Influencia del uso de agregados reciclados en hormigón autocompactante

* Por las Ings: Lilia Señas y Carla Priano, del Departamento de Ingeniería de la Universidad Nacional del Sur de Bahía Blanca.

El hormigón autocompactante (HAC) es un hormigón especial que fluye por su propio peso, tomando la forma del encofrado y ocupando todos los espacios vacíos. Alcanza un alto grado de compactación, aún en presencia de una gran densidad de armaduras, sin necesidad de vibración y sin que se produzca segregación de los materiales componentes. Para la elaboración de un HAC, se usan los mismos agregados que para un hormigón convencional (HC), con la diferencia que las partículas finas y el tipo de aditivo gobiernan las características de autocompactibilidad de la mezcla fresca. Para incrementar la resistencia a la segregación de un HAC y mantener la cohesión, se requiere una gran cantidad de finos, lo cual genera una mayor demanda de agua en el hormigón debido al aumento de la superficie específica de los agregados. Este efecto, se compensa por el empleo de aditivos reductores de agua de última generación, sin los cuales no sería posible elaborar un HAC.

Los agregados reciclados se obtienen de la trituración de hormigón de deshecho y la fracción gruesa de áridos triturados puede ser utilizada como reemplazo del agregado grueso natural en la producción de hormigón. Los beneficios e inconvenientes del uso de agregado grueso reciclado han sido extensamente estudiados. Se ha demostrado que el comportamiento mecánico no se modifica significativamente en hormigones con un reemplazo de hasta 75% de agregado natural por reciclado. A pesar de presentar menor densidad y mayor absorción que los agregados naturales, es factible elaborar un hormigón de buen desempeño mediante una correcta dosificación. El uso de agregados reciclados reviste una gran importancia ambiental, ya que reduce la explotación de recursos naturales y otorga utilidad a un material de desecho de la industria de la construcción.

En el proceso de trituración de áridos queda una fracción remanente fina, que puede ser incorporada en la elaboración de hormigón, para reemplazar parte de los agregados finos naturales. Algunos autores sostienen que hasta un 30% de reemplazo no modifica sustancialmente las propiedades mecánicas del hormigón reciclado ni su durabilidad. Este efecto puede ser atribuido a una relación agua/cemento efectiva más baja del hormigón reciclado respecto al convencional y a que los agregados que provienen de la trituración de hormigón presentan partículas con forma angulosa y textura rugosa, generando una mejor interfase en la zona de transición pasta-agregado, respecto al árido natural.
Una de las diferencias más significativas entre el HC y el hormigón elaborado con agregados reciclados es la presencia de dos tipos diferentes de interfases: una zona de transición entre el antiguo mortero y el agregado natural; y otra entre el nuevo mortero y el agregado, que puede ser tanto reciclado como natural. El mecanismo de falla del hormigón con agregado reciclado depende, ante una solicitación mecánica, de la calidad de las dos zonas de interfase, la nueva y la vieja.

MATERIALES Y MEZCLAS
Para la elaboración de los diferentes pastones, se utilizó cemento pórtland normal (CPN 40), agua corriente tomada de la red de provisión de la ciudad de Bahía Blanca y dos tipos de agregado:

• Natural: constituido por arena silícea de módulo de finura 2,42 y canto rodado de tamaño máximo nominal 12,5 mm.
• Reciclado: se logró a partir de la trituración de hormigón elaborado con canto rodado proveniente de obras realizadas en la zona de Bahía Blanca. Se molió el material a reciclar con una trituradora de mandíbulas. Se separó la fracción gruesa (Figura 1a) de la fina (Figura 1b) de manera tal de obtener un agregado grueso reciclado de tamaño máximo nominal similar al canto rodado (12,5 mm) y un agregado fino reciclado con módulo de finura de 3,77.

Para completar el contenido de finos necesario en un HAC, se utilizó filler calcáreo y el polvo de molienda pasante por el tamiz de malla 0,149 mm (Nº 100) (Figura 1c), obtenido como fracción remanente en el proceso de trituración de hormigón.

Con estos materiales se dosificaron seis hormigones distintos de relación agua/cemento 0,50. Se utilizaron dos aditivos “experimentales”, reductores de agua de alto rango (policarboxilatos modificados en base acuosa), denominados “S” y “H”, que dieron origen a dos grupos diferentes, de tres pastones cada uno. En ambos grupos, se trabajó con un hormigón de referencia, elaborado con canto rodado y arena natural (PS Y PH). Luego se dosificó un hormigón con canto rodado y un reemplazo del 50%, en volumen, del agregado grueso natural por reciclado (RGS y RGH). Finalmente, se reemplazó 20% del agregado fino natural por agregado fino reciclado (RGFS y RGFH). Las denominaciones y características de cada uno de los pastones se detallan en la Tabla 1. En ella se observa que para lograr un mismo ámbito de consistencia fue necesario aumentar la dosis de los dos aditivos (% en peso del cemento) en los pastones en los que se incorporó el agregado grueso reciclado y la arena de trituración.

EXPERIMENTAL
Ensayos del HAC en estado fresco
Las propiedades básicas del HAC (fluidez, resistencia a la segregación, deformabilidad en estado fresco y viscosidad) se evaluaron y cuantificaron por ensayos normalizados, que tienen en cuenta tanto su capacidad para llenar los espacios vacíos como para pasar a través de obstáculos sin perder su homogeneidad ni crear obstrucciones. Se realizaron los siguientes ensayos:

• Ensayo de Extendido (ASTM C1611): determinación de T50 (tiempo que tarda el hormigón en alcanzar la marca de 50 cm de diámetro) y dmáx (diámetro final alcanzado por la mezcla).
• Ensayo J-Ring (ASTM C1621): determinación de h1-h2 (alturas del hormigón en los extremos interior y exterior del anillo), T50 (tiempo que tarda el hormigón en alcanzar la marca de 50 cm de diámetro) y dmáx (diámetro final alcanzado por la mezcla).
• Ensayo de Embudo en V (V-Funnel): determinación de Tv (tiempo que tarda en escurrir el volumen total de hormigón).

En muchos casos, los aditivos reductores de agua de alto rango, pueden incluir aire en la masa de hormigón fresco, por ello se determinó su contenido mediante el aparato “Washington”

Ensayos del HAC en estado endurecido

Se moldearon y curaron probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, para realizar los ensayos mecánicos de resistencia a compresión y tracción simple por compresión diametral y probetas cilíndricas de 10 x 20 cm para el ensayo de succión capilar.
En todos los pastones elaborados se modificó notablemente la fluidez al agregar el aditivo. Cuando se reemplazó el agregado natural por el reciclado, se debieron incrementar las dosis propuestas por el fabricante a fin de lograr una consistencia similar a los hormigones de referencia. El agregado fino reciclado presenta textura rugosa y mayor absorción de agua que la arena natural. En el caso del aditivo S, se logró la fluidez requerida con una dosis mucho menor que la máxima recomendada por el fabricante (2% en peso del cemento), mientras que con el aditivo H se debió utilizar la dosis máxima recomendada (1,5% en peso del cemento).
En todos los casos las mezclas presentaron buena imagen, sin signos de segregación ni exudación. En los pastones con incorporación de la fracción fina reciclada, se observó un material de aspecto más áspero y la presencia de algunas macro-burbujas de aire.

RESULTADOS Y DISCUSIONES
Ensayos del HAC en estado fresco
En la Figura 1d se observa el ensayo de extendido del pastón RGFH, la Figura 1e muestra el aspecto de la mezcla RGS luego del ensayo del J-Ring y en la Figura 1f se aprecia en detalle el borde de la mezcla RGFH luego del ensayo de extendido. Los resultados de los ensayos correspondientes a los pastones estudiados, se resumen en la Tabla 2.

Los hormigones elaborados con el aditivo S, incorporaron mayor cantidad de aire respecto a los realizados con el H. En ambos casos, las mezclas que contenían polvo registraron menor tenor de aire incluido en comparación con los otros dos pastones (patrón y 50% de grueso reciclado).
En todos los casos estudiados, los valores presentados en la Tabla 2 se mantuvieron dentro de los límites aconsejados para los HAC por la bibliografía y brindan una referencia de las condiciones de autocompactibilidad de las mezclas. Para los dos aditivos estudiados, la clase de flujo no se vio modificada al reemplazar el agregado grueso y fino natural por el reciclado. En cuanto al T50 medido durante el ensayo de asentamiento, se observa que la viscosidad de las mezclas elaboradas con el aditivo H se ve alterada a medida que aumenta el reemplazo de agregado natural por reciclado. En el caso de las mezclas elaboradas con el aditivo S no se observan modificaciones en dicho parámetro. La viscosidad plástica evaluada con el método del embudo en V, aumentó a medida que se incrementó el porcentaje de agregado reciclado en reemplazo del natural. Este efecto resultó más significativo en los pastones elaborados con el aditivo H. La diferencia entre el diámetro final alcanzado en el ensayo del extendido libre y en el ensayo del J-Ring se mantiene menor o igual a 50 mm, por lo que la capacidad de pasaje entre armaduras se considera aceptable en todas las mezclas.

Ensayos del HAC en estado endurecido
Los resultados de los ensayos del hormigón en estado endurecido, se resumen en la Tabla 3. Se detallan los valores de capacidad (C), velocidad de succión capilar (S) y el correspondiente coeficiente de correlación del ajuste por cuadrados mínimos (R2).

En las mezclas elaboradas con el aditivo S se observa una disminución en los valores de resistencia a compresión y tracción a medida que se incrementa el reemplazo de agregado natural por reciclado. En las mezclas elaboradas con el aditivo H, no se observaron diferencias significativas en dichos valores.
La inclusión de agregados reciclados en las mezclas con el aditivo S, generó un marcado incremento en los valores de capacidad y velocidad de succión capilar, respecto al hormigón de referencia. Por el contrario, las mezclas con aditivo H tuvieron un leve aumento en dichos valores a medida que se reemplazó el agregado natural por el reciclado. Pese a la mayor absorción de agua que presentan los agregados reciclados frente a los naturales, el comportamiento en el ensayo de succión capilar resultó similar, siendo el reductor de agua de alto rango el único componente diferente entre los pastones S y H.

CONCLUSIONES
Los dos aditivos estudiados (H y S) resultaron compatibles con el cemento utilizado proveniente de la provincia de Buenos Aires. La inclusión de agregado reciclado hace necesario el uso de mayores dosis de aditivo que en las mezclas de referencia. Fue necesario utilizar la dosis máxima propuesta por el proveedor del aditivo H para lograr un mismo ámbito de consistencia.
En todos los casos las mezclas elaboradas con agregados reciclados presentaron buen aspecto, sin signos de segregación ni exudación. Los valores de los ensayos de los pastones en estado fresco resultaron admisibles para caracterizar un HAC.
Se verificó una disminución en los valores de resistencia a compresión y tracción de las mezclas con aditivo S, a medida que se incrementa el reemplazo de agregado natural por reciclado. La influencia del uso de agregados reciclados, tanto grueso como fino, resultó más significativa en el ensayo de tracción simple por compresión diametral. Los valores de resistencia a compresión para las mezclas con aditivo H y reemplazo de agregados reciclados, resultaron similares al hormigón de referencia, mientras que los de resistencia a tracción presentaron una leve disminución.
Las mezclas elaboradas con el aditivo S con inclusión de agregado grueso y fino reciclado presentaron un incremento en los valores de capacidad y velocidad de succión capilar, respecto de las mezclas de referencia. Las mezclas con aditivo H tuvieron un leve aumento en los parámetros de succión capilar evaluados, a medida que se reemplazó el agregado natural por el reciclado, pese a la mayor absorción de agua que presentan los agregados reciclados frente a los naturales.
Los resultados indican que la elección correcta del aditivo a utilizar en un HAC, permite reemplazar un 50% del agregado grueso y un 20% de agregado fino natural por agregado reciclado, para obtener un material de buena prestación como para ser utilizado en estructuras resistentes. Es importante tener en cuenta que la influencia del aditivo debe estudiarse no solo en las mezclas en estado fresco, sino en el hormigón endurecido.
Es factible la inclusión de polvos de molienda como agregado fino reciclado, de manera tal de lograr un aprovechamiento integral del material tratado, es decir agregado grueso, arena y polvos.