Invitado especial

Nuestro invitado especial, Fernando López Gayarre, es doctor en Ingeniería Industrial de la Universidad de Oviedo del cual es profesor también en el área de Ingeniería de la Construcción. En diciembre de 2008 obtuvo su doctorado cum laude, con la presentación de su tesis: "Influencia de la variación de los parámetros de dosificación y fabricación de hormigón reciclado estructural sobre sus propiedades físicas y mecánicas“, en la Escuela Técnica de Ingeniería Industrial

Influencia de parámetros en la dosificación de hormigón reciclado estructural

La generación de residuos de construcción y demoliciones (RCDs) va estrechamente ligada a la actividad constructiva en general, aunque en la mayoría de los casos el volumen de los mismos se produce como consecuencia de derribos de edificaciones e infraestructuras que agotaron su vida útil o son obsoletas.

La mayor parte de los RCDs arriban a vertederos, con frecuencia incontrolados, provocando un considerable impacto visual debido a la gran cantidad de espacio que ocupan y al escaso control ambiental de los terrenos en que se depositan. Su importante volumen hace que su gestión, valorización y reciclaje sea un una tarea de creciente interés.

En La Comunidad Europea la gestión de los RCDs se lleva a cabo de manera desigual, ya que si bien hay países en los que se recicla un porcentaje importante de los residuos generados, caso de los Países Bajos, en otras naciones el porcentaje reciclado es mínimo. La escasez de áridos, el incremento de las penalizaciones por vertido e incluso su prohibición, son causas que favorecen, sin duda alguna, el reciclado. Así, en países como Holanda, Bélgica o Dinamarca, se alcanzan porcentajes de reciclado por encima del 75% En otros, como Gran Bretaña o Austria, dicha tendencia se mantiene aunque con porcentajes entorno al 40%[1] Sin embargo, existen todavía muchos países dentro de la Comunidad Europea con porcentajes de reciclado muy bajos. En España el porcentaje de reciclaje se aproxima al 15%, según los datos proporcionados por el Gremio de Entidades del Reciclaje y Derribos (GERD), aunque menos de un tercio del material reciclado se comercializa como producto reciclado (áridos para bases y subbases, drenajes, arenas y gravas, explanadas y suelos). La mayor parte se destina a rellenos o a restauración de espacios degradados (entre los que se contabiliza la restauración de canteras). Las instalaciones de reciclaje autorizadas produjeron y comercializaron, según la misma fuente, 5 millones de toneladas de áridos reciclados durante 2007. Ese año, por cierto, entró en vigor en España el Plan Nacional Integrado de Residuos[2] que finalizará en 2015. Dentro del mismo se desarrolla el II Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición (II PNRCD). Entre sus objetivos se pretende reducir en origen la generación de RCDs; valorizar todo lo posible; crear una red de infraestructuras necesarias; establecer un sistema estadístico y clausurar o adaptar los vertederos a la normativa. Como objetivos cuantitativos pretende controlar y gestionar el 95% de los RCDs a partir de 2011 y llegar a un nivel de reciclaje del 40% en 2015.

Tabla 1. Densidad y absorción de los áridos naturales empleados

Árido	Densidad	Absorción
Árido 8/20 mm (machacado) Árido 4/8 mm (machacado) Árido 0/4 mm (machacado) Árido 0/4 mm (rodado)	2,68 kg/dm3 2,69 kg/dm3 2,68 kg/dm3 2,68 kg/dm3	0,27 % 0,22 % 0,23 % 0,07 %

Objetivos
En este artículo busco definir una serie de factores o parámetros que potencialmente puedan influir en algunas de las propiedades más relevantes del hormigón reciclado fabricado. Se incluyen algunos que no han sido analizados con anterioridad. La relación considerada en este estudio ha sido:
1. El tipo de árido reciclado utilizado según su procedencia.
2. El tipo de granulometría utilizada.
3. El porcentaje de sustitución de árido grueso convencional por árido grueso reciclado.
4. El contenido en desclasificados del árido grueso reciclado utilizado.
5. El criterio de sustitución del árido grueso convencional por árido grueso reciclado utilizado.
6. La resistencia objetivo a compresión del hormigón.
7. La consistencia objetivo del hormigón.
Analizar la influencia ejercida por los factores anteriores sobre la densidad, la absorción, el aire ocluido, la resistencia a compresión, el módulo de elasticidad, la resistencia a tracción y la permeabilidad al agua del hormigón reciclado.
Definir un programa de ensayos que compatibilice una experimentación reducida viable con la utilización de métodos estadísticos suficientemente robustos de manera que el análisis de resultados pueda realizarse con plenas garantías y sin merma alguna en el rigor científico.

Estudio experimental
Los materiales empleados fueron: El cemento fue el CEM III/A 42,5 N/SR. Los áridos naturales, gravas y arenas, son obtenidos mediante machaqueo y su origen es calizo. En la Figura 1 se observan las curvas granulométricas de las tres fracciones (grava (10/20 mm), gravilla (4/10 mm) y arena (0/4 mm), de los áridos calizos empleados.
También puede verse la granulometría de la arena rodada de naturaleza silícea, usada habitualmente en la dosificación de concretos convencionales. Mezclada en una proporción que oscila entre el 12% y el 18% permite corregir la curva granulométrica de la arena caliza y, al ser rodada, mejora sensiblemente la trabajabilidad del concreto. Los valores medios obtenidos en los ensayos correspondientes a la densidad y la absorción en dichos áridos quedan reflejados en la Tabla 1.
Los áridos reciclados utilizados provenían de dos plantas diferentes como: Árido reciclado procedente de Tec-Rec SA, (empresa localizada en Madrid). Árido reciclado de La Belonga Impulso Industrial Alternativo SA (empresa
situada en Oviedo).
En la Figura 2 se observa una muestra de dichos áridos donde se ve como la cantidad de mortero adherido que tiene el árido procedente de Madrid parece inferior a la que incorpora el árido de Oviedo. En la Figura 3 se observan sus curvas granulométricas. Al igual que en los áridos naturales y con el fin de asegurar la uniformidad en su empleo se realizaron dos ensayos de densidad y absorción de cada una de las partidas utilizadas. Los resultados obtenidos en dichos ensayos quedan reflejados en la Tabla 2.
Los resultados obtenidos al determinar el porcentaje de mortero adherido en los áridos reciclados, determinado según el procedimiento establecido por Barra[3], se observan en la Tabla 3.
Tabla 4. Porcentaje de mortero adherido en los áridos reciclados. En la dosificación de los concretos se utilizaron dos tipos de aditivos: un reductor de agua de alta actividad (Glenium Sky 511), y un plastificante de denominación comercial (Pozzolith 370N).
El desarrollo del programa experimental se diseñó para llevarse a cabo mediante dos series o periodos de pruebas. En cada una de ellas se realizaron 27 amasadas, resultantes de un diseño factorial altamente fraccionado que se correspondería con el plan completo y que constaría de 576 pruebas correspondientes a multiplicar entre sí el número de niveles que corresponde a cada factor. La replicación de las 27 pruebas proporciona mayor robustez a la experimentación.

La matriz ortogonal, denominada L27[4], ha sido adaptada convenientemente a nuestro experimento, debido al número de factores que intervienen y a sus correspondientes niveles, siguiendo el procedimiento general para el diseño de experimentos desarrollado por Taguchi. Dicho diseño nos permite estudiar la influencia de los efectos simples de los factores considerados sobre cada una de las propiedades estudiadas sin que se confundan entre sí. En la Tabla 4 se presenta un resumen de los factores y los niveles que intervienen.
En la Tabla 5 se observan las combinaciones analizadas de acuerdo con los niveles establecidos en la Tabla 4. Para dosificar el concreto se plantearon dos dosificaciones base. Una para uno reciclado, de resistencia característica a compresión 25 N/mm2; otra en la que la resistencia característica a compresión del concreto reciclado sea 35 N/mm2.

Tabla 3. Porcentaje de mortero adherido en los áridos reciclados

Reciclado	Mortero adherido %
Madrid Oviedo	23 34,2

Dosificación Base 1: Resistencia característica 25 N/mm2. Se trata sadas, resultantes de un diseño factorial altamente fraccionado que se correspondería con el plan completo y que constaría de 576 pruebas correspondientes a multiplicar entre sí el número de niveles que corresponde a cada factor.
La replicación de las 27 pruebas proporciona mayor robustez a la experimentación. La matriz ortogonal, denominada L27[4], ha sido adaptada convenientemente a nuestro experimento, debido al número de factores que intervienen y a sus correspondientes niveles, siguiendo el procedimiento general para el diseño de experimentos desarrollado por Taguchi. Dicho diseño nos permite estudiar la influde los efectos simples de los factores considerados sobre cada una de las propiedades estudiadas sin que se confundan entre sí. En la Tabla 4 se presenta un resumen de los factores y los niveles que intervienen.
En la Tabla 5 se observan las combinaciones analizadas de acuerdo con los niveles establecidos en la Tabla 4.
Para dosificar el concreto se plantearon dos dosificaciones base. Una para uno reciclado, de resistencia característica a compresión 25 N/mm2; otra en la que la resistencia característica a compresión del concreto reciclado sea 35 N/mm2.
Dosificación Base 1: Resistencia característica 25 N/mm2. Se trata de una dosificación muy empleada en edificación. Se usaron 275 kg/m3 de cemento y una relación agua-cemento de 0,60.
Dosificación base 2: Resistencia característica 35 N/mm2. Es una dosificación típica de obra civil. Se utilizaron 375 kg/m3 de cemento y una relación aguacemento de 0,5.
Para mezclar los áridos se tomaron tres curvas de referencia a partir de la Parábola de Bolomey: una curva continua gruesa, otra continua fina y la tercera discontinua. En la Figura 4 pueden observarse las tres curvas granulométricas utilizadas.

Análisis de resultados
Los resultados obtenidos en las 54 amasadas realizadas, correspondientes a la replicación de las 27 pruebas propuestas se establecieron conclusiones válidas con un margen de error reducido y conocido para cada una de las propiedades del hormigón fabricado con áridos reciclados objeto de este estudio.

Se ha utilizado el Análisis de la Varianza (ANOVA) como herramienta para dicho análisis ya que nos permite la posibilidad de estudiar eficientemente, de manera simultánea y mediante un único examen, la influencia de todos los factores, con los diferentes niveles considerados en este trabajo, sobre cada una de las variables de salida o propiedades del concreto reciclado medidas en los ensayos.

La idea básica radica en descomponer la variabilidad observada en los resultados de cada una de las series de valores obtenidos en los ensayos, correspondientes a cada una de las propiedades estudiadas, en los efectos simples que corresponden a cada uno de los factores introducidos. Se fue discutiendo de manera singular, para cada una de las propiedades estudiadas, la influencia, a partir de los resultados obtenidos del ANOVA, de aquellos factores o variables de entrada que, en primera instancia, se estimaron en el diseño del experimento y que pueden influir o no sobre dichas propiedades. El tratamiento y análisis estadístico de los resultados de los ensayos se realizó utilizando la aplicación informática Statgraphics Plus versión 5.1. Las diferencias entre los valores medios de los distintos niveles de cada factor se han observado y comparado mediante gráficos LSD (Least Significative Difference).

A modo de ejemplo en la Figura 5 puede verse el gráfico LSD de la absorción media en el concreto reciclado según el porcentaje de árido grueso reciclado sustituido. En él se aprecian los porcentajes de sustitución del 20%, del 50%, y del 100% influyen significativamente en el valor de la absorción del concreto al no darse solape entre estos intervalos y los correspondientes al concreto de control. Por el contrario, cuando pasamos de un porcentaje de sustitución del 20% al 50% del árido grueso no existe diferencia significativa entre los valores de la absorción del concreto reciclado debido al solape entre intervalos. Lo mismo ocurre cuando la sustitución del árido grueso pasa del 50% al 100%. No es así cuando la sustitución del árido grueso pasa del 20% al 100%.

Conclusiones
Densidad: El porcentaje de sustitución de árido reciclado grueso es el factor más determinante sobre la densidad del concreto dentro de los márgenes considerados para el resto de factores. Cuando el porcentaje de sustitución es del 20%, la densidad disminuye un 1% Si la sustitución es del 50% la reducción de densidad llega al 3% En concretos con un 100% de sustitución del árido grueso la densidad disminuye en torno a un 5% Con los márgenes establecidos para los factores en este estudio la calidad del árido reciclado, la utilización de granulometrías continuas finas y la consistencia objetivo del concreto son factores influyentes sobre la densidad del concreto aunque las variaciones que experimenta debido a ellos apenas reviste importancia.
Absorción: El concreto reciclado fabricado presenta un coeficiente de absorción superior al del hormigón convencional. Cuando la sustitución es del 20% del árido grueso la absorción experimenta un incremento medio del 24%. Si la sustitución es del 50% el incremento medio es del 34%. Cuando la sustitución es del 100% del árido grueso el incremento medio de la absorción es del 46% La calidad de los áridos reciclados utilizados en este estudio también influye de manera determinante en el coeficiente de absorción del hormigón reciclado.
Los hormigones fabricados con áridos reciclados procedentes de Oviedo presentan una absorción superior en un 8% respecto a los que incorporan árido reciclado procedente de Madrid. Resistencia: La resistencia a compresión del concreto reciclado se ve afectada sólo por la calidad de los áridos reciclados empleados. La mayor calidad del árido reciclado está relacionada con menor cantidad de mortero adherido, menor absorción y ello conduce a una mayor resistencia final del concreto.

En los concretos reciclados fabricados en este estudio el porcentaje de sustitución de árido grueso no influye sobre la resistencia a compresión, ya que la pérdida de resistencia causada por la utilización de árido reciclado se ve compensada por el empleo del superplastificante y por la disminución de la relación a/c efectiva
debido al criterio aplicado.
Módulo de elasticidad: El módulo de elasticidad del concreto reciclado presenta descensos, que son sensibles para sustituciones del 50% de árido grueso (alcanzando un 7% de reducción). Esta reducción aumenta hasta el 25% para sustituciones del 100% Es evidente que altas sustituciones modifican sustancialmente el comportamiento del concreto.
Resistencia a tracción: La resistencia a tracción indirecta del concreto reciclado fabricado aumenta al mejorar la calidad del árido reciclado. Los márgenes de variación alcanzados no son preocupantes para aplicaciones estructurales, ya que ésta no es una propiedad fundamental en el diseño, pero puede tener influencia en otros aspectos. Permeabilidad: El análisis realizado no ha mostrado influencias claras de ninguno de los parámetros considerados en la permeabilidad. La variabilidad de ésta propiedad en sí misma es más importante que los efectos de las variables analizadas. El análisis de este hecho, importante en sí mismo, queda fuera del alcance de este estudio.

Agradecimientos
El autor agradece a don José Luis Oliveros y a don Javier Lorenzo (de Lafarge Hormigones SA de Asturias); a don Juan Manuel Díaz y a don Rafael Santiago (de Horavisa), así como a El Caleyo SA y a La Belonga Impulso Industrial Alternativo SA c

 

Bibliografía
[1]Mnisterios de Medio Ambiente, Plan Nacional Integrado de Residuos, Año 2007, España.
[2]RILEM (International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Structures), “Recycled aggregates and recycled aggregate concrete”, Recycling of demolished concrete and masonry. RILEM Report 6, Edited by Hansen, TC, Published by E&FN Spon, 2-6 Boundary Row, London SE 1 8HN, First Edition, 1992.
[3]BARRA, M., “Estudio de la durabilidad del hormigón de árido reciclado en su aplicación como hormigón estructural”, Tesis doctoral, Universidad Politécnica de Cataluña, 1996.
[4]TAGUCHI, G., System of experimental design: Engineering methods to optimize quality and minimize costs, Ed. Unipub, New York, USA 1988.

Fernando López Gayarre

Vota por el artículo
	regresar