1

Utilización desubproductos en la construcción

Posibilidades de los hormigonescon áridos reciclados

Enric VàzquezDoctor en Ciencias. Catedrático deUniversidad. ETS. Ingenieros de Caminos deBarcelona. UPC

Sostenibilidad

Report N.U. (Brundlandt)Desarrollo sostenible: el que cubre las necesidades de la generación actual sin poner en peligro las necesidades de las generaciones futuras.- Medio Ambiente- Aspectos Sociales- Aspectos económicos

2

Construcción Sostenible

Una forma de proyectar y construir que permita la salud humana y esté en armonía con el medio ambiente.

Durable (resistir sin pérdida de funcionalidad en un cierto tiempo)

Sostenible (propiedad de un material una construcción o un elemento constructivo que no afecta a los seres vivos, el uso de materias primeras, la energía, la creación de residuos etc.

CONSTRUCCIÓN

- Un elemento principal es armonizar el proyecto y la elección de los materiales de construcción.

- Chain management de la construcción es dirigido por el ciclo de los materiales de construcción.

3

Medidas

MÁXIMO CIERRE DE LOS CICLOS, EN RELACIÓN A LAS MATERIAS PRIMAS

- Reducir el uso de materias primas no renovables.

- Promocionar el uso de materias primas renovables.

- Promocionar el uso de materias o materiales secundarios.

Medidas

PREVENIR LA CREACIÓN DE CORRIENTES DE RESIDUOS. PROMOCIONAR EL USO DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN DEMOLICIÓN (RCD’s)

- Reducir el volumen de residuos en la construcción.- Recolección separada de residuos “químicos”.- Reutilizar los RCD’s.

4

EjemploEn el Reino Unido se consumen en la construcción:

- 7 t/habitante/año de materias primeras.- 1,7 t de residuos por apartamento construido.- 50% de la emisión total CO2 ligada a la

construcción.La construcción puede consumir gran cantidad de residuos.

Material primarioConstrucción Demolición

Renovación

Ejecución Ejecución

Residuos Residuos

Reciclado en el mismo sitio Transporte

Separación

Reciclado de áridos/cerámicos Reciclado de otros materiales

Recuperación de energía Material para relleno

Incineración en sitio

5

350600 - 69035 - 40 58Italia

3107102.53.5Irlanda

500870 – 93013 - 1415Holanda

300--10Grecia

460340 – 45020 - 2556Francia

6203201.65Finlandia

460460 – 10002.3 - 55.2Dinamarca

350700 – 8007.8 - 810Bélgica

Residuos sólidos urbanos en Kg/cap/año

C&D en Kg/cápita/año

C&D en millones de

t.

Población en millonesPaís

390607 - 918221 - 334364UE total

4302860227.7Austria

360840 – 190052 – 12079Alemania

3701401.28.5Suecia

350880 – 122050 – 7057UK

320280 – 56011 – 2239España

300--10Portugal

45066702.70.4Luxemburgo

Residuos sólidos

urbanos en Kg/cap/año

C&D en Kg/cápita/año

C&D en millones de t.

Población en

millonesPaís

6

60Austria

60Bélgica

55 ↑Alemania

80Dinamarca

30Finlandia

15 – 20Francia

60UK

10 objectiu el 25España

10 objectiu el 40Catalunya

No hay datosPortugal

90Holanda

30Noruega

10Italia

% C&D RECICLADOPAÍS

PLAN 2006 CATALUNYA

Objetivo:

40 % RECICLADO

7

Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN)

Incremento de demanda de áridosDéficit de áridos naturales

- ▲ distancia a las canteras → ▲coste del transporte.- Expansión zonas urbanas.- Protección medioambiental

▲Demoliciones- Incumplimiento de nuevas reglamentaciones.- Cambio de Función.- Deterioro, etc.

Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN)

Rechazos de producción- Especimenes de pruebas.- Hormigón premezclado fuera de especificación.- Productos que no llegan a ser comercializados.

Eliminación de desechos- ▲de restricciones ambientales.- Prohibición de vertederos mixtos.- Disposiciones gubernamentales para vertederos y tratamiento

de deshechos.

8

Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE FAVORECEN)

Optimización del uso de recursos- Selectividad de usos.- Ahorro de energía.

Desagravio en desastres- Sismos- Erupción volcánica.- Conflictos armados.- Desastres industriales.- Inundaciones.

Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE LIMITAN)

Recursos vírgenes baratos y accesiblesEliminación de deshechos ilimitada y barataDemolición no diseñada para la recuperación de materialesInexistencia de normas que reglamenten la utilización de material reciclado en la industria de la construcción

9

Reciclado de Materiales de Construcción (FACTORES QUE LIMITAN)

Falta de legislación en el reciclado, recuperación, abastecimiento, destino, proceso de reconstrucción y responsabilidad de los usuarios de estos materiales reciclados.Coste de inversión y operación del proceso.

++++HORMIGÓN- Como suplemento

+

+

+

+

+

+

+

Construcción de carreteras

-Subbases

-Hormigones pobres y gravaligante hidráulico (cemento + cenizas + cemento, cenizas + cal)

Aplicación

ARA(arena)

ARC(cerámico)

ARM(mixto)

ARH(hormigón)

Tipo de agregado reciclado

10

Capacidad: 50-200 t/h (cerca de 100 t/h en promedio)Cerca de 100-150 millones t/a

32-45 million t.= cerca de 33%

En el presente, cerca de 40.000 t/a

20-200.000 t/a

30.000 t/a en promedio

Plantas de machaqueo y cribadoCapacidad disponible

Utilización de la capacidad

Materia procesada por cada plantaPlantas separadoras

Utilización de la capacidad

1000 plantas de reciclaje100 plantas separadoras

Reciclado de residuos de C&D en Alemania

máx. 10% otros áridosmáx. 5% mezcla asfáltica

min. 50% material con dens. seca > 2.100 Kg/m3.max. 50% material con dens. seca > 1.600 Kg/m3.

Agregado reciclado mixto

máx. 15% otros agregadosmáx. 10% mezcla asfáltica

min. 85% cualquier material cerámico o pétreo, densidad seca > 1600 Kg/m3

Agregado reciclado de Cerámica

máx. 10% otros agregadosmáx. 5% mezcla asfáltica

min. 80% hormigón triturado o piedra, densidad seca > 1.600 Kg/m3

Agregado reciclado de Hormigón

Componentes Sec.

Principal Componente

11

Proposed concrete recyclingsystem

12

Propiedades de los áridos reciclados

Granulometría

Forma, textura superficial

2.392.291.912.02IF =

Gravilla recic.Gravilla conv.Grava recic.Grava conv.

Propiedades de los áridos reciclados

Mortero adherido- Análisis de láminas pulidas

- Separación química (ácido clorhídrico)

- Tratamiento térmico (Saturación del árido, aquecimiento a 500ºC, resfriamiento en agua fría, separación del árido convencional-mortero viejo, tamizado húmedo y secado con estufa.

Densidad, absorción

Coeficiente Los Angeles

13

aa

aaa

14

Requerimientos para la aplicación a hormigones

→ LIMITACIÓN DE CONTAMINANTESQue puedan influir en el fraguado del cementoCorrosión de armaduras (Cloruros)Hinchamiento por absorción humedad (p.e. madera)Formación de etringita (yeso)Reacción alcali-arido (vidrios PYREX)Descensos de resistencia (mezcla asfáltica)

Permeabilidad árido > Permeabilidad mortero

Hipótesis de frente de carbonatación para árido más poroso que el mortero nuevo

15

Permeabilidad árido = Permeabilidad mortero

Hipótesis del frente de carbonatación cuando la permeabilidad del árido es igual a la del mortero

Permeabilidad árido < Permeabilidad mortero

Hipótesis del frente de carbonatación para permeabilidad del árido menor que la del mortero

16

20.422.2

1.00.8

26702670

5-1212-20

Árido natural

613925

41.437.031.5

8.75.73.7

234024202940

4-88-1616-32

Árido reciclado (a/c=1.2)

Vol. mortero adherido

Los Ángeles % pérdida

Absorción de agua %

Peso espSSS

Tamaño frac. mm.

Tipo de árido

5-12

4-88-1616-32

4-88-1616-32

4-88-1616-32

6250

643928

583835

000

7.57.0

8.75.44.0

8.55.03.8

3.71.80.8

29.530.9

24202430

Árido reciclado (a/c=0.5)

32.629.225.4

235024402480

Árido reciclado (a/c=0.7)

30.126.722.4

234024502490

Árido reciclado (a/c=0.4)

25.922.718.8

250026202610

Grava natural original

Composición de la Mezcla

1.53 ®

1.22 ®

0.92 ®

1.74

1.39

1.05

Gravilla

2.68

1.94

1.21

2.68

1.94

1.21

Arena

0.641.84 ®1NormalHormigón Reciclado

Rn

0.521.37 ®1RicoHormigón reciclado

Rr

Ac/CGravaCementoNivel de resistencia

Árido gruesoHormigón

Hormigón Reciclado

Caliza

Caliza

Caliza

0.83

0.66

0.53

0.40

1

1

1

1

2.29 ®PobreRp

2.6PobreHp

2.09NormalHn

1.57RicoHr

Hormigón pobre C < 300 Kg/m3

Hormigón normal 300 Kg/m3 < C < 400 Kg/m3

Hormigón rico C > 400 Kg/m3

17

a

0.88

0.80

0.77

0.82

E/E est

335802941638.1HO

E est(CEB) (mpa)

E (mpa)fc28 (mpa)Referencia

32.5

44.2

48.0

31649

35284

36267

25294Rp

27158Rn

29861Rr

18

Hormigón con distintos % de sustitución (Siempre sin 0/4mm)

La resistencia = hasta el 20-30%El módulo ≈ hasta el 20-30%La fluencia = hasta el 30% La retracción = hasta el 30%Carbonatación depende del % de cemento La permeabilidad = hasta el 20%

ConclusionesExclusión de la fracción 0/4 o 0/2 mm→Encontrar aplicaciónEstructural hasta el 20%, vigilar (árido-alcali), cemento bajo en alcalinosNo estructural se puede sustituir toda la fracción superior a 4 mmPosible Grava–Cemento y hormigón compactado con rodilloÁrido con mezcla de cerámica → Hormigón no estructural

1

UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS SIDERÚRGICOSSIDERÚRGICOS

Eficacia e Impacto AmbientalEficacia e Impacto Ambiental

Dr. Enric Vàzquez Ramonich

Catedrático de la ETS Ing. Caminos de Barcelona UPC

Una oportunidad para ahorrar Una oportunidad para ahorrar recursos naturalesrecursos naturales

Escoria de Acero de Horno de Arco EléctricoEscoria de Acero de Horno de Arco Eléctrico

ÁRIDO SIDERÚRGICO ÁRIDO SIDERÚRGICO En nuestro entorno 400.000 t/añoEn nuestro entorno 400.000 t/año

Procesado

2

COMPOSICIÓN QUÍMICACOMPOSICIÓN QUÍMICA

2,60Cr2O30,14%0,14%Cal libreCal libre

2,86MgO23,62CaO

7,67Al2O30,27TiO2

10,55SiO26,07MnO

0,33P2O535,31Fe2O3

3

Propiedades técnicas de los Propiedades técnicas de los áridos siderúrgicosáridos siderúrgicos

Ensayo Los Ensayo Los AngelesAngeles UNE EN 1097UNE EN 1097--22

Árido siderúrgico 10/20Árido siderúrgico 10/20 16,8%16,8%Árido siderúrgico 4/10Árido siderúrgico 4/10 18,1%18,1%

Ensayo de pulimento acelerado CPAEnsayo de pulimento acelerado CPA (NLT (NLT 174/93)174/93)

Árido siderúrgico Árido siderúrgico CPA = 0,56CPA = 0,56

ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA UNE EN 1744UNE EN 1744--11

Densidad aparente de las partículas Densidad aparente de las partículas 3,50(g/cm3)3,50(g/cm3)AbsorciónAbsorción 1,0%1,0%Contenido de magnesio expresado en Contenido de magnesio expresado en MgOMgO 3,15%3,15%Tiempo total de vapor Tiempo total de vapor 24 horas24 horasExpansión 24 h (%)Expansión 24 h (%) 0,14%0,14%

Según la norma UNESegún la norma UNE--EN 13242, “Áridos para capas granulares y EN 13242, “Áridos para capas granulares y capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas capas tratadas con conglomerantes hidráulicos para uso en capas estructurales de firmes” el árido siderúrgico ensayado se clasiestructurales de firmes” el árido siderúrgico ensayado se clasifica fica como de categoría V5.como de categoría V5.

4

0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[Hg] (mg/Kg)

0,06<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[Sb] (mg/Kg)

0,5<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[As] (mg/Kg)

0,5<0,01<0,010,020,01<0,01<0,01[Pb] (mg/Kg)

0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1[Se] (mg/Kg)

0,5<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1[Cr] (mg/Kg)

0,4<0,2<0,2<0,2<0,2<0,2<0,2[Ni] (mg/Kg)

2<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1<0,1[Cu] (mg/Kg)

0,04<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01<0,01[Cd] (mg/Kg)

4<0,2<0,2<0,2<0,2<0,20,33[Zn] (mg/Kg)

0,50,2050,220,270,2950,230,31[Mo] (mg/Kg)

209,1657,3658,4158,2659,2311,105[Ba] (mg/Kg)

80048,136,89579,19580,82554,80579,875[SO=4] (mg/Kg)

100072,79558,6577,881,14565,03100,16[Cl-] (mg/Kg)

10<10<10<10<10<10<10[F-] (mg/Kg)

10,7210,53511,33510,97511,1110,975pH

329377465,5383,5398388,5Conductividad(µS/cm2)

Límite (mg/Kg)

“C4”“C2”“B4”“B2”“A4”“A2”

5

TRAMO EXPERIMENTAL CELSATRAMO EXPERIMENTAL CELSA

TRAMO EXPERIMENTAL CELSATRAMO EXPERIMENTAL CELSA

6

Ensayo de deformación plástica en pista (NLT 173/84)

Origen de la mezcla: Extendedora obra Temperatura de ensayo: 60ºCPresión de contacto: 900KN/m2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

tiempo (min)

Def

orm

ació

n (m

m)

Gráfico 4: Deformación plástica mediante pista de ensayo en laboratorio

7

Valores de la Orden Circular 5/2001 de la Valores de la Orden Circular 5/2001 de la Dirección General de Carreteras para mezclas Dirección General de Carreteras para mezclas

bituminosas con un tipo de tráfico T00bituminosas con un tipo de tráfico T00

< 25%< 25%21,3%21,3%Resistencia perdida en Resistencia perdida en inmersiinmersióón compresin compresióónn

<12 <12 µµmm/minmm/min3,3 3,3 µµmm/minmm/minVelocidad de deformaciVelocidad de deformacióón n en intervalo 105 a en intervalo 105 a 120min.120min.

> 15%> 15%16,03%16,03%% huecos en % huecos en ááridosridosEntre 4% y 6%Entre 4% y 6%5,8%5,8%% huecos en mezcla% huecos en mezcla

Entre 2mm y 3 Entre 2mm y 3 mmmm2,1 2,1 mmmmDeformaciDeformacióónn

>15 KN>15 KN17 KN17 KNEstabilidadEstabilidadProyecto mezclaProyecto mezcla

>0,55>0,550,560,56CPACPA

<20%<20%AS.10AS.10--20 = 16,8%20 = 16,8%AS. 4AS. 4--10 = 18,1%10 = 18,1%

Los Los AngelesAngelesPropiedad de Propiedad de ááridosridos

Orden Circular 5/2001Orden Circular 5/2001ÁÁrido siderrido siderúúrgicorgico

Coeficiente de fricción TRRL (6 meses)

Mezcla con árido siderúrgico= 63

Mezcla con árido granítico = 62

8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 25 31,5 40

Tamices de abertura cuadrada (mm)

% a

cum

ulad

a qu

e pa

sa

ASC 0411-30 ZA 25s ZA 25i ZA 40i ZA 40s

9

4,9 %5,034,69Expansión 168 h (%)

0,70%0,800,59Expansión 24 h (%)

2,4402,260Lectura 168 h (mm)

0,4400,330Lectura 24 h (mm)

0,060,05Lectura inicial (mm)

1638,31631,4Volumen inicial de escoria (cm3)

25,025,1Contenido de huecos del conjunto (%)

2,742,73Densidad aparente conjunto compactado (g/cm3)

Media2ª det.1ª det.

168 horasTiempo total de vapor

4,67 %Contenido total de magnesio expresado como MgO en %

3,65(g/cm3)Densidad aparente de las partículas

“ASC 0411_30 total”

Composición química AS 0/40Composición química AS 0/40

1,92Cr2O30,87%0,87%Cal libreCal libre

4,04MgO31,11CaO

8,84Al2O30,51TiO2

13,23SiO25,19MnO

0,36P2O528,95Fe2O3

10

UTILIZAR ESTOS ÁRIDOS UTILIZAR ESTOS ÁRIDOS REPRESENTA:REPRESENTA:

Ahorrar recursos naturales.Ahorrar recursos naturales.Ahorrar el vertedero.Ahorrar el vertedero.Tener buenas propiedades técnicas en su Tener buenas propiedades técnicas en su utilización.utilización.Comportamiento ambiental correcto.Comportamiento ambiental correcto.

RECICLARRECICLAR

UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS UTILIZACIÓN DE ÁRIDOS SIDERÚRGICOSSIDERÚRGICOS

Eficacia e Impacto AmbientalEficacia e Impacto Ambiental

Dr. Enric Vàzquez Ramonich

Catedrático de la ETS Ing. Caminos de Barcelona UPC

1

Formigó ReciclatFormigó Reciclat

ProcésProcés de de TransformacióTransformació de Material de Material d’Enderrocd’Enderroc en en GranulatGranulat de de FormigóFormigó ReciclatReciclat

Enderrocd’unaestructura de formigó

PlantaRecicladora

Granulat de FormigóReciclat

20% de GFR

80% de Granulat Natural

Ciment

Aigua

FORMIGÓ

2

3

EstudisEstudis UPC UPC sobresobre FormigóFormigó ambambGranulatGranulat ReciclatReciclat

DurabilitatDurabilitatDraDra. . MarildaMarilda BarraBarra

ResistènciaResistència a a diferentsdiferents esforçosesforçosDr. Antonio Dr. Antonio MaríMaríDraDra. . MirenMiren EtxeberríaEtxeberríaDr. Manuel GomezDr. Manuel Gomez

4

Nova Nova InstruccióInstrucció EHEEHE

Ministerio de Fomento

Comisión del Hormigón

SubcomisiónHormigónReciclado

NOVA EHE

Permetrà posar un 20% de GFR en qualsevolformigó estructural

1

Formigó ReciclatFormigó Reciclat

2