placas de cenizas de orujillo (P1) y las placas de

cenizas de carbón (P2) Los ensayos de la resistencia a flexión se han realizado según lo establecido en la

norma ASTM C 348-02 (16), mediante la misma máquina utilizada en los ensayos de resistencia a compresión, pero en esta ocasión con probetas de 4 x 4 cm de base y 14 cm de alto. Los resultados de la resistencia a flexión de las placas presentan un valor superior en el caso de la placa con ceniza de orujillo, y por encima de los 0.6 MPa que impone la norma (13) para productos de densidad media, ya que para productos de yeso de baja densidad no se especifican valores.

Debido al propósito de emplear las placas en el presente trabajo como material de

construcción, éstas podrían ser objeto de impacto, se hace necesario el análisis de la


85 de 101

dureza superficial del material, según lo establecido en la normativa EN 12859 (13), donde se especifica el método de resistencia a la penetración dado por la placa. La dureza superficial de las placas con cenizas de biomasa presentan nuevamente un valor ligeramente superior al de las cenizas de carbón, si bien los valores obtenidos son ligeramente inferiores al límite de 40 Shore C establecido en la norma (13) para materiales de baja densidad.. Este resultado muestra que el producto desarrollado puede soportar impactos superficiales (puntillas, taladro, etc.) sin presentar grandes riesgos de rotura.

La resistencia al impacto se ha medido de acuerdo con la normativa EN 12859 (13),

consistente en la medición de la impresión que aparece en el panel cuando éste se ve sometido al impacto de una bola de acero con un potencial de energía de 245 J. El resultado de la prueba de resistencia al impacto en las placas con cenizas biomasa es ligeramente superior al de las cenizas de carbón, siendo los valores obtenidos superiores al de otros productos comerciales (2.0 y 2.2 cm).

La conductividad térmica ha sido determinada acorde a EN 993-15, mediante la técnica

de hilo caliente paralelo (17), la norma EN 12859 especifica que para productos de baja densidad (<800 kg/m3) la conductividad térmica debe ser inferior a 0.26 W/mK, lo cual es satisfecho para P1, mientras que para productos de densidad media (entre 800 y 1000 kg/m3) deben de presentar valores inferiores a 0.39 W/mK, lo cual es también satisfecho por P2.

El ensayo de resistencia el fuego de las placas a sido realizado acorde a la EN-1363 (18)

en un horno capaz de simular un ensayo de resistencia al fuego acorde con la normativa existente (14), los ensayos han sido llevados a cabo en placas de 28 cm de alto por 18 cm de ancho y 2 cm de espesor (19). Con el objetivo de comparar los resultados obtenidos en estas placas con el de otros materiales ya empleados comercialmente, en la Figura 47 se muestran los resultados de otros dos materiales, uno compuesto de silicato cálcico (Comercial 1) y otro compuesto por yeso y vermiculita (Comercial 2) (19), tal y como se puede observar en la Figura 47, los materiales presentados en este trabajo presentan una resistencia al fuego del mismo orden que los ya empleados comercialmente.

0

30

60

90

120

150

180

210

0 5 10 15 20 25 30 35

Tiempo (min)

Tª cara no expuesta

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Tª cara expuestaTemperatura expuesta fuegoTemperatura cara no e xpuesta P1Temperatura en cara no expuesta P2

Temperatura en cara no expuesta Comercial 2Temperatura cara no expuesta Comercial 1

Figura 47. Resultados del ensayo de resistencia al fuego de P1 y P2


86 de 101

De los resultados obtenidos se extrae que el tiempo necesario para alcanzar los 180ºC en la cara no expuesta a la curva normalizada del fuego es de superior en las placas de cenizas de orujillo al de las de las cenizas de carbón, siendo la resistencia al fuego obtenida de estas placas similar e incluso superior a la de otros productos comerciales con similar aplicación (9).

Durante la realización del ensayo no se produjeron emisiones de gases nocivos,

manteniendo las placas la estabilidad mecánica, antes, durante y después del ensayo, tanto en la cara expuesta como en la no expuesta, sin que se apreciase pandeo en las mismas. Lixiviación

Con el fin de establecer un proceso de reutilización de residuos procedentes de la

combustión de biomasas en construcción, al no existir una legislación específica en España que establezca que ensayos y límites deben cumplir en esos ensayos los materiales de construcción que incorporan residuos, se ha optado por seguir los pasos establecidos en la legislación holandesa. El reciclado de materiales secundarios en el sector de la construcción es muy común en Holanda. Más del 10% de todos los materiales granulares usados en construcción en dicho país son materiales reciclados. El Soil Quality Decree (SQD) (20) contiene las reglas y procedimientos relacionados con el uso de dichos materiales. El objetivo de este decreto es prevenir la contaminación del suelo y de las aguas superficiales. El decreto obliga a la realización de un ensayo de lixiviación normalizado, tipo tanque, para materiales reciclados, el ensayo NEN 7345 (21).

Dado que las cenizas estudiadas es sólo uno de los componentes del producto (aunque

sea el mayoritario), se ha considerado razonable el prestar una mayor atención a la lixiviación del producto conformado frente a la de las propias cenizas. Así, en la Tabla 2 se muestran los resultados de las concentraciones de metales acumuladas según se indica en el ensayo NEN 7345 de las placas, el objetivo de este método es simular el lixiviado de componentes inorgánicos en materiales conformados y monolíticos en función del tiempo. El ensayo se realiza en un periodo de 64 días, manteniendo las probetas completamente sumergidas en fluido lixiviante (agua acidificada pH=4) y reponiendo el fluido cada cierto tiempo. Posteriormente, se miden las concentraciones de los componentes lixiviados en las distintas fracciones del eluato (lixiviado). El valor del pH al que tiene lugar la lixiviación viene determinado por el propio material. De los datos incluidos en la Tabla 38 se puede concluir que el producto analizado no presenta inconveniente para su aplicación en construcción, por lo que respecta a los metales, según la normativa holandesa SQD. El impacto ambiental del producto es mínimo, ya que en ningún caso se superan los límites del decreto, y además, una gran mayoría de los metales analizados se encuentran por debajo del límite de detección de la técnica analítica empleada.

Componente Sn As Hg Se Mo Sb Zn Pb Cd Co Ni V Cu Ba Cr

Acumulado P1 (mg/m2) <0,1 9.6 <0,05 <1 <2 <0,2 29 9.6 1.0 <0,1 1.9 2.5 51 17 45

Acumulado P2 (mg/m2) <0.11 <6.5 <0.05 1.21 2.5 0.39 11.7 3.8 <0,1 <0.1 <0.52 3.4 <0.3 <1.7 12.5

Límites SQD (mg/m2) 50 260 1.4 4.8 144 8.7 800 400 3.8 60 81 320 98 1500 120

Tabla 38. Resultado y límites de los metales para los lixiviados obtenidos en el ensayo

NEN 7345


87 de 101

3.4. Construcción de prototipos

Una vez diseñada la solución constructiva para la sujeción de las placas se procede al montaje de la misma con el fin de materializar el comportamiento del nuevo material en su puesta en obra, pudiendo obtener de esta manera datos indudables sobre la aplicación técnica del nuevo material desarrollado.

Los prototipos, como se ha expuesto en el anterior apartado del presente trabajo, está

compuesto por una hoja principal exterior de fábrica de ladrillo cerámico perforado de espesor 11.50cm, revestida por el exterior con un enfoscado de mortero continuo de 1.50cm de espesor, cámara de aire no ventilada de 3cm de espesor, aislamiento térmico de lana mineral adosado a la hoja interior del cerramiento y una hoja interior constituida a partir de las placas realizadas con los nuevos materiales reciclados de 1.5cm de espesor.

En primer lugar se ha realizada un pequeño forjado de hormigón que sirve como soporte

de la solución constructiva, sobre el que se ejecuta inicialmente el cerramiento exterior de fábrica de ladrillo cerámico hueco.

Fraguado el cerramiento de fábrica se procede a realizar la estructura metálica portante

que servirá de soporte a las placas que constituirán la hoja interior del cerramiento. Figura 48.

Primero se realizarán las perforaciones necesarias en el forjado para la sujeción del

canal, perfil metálico dispuesto en horizontal en el que encaja el montante. Entre el forjado y el canal se coloca una banda de neopreno estanca que permite asegurar el ajuste en la unión entre los elementos, confiriendo protección al canal.

Sujeto al canal se encaja en este el montante, perfil metálico dispuesto en posición

vertical sobre el que se sujetan las placas que configuran la hoja interior. Por tratarse de una estructura autoportante, además de la perfilaría ya dispuesta en la solución, se hace necesaria la colocación de alguna pieza de arriostramiento que permita asegurar la estructura metálica al cerramiento de fábrica cerámica exterior.

La pieza de arriostramiento se realiza disponiendo dos trozos de canal de 9.5cm cada

uno en ángulo recto y atornillando ambas piezas por sus laterales quedando ambas piezas sujetas a forma de escuadra. A continuación esta pieza se coloca atornillada al montante y al cerramiento cerámico, de forma que arriostra la estructura metálica proporcionándole estabilidad.

Ejecutadas la hoja exterior del cerramiento y la estructura metálica portante que sostendrán las placas, se procede a colocar el material aislante, lana mineral, entre la perfilería de la estructura, de tal madera que quede adosada a la hoja interior del cerramiento, evitando en todo momento el contacto con el cerramiento exterior.

A continuación, y como elemento final de la hoja interior del cerramiento, se atornillan

las placas a la perfilaría. Las placas, colocadas verticalmente y separadas del suelo 1cm, se atornilla al montante mediante tornillos Placa – Metal cada 25cm, a una distancia mínima de los bordes laterales de 1cm y de los bordes superiores e inferiores de 1.5cm. Figura 49.

En el prototipo se ha simulado la unión de dos placas en un mismo montante, esta

elección se ha realizado por tratarse de la unión más desfavorable, ya que las distancias entre la línea de atornillado y el borde lateral de la placa es mínima. De este modo se ha conocido dureza y resistencia de atornillado de las placas.


88 de 101

Para concluir el prototipo P1 falta la realización de una de las capas que constituyen la

solución constructiva del cerramiento, el revestimiento exterior. Esta capa se encuentra realizada sobre la parte exterior del cerramiento de fábrica de ladrillo, mediante un enfoscado continuo de mortero capaz de proporcionarle estanquidad a la fábrica. Figura 50.

El prototipo p2 se ha fabricado siguiendo la misma solución constructiva ya que el aglomerante y las dimensiones de la placa son idénticas. La diferencia radica en el residuo contenido, cenizas de centrales térmicas, ver figura 51.

Figura 48. Prototipo P1 en proceso de montaje. Forjado, cerramiento cerámico y estructura

metálica

Figura 49. Prototipo P1 en proceso de montaje. Sujeción de placas a la estructura


89 de 101

Figura 50. Prototipo P1, placas de yeso con alto contenido de cenizas de centrales térmicas

de biomasa

Figura 51. Prototipo P2, yeso con alto contenido de cenizas de centrales térmicas de carbón


90 de 101

Cuando nos planteábamos el diseño de la solución constructiva a realizar en el prototipo nos surgieron cuestiones que no teníamos la certeza de poder superar favorablemente, pues el material presentaba características de dureza y resistencia a flexión algo inferiores al material de las placas que hasta el momento se empleaban en este tipo de soluciones. Sin embargo, la puesta en obra del material no presentó los problemas que se temían, pues el corte de las placas se realiza de forma fácil, rápida y sencilla con una simple sierra y su atornillado se realiza directamente al perfil con relativa facilidad.

Tras la ejecución de los prototipos se ha podido comprobar el buen comportamiento de los nuevos materiales ante su puesta en obra, así como sus buenas propiedades a flexión y resistencia a la perforación incluso en las zonas más débiles como en las proximidades de las aristas y esquinas. Evaluación de las nuevas soluciones constructivas

Con la ejecución de los prototipos se ha demostrado el buen funcionamiento mecánico

de las placas y la validez del sistema de construcción elegido para estas nuevas placas creadas a partir de material reciclado, no obstante queda por determinar uno de los parámetros característicos de la envolvente térmica de los edificios, a través de la cual es posible cuantificar la capacidad de aislamiento de la fachada, la transmitancia térmica.

Para el cálculo de la transmitancia térmica de esta nueva solución constructiva se

emplea la misma formulación utilizada para el cálculo de la transmitancia térmica de la solución tipo cuya hoja interior se encuentra realizada con placas de yeso laminado U = 1/ (0.57 + RAT). Esta elección se basa en las muchas similitudes formales, constructivas y técnicas de las placas de yeso laminado con respecto las nuevas placas de material reciclado.

La nueva solución también está ideada para la comunidad de Andalucía, siendo

necesaria la concreción de la localidad para poder determinar los parámetros necesarios que son asignados a una determinada zona climática, siendo Sevilla la localidad propuesta para la realización del estudio. Se ha optado por una determinación a partir de valores tabulados, según los valores de la tabla D.1.- Zonas climáticas, Apéndice D_ Zonas Climáticas. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Sevilla = Zona climática B4.

Identificada la zona climática es posible conocer la limitación de la demanda energética

a través del valor de la transmitancia térmica, parámetro característico de la envolvente térmica del edificio, según Tabla 2.2. Valores límites de los parámetros característicos medios. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Zona climática B4 : Transmitancia térmica de muros de fachada UMlim = 0.82 W/m²k. No pudiendo superar las fachadas una transmitancia térmica superior al valor indicado, con el fin de evitar descompensaciones entre la calidad térmica de diferentes espacios.

Conocida la limitación que debe cumplir la transmitancia térmica y la zona climática, es

preciso calcular la transmitancia térmica de la nueva solución constructiva para conocer su comportamiento aislante y comprobar que se encuentran dentro de los límites establecidos por el Código Técnico.

El proceso de cálculo de este parámetro se encuentra detallado en el Apéndice E.

Cálculo de los parámetros característicos de la demanda. Documento Básico HE. Ahorro de energía. E.1 Transmitancia Térmica. E.1.1. Cerramientos en contacto con el aire exterior. (8).

- Cálculo aplicable a la parte opaca de los cerramientos en contacto con el aire exterior.


91 de 101

- Transmitancia térmica U (W/m²K) = 1/RT (1) - Resistencia térmica total de un componente construido por capas homogéneas

RT (m²K/W) = Rsi + R1 + R2 + … + Rn + Rse (2)

Donde Rsi y Rse son las resistencias térmicas superficiales correspondientes al aire interior y exterior respectivamente y R1, R2 y Rn son las resistencias térmicas de cada capa [m² K/W].

Las resistencias térmicas de las diferentes capas homogéneas que configuran las

soluciones constructivas sobre las que realizamos los cálculos están extraídas del Catálogo de Elementos Constructivos del Código Técnico, siendo necesario tan solo el cálculo de la capa de aislamiento en función de la conductividad térmica del aislante empleado y espesor del mismo.

La resistencia térmica de una capa térmicamente homogénea; R = e / λ (3) Donde e es el espesor de la capa (m) y λ es la conductividad térmica de diseño del

material, se calcula a partir de valores térmicos declarados según norma UNE EN ISO 10 156:2001. Materiales y productos para la edificación. Procedimientos para la determinación de los valores térmicos declarados y de diseño.

A continuación se determinará la transmitancia térmica de la nueva solución

constructiva descrita en el apartado anterior. Para este proceso de cálculo, se ha empleado la simplificación que facilita el Catálogo de Elementos Constructivos, en el que se enumeran todas y cada una de las capas que constituyen el cerramiento, incluyendo sus espesores, a excepción de la capa de aislamiento térmica, cuyo espesor depende del tipo de aislamiento a emplear, se proporciona la formulación de la transmitancia térmica (U), la cual engloba el sumatorio de las resistencias térmicas de las diferentes capas homogéneas que constituyen la solución, a excepción del aislamiento térmico, cuyo cálculo se realizará por separado.

Procedimiento de cálculo de la transmitancia térmica de la nueva solución constructiva:

Espesor del Aislamiento térmico según zonificación climática. Zona B = espesor e= 0.035 m (4) Conductividad térmica λ. Cálculo realizado según norma UNE EN ISO 10 156:2001. Para el cálculo de esta nueva solución constructiva se ha empleado el mismo tipo de

material aislante que en las tres soluciones tipo identificadas en el apartado 1.5.1 del presente trabajo, con el fin de obtener resultados comparables.

λ = 0,046 W/ m K (9) Resistencia térmica del aislamiento.


92 de 101

RTA = e / λ ; RTA= 0.761 W/ m² K (10) Transmitancia térmica de la solución constructiva. U = 1/ (0.57 + RAT) (11)

RE: Revestimiento exterior continuo e= 1,5 cm

LC: Hoja principal exterior de fábrica de ladrillo cerámico perforado o macizo e= 11,5 cm

C: Cámara de aire no ventilada

AT: Aislamiento térmico no hidrófilo por el interior. Lana Mineral

P: Placa de material reciclado (biomasa)e= 1,5 cm

0.794 W/ m² K ≤ 0.82 W/ m² K

La solución constructiva analizada cumple ya que no sobrepasa los límites establecidos

RE C

AT LC

P

U = 1/ (0.57 + RAT)

RAT = e / λ

Figura 52. Cerramiento de doble hoja con cámara de aire no ventilada, con su hoja

principal de fábrica de ladrillo y su hoja interior de material reciclado.

Esta fórmula pertenece a una simplificación aportada en el Catálogo de Elementos Constructivos del CTE para fachadas realizadas con placas de pladur, por ello al valor 0.57, correspondiente a la suma de las resistencias térmicas de los diferentes materiales que componen la solución hay que sustraerle la resistencia correspondiente a las placas de Pladur Rp = 0.0833 W/m²k y sumarle la resistencia térmica correspondiente a la placa realizada con el nuevo material reciclado Rm= 0.0577 W/m²k, obteniéndose una resistencia térmica:

U= 1/ (0.543 + 0.761)= 0.7943 W/m²K (17) Comprobación del valor obtenido con el valor límite de la transmitancia térmica

marcado por la Tabla 2.2. Valores límites de los parámetros característicos medios. Documento Básico HE. Ahorro de energía. Para la zona climática B4 : Transmitancia térmica de muros de fachada: UMlim = 0.82 W/m²K.

USolución constructiva 1 ≤ UMlim ; 0.7943 W/ m² k ≤ 0.82 W/ m² k (18) La solución constructiva analizada cumple ya que no sobrepasa los límites

establecidos.


93 de 101

El cálculo de la transmitancia térmica de estas nuevas soluciones constructivas se realiza a partir de la misma formulación utilizada para el cálculo de la transmitancia térmica de la solución constructiva tipo dos cuya hoja interior se encuentra realizada con placas de yeso laminado, dadas las muchas similitudes formales, constructivas y técnicas de dicho trasdosado con respecto a las nuevas placas de material reciclado.

U = 1/ (0.57 + RTA) [12]

A partir de esta fórmula simplificada se deducen las correspondientes a las nuevas placas de cenizas de orujillo y de cenizas de carbón respectivamente. Para ello, basta sustraerle al valor 0.57 m²K/W, correspondiente a la suma de las resistencias térmicas de los diferentes materiales que componen la solución, la resistencia térmica correspondiente a las placas de yeso Rplacas de yeso = 0.083 m²K/W y sumarle la resistencia térmica de las placas de cenizas de orujillo, Rplacas de cenizas de orujillo = 0.058 m²K/W, y de las placas de cenizas de carbón, Rplacas de cenizas de carbón= 0.054 m²K/W, respectivamente. De este modo, se obtienen las siguientes fórmulas para el cálculo de la transmitancia térmica de las nuevas soluciones constructivas propuestas:

U placas de cenizas de orujillo = 1/ (0.543 + RTA) [16]

U placas de cenizas de carbón = 1/ (0.540 + RTA) [17]

A continuación se lleva a cabo el cálculo de las transmitancias térmicas de las nuevas soluciones constructivas mediante el procedimiento expuesto en el apartado 3.1.2, el cual parte de la determinación del espesor del aislamiento térmico según la zonificación climática considerada.

Zona B = espesor e= 0.035 m [4]

Las transmitancias térmicas de las nuevas soluciones constructivas realizadas con las placas de material reciclado se calculan a partir de las siguientes expresiones:

U placas de cenizas de orujillo = 1/ (0.543 + RTA) = 0.794 W/m²K [16]

U placas de cenizas de carbón = 1/ (0.540 + RTA) = 0.797 W/m²K [17]

Finalmente, se aprecia que el comportamiento térmico de las nuevas soluciones constructivas elaboradas a partir de placas de materiales reciclados es ligeramente inferior al de la solución realizada con placas de yeso (U = 0.751 W/m2K) al ser sus transmitancias térmicas superiores; no obstante, cabe resaltar que dichas transmitancias térmicas se encuentran dentro de los límites establecidos por el CTE al no rebasar los 0.82 W/m2K.


94 de 101

3.5. Difusión de resultados Se han presentado los resultados en dos congresos: Alba Rodríguez M.D., Marrero Meléndez M., Leiva C., Vilches Arenas L., “AISLAMIENTO TÉRMICO Y RECICLAJE EN FACHADAS PARA REDUCIR EL CONSUMO ENERGÉTICO EN LAS VIVIENDAS DE ANDALUCÍA.” "3rd International Congress of Energy and Environment Engineering and Management (IIICIIEM2009"), Portalegre, Portugal, 25 al 27 de noviembre 2009. García Arenas C., Marrero M. *, Leiva C., Solís-Guzmán J., Vilches Arenas L. F., Fernández Pereira C., Vale Parapar J. and Ramírez-de-Arellano A. "FIRE RESISTANCE OF MORTARS AND CONCRETE CONTAINING FLY ASHES FROM COAL COMBUSTION IN POWER PLANTS", 1st International Conference on Construction and Building Research, Madrid, España, 2009.


98 de 101

Profesores de la Universidad de Sevilla Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica: Madelyn Marrero Meléndez, Doctora Ingeniera Industrial Mª Victoria de Montes Delgado, Arquitecta José María Calama Rodríguez, Aparejador, Doctor Arquitecto Antonio Ramírez de Arellano Agudo, Aparejador, Doctor en Economía Jaime Solís Guzmán, Ingeniero Industrial Escuela Técnica Superior de Arquitectura: Pilar Mercader Moyano, Arquitecta Escuela Superior de Ingenieros: Carlos Leiva Fernández, Doctor Ingeniero Industrial Luis Francisco Vilches Arenas, Doctor Ingeniero Industrial Constantino Fernández Pereira, Doctor Ingeniero Industrial José Francisco Vale Parapar, Doctor Ingeniero Industrial 5. Conclusiones

En el proyecto se han desarrollado nuevas soluciones constructivas de fachada que comienzan con el desarrollo de materiales de construcción reciclados. Para ello se han recogido residuos de construcción y de centrales térmicas, y se han preparado las probetas. Los nuevos productos presentan nuevos retos al plantearse residuos muy heterogéneos que necesitan una preparación singular. Se han desarrollado nuevos materiales, una vez analizadas distintas composiciones, unos obtenidos a partir de residuos de centrales térmicas de carbón y de carbón-coque, y un segundo grupo de materiales de residuos de la construcción. Debido al tamaño de las partículas de los residuos se ha optado por diseñar paneles de hormigón reciclado con los residuos más gruesos. Y por otro lado, en el caso de residuos finos como las cenizas de carbón y biomasa, se han desarrollado paneles de yeso. Tanto los residuos como el material terminado han sido sometidos a diversos ensayos, químicos, físicos, fuego, etc., obteniendo resultados que justifican su empleo en soluciones no estructurales.

También se han diseñado nuevas soluciones constructivas, partiendo de las fachadas más empleadas en Andalucía, y se ha montado los primeros prototipos utilizando material reciclado, que contiene residuos de la combustión de carbón y biomasa en centrales térmicas (material desarrollado por los autores en trabajos previos).

Los datos y resultados obtenidos en el presente trabajo permiten establecer las siguientes conclusiones:

- La utilización de los materiales desarrollados no representa ningún riesgo para el medio ambiente, pues se ha determinado a través de ensayos de lixiviación que a pesar del elevado contenido de material residual su impacto es mínimo.

- Comparando los valores de las propiedades mecánicas de las placas objeto de estudio en el presente trabajo, se extrae que las placas de cenizas de orujillo en general muestran unos valores ligeramente superiores de dichas propiedades mecánicas que las placas de cenizas de carbón, lo que se traduce en un mejor comportamiento durante el proceso de puesta en obra, tal como se demuestra tras la realización de los prototipos. La resistencia a


99 de 101

flexión y compresión de las placas de cenizas de orujillo permite su perforación y atornillado incluso en las zonas más desfavorables sin que se produzcan roturas en las mismas.

- La transmitancia térmica de las nuevas soluciones constructivas realizadas son ligeramente superiores a la solución realizada con placas de yeso. No obstante, ambos valores se encuentran dentro de los límites establecidos en el CTE para la zona climática B4 objeto de estudio por lo que cumplen con las limitaciones de demanda energética dispuestas en la normativa vigente.

- La implantación de estas placas en una solución plenamente integrada en el sistema constructivo de cerramiento, las convierte en un nuevo material económicamente competitivo dentro del mercado de los materiales de construcción además de representar un ahorro en la extracción de material prima ya que está formado mayoritariamente por residuos.

- El empleo de residuos procedentes de la combustión en centrales térmicas de orujillo y de carbón en nuevos materiales de construcción, como las placas para trasdosados interiores de cerramientos presentadas, supone un gran avance hacia la construcción sostenible ya que se consigue, al mismo tiempo, minimizar la explotación de los recursos naturales y fomentar el empleo de materiales reciclados en la fabricación de nuevos productos para el sector de la edificación.

En trabajos futuros se propone la realización de un nuevo prototipo a escala real, con los paneles ejecutados con cenizas de orujillo, que permita estudiar la viabilidad de este nuevo material. De este modo se conseguiría cotejar si es posible la fabricación y montaje de las placas a escala real y la viabilidad de introducir el nuevo material en el mercado de los productos de construcción, cuyo principal valor añadido estriba en los beneficios ambientales que incorpora, consiguiendo una reducción del consumo de recursos naturales y logrando así un menor impacto sobre el territorio.

El proyecto ha permitido desarrollar de forma coordinada los trabajos de los grupos de investigación en Reina Mercedes y la Cartuja con buenos resultados.


100 de 101

Referencias 1. Leiva Fernández, C., Gomez Barea, A., Vilches Arenas, L., Vale, J., Ollero P.,Fernandez-Pereira, C.: Use of Biomass Gasification Fly Ash in Lightweight Plasterboard. Energy & Fuels. Vol. 21. 2007. Pag. 361-367 2. Fernández Pereira, C., Vilches Arenas, L., Leiva Fernández, C., Vale Parapar, J., Olivares del Valle, J.: Coal Fly Ash-Containing Sprayed Mortar for Passive Fire Protection of Steel Sections. Materiales de Construcción. Vol. 55. Núm. 279. 2005. Pag. 25-37 3. Fernández Pereira C., Vilches Arenas L., Leiva Fernández C., Vale Parapar J.: Insulating Capacity of Fly Ash Pastes Used for Passive Protection Against Fire. Cement and Concrete Composites. Vol. 27. Núm. 7-8. 2005. Pag. 776-781 4. Ramírez de Arellano, A.; Solís Guzmán, J. Hormigones y morteros con áridos procedentes de residuos cerámicos XLV CONGRESO Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Publicación: Innovación, Ciencia y Tecnología de los Materiales Cerámicos y Vítreos. 2005 5. Ramírez de Arellano Agudo, A. y varios coautores. Gestión de residuos de construcción. 2005. España. Fundación Aparejadores. 6. Proyecto: Tratamiento y propuestas de reutilización de tierras, residuos mezclados, hormigones, materiales cerámicos y maderas Entidad financiadora: MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Entidades participantes: UTE ALCORES RECICLA - E.U. ARQUITECTURA TÉCNICA 7. Gari, J., Soto, S. (2005): Cerramientos verticales – fachadas. Ceac. Barcelona. 8. Catálogo de Elementos Constructivos del CTE. Ministerio de la Vivienda. Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. CSIC. Madrid, 2008. 9. Leiva, C.. Tesis: Desarrollo y especificaciones técnicas de productos ignífugos fabricados a partir de residuos industriales, para su uso como elementos constructivos de separación, Sevilla, 2006. 10. Leiva, C., Vilches, L.F.; Fernández-Pereira, C. Vale J. ‘Influence of the type of ash on the fire resistance characteristics of ash–enriched mortars’. Fuel 2005; 84: 1433-1439. 11. Vilches L.F., Leiva C., Vale J. Fernández-Pereira C. Insulating capacity of fly ash pastes used for passive protection against fire. Cement and Concrete Composites 2005; 27: 776-781. 12. Leiva C., Vale J.F., Vilches L., Fernández Pereira C. y Olivares del Valle J. “Obtención de Materiales Aislantes a Partir de Residuos de Procesos Térmicos que Utilizan Biomasa”, Nº Solicitud: 200401702, Nr de publicación: 2 245 895. 13. EN12859: 2001. Paneles de yeso: Definiciones, especificaciones y métodos de ensayo. 14. Leiva, C.; Vilches, L.F.; Vale, J.; Fernández-Pereira , J; “Fire-resistance of biomass ash panels used for internal partitions in buildings”. Fire Safety Journal. Vol 44 (2009), pp 622-628.


101 de 101

15. ASTM E 761-86: Compressive strength of the fire-resistive material applied to structural member, ASTM, USA 16. ASTM C 348-02: Standard test method for flexural strength and modulus of hydraulic cement mortars. ASTM, USA 17. EN 993-15: 1998. Métodos de ensayo para productos refractarios conformados densos. Parte 15: Determinación de la conductividad térmica por el método del hilo caliente (paralelo). 18. EN 1363-1:2000: Ensayo de resistencia al fuego. Parte 1: Requerimientos generales. 19. Vilches, L.F., Leiva, C., Vale, J., Olivares, J., Fernández-Pereira, C., 2007. Fire Resistance Characteristics of Plates Containing a High Biomass-Ash Proportion. Industrial Engineering Chemical Research 46 (14), 4824-4829. 20. Decree on Soil Quality. Staatsblad 2007. Besluit van 22 november 2007, houdende regels inzake de kwaliteit van de bodem (Besluit bodemkwaliteit). Staatsblad, 2007, nr 469. 21. NEN 7345: Leaching Characteristics of Soil an Stony Building and Waste Materials-Leaching test- Determination of the Leaching of Inorganic Components from Building and Monolithic Waste Materials with the Diffusion Test. 22. Mercader M.P., Marrero M., Solís J., Montes M.V., Ramirez A.; “Cuantificación de los Recursos Materiales Consumidos en la Ejecución de la Cimentación” Informes de la Construcción. Vol 62 (2010), pp 125-132 23. UNE EN ISO 10 456:2001. Materiales y productos para la edificación. Procedimientos para la determinación de los valores térmicos declarados y de diseño. (ISO 10456:1999)

Aislamiento y reciclaje para reducir el consumo …...Aislamiento y reciclaje para reducir el...

Documents

Transcript of Aislamiento y reciclaje para reducir el consumo …...Aislamiento y reciclaje para reducir el...