Proyecto de investigación teórica sobre los--- PDF

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CARRERA DE“ANALISIS DE LA APLICACIÓN DE LOSRESIDUOS DE HORMIGÓN PARA LAELABORACIÓN DE ÁRIDOS RECICLADOS”:Autores:ALESSANDRO ANDRÉ MOREIRA GAMARRAANGEL ALFREDO ZABARBURU GARAYGIANFRANCO TARAZONA PEÑAYERMI RICARDO RAMIREZ FLORESAsesor:CESAR SANCHEZ ALIAGA- PerúÍNDICERESUMEN Resumen.......................

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CARRERA DE

“ANALISIS DE LA APLICACIÓN DE LOS

RESIDUOS DE HORMIGÓN PARA LA ELABORACIÓN DE ÁRIDOS RECICLADOS”: Autores: ALESSANDRO ANDRÉ MOREIRA GAMARRA ANGEL ALFREDO ZABARBURU GARAY GIANFRANCO TARAZONA PEÑA YERMI RICARDO RAMIREZ FLORES

Asesor: CESAR SANCHEZ ALIAGA

- Perú

ÍNDICE

Resumen………………………………………………………………….pag.3 Introducción……………………………………………………………...pag.4 Metodología……………………………………………………………pag.15 Resultados obtenidos y discusión……………………………………...pag.17 Conclusiones…………………………………………………………..pag.18 Referencias bibliográficas…………………………………………….pag.19

RESUMEN

El propósito de este proyecto es reducir la cantidad de residuos del hormigón que se genera en la construcción y en la demolición de edificaciones reciclándolo y aplicándolo en la elaboración de áridos reciclados para futuras obras y también analizar cómo esto afecta en la funcionalidad y durabilidad de una estructura construida con estos áridos y comprobar si es beneficioso utilizar áridos reciclados para la construcción de futuras edificaciones.

ABSTRACT

The purpose of this project is to reduce the amount of concrete waste generated in the construction and demolition of buildings by recycling it and applying it in the production of recycled aggregates for future works and also to analyze how this affects the functionality and durability of a building. structure built with these aggregates and check whether it is beneficial to use recycled aggregates for the construction of future buildings.

PALABRAS CLAVES: Hormigón, Áridos reciclados, Residuos CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN Realidad problemática a) A nivel internacional A lo largo del tiempo, el hombre ha ido perfeccionando los materiales de construcción para mejorar su condición de vida. Así fue como empezó a añadir paja a los bloques de adobe, pelos de caballo a la mampostería de mortero, entre otras técnicas de construcción que se remontan a tiempos memorables. Actualmente el hormigón es uno de los materiales más utilizados en la construcción de obras de infraestructura, pero también es la principal causa de generar grandes volúmenes asociados a los procesos de demolición y desperdicio. Con el impacto ambiental y social importante, que afecta significativamente en la calidad de vida en

nuestro mundo. Estudios realizados en la Unión Europea han podido establecer que la producción de residuos de la construcción asciende entre 221 y 334 millones de toneladas/año, tal como aparece en la tabla 1 (Valdés Vidal, 2011) Tabla 1. Producción de escombros de la Unión Europea ((Valdés Vidal, 2011)

País

Residuos construcción Millones Toneladas / año

Belgica

7.5-8

Dinamarca

2.3-5

Finlandia

1.6

Francia

20-25

Holanda

13-14

Irlanda

2.5

España

11-22

Reino Unido

50-70

Suecia

1.2

Alemania

52-120

Austria

22

Total

221-334

Esto representa una pequeña cifra de la cantidad de residuos sólidos que se generan en el resto del mundo. A nivel global, se generan aproximadamente 2.01 billones de toneladas de residuos sólidos por año. Esta cifra se reparte en Europa y en el resto de los otros continentes, En Latinoamérica y el Caribe se generan 231 millones de toneladas siendo la generación per cápita de 0.99 kg por día. En Asia, por ejemplo, se genera la mayor cantidad de residuos en el mundo, 468 millones de toneladas por año con una tasa de generación per cápita 1.36 kg por día. Para el 2050 se prevé que esta tasa se incrementará a 3.40 billones de toneladas por año, esto significa que aproximadamente cada persona en el mundo generará hasta 1.87 kg de residuos sólidos por día (Kaza, Yao, Bhada-Tata y Van Woerden, 2018) a) A nivel nacional En nuestro país, el 50% de los residuos no se disponen adecuadamente; Teniendo por consecuencia ciudades, calles, ríos, playas y quebradas con gran acumulación de residuos sólidos. Hasta el año 2018, el Organismo de Evaluación y Fiscalización

Ambiental (OEFA) identificó 184 puntos críticos de acumulación de residuos sólidos en Lima Metropolitana, siendo los distritos de Villa maría del triunfo, Villa el salvador, Chorrillos y Puente Piedra los distritos con mayor cantidad de puntos de acumulación de residuos sólidos (Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental, 2018). Actualmente, uno de los problemas del manejo de los residuos sólidos es la escasez de lugares adecuados para realizar una disposición final adecuada, según El Plan Nacional de Gestión Integral de Residuos Sólidos (PLANRES) (2018) se requieren de alrededor de 190 infraestructuras para la disposición de los residuos sólidos en el Perú, sin embargo hasta el año 2014, solo existían 11 rellenos sanitarios en el Perú con autorizaciones y permisos vigentes (Plan Nacional de Gestión Integral de Residuos Sólidos, 2016). Uno de los ejemplos sobre la deficiente disposición de los residuos se da en el caso de los residuos de construcción y demolición (RCD). Los residuos sólidos produce una amplia fuente de metano en nuestro país y en el resto del mundo, y este componente contribuye a la generación de gases de efecto invernadero en el mundo, trayendo consigo problemas que pueden causar alteración en los ecosistemas y en la salud de las personas (Abdel-Shafy y Mansour, 2018). Desafortunadamente la inadecuada gestión en cuanto a transporte, reciclaje, valorización y disposición final son amenazas potenciales para el medio ambiente que pueden causar riesgos para salud (David, Wenchaoa, Johna, y Mmerekib, 2019; Rodríguez, 2002). Una de las principales aportaciones del sector de la construcción para la conservación y mantenimiento del Medio Ambiente es la revalorización de los residuos que genera su propia actividad. Esta revalorización busca introducir, mediante procesos productivos, áridos reciclados procedentes de residuos o escombros de construcción que hasta ahora solo se desechaban, es decir aumentar el ciclo de vida de estos materiales, lo que supondrá tanto un ahorro de depósitos en vertedero como un ahorro en la extracción de recursos naturales. EI sostenimiento de esta tendencia depende en gran parte de la capacidad para superar el obstáculo que supone el bajo precio, tanto de vertidos de residuos como de los materiales de construcción actualmente empleados. La evolución que se ha alcanzado en este siglo ha dado lugar a cambios sociales muy importantes que han obligado a grandes demoliciones. Esta es la situación a la que responden los períodos posteriores a las guerras mundiales. La última mitad de siglo ha permitido la construcción de numerosas estructuras que poco a poco irán envejeciendo y se irán demoliendo. Cuando se habla de áridos se ve claramente su importancia en el ámbito económico y medioambiental. Son después del agua, los materiales o productos de mayor consumo y, además, con una tendencia a incrementarse, ya que su consumo está fijado al desarrollo económico y a la mejora en la calidad de vida. Actualmente su consumo se realiza a base de explotaciones (unas 2.000 canteras y graveras) que jalonan toda la geografía nacional produciendo una modificación en el terreno. Todo esto nos da una idea de la importancia de establecer unos criterios que nos permitan estimar si los áridos procedentes del material reciclado que se encuentran en la

actualidad en el mercado son o no adecuados para la fabricación de hormigones de características no comprometidas, y a la vez determinar si estos nuevos hormigones fabricados presentan un comportamiento, tanto en lo que se refiere a sus propiedades básicas, como a las estructurales.

Antecedentes: Uso de áridosR para hormigones Durante las demoliciones ocurridas durante y después de la segunda guerra mundial (1939-1945), especialmente en Gran Bretaña y Alemania, Al trascurso de esos años, son muy pocas las investigaciones del uso de materiales procedentes de las demoliciones, a partir los años 80 renace el interés por estos materiales en vista del gran número de edificios demolidos, así como de los problemas de las necesidades futuras de los áridos convencionales (Belén González-Fonteboa, 2008) Nixon P.J (1978) El resume el conocimiento de reciclaje de hormigones para la consecución de nuevos áridos con el fin de producir nuevos Hormigones, desde 1945 a 1977. Con este conocimiento se han examinado las propiedades básicas de hormigones para que, en una parte, o en la totalidad de los áridos sean sustituidos por áridos de hormigones manchados. (The use of materials from demolition in construction. p. 276–283.) Hansen, T. C. (1986) El de nuevo resume el estado del conocimiento sobre el reciclaje de hormigones desde 1978 hasta 1985 en el que se recogen más de 80 nuevas publicaciones sobre el tema. (TC Hansen - Materials and structures, 1986 – Springer) En 1992 también Hansen T. C. edita lo que va a llamar segundo y tercer estado del conocimiento sobre el reciclaje de hormigones que se extiende desde 1978 hasta 1989 y que engloba al anterior ("Recycling of Demolished Concrete and Masonry”,1992) En ambos documentos nos encontramos a investigadores que ya trabajan con áridos con un porcentaje de impurezas pequeño. Algunos trabajos comienzan a utilizar como material de origen el correspondiente a obras reales de edades avanzadas. Las investigaciones siguen la línea de las anteriores, estudiando resistencias a compresión, tracción y módulo para sustituciones de las fracciones gruesas y finas. Se recogen artículos sobre métodos de demolición que intentan establecer recomendaciones sobre cuál es el mejor método y la maquinaría empleada en el proceso de demolición que permita el mejor aprovechamiento de los materiales recuperados.

Marco teórico: Los residuos de construcción y demolición (RCDs) proceden en su mayor parte de demoliciones de edificios o de pequeñas obras de reformas en viviendas o urbanizaciones. Estos se generan en grandes cantidades y pueden llegar a constituir un elevado volumen. Además, estos residuos se llevan en su mayor parte a vertederos, dadas las favorables condiciones de precio que proporcionan éstos, con unos costes de vertido que hacen que no sea competitiva ninguna otra operación más ecológica, con la

consiguiente colmatación de los vertederos municipales. En el peor de los casos se vierten de forma incontrolada, con los impactos visual y ecológico inherentes a este tipo de prácticas Los RCDs se pueden considerar inertes, y por lo tanto su poder contaminante es relativamente bajo. Por el contrario, su impacto visual es normalmente alto por el gran volumen que ocupan y por el escaso control ambiental ejercido sobre los terrenos que se eligen para su depósito. Un segundo impacto ecológico negativo se deriva del aumento de consumo de materias primas que implica este tipo de gestión que no contempla el reciclaje. Es previsible que, como en otros muchos campos, en un futuro se produzca una evolución entre los materiales de construcción. Esta evolución supondrá aumentar la vida útil de los materiales actuando en algún estado de su ciclo de vida

Figura 1: Ciclo de vida de un producto de hormigón (Belén González-Fonteboa, 2008) A) Los RCDs. a) Tipos de RCDs. • Residuos procedentes de demoliciones totales o parciales de edificios u obras civiles. • Residuos procedentes de la construcción de edificios o infraestructuras de obra civil. • Suelos, rocas o vegetación procedentes de nivelaciones o cimentaciones. • Carreteras, construcción y mantenimiento. b) Lugares donde se genera los RCDs. • Lugares con estructuras o infraestructuras que van a ser demolidas, pero en los que no se planean nuevas construcciones a corto plazo.

• Lugares con estructuras o infraestructuras que van a ser demolidas para dejar paso a nuevas construcciones. • Lugares en los que algunos elementos estructurales o instalaciones tienen que ser sustituidas. • Lugares en los que va a construirse una nueva obra. • Lugares en los que, existiendo una obra, se va a actuar sobre ella c) Los destinos de reutilización de los RCDs. • Reutilización: En el lugar de obtención o transportados a plantas de tratamiento para el mismo uso original. • Reciclaje: en el lugar de obtención o transportados a plantas de tratamiento para su venta. • Incineración: con o sin recuperación de energía. • Vertido: con posible producción de lixiviados. B) Procedimientos de demolición Durante el proceso de demolición de las estructuras de hormigón en masa o armado han de tomarse las medidas necesarias que aumenten la posibilidad de su reciclaje y la calidad de los materiales obtenidos. EI conocimiento de la composición, calidad, e historia de los hormigones de origen ayuda a programar los procedimientos de demolición. La demolición hasta hace poco se consideraba como un proceso poco técnico en el que la principal meta del contratista era la demolición rápida y el vertido inmediato de derribos. Los hormigones de origen a utilizar en la producción de áridos reciclados (áridosR) deben estar exentos de materiales no pétreos antes de proceder al machaqueo. Esto requiere que se introduzca la demolición selectiva lo que obliga a que, antes y durante la demolición, se lleve a cabo una separación de las diferentes materias para prevenir la mezcla de materiales. La demolición selectiva se realiza de manera contraria al proceso de construcción e implica los siguientes pasos o subactividades. • Extracción de deshechos y molduras no fijas. La selección de material accesible que tiene valor de venta y desmantelamiento (ventanas, tejados, instalaciones...) se realiza, en general a mano. • Eliminación de material que, de no ser extraído, causará que los RCDs se consideren como residuos peligrosos (uno de los ejemplos más característicos es el amianto). • Selección del material que de no ser eliminado causará la devaluación de los RCDs una vez triturados. Un material presente en casi todos los RCDs es el acero cuya presencia dificulta y retrasa los trabajos de demolición. Cuando sea posible, y sobre todo en los pavimentos de hormigón, resulta más sencillo separar el acero de armar antes de demoler. EI acero que no pueda extraerse en este primer proceso se eliminará en la planta de producción de áridos mediante procedimientos magnéticos.

• Tratamiento químico "in situ" de los elementos contaminados durante la vida útil de la estructura a demoler que pueden haber sufrido cambios químicos. • Demolición de la estructura del edificio mediante técnicas apropiadas En general, el proceso de demolición más adecuado depende de muchos factores, de forma que cada elemento de construcción deberá estudiarse cuidadosamente: necesidades del lugar dónde se encuentra (agua, electricidad, aceite, oxigeno...), requerimiento de personal, precauciones a tomar, requerimiento de plazos, precisión necesaria, ruidos, vibraciones y costes. Los materiales resultantes de la demolición se trasladan a las plantas de reciclaje.

C) Proceso de producción de áridos reciclados. Maquinaria, transporte y almacenamiento. Por muy alejado que parezca, las plantas que producen árido reciclado no son muy diferentes de las plantas que se encargan de la producción de áridos naturales de machaqueo, a pesar de que estas no son eficientes en su producción ya que están ceñidas a usar e incorporar varios tipos de trituradoras tamizadoras y equipos que puedan eliminar el material no deseado. Es abundante la variedad en los procesos posibles de machaqueo y cribado de los RCDs cuya propia evolución permite diferenciar distintas generaciones de instalaciones. En las plantas de primera generación lo que mejor se le facilita es la separación magnética de armadura y otros materiales ferrosos. Las plantas de primera generación suelen usarse comúnmente para cuando los RCDs proceden de pavimentos. Basadas en las plantas de primera generación surgen las plantas de segunda generación las cuales eliminan residuos de forma mecánica o manual antes de proceder con el machaqueo mediante el proceso del lavado del material machacado y mediante la clasificación seca o con agua. El proceso que se da en las plantas parte con una estación de recogida manual en donde se aísla papel, madera y otras impurezas. Después de esta estación se da lugar a la trituración primaria. No se han llegado a desarrollar trituradoras especiales para la obtención de áridosR, de forma que a la hora de su elección debe tomar muy en cuenta el aspecto y tamaño de los RCDs con los desea trabajar, así también como el tamaño de árido que se busca obtener. De toda la maquinaria existente en el mercado el producto final está formado por árido con mortero (procedente del hormigón antiguo) adherido. Aquel mortero es el que causa gran parte de las malas características que presentan los áridos, por lo que impulsan a que aparezcan soluciones por medio de numerosos estudios, principalmente de autores japoneses, sobre nuevas tecnologías para acrecentar la calidad de los áridosR a partir de minimizar al máximo el mortero adherido.

A partir de la trituración primaria se llegan a eliminar otra serie de impurezas finas (mortero...) pasando el material ya previamente triturado por una serie de tamices que llegan a eliminar el material de tamaño inferior a 1O mm. Adecuadamente los separadores magnéticos se sitúan a lo largo de las cintas para proceder con la eliminación de restos de barras de armado y otras piezas de hierro y acero. El material ligero se elimina por vía húmeda o seca. Los finos (Contaminantes ligeros) se eliminarán mediante un proceso que se da por medio de clasificación con aire, destacando la vía seca, ya que puede realizarse horizontal o verticalmente. Lo que prima para el funcionamiento de este proceso es que el producto triturado debe cumplir en estar separado en fracciones, lo que supone que éste debe tamizarse (de la fracción 0-40 han de obtenerse unas cuatro a cinco fracciones.) La principal desventaja que se presenta en este proceso en seco es de que produce un exceso de polvo que ha de ser supervisado. Otra opción es que el material que tiene más densidad puede lograr separarse del material ligero aplicando agua a presión. El uso de técnicas húmedas permite la eliminación de maderas, plásticos, tejas, etc. dentro de la fracción de 10-40 mm. La fracción 0-10 mm da como resultado gran cantidad de materia indeseable en el agua de lavado, de forma que se recomienda el cribado por el tamiz de 1O mm previamente a la aplicación de la técnica húmeda. Para finalizar, para evitar su transporte a vertederos se trata de incorporar en las plantas de tercera generación todos los materiales obtenidos de demoliciones a la instalación, proceso y venta. En la figura 2 y 3 se esquematizan el funcionamiento de una planta de Primera generación y en la figura 4 se detalla el proceso en una planta de Segunda generación. Estas figuras también muestran el proceso de la obtención de los áridos reciclados.

Figura 2: Planta primera generación. Sistema cerrado

.

Figura 3: Planta primera generación.

Figura 4: Planta primera generación. Sistema abierto

La maquinaria y equipos que proceden de esta planta tienen que ser capaces, versátiles y eficientes a la hora de tratar la gran variedad de materiales que las alimenta. En las tablas 1, 2 y 3 se adjunta un estudio realizado que trata sobre los distintos tipos de trituradoras que pueden llegar a utilizarse en las plantas de reciclaje en relación a las características de los áridos que con ellas se obtienen. Se puede observar la importancia que conlleva las características finales de los áridos en relación a la elección del tipo de trituradoras.

Tabla 1: Tipos de trituradoras. Especificaciones Clasificación de las machadadoras

Capacidad (t/h)

380 X 760

25-40

250 rom

924 X 600

30-60

150 kW x 2 unidades, v=20-27 m/s 75 kW x 1 unidad, v=20 m/s

1800 X 150

40-60

1330 X 1240

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