TTE164
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FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES Y GEOLOGÍA
EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CARBONATACIÓN
ACELERADA EN ÁRIDOS RECICLADOS FINOS PARA LA
ELABORACIÓN DE MORTEROS
Autor:
Yesenia García Velásquez
Trabajo de Título presentado a la Facultad de Ingeniería de la Universidad
Católica de Temuco, para optar al Título de Ingeniera Civil en Obras Civiles,
Licenciada en Ciencias de la Ingeniería
Temuco-Chile
2022
EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CARBONATACIÓN
ACELERADA EN ÁRIDOS RECICLADOS FINOS PARA LA
ELABORACIÓN DE MORTEROS
Autor:
Yesenia García Velásquez
Profesora guía:
Carolina Reidel Almarza
Co- Guía:
Viviana Letelier González
Trabajo de Título presentado a la Facultad de Ingeniería de la Universidad
Católica de Temuco, para optar al Título de Ingeniera Civil en Obras Civiles,
Licenciada en Ciencias de la Ingeniería
Temuco-Chile
2022
COMISIÓN DE EXAMEN DE TÍTULO
Profesor Guía: _________________________________________
Sra. Carolina Reidel
Profesor Co-guía: ______________________________________
Sra. Viviana Letelier
Profesor informante: ____________________________________
Sr. Daniel Gallegos
Profesor informante: ____________________________________
Sr. Roberto Torres
ii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mi papá Benito García, mi mamá Hugalda Velásquez, mi tío
Camilo, mi hermana Erica y mis dos maravillosas sobrinas, Karlita y Emi. A
mis amigos: Diego Flores, Diego Parra, Rocio Figueroa, Loreto Quintrequeo,
Diego Roa, Camila Linares, Andrés Pacheco, Jordan Gallegos y Camila
Salazar.
Agradezco a Marión Bustamante, la Directora Viviana Letelier, don Héctor
Soto, Ariel Pincheira y la profesora Carolina Reidel por permitirme ser parte de
su equipo de trabajo.
Gracias a aquellos docentes que dejaron una huella en mí. Gracias a todos
aquellos que formaron parte de esta experiencia y me ayudaron a lograr mis
objetivos, todos ustedes son parte fundamental en este logro.
iii
EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CARBONATACIÓN
ACELERADA EN ÁRIDOS RECICLADOS FINOS PARA ELABORACIÓN
DE MORTEROS
Autora:
YESENIA BRIGADIT GARCÍA VELÁSQUEZ
Profesora Guía:
CAROLINA INGRID REIDEL ALMARZA
Co- guía:
VIVIANA C. LETELIER GONZÁLEZ
RESUMEN
El mortero se compone de cemento, arena y agua, donde la arena es
catalogada como una de las materias primas que más rápido se consume a
comparación de como estas se generan. Debido a lo mencionado, en la
actualidad se están empleando áridos gruesos reciclados de buena calidad en
la confección de hormigones, sin embargo, los áridos reciclados finos debido
a su alta absorción y baja densidad son rechazados. Es por esta razón que la
presente tesis se enfoca en la evaluación de los parámetros de carbonatación
acelerada en áridos reciclados finos como una forma de tratamiento, favoreciendo consigo la absorción de CO 2 . Con los resultados se determina que los parámetros de carbonatación más óptimos para la mejora en las
propiedades es a 60 mbar en 6 hrs con un 20% de humedad inicial. En la
confección de morteros la serie S3 con un 50% árido natural y árido reciclado
recubierto carbonatado obtendría los mejores resultados, por lo general las
series que fueron confeccionadas con un 100% de árido tratado obtendrían
una menor calidad. Se recomienda que este tipo de mortero se emplee para
aquello que no sea estructural.
Palabras claves: carbonatación acelerada, absorción y densidad.
iv
ÍNDICE DE CONTENIDOS
1 Capítulo I .................................................................................................. 9
1.1 Problemática de investigación ........................................................... 9
1.2 Justificación del problema................................................................ 10
1.3 Hipótesis .......................................................................................... 11
1.4 Objetivos.......................................................................................... 11
1.4.1 Objetivo general ........................................................................ 11
1.4.2 Objetivos específicos ................................................................ 11
1.5 Alcance ............................................................................................ 11
1.6 Metodología de estudio.................................................................... 12
1.7 Estructura de trabajo........................................................................ 12
2 Capítulo II ............................................................................................... 13
2.1 Residuos de construcción y demolición (RCD)................................ 13
2.1.1 Composición ............................................................................. 13
2.1.2 Impactos.................................................................................... 14
2.2 Mortero en estado fresco ................................................................. 15
2.2.1 Materiales constituyentes .......................................................... 15
2.2.2 Aplicación .................................................................................. 15
2.2.3 Consistencia.............................................................................. 16
2.2.4 Densidad ................................................................................... 16
2.2.5 Docilidad ................................................................................... 16
2.2.6 Exudación ................................................................................. 17
2.3 Áridos............................................................................................... 17
2.4 Áridos reciclados (AR) ..................................................................... 17
2.4.1 Ventajas y desventajas del empleo de AR ................................ 17
2.4.2 Granulometría ........................................................................... 18
2.4.3 Mortero adherido ....................................................................... 18
v
2.4.4 Densidad ................................................................................... 19
2.4.5 Porosidad .................................................................................. 19
2.4.6 Absorción .................................................................................. 19
2.4.7 Forma y textura superficial ........................................................ 20
2.4.8 Zona de transición interfacial (ZTI)............................................ 20
2.5 Normativas sobre los AR ................................................................. 20
2.5.1 Chile .......................................................................................... 20
2.5.2 Otros países .............................................................................. 20
2.6 Carbonatación ................................................................................. 21
2.6.1 Dióxido de carbono en la fabricación de cemento..................... 21
2.6.2 Emisiones de Dióxido de carbono en Chile............................... 21
2.6.3 Carbonatación como proceso natural........................................ 21
2.6.4 Factores relevantes en el proceso de carbonatación ................ 22
2.7 Métodos para mejorar las propiedades de los áridos reciclados ..... 22
2.7.1 Recubrimiento ........................................................................... 22
2.7.2 Eliminación de mortero adherido............................................... 23
2.7.3 Carbonatación acelerada .......................................................... 23
2.8 Propiedades del árido reciclado carbonatado.................................. 25
3 Capítulo III .............................................................................................. 26
3.1 Descripción ...................................................................................... 26
3.2 Normativas....................................................................................... 26
3.3 Preparación de material................................................................... 27
3.4 Granulometría .................................................................................. 28
3.5 Densidad y absorción para áridos ................................................... 29
3.6 Recubrimiento.................................................................................. 30
3.7 Carbonatación ................................................................................. 32
3.8 Consistencia .................................................................................... 34
3.9 Confección de morteros................................................................... 35
vi
3.9.1 Morteros en probetas RILEM .................................................... 36
3.9.2 Morteros en probetas cilíndricas ............................................... 36
3.10
Resistencia de probetas ............................................................... 37
3.10.1
Resistencia a flexión .............................................................. 37
3.10.2
Resistencia a compresión ...................................................... 38
3.11
Densidad y absorción para probetas ............................................ 39
3.12
Ultrasonido ................................................................................... 41
3.13
Capilaridad ................................................................................... 43
3.14
Conductividad y difusividad térmica ............................................. 44
4 Capítulo IV.............................................................................................. 45
4.1 Descripción ...................................................................................... 45
4.2 Granulometría .................................................................................. 45
4.3 Densidad y absorción de áridos- inicial ........................................... 45
4.4 Carbonatación ................................................................................. 47
4.4.1 Masas antes y después del tratamiento .................................... 48
4.4.2 Densidad ................................................................................... 49
4.4.3 Absorción .................................................................................. 50
4.4.4 Comparaciones de densidad y absorción ................................. 51
4.5 Consistencia .................................................................................... 52
4.6 Probetas RILEM .............................................................................. 53
4.6.1 Resistencia a flexión ................................................................. 53
4.6.2 Resistencia a compresión ......................................................... 53
4.7 Probetas cilíndricas ......................................................................... 54
4.7.1 Densidad y absorción................................................................ 54
4.7.2 Ultrasonido ................................................................................ 55
4.7.3 Capilaridad ................................................................................ 56
4.7.4 Conductividad térmica............................................................... 57
4.7.5 Difusividad térmica .................................................................... 58
vii
4.8 Comparación entre resultados ......................................................... 58
4.8.1 Velocidad de pulso v/s resistencia a compresión ...................... 58
4.8.2 Densidad neta v/s resistencia a compresión ............................. 59
4.8.3 Velocidad de pulso v/s densidad neta ....................................... 60
4.8.4 Conductividad térmica v/s densidad neta.................................. 61
4.8.5 Densidad neta v/s absorción de agua ....................................... 61
5 Capítulo V............................................................................................... 63
6 Referencias ............................................................................................ 65
7 (Anexo 1)................................................................................................ 72
7.1 Dosificación general ........................................................................ 72
7.2 Dosificación individual...................................................................... 74
8 (Anexo 2)................................................................................................ 76
8.1 Dosificaciones para consistencias ................................................... 76
9 (Anexo 3)................................................................................................ 77
9.1 Diferencias porcentuales ................................................................. 77
9.1.1 Áridos-inicial .............................................................................. 77
9.1.2 Masas antes y después del tratamiento .................................... 78
9.1.3 Áridos con y sin tratamiento ...................................................... 78
viii
CAPÍTULO I-GENERALIDADES
1 CAPÍTULO I
GENERALIDADES
1.1 Problemática de investigación
Los áridos, componente principal de materiales en base a cemento como
hormigón y morteros, son una materia prima muy consumida a nivel mundial,
lo que lo hace un recurso finito que perjudica directamente a la construcción,
con cifras de extracción de recursos naturales preocupantes, ya que según lo
mencionado en la hoja de ruta de economía circular (2020) Chile consume
aproximadamente “ 11 millones de metros cúbicos al año solo en la Región
Metropolitana” mientras que a nivel mundial según GreenFacts (n.d.) “el
consumo mundial de áridos es de 40.000 millones de toneladas al año, lo cual
equivale al doble de la cantidad anual de sedimentos arrastrados por todos los
ríos del mundo” .
En una entrevista a la directora del Departamento de Ingeniería Civil de la
Universidad de la Frontera, Viviana Letelier, en Hormigón al día (n.d.)
menciona que para la confección de hormigones algunos países como Japón
autorizan un reemplazo del 100% si los áridos gruesos son de buena calidad,
y a nivel internacional el porcentaje es de aproximadamente de un 25%.
Mayoritariamente los áridos finos son descartados para su reciclaje debido a
su baja densidad y su alta capacidad de absorción. La situación a nivel
nacional es menos alentadora, ya que actualmente la Normativa NCh163 –
Áridos para morteros y hormigones está en una etapa de anteproyecto para
su modificación (INN, 2021)
En términos ambientales, la construcción es una de las principales causas
contaminantes debido a la confección de materiales en base a cemento,
ejecución y demolición. En primer lugar, la industria cementicia es la
9
CAPÍTULO I-GENERALIDADES
responsable del 8% de las emisiones de CO 2 (Grimmeissen et al, 2020), en cambio en el proceso constructivo el material particulado producido por los
movimientos de tierra, transporte, entre otros, provoca contaminaciones
atmosféricas (Ambar,2000). En cuanto a las demoliciones el 40% de los
residuos generados son depositados en el paisaje de forma ilegal, el otro 60%
terminan en vertederos según Tertre (2016)
1.2 Justificación del problema
Si se llega a utilizar el árido reciclado tanto grueso como fino, el requerimiento
de áridos naturales podría disminuir en un 30% según lo que menciona la
directora Viviana Letelier en Hormigón al día (n.d.), lo que evitaría el
desperdicio de recursos. Además de que habría una disminución en la huella
de carbono generada por la confección de materiales en base a cemento y una
reducción en la cantidad de escombros presentes en vertederos.
En el ámbito económico según la hoja de ruta de economía circular (2020),
provocaría impulsos en la sustentabilidad y aceleraría la transición hacia una
económica circular, que tiene como principios:
(a) Preservar y mejorar el capital.
(b) Optimizar los rendimientos de los recursos.
(c) Fomentar la efectividad del sistema.
Debido a esto y que el empleo de árido reciclado fino aún no está permitido
según normativa, es necesario realizar métodos de mejora como la
carbonatación acelerada, que logren disminuir aún más el desperdicio de
residuos.
10
CAPÍTULO I-GENERALIDADES
1.3 Hipótesis
La carbonatación acelerada de áridos reciclados finos de hormigón disminuye
las propiedades de absorción y porosidad de morteros, y favorece la absorción
de CO 2
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo general
Evaluar los parámetros de carbonatación acelerada en áridos reciclados finos
para la elaboración de morteros.
1.4.2 Objetivos específicos
a) Caracterizar los áridos finos reciclados mediante los ensayos de
granulometría, densidad, absorción y porosidad. Para la comparación
de sus propiedades físicas, antes y después del tratamiento de
carbonatación.
b) Evaluar la absorción de áridos reciclados finos de acuerdo con
parámetros de humedad y tiempo de carbonatación. Para dar con las
condiciones que entreguen la mayor disminución de esta propiedad.
c) Desarrollar morteros con áridos reciclados de hormigón chancado y
carbonatados en porcentajes establecidos, para evaluar su desempeño
mecánico a través de su resistencia a flexión y compresión a los 7, 14
y 28 días.
1.5 Alcance
La investigación se enfoca en adaptar los parámetros de carbonatación
acelerada en los áridos finos provenientes de muestras de escombros de
hormigón (panderetas), donados por la empresa Cierros Araucanía a la
Universidad de la Frontera de Temuco.
11
CAPÍTULO I-GENERALIDADES
1.6 Metodología de estudio
La metodología de estudio empleada es plenamente experimental, se
utilizaron métodos y técnicas de acuerdo a normativas a fin de obtener los
resultados deseados.
1.7 Estructura de trabajo
Resumen: Se plantea de forma breve lo que consiste el presente trabajo de
investigación.
Capítulo I- Introducción: Se dan a conocer los antecedentes del trabajo, así
como la importancia del mismo.
Capítulo II-Marco teórico: Revisión bibliográfica en cuanto a los áridos
reciclados para confección de morteros, y el método de carbonatación
acelerada.
Capítulo III-Metodología: Desarrollo experimental de las 5 series de morteros
para probetas RILEM y cilíndrica.
Capítulo IV-Análisis de resultados: Análisis y comparación de los resultados
obtenidos en los ensayos.
Capítulo V-Conclusión: Conclusiones de los resultados obtenidos.
12
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
2 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Residuos de construcción y demolición (RCD)
Los RCD según Abreu Báez (2018) “son todos los desechos que se producen
por el movimiento de tierras y construcción de edificaciones nuevas y obras de
infraestructura, así como los generados por la demolición o reparación de
edificaciones antiguas”
2.1.1 Composición
La composición de los RCD se puede clasificar en escombros, envases y otros,
que suponen un 75 y 25% en peso respectivamente, como se observa en la
Figura 2-1. Además, se debe considerar que estos porcentajes varían con
respecto a la actividad realizada, o sea si es una obra nueva, una demolición
o rehabilitación como se aprecia en la Figura 2-2
Figura 2-1-Composición de los RCD (% en peso)-Fuente: Sánchez (2016)
13
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
Figura 2-2- Composición de RCD por actividad-Fuente: Sánchez (2016)
2.1.2 Impactos
Considerando lo mencionado por CDT (2020) los RCD tienen impactos
negativos en el ámbito ambiental, social y económico, donde:
En el ámbito ambiental son los responsables de aumentar los gases de efecto
invernadero por el traslado de los residuos y la inadecuada disposición de
estos, lo que lo hacen un factor importante en cuanto al cambio climático y la
fomentación del consumo de los recursos naturales.
En el ámbito social, afectan la calidad de vida de las personas y su salud, ya
que la ocupación de los espacios de forma ilegal como lo son los vertederos,
hace que el suelo pierda su potencial y provoquen inestabilidad, lo que en un
futuro puede provocar el desprendimiento de los suelos.
Por último, en lo económico las empresas son las principales afectadas ya que
los grandes volúmenes de RCD impactan a la productividad, debido a que el
14
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
material fue comprado y luego trasladado hasta una disposición, con la
finalidad de ser abandonado.
2.2 Mortero en estado fresco
2.2.1 Materiales constituyentes
Construmática (2018) menciona que el mortero es una mezcla conformada por
arena, agua y cemento, donde el cemento es un conglomerante hidráulico
formado por arcilla, caliza y yeso. Que los áridos de los morteros son de
tamaño variable y no deben contener sulfuros oxidables, silicatos o
componentes de hierro inestables. Por otro lado, menciona que el agua es el
componente que participa en la hidratación del cemento y que no debe
contener ningún agente que altere las propiedades como lo son los cloruros,
sulfatos, etc.
2.2.2 Aplicación
En la Tabla 2-1 se dan a conocer las aplicaciones de los morteros según la
clasificación en base a la resistencia mínima a compresión.
Tabla 2-1- Aplicación morteros -Fuente: (Osorio, n.d.)
Mortero tipo
Resistencia mínima a compresión (MPa)
Aplicación
Edificaciones que requieran una mezcla consistente, liviana y de alta resistencia a la compresión Mampostería reforzada o sin refuerzo que estén sujetas a altas cargas
•
H
22,5
•
M
17,5
15
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
Mortero tipo
Resistencia mínima a compresión (MPa)
Aplicación
Estructuras entrecerradas que estén en contacto con el suelo (Ej: fundaciones, alcantarillas, etc) Alistado de piso o rellenos de celdas de mampostería estructural Mampostería estructural y pañetes exteriores Tiene multipropósitos para la mampostería no estructural
•
•
•
S
12,5
•
N
7,5
2.2.3 Consistencia
La consistencia es la capacidad que tiene el mortero para mantener su forma,
según Beltrán (2017) esta cualidad depende de factores como “el agua del
amasado, la granulometría, la forma del árido y la dosificación de cemento” . Al
utilizar árido reciclado existirá una reducción en la relación agua/cemento y por
consiguiente un aumento en la consistencia, debido a los valores elevados de
absorción que presenta.
2.2.4 Densidad
La densidad de los morteros es proporcional a la densidad del árido empleado,
si se utilizan áridos reciclados la densidad fluctuaría entre 2100 y 2400 kg/m3,
ahora bien, si el áridos es natural la densidad oscilaría entre 2230 y 2410
kg/m3 (Beltrán, 2017)
2.2.5 Docilidad
Arotaipe (n.d.) dice que la docilidad es la habilidad de la mezcla para ser
colocada con los medios de compactación disponibles, siendo capaz de
adaptarse a diferentes formas, esta aptitud está relacionada fuertemente con
16
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
la consistencia, homogeneidad de los componentes y la facilidad de liberar el
aire ocluido
2.2.6 Exudación
Se le llama exudación cuando los áridos se van al fondo del recipiente y el
agua asciende producto de la diferencia de densidades, este fenómeno
conduce a una mayor porosidad y menor resistencia en la superficie producto
de una mayor relación agua/cemento Beltrán (2017)
2.3 Áridos
Luaces (2010) menciona que los áridos son materiales granulados formados
por fragmentos de roca o arena y que son utilizados principalmente en la
construcción.
Estos se pueden clasificar por su fracción granulométrica, la aplicación y
naturaleza. Tomás Villanueva (2008) menciona que en cuanto a las
aplicaciones estos pueden ser para motero, para hormigón, bases y subbases
de carretera, entre otros. Y que la clasificación en base a la naturaleza se
puede clasificar en árido natural, artificial y reciclado.
2.4 Áridos reciclados (AR)
Los áridos reciclados según Tomás Villanueva (2008) son aquellos áridos que
provienen del reciclaje de residuos, demoliciones, construcción, etc. Donde
para obtener el material es necesario moler y machacar los escombros.
2.4.1 Ventajas y desventajas del empleo de AR
Algunas ventajas en cuanto al empleo del árido reciclado fueron mencionados
en la Justificación del problema. De igual manera a continuación se dan a
conocer otros puntos relevantes como son:
a) Mediante la reducción de transporte y producción de los agregados
habría una disminución en el consumo de energía, y por consiguiente
17
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
un beneficio económico ya que existe poca cantidad de agregados
naturales disponible, y si lo hay, es en localidades apartadas.
b) Se reduciría la explotación de canteras.
En cuanto a las desventajas por el empleo de áridos reciclados se tiene que:
a) Debidos a las características de este árido existiría una variación en las
propiedades de las mezclas.
b) Si el árido reciclado contiene sulfatos o sílice se puede formar un gel
que provoca expansiones. Además, si se está sobre expuesto a lo
segundo mencionado este puede provocar efectos perjudiciales sobre
la salud humana.
2.4.2 Granulometría
La granulometría es una característica que influye en ciertas propiedades
como: la resistencia, estabilidad de volumen y durabilidad de la mezcla, ya que
influye en la docilidad, exudación y segregación (Beltrán, 2017)
Para obtener un mayor volumen de áridos reciclados y por consiguiente un
mayor volumen de finos dependerá siempre del tipo de triturador que sea
empleado.
2.4.3 Mortero adherido
Las diferencias que existen en cuanto a las propiedades de los árido naturales
y áridos reciclados es la cantidad de mortero adherido. Lo que dice Beltrán
(2017) es que al tener una mayor cantidad de mortero adherido se tiene una
“menor densidad, mayor absorción, susceptibilidad a las heladas, reacción
álcali-árido y ataque de sulfatos, entre otros ” lo que afecta al módulo de
elasticidad, retracción, fluencia y problemas asociados a la durabilidad.
Este parámetro dependerá de las fracciones y/o tamaño del áridos según los
resultados extraídos por Juan & Gutiérrez (2009) que mencionan que “el
contenido de mortero adherido es mayor cuanto menor es el tamaño de la
18
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
fracción” , debido a que al pasar este tipo de material por los procesos de
trituración hace que los áridos gruesos por el impacto queden con una fracción
pequeña adherida, el sobrante de estos, evidentemente se hace parte de los
áridos finos reciclados.
2.4.4 Densidad
Para los áridos reciclados la densidad es menor a la densidad de un árido
natural, y hablando de las mismas fracciones granulométricas, los áridos
gruesos presentan mayores densidades que los finos, debido a que la fracción
fina posee mayor cantidad de mortero.
Algunos factores que influyen en la variación de esta propiedad es el tipo de
árido reciclado, ya que según Abreu Báez (2018) las características que se
tengan de este material dependen de los procesos de producción, el tamaño
de las fracciones y el grado de contaminación.
2.4.5 Porosidad
Los árido reciclado tiene una alta porosidad a comparación de los áridos
naturales, incluso algunos estudios han demostrado que la penetración de
agua es de dos a tres veces superior (Beltrán, 2017), esto a causa de que
presentan árido natural con mortero adherido, o sea una doble composición
(Navarro, 2013)
2.4.6 Absorción
Navarro (2013) menciona que al comparar los porcentajes de absorción entre
los áridos reciclados y áridos naturales, los áridos reciclados alcanzan valores
superiores, mientras que el primero oscila entre un 0 y 4%, el otro alcanza
valores desde un 3,3% hasta un 13%, debido a la cantidad de mortero
adherido.
19
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
2.4.7 Forma y textura superficial
Lo que dice Navarro (2013) en cuanto a las partículas de áridos reciclado es
que estas “suelen presentar una textura más rugosa y porosa que la de los
áridos naturales debido a la presencia de mortero adherido a la superficie del
árido origen”
2.4.8 Zona de transición interfacial (ZTI)
Se denomina ZTI a aquellas zonas de masa cementícea que están en contacto
con los áridos y las fibras. Las ZTI dependan de la textura de los áridos,
cuando las superficies son más lisas como lo son en los áridos naturales, la
ZTI posee una menor tortuosidad, caso contrario de los áridos reciclados (Pico,
2021)
La ZTI es una zona débil que influye significativamente en las propiedades del
hormigón o mortero, y limita la resistencia, incluso se podría decir que los
áridos y la pasta de cemento por separado poseen una mayor resistencia
(Hanoun, 2009)
2.5 Normativas sobre los AR
2.5.1 Chile
En Chile, el Instituto Nacional de Normalización formó un comité técnico para
la modificación de la norma NCh 163 “Áridos para morteros y hormigones
Requisitos ” . El cual exige un reemplazo de árido grueso reciclado mezclado,
mayor al 5% del total del árido natural y/o procesado (INN, 2021)
2.5.2 Otros países
En EE. UU el comité 555 está realizando un documento para poder emplear
los áridos reciclados en hormigones ya que aún no existen normas específicas,
utilizan otras como base, donde se les exige que posean una dureza,
granulometría, forma adecuada y que no provoque reacciones indeseables
con otros componentes de la mezcla (López, 2008)
20
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
En Japón se utilizan las normas JIS A 5021, JIS A 5022, JIS A 5023, donde se
clasifican los áridos con respecto a las propiedades físicas, contenido de
impurezas y la reactividad álcali-árido, separándolos en tres tipos de
categorías: mejor calidad, intermedia y baja. (Japanese Industrial Standards
Committee, n.d.; Japan Society of Civil Engineers, n.d.)
En Australia se emplea una guía nacional donde se clasifica los áridos en clase
1 y 2, siendo la primera para la fabricación de hormigones y el segundo para
el relleno, las bases y subbases en carreteras y pavimentación (López, 2008)
Se recalca que a nivel Internacional solo se están utilizando los áridos
reciclados gruesos, los finos están en proceso de estudio.
2.6 Carbonatación
2.6.1 Dióxido de carbono en la fabricación de cemento
Se emite alrededor de 0,8 toneladas de CO 2 por tonelada de producto en la
fabricación de cemento, donde el 60% proviene de la descarbonatación de la
materia prima (carbonatado cálcico) y el resto de los combustibles Galán
(2011)
2.6.2 Emisiones de Dióxido de carbono en Chile
Chile-Emisiones CO2 (2020) dice que las emisiones en el año 2020 fueron de
84,556 megatoneladas, cifra que decae en un 6,65% con respecto al año
anterior. Lo que deja a Chile en el puesto 140 de 184, de los países más
contaminantes de CO 2 (ordenados de menor a mayor)
2.6.3 Carbonatación como proceso natural
La captura de CO 2 en materiales en base a cemento, es un proceso natural considerado dañino para las armaduras (Jerga, 2004), ya que cuando el CO 2
penetra los poros capilares y se disuelve en la fase acuosa produce reacciones
en la Portlandita (Iloro et al., 2013), encargada de proteger a las armaduras de
la corrosión.
21
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
La capacidad de captura de CO 2 está definida por el grado de carbonatación, en donde las condiciones químicas y la velocidad son fuente principal de esta
facultad, y la estructura del poro (Pico, 2021)
Por otro lado, en el caso de los áridos reciclados provenientes de escombros
la situación es diferente ya que debido a la trituración de este material la
superficie especifica expuesta aumenta, y por tanto capturan mayor cantidad
de CO 2 Villagrán et al (2021)
2.6.4 Factores relevantes en el proceso de carbonatación
Los factores relevantes para el proceso de carbonatación son: tipo y tiempo
de curado, relación a/c, nivel de compactación, porosidad, tipo y cantidad de
cemento, y las condiciones ambientales (Venuat, 1977)
(Fattuhi, 1988; Ngala, 1997) menciona que, si hay un mal curado, relación a/c
y compactación habrá una elevada porosidad, ahora bien, si existe una baja
relación de a/c la permeabilidad del hormigón es baja. En cuanto al tipo de
cemento este influye en la velocidad de avance de la carbonatación por el
contenido de aluminatos y álcalis en las adiciones, la cantidad por otra parte
tiene un efecto en la porosidad y la capacidad de fijación del CO 2 (Ho, 1987;
Malami, 1994). Por último, las humedades relativas deben estar alrededor del 50 ‐ 60%, ya que en humedades bajas la velocidad de carbonatación se reduce
(no ocurre la reacción de la Portlandita) mientras que en humedades altas el
agua de los poros dificulta la difusión del CO 2 .
2.7 Métodos para mejorar las propiedades de los áridos reciclados
2.7.1 Recubrimiento
Para mejorar las propiedades de los áridos reciclados se puede aumentar el
porcentaje de cemento. Letelier et al (2014) menciona que un 5% extra de
cemento puede mejorar las resistencias de los hormigones. Este
procedimiento tiene como objetivo principal llenar las áreas débiles (huecos
22
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
microscópicos presente en el mortero adherido viejo) y desarrollar zonas de
intersección interfacial más fuertes en los áridos reciclados Shi et al (2016)
2.7.2 Eliminación de mortero adherido
Otro método que mejora las propiedades de los áridos reciclados es la
eliminación de mortero adherido por medio de la trituración mecánica, este
método es el más utilizado por ser el más común y económico sin embargo
Shi et al (2016) menciona que el método de trituración mecánica podría dañar
el árido reciclado (microfisuras) producto de las colisiones.
2.7.3 Carbonatación acelerada
Iloro et al (n.d.) menciona que la carbonatación se produce por la reacción
entre los compuestos de la fase acuosa de materiales en base a cemento, que
están constituidas principalmente por iones de hidróxido de calcio, hidróxido
de sodio (NaOH) e hidróxido de potasio (KOH), en donde los dos últimos están
en menor proporción, con el dióxido de carbono (CO 2 ), formando consigo
carbonatos, sulfatos y agua.
Una vez que el CO 2 penetra los poros capilares y se disuelve en la fase
acuosa produce reacciones en la Portlandita (Ca (OH2)) y el Silicato cálcico hidratado (C ‐ S ‐ H, denominado así por tener fórmula CaO ∙ SiO 2 ∙ H 2 O). En la
Portlandita los iones de trióxido de carbono (CO 3 ) generados reaccionan con
los iones de calcio (Ca 2+ ) formando carbonato cálcico (CaCO 3 ), en cambio en
el Silicato cálcico hidratado la carbonatación produce una descalcificación del
gel y una polimerización de los silicatos, formando junto con el carbonato
cálcico (CaCO 3 ) un gel de sílice hidratado. Dicho de otra manera, ocurren las
siguientes reacciones:
H 2 O ↔ CaCO 3 +H 2 O
Ca(OH) 2 +CO 2
H 2 O ↔ CaCO 3 +SiO 2 +H 2 O
C−S−H+CO 2
23
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
Las fases hidratadas del sistema cemento también tienen transformaciones.
La fase etringita (AFt) forma carbonato cálcico (CaCO 3 ), gel de alúmina y yeso,
y la fase monosulfoaluminato (AFm) varía su comportamiento según factores
como la composición y concentración de aluminatos y sulfatos (Kuzel, 1991;
Matschei et al., 2007)
Por otro lado Galán (2011) menciona que las fases anhidras del cemento, ferro ‐ aluminato cálcicos, silicatos y aluminatos también pueden reaccionar con
el CO 2 y formar carbonato cálcico (CaCO 3 )
Para una mejor simplificación de lo que ocurre cuando se carbonata un árido
reciclado se puede observar la Figura 2-3 en donde se aprecia la
carbonatación en la nueva y vieja ZTI, y el mortero viejo adherido.
Figura 2-3- AR y AR carbonatado-Fuente: Liang et al (2020)
Las estrategias para acelerar la carbonatación según Wang et al (2022) son
que:
a) Debe contener agua ya que tanto el dióxido de carbono e hidratos
deben disolverse, si esto no ocurre difícilmente se puede dar el proceso
de carbonatación. Dos medidas para este ajuste son: la humedad
relativa y la alternancia de mojado y secado.
24
CAPÍTULO II- MARCO TEÓRICO
b) Un aumento en la humedad relativa produce reducciones en la tasa de
difusión de dióxido de carbono, en cambio las disminuciones provocan
desviaciones, lo que hace que la humedad relativa óptima se situé en
torno al 50%.
c) Las presiones altas mejoran el rendimiento mecánico de los áridos
reciclados, aunque valores excesivamente altos pueden ocasionar el
efecto contrario, se generaría carbonatado cálcico alrededor de los
productos hidratados de portlandita que llenaría los porosos, formando
una microestructura densa que bloquearía el paso del dióxido de
carbono y agua.
d) La velocidad de carbonatación es fuertemente afectada por el tamaño
de la partícula, mientras menor sea el tamaño del agregado es más fácil
su carbonatación por la cantidad de mortero adherido, lo que resulta en
una mejora en las propiedades.
e) El aumento de temperatura genera una rápida velocidad de secuestro
de dióxido de carbono debido a una mejora en la presión intersticial,
solubilidad del dióxido de carbono y punto de ebullición del agua, sin
embargo, si la temperatura es excesivamente alta tiene un efecto
negativo en el secuestro de dióxido de carbono por la disminución de la
solubilidad.
2.8 Propiedades del árido reciclado carbonatado
Liang et al (2020) menciona que el método de carbonatación mejora la
estructura de los poros y las ZTI de los áridos reciclados, mejorando así sus
propiedades y por consiguiente la trabajabilidad, propiedades mecánicas y el
rendimiento de durabilidad de los materiales en base a cemento.
25
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
3 CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1 Descripción
En este capítulo, se da a conocer el desarrollo experimental que fue llevado a
cabo para la evaluación de los parámetros de carbonatación acelerada en
áridos finos para la elaboración de morteros, pudiendo luego así determinar y
comparar las características físicas y mecánicas de unas series de probetas.
Se confeccionan 3 probetas RILEM para los ensayos de compresión y flexión
a los 7,14 y 28 días, y 1 cilíndricas para los ensayos densidad, absorción y
ultrasonido a los 28 días, considerando en cada una de ellas 5 series, las
cuales son:
(a) C00= 100% arena natural.
(b) S1= 50% arena natural + 50% AR carbonatada.
(c) S2=100% AR carbonatada.
(d) S3=50% arena natural+50% AR recubierta carbonatada.
(e) S4=100% AR recubierta carbonatada.
3.2 Normativas
En la Tabla 3-1 se mencionan las normas que se emplearon en los ensayos.
Tabla 3-1- Normativas empleadas para los ensayos
Ensayo
Normativa
1- Granulometría
NCh 165 of 2009 NCh 1239-2009
2- Ensayo de densidad y absorción (áridos)
3- Recubrimiento 4- Carbonatación 5- Consistencia
--- ---
NCh 2257 0f 96 ASTM C305-M EN-196-1:2005 NCh 1019 0f 2019
6- Confección de morteros
Probeta RILEM Probeta cilíndrica
26
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Ensayo
Normativa EN 12390-5
7- Resistencia Flexión
Resistencia Compresión EN 12390-3 8- Densidad y absorción (probetas cilíndricas) NCh 1117 Eof 77 9- Ultrasonido
BS 1881: Part 203: 1986
10- Capilaridad 11- Conductividad
UNE 83982 ISO 22007-2
3.3 Preparación de material
Los áridos naturales son obtenidos de la planta de áridos San Vicente como
se muestra en la Figura 3-1, ubicada en Temuco IX Región, sector el Cardal,
entre Lautaro y Pillalelbún
Figura 3-1-Planta San Vicente
En cambio, los áridos reciclados son provenientes de la empresa Cierros
Araucanía, Padre Las Casas, IX Región, de un material prefabricado
(panderetas). La Universidad de la Frontera fue la encargada de triturar el
material usando martillo neumático y chancadora, y la responsable de separar
los áridos finos de los gruesos por medio de una tamizadora mecánica como
se aprecia en la Figura 3-2 y Figura 3-3
27
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Figura 3-2- Proceso de trituración de la pandereta
Figura 3-3- Separación de árido fino y grueso
3.4 Granulometría
Para determinar la distribución de tamaños de las partículas se emplea la NCh
165 (INN, 2009a) la cual menciona que el ensayo debe realizarse por medio
de una serie de tamices de abertura progresivamente menores, con una masa
mínima de 500 gramos por muestra, debido a que el porcentaje retenido en la
malla #4 (4,25 mm) es menor al 15%
Con los valores del peso retenido en gramos obtenidos, se calcula el
porcentaje de peso retenido, peso acumulado retenido y lo que pasa, usando
las siguientes ecuaciones:
28
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Peso retenido × 100 ∑Peso retenido
( 1 )
Peso retenido =
(%)
Peso acumulado retenido = % retenido + % retenido acumulado (%)
( 2 )
Que pasa = 100% − % Peso acumulado retenido
(%)
( 3 )
3.5 Densidad y absorción para áridos
El ensayo de densidad y absorción se realiza empleando la NCh 1239
(INN,2009c) la cual menciona que se debe sumergir dos muestras gemelas en
agua a temperatura ambiente por un periodo de 24 ∓ 4 hrs en caso de que sea
árido natural y +30 hrs si es áridos reciclados. Una vez terminada la inmersión
se realizan los procedimientos descritos en la norma, obteniendo así la masa saturada superficialmente seca (msss) cómo se observa en la Figura 3-4, la
masa del matraz con la muestra y agua hasta la marca de calibración, la masa
del matraz y agua (Ma) , y por último la masa de la muestra seca (ms)
.
Figura 3-4-Muestras gemelas en condición superficialmente seca
Para calcular la densidad real del árido saturado superficialmente seco,
densidad real del árido seco, densidad neta y absorción se utilizan las
siguientes ecuaciones:
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CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Densidad real del árido saturado superficialmente seco:
msss Ma + msss − Mm
× 1000 (kg/m 3 )
ρRss=
( 4 )
Densidad real del árido seco:
ms Ma + msss − Mm
× 1000 (kg/m 3 )
ρRs=
( 5 )
Densidad neta:
ms Ma+ms−Mm
( 6 )
× 1000 (kg/m 3 )
ρN=
Absorción:
msss−ms ms
α=
×100% (%)
( 7 )
Donde:
msss: Masas saturadas superficialmente seca.
Ma : Masa del matraz con agua hasta la marca de calibración.
Mn : Masa del matraz con la muestra y agua hasta la marca de calibración.
ms : Masa de la muestra seca.
3.6 Recubrimiento
En primer lugar, el AR a ocupar debe ser lavado, secado y nuevamente
tamizado, con esto se lograría sacar la mayor cantidad de mortero viejo
adherido. La cantidad total a recubrir y por lo tanto a lavar, se debe a una
dosificación previa detallada en el ítem 6.1
30
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Para recubrir los áridos finos reciclados se utiliza 1 kg de material distribuido
de acuerdo a la Tabla 3-2 cuyos porcentajes de dosificación son conforme a
la NCh 2260 (INN,1996b), 250 grs de polvo cemento reciclado el cual es
obtenido bajo el tamiz #325, y 500 ml de agua. La cantidad de polvo y agua
a manejar son obtenidos en investigaciones previas dirigidas por la directora
Viviana Letelier.
Tabla 3-2-Dosificación para 1 kg de árido reciclado fino
Tamiz
Peso (unitario) 0 grs
mm 4,75 2,36 1,18
US
4 8
50 grs 250 grs 300 grs 300 grs 80 grs 20 grs
16 30 50
0,6 0,3
0,15
100 200
0,075
Los materiales son depositados en un recipiente sin filtraciones en donde se
debe revolver cada 30 minutos por 6 horas como se observa en la Figura 3-5.
Una vez transcurrido este tiempo se vierte el material en una superficie lisa y
sin filtraciones por +30 hrs como se aprecia en la Figura 3-6. Luego de ello,
cierta cantidad de material se coloca sobre un tamiz #200 con el propósito de
poder sumergir dicho tamiz en una paila con agua realizando movimientos
circulares hasta que se elimine la cantidad de mortero no adherido.
Finalmente, el árido es ingresado al horno a una temperatura de 110°C ∓ 5°C
hasta masa constante.
31
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Figura 3-5- Material para recubrimiento
Figura 3-6- Áridos reciclados finos recubiertos en superficie lisa
3.7 Carbonatación
Los AR y los AR recubiertos son carbonatados a fin de disminuir las
propiedades de absorción y porosidad, para lograrlo se utiliza una cámara de
carbonatación de 50x50x50 cm con una capacidad de 125 L que tiene
conectado un cilindro de CO 2 de 29 L
Para evaluar los parámetros mencionados en la Tabla 3-3 se ingresa a la
cámara 500 grs de material distribuido de acuerdo a la Tabla 3-4 cuyos
porcentajes de dosificación son estipulados por la NCh 2260 (INN,1996b) , una
32
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
paila con agua, 200 grs de gel de sílice y un termohigrómetro como se observa
en la Figura 3-7
Figura 3-7- Muestras en la cámara de carbonatación
Tabla 3-3-Variación de parámetros
Parámetro
Variación
Presión (mbar)
40
60
Tiempo (hrs)
3
6
Humedad en árido (%)
0
20
Tabla 3-4- Dosificación para 500 grs de árido reciclado fino
Tamiz
Peso (unitario)
mm 4,75 2,36 1,18
US
4 8
0
grs grs
25
16 30 50
125 grs 150 grs 150 grs
0,6 0,3
0,15
100 200
40 10
grs grs
0,075
33
CAPÍTULO III- METODOLOGÍA
Para evitar las alteraciones en la humedad total del árido, las masas deben
estar constante, y para una mayor impregnación tienen que estar dispuestas
en tamices.
Una vez carbonatadas las muestras según los parámetros de la Tabla 3-3 a
un rendimiento de 10 L/min se pesan y se ingresan nuevamente al horno a una
temperatura de 110°C ∓ 5°C hasta masa constante, la finalidad de esto es
comparar las masas antes y después de carbonatar en estado seco en los AR
y AR recubiertos para ver si existe algún cambio. Al igual que se debe realizar
los ensayos de densidad y absorción para determinar si existe una mejora en
las propiedades.
3.8 Consistencia
En el ensayo de consistencia se utilizan los áridos tratados de acuerdo a una
dosificación previa detallada en el ítem 7.1, y 175 grs de cemento corriente.
Para la confección de las mezclas se utiliza la ASTM C305-M (COGUANOR,
2013) . Y para ejecutar el ensayo se emplea la NCh 2257 (INN, 1996a) la cual
alude que los instrumentos a usar son: una mesa de sacudida, un molde de
forma troncocónica, pie de metro y pisón, como se observa en la Figura 3-8
Figura 3-8- Instrumentos para el ensayo de consistencia
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