Tesis de Becarios-Tesistas de Investigacin del Ao 2010 ISBN: 978-950-42-0133-5

1. Introduccin

Desde hace varios aos la utilizacin de materiales reciclados ha ido cobrando una gran importancia, fundamentalmente orientando su empleo dentro de un sistema sustentable, si bien tambin se podra considerar un factor econmico, ya que muchas veces el reciclado implica ahorro en los costos. La gran variedad de estudios sobre agregados reciclados, como material para la elaboracin de hormigones, indica una gran tendencia hacia el empleo masivo de los mismos. Como ejemplo de esta afirmacin cabe mencionar la creacin de un grupo de trabajo del American Concrete Institute (ACI), que tiene como objetivo vincular a la tecnologa del hormign con el desarrollo sostenible fomentando bsicamente el tratamiento y la aplicacin de materiales sustentables. Considerando al hormign como el material de construccin ms utilizado, se vuelve inmediata la consideracin del alto consumo de materiales que ello implica, por lo que la necesidad de estudiar nuevos materiales o, an mejor, reciclar los ya utilizados resulta fundamental en el momento de lograr un incremento de la sustentabilidad en la tecnologa del hormign. Se debe tener presente que partiendo de un material de los llamados de primera generacin y que, tras un proceso de transformacin, se genera un insumo, que posteriormente, agotada su vida til luego de un proceso de produccin o servicio resulta en la generacin de un material de desecho, y si dicho material de desecho, despus de recorrer otro proceso de transformacin, generar un material distinto (de los llamados de segunda generacin); y ste es insertado nuevamente dentro de otro insumo (o en el mejor de los casos, dentro del mismo insumo del que proviene), el ciclo de vida de los materiales ser ms eficiente y acorde con el medio ambiente. Uno de los ejemplos ms favorables de un ciclo de vida sustentable es el empleo de agregados reciclados en reemplazo de agregados naturales para la elaboracin de hormigones. Se trata bsicamente de la trituracin de hormigones elaborados previamente, de distintas caractersticas. El presente trabajo tiene como objetivo evaluar el desempeo de vigas de hormign sometidas a flexin, variando los valores de los porcentajes de reemplazo del agregado natural por agregado reciclado.

2. Materiales empleados

En principio cabe destacar el procedimiento mediante el cual se obtuvo el agregado reciclado empleado para este trabajo. Se utilizaron los restos de las probetas cilndricas de hormign ensayadas a compresin, los cuales fueron triturados por una trituradora de mandbula. El material resultante se fue acopiando hasta lograr una cantidad lo suficientemente grande de manera de obtener resultados lo ms significativos posibles. Es importante mencionar que no se realiz ningn tipo de seleccin previa de las probetas ensayadas, ni por tipo de agregado ni por resistencia. Por lo tanto, se procedi a realizar un mezclado completo del material obtenido

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en la trituracin de manera de lograr agregados con una distribucin lo ms uniforme posible. [Foto 1] La trituracin de los restos de las probetas ensayadas a compresin se realiz durante dos meses y medio, durante los cuales el trabajo consisti principalmente en juntar el material a triturar y pasarlo por la trituradora manualmente, en pequeas cantidades. Esto se debe a que la mquina no permite colocar un gran volumen de material para triturar y por lo tanto, el rendimiento no es muy alto.

Foto N 1: Agregado reciclado

Una vez alcanzado el volumen deseado, se realizaron ensayos de granulometra, densidad, y se analizaron tres pastillas de diferentes fracciones bajo el microscopio.

2.1 Granulometras

La granulometra del agregado reciclado se muestra en la Tabla 1, si bien el tamao mximo resulta 3/8 se podra considerar en principio como agregado fino ya que la distribucin de partculas de tamaos inferiores resulta similar a ste, y contiene un 73 % en promedio de material que pasa el tamiz N 4. Se debe destacar que la clasificacin existente de agregados naturales en finos y gruesos no es de aplicacin directa en agregados reciclados, ya que se debe tener presente que estamos considerando la incorporacin de otro material que debera en un futuro ser contemplado en la normativa como tal.

Tamiz AberturaPulgada N Micrones Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio

3/8 9525 100 100 100 1004 4760 77 63 78 738 2360 44 35 46 42

16 1180 27 20 29 2530 600 19 15 21 1850 300 12 11 15 13

100 150 6 7 8 7

Agregado Reciclado (AR)

Tabla N 1: Granulometra del agregado reciclado

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Como agregado grueso natural se emple piedra partida grantica 6:20 y arenas argentina y oriental como agregados finos naturales. Las granulometras se indican en las siguientes tablas.

Tamiz Abertura Material[Pulgada

N] [Micrones]Piedra Partida Grantica 6:20

1 1/2 37500 1001 26500 100

3/4 19100 901/2 13250 643/8 9525 214 4760 18 2360 0,2

Tabla N 2: Granulometra de la piedra partida

Tamiz Abertura Material[Pulgada

N] [Micrones]Arena

Argentina3/8 9525 1004 4760 1008 2360 100

16 1180 9930 600 9450 300 66100 150 8

Tabla N 3: Granulometra de la arena argentina

Tamiz Abertura Material[Pulgada

N] [Micrones]Arena

Oriental3/8 9525 1004 4760 988 2360 94

16 1180 6930 600 2350 300 11100 150 2

Tabla N 4: Granulometra de la arena oriental

2.2 Anlisis de muestras bajo lupa binocular y microscopio petrogrfico

El principal objetivo fue fundamentalmente poder observar las distintas disposiciones entre agregado y mortero de cemento, es decir, determinar la existencia cualitativa de agregado reciclado conformado en parte por agregado natural-mortero, slo agregado natural o slo mortero de cemento. Como se mencion anteriormente las muestras provienen de la trituracin de probetas de distintos orgenes, dando generacin a una cantidad de agregado reciclado con aleatorias cantidades y tipos de agregados. El objetivo principal de este trabajo no es determinar la composicin mineralgica de los mismos,

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sino poder determinar las cantidades de mortero de cemento o roca de las partculas. El anlisis se realiz mediante lupa binocular modelo Olympus SZ 61 y microscopio petrogrfico Olympus BX 51 con luz polarizada, analizndose tres fracciones de los agregados: 3/8-4; 4-8; 8-16, cada una de las cuales fue incluida en una resina con superficie pulida. Como primera aproximacin se realiz la observacin bajo lupa, para poder tener un mayor campo de observacin y lograr identificar zonas de inters. La Foto N2 (obtenida mediante lupa) muestra las tres combinaciones en las cuales pueden estar conformadas las partculas de agregados reciclados.

Foto N 2: Agregado reciclado fraccin 3/8- N4

La partcula identificada como 1 est constituida solamente por mortero de cemento, que como caracterstica principal se puede destacar la elevada absorcin. Lo que representa una de las principales particularidades de los agregados reciclados, y de gran importancia al momento de dosificar ya que pueden producirse importantes variaciones en la trabajabilidad si no se la tiene en cuenta. La partcula 2 tiene la caracterstica de estar constituida tanto por agregado natural como por mortero de cemento, en la Foto N 2 se puede observar la distribucin y la interfaz entre los mismos. Los porcentajes de las partes varan muy ampliamente, siendo los extremos las partculas 1 y 3. Un ejemplo de esto se ve en la Foto N 3, en la cual se pueden observar una partcula compuesta principalmente por agregado natural y una pequea capa de mortero.

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Foto N 3: Fotografa tomada al microscopio, nicoles cruzados (NX), aumento 5x.Fraccin N8-16

Por ltimo, la partcula 3 de la Foto N 2 est formada solamente por un agregado natural cuya composicin mineralgica depender de la roca de origen. En este caso se trata de un granito formado por cuarzo, biotita y escaso feldespato. Las cantidades relativas de los diferentes tipos de partculas ser funcin de la calidad de hormign y del tipo de trituradora empleada. Debido a que se emplearon diferentes calidades de hormign para generar el agregado reciclado, se considera que la muestra tiene una distribucin aleatoria de estas partculas. Como se mencion anteriormente, en todas estas consideraciones debe tenerse en cuenta que la trituracin obtenida del hormign es de tamao mximo 3/8.

3. El ensayo a flexin

El mtodo utilizado para realizar el ensayo de traccin por flexin es aquel establecido en norma IRAM 1547 Ensayo de traccin por flexin, que consiste bsicamente en la aplicacin de una carga en los tercios de la luz a una viga simplemente apoyada. Las vigas se confeccionaron en base a dosificaciones que consideran porcentajes variables de reemplazo del agregado fino por agregado reciclado; desde 0% que se determin como muestra patrn, hasta 75% de reemplazo mximo; siendo el fin principal el de lograr una primera aproximacin del comportamiento a flexin del hormign con agregado reciclado. En el caso de la utilizacin de hormign en pavimentos, la resistencia caracterstica especificada por pliegos est dada en funcin de la resistencia a traccin debida a la flexin. En la dosificacin del hormign patrn se consider el cumplimiento con las especificaciones indicadas en la Direccin Nacional de Vialidad.

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Resistencia a flexin 4,5

Resistencia especificada Resistencia de diseofc [Mpa] fcr [Mpa]

Igual o menor a 20 fc + 7,0Mayor a 20 y menor 35 fc + 8,5Mayor que 35 fc + 10,0

Promedio37MPa

Resistencia a flexin de 4,5 MPafc

41,3336,0031,6436,32

Lmites

0,750,8

0,70

Hormign para ensayo a flexin

MPa

Frmula para determinar la resistencia a compresin

(0,70-0,80) fc[Mpa](0,70-0,80)fc[kg/cm2]

Tabla N 5: Resistencia diseo de la mezcla

Para la realizaron del hormign se utilizaron las dosificaciones indicadas, reemplazando 25%, 50% y 75% del agregado fino por agregado reciclado.

Materiales P (kg) P (kg) P (kg) P (kg)Agua 174 174 174 161Cemento 386 386 386 358Ag. Grueso 975 975 975 1050Ag. Fino (A) 147 210 210 247Ag. Fino (O) 63 210 421 577Ag. Fino ( R) 630 421 210 0Aditivo 3,4 3,2 3,2 3,2a/c= 0,45 75% 50% 25% H patrn

Tabla N 6: Dosificaciones utilizadas

Se moldearon probetas prismticas de 15 cm x 15 cm x 53 cm [Foto N 4], las cuales fueron desmoldadas a las 24 horas y colocadas en cmara hmeda. Todas las vigas fueron ensayadas a 7 das.

Foto N 4: Vigas de hormign reciclado en estado fresco

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Adems, se moldearon 3 probetas cilndricas de 15 cm x 30 cm por cada dosificacin con el fin de tener valores de referencia de la resistencia a compresin. Las mismas fueron moldeadas conjuntamente con las vigas, y luego de 24 horas desmoldadas y colocadas en cmara hmeda. Todas las probetas se ensayaron a la edad de 7 das, los resultados obtenidos permitieron observar que el reemplazo de agregado reciclado hasta el 50% no produca variaciones significativas en la resistencia a compresin del hormign, sin embargo un porcentaje mayor resultaba en reducciones considerables.

4. Dispositivo y procedimiento de ensayo

El ensayo se realiz en un prtico de carga, Foto N 5, y se registraron los datos mediante una celda de carga de 30tn capturndolos con un software que permite almacenar los valores de carga y tiempo.

Foto N 5: Prtico de carga

Las vigas fueron colocadas de manera que la aplicacin de la carga se realice en una cara lateral a la posicin de moldeo y apoyadas sobre pedestales metlicos que se comportan como apoyos simples. Para una distribuir la carga a los tercios de la luz se coloc una placa metlica de 25mm de espesor que representa el elemento rgido que figura en la norma. A su vez, se tomaron las precauciones necesarias para que las vigas se encuentren centradas y niveladas. Se marcaron en las caras laterales el tercio medio de la luz para corroborar que la seccin de rotura cumpla con la indicacin de la norma en la cual se establece que si la fractura se produjera en el tercio medio de la luz el ensayo debe descartarse. [Foto N 6]

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Foto N 6: Elementos de transferencia de carga y apoyos.

Todas las vigas fueron ensayadas siguiendo este procedimiento, para garantizar la homogeneidad de los resultados obtenidos.

5. Resultados obtenidos

Con los valores de registrados mediante la celda de carga se calcul la resistencia a traccin por flexin utilizando la frmula indicada en la norma:

2hb10LQR

=

donde: R = mdulo de rotura [Mpa] Q = carga mxima registrada [daN] L = luz entre apoyos [cm] b = ancho medio de la probeta [cm] h = altura media de la probeta [cm] Recordando la teora de la resistencia de materiales clsica se puede deducir la frmula indicada anteriormente de la siguiente manera:

Figura N1: Diagrama de esfuerzos solicitantes

w

Mflt =

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donde: M = Momento mximo solicitante w = mdulo resistente Luego:

6hb3L

2P

2

= =

6hb

6LP

2

= 2hbLP

=

Nota: el dividendo 10 que figura en la norma tiene en cuenta el pasaje de unidades.

A continuacin se muestran los resultados obtenidos, en los grficos se representa la variacin de la tensin en el tiempo. [Grficos 1,2, 3 y 4]

Resistencia a flexin (patrn)

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,5

0 10 20 30 40 50Tiempo[seg]

Res

iste

nc

ia[M

Pa]

Grfico N 1 : Resistencia a flexin del hormign patrn

Resistencia a Flexin (25% reemplazo)

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65Tiempo [seg]

Resi

sten

cia

[MPa

]

Grfico N 2 : Resistencia a flexin del hormign con 25% de reemplazo

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Resistencia a flexin (50%AR)

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,5

0 10 20 30 40 50Tiempo [seg]

Re

sis

ten

cia

[MPa

]

Grfico N 3 : Resistencia a flexin del hormign con 50% de reemplazo

Resistencia a flexin (75%AR)

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,0

0 10 20 30 40 50 60Tiempo [seg]

Res

iste

nci

a[MPa

]

Grfico N 4 : Resistencia a flexin del hormign con 75% de reemplazo

Se puede observar en los grficos que en todos los ensayos los resultados se mantuvieron en un rango de valores, la excepcin es el caso del reemplazo del 75% en el cual una de las vigas alcanz una resistencia muy superior en relacin a las otras dos. Todas las vigas ensayadas presentaron la fractura dentro del tercio medio de la luz, por lo que no fue necesario descartar ningn resultado. [Foto N 7]

Foto N 7 : Vigas ensayadas