1. “Ensayo a Flexión de Vigas de Hormigón con Incorporación
de Agregados Reciclados”
Natalia Alderete(1)
Ing. Marcelo Barreda(2); Prof. Jorge Sota(2)
LEMaC
Centro de Investigación Vial
Área: Estructuras y Materiales de la Construcción
(1) Becaria-Tesista
(2) Director de Becaria-Tesista
Tesis de Becarios-Tesistas de Investigación del Año 2010 ISBN: 978-950-42-0133-5

2. 1. Introducción
Desde hace varios años la utilización de materiales reciclados ha ido cobrando
una gran importancia, fundamentalmente orientando su empleo dentro de un
sistema sustentable, si bien también se podría considerar un factor económico,
ya que muchas veces el reciclado implica ahorro en los costos.
La gran variedad de estudios sobre agregados reciclados, como material para
la elaboración de hormigones, indica una gran tendencia hacia el empleo
masivo de los mismos. Como ejemplo de esta afirmación cabe mencionar la
creación de un grupo de trabajo del American Concrete Institute (ACI), que
tiene como objetivo vincular a la tecnología del hormigón con el desarrollo
sostenible fomentando básicamente el tratamiento y la aplicación de materiales
sustentables.
Considerando al hormigón como el material de construcción más utilizado, se
vuelve inmediata la consideración del alto consumo de materiales que ello
implica, por lo que la necesidad de estudiar nuevos materiales o, aún mejor,
reciclar los ya utilizados resulta fundamental en el momento de lograr un
incremento de la sustentabilidad en la tecnología del hormigón.
Se debe tener presente que partiendo de un material de los llamados de
primera generación y que, tras un proceso de transformación, se genera un
insumo, que posteriormente, agotada su vida útil luego de un proceso de
producción o servicio resulta en la generación de un material de desecho, y si
dicho material de desecho, después de recorrer otro proceso de
transformación, generará un material distinto (de los llamados de segunda
generación); y éste es insertado nuevamente dentro de otro insumo (o en el
mejor de los casos, dentro del mismo insumo del que proviene), el ciclo de vida
de los materiales será más eficiente y acorde con el medio ambiente.
Uno de los ejemplos más favorables de un ciclo de vida sustentable es el
empleo de agregados reciclados en reemplazo de agregados naturales para la
elaboración de hormigones. Se trata básicamente de la trituración de
hormigones elaborados previamente, de distintas características.
El presente trabajo tiene como objetivo evaluar el desempeño de vigas de
hormigón sometidas a flexión, variando los valores de los porcentajes de
reemplazo del agregado natural por agregado reciclado.
2. Materiales empleados
En principio cabe destacar el procedimiento mediante el cual se obtuvo el
agregado reciclado empleado para este trabajo. Se utilizaron los restos de las
probetas cilíndricas de hormigón ensayadas a compresión, los cuales fueron
triturados por una trituradora de mandíbula.
El material resultante se fue acopiando hasta lograr una cantidad lo
suficientemente grande de manera de obtener resultados lo más significativos
posibles. Es importante mencionar que no se realizó ningún tipo de selección
previa de las probetas ensayadas, ni por tipo de agregado ni por resistencia.
Por lo tanto, se procedió a realizar un mezclado completo del material obtenido
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3. en la trituración de manera de lograr agregados con una distribución lo más
uniforme posible. [Foto 1]
La trituración de los restos de las probetas ensayadas a compresión se realizó
durante dos meses y medio, durante los cuales el trabajo consistió
principalmente en juntar el material a triturar y pasarlo por la trituradora
manualmente, en pequeñas cantidades. Esto se debe a que la máquina no
permite colocar un gran volumen de material para triturar y por lo tanto, el
rendimiento no es muy alto.
Foto Nº 1: Agregado reciclado
Una vez alcanzado el volumen deseado, se realizaron ensayos de
granulometría, densidad, y se analizaron tres pastillas de diferentes fracciones
bajo el microscopio.
2.1 Granulometrías
La granulometría del agregado reciclado se muestra en la Tabla 1, si bien el
tamaño máximo resulta 3/8” se podría considerar en principio como agregado
fino ya que la distribución de partículas de tamaños inferiores resulta similar a
éste, y contiene un 73 % en promedio de material que pasa el tamiz Nº 4. Se
debe destacar que la clasificación existente de agregados naturales en finos y
gruesos no es de aplicación directa en agregados reciclados, ya que se debe
tener presente que estamos considerando la incorporación de otro material que
debería en un futuro ser contemplado en la normativa como tal.
Tamiz
Abertura
Agregado Reciclado (AR)
Pulgada ó Nº
Micrones
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Promedio
3/8
4
8
16
30
50
100
9525
4760
2360
1180
600
300
150
100
77
44
27
19
12
6
100
63
35
20
15
11
7
100
78
46
29
21
15
8
100
73
42
25
18
13
7
Tabla Nº 1: Granulometría del agregado reciclado
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4. Como agregado grueso natural se empleó piedra partida granítica 6:20 y
arenas argentina y oriental como agregados finos naturales. Las
granulometrías se indican en las siguientes tablas.
Tamiz
[Pulgada
ó Nº]
1 1/2
1
3/4
1/2
3/8
4
8
Abertura
Material
Piedra Partida
[Micrones]
Granítica 6:20
37500
100
26500
100
19100
90
13250
64
9525
21
4760
1
2360
0,2
Tabla Nº 2: Granulometría de la piedra partida
Tamiz Abertura
Material
[Pulgada
ó Nº]
3/8
4
8
16
30
50
100
Arena
Argentina
100
100
100
99
94
66
8
[Micrones]
9525
4760
2360
1180
600
300
150
Tabla Nº 3: Granulometría de la arena argentina
Tamiz
[Pulgada ó
Nº]
3/8
4
8
16
30
50
100
Abertura
[Micrones]
9525
4760
2360
1180
600
300
150
Material
Arena
Oriental
100
98
94
69
23
11
2
Tabla Nº 4: Granulometría de la arena oriental
2.2 Análisis de muestras bajo lupa binocular y microscopio petrográfico
El principal objetivo fue fundamentalmente poder observar las distintas
disposiciones entre agregado y mortero de cemento, es decir, determinar la
existencia cualitativa de agregado reciclado conformado en parte por agregado
natural-mortero, sólo agregado natural o sólo mortero de cemento.
Como se mencionó anteriormente las muestras provienen de la trituración de
probetas de distintos orígenes, dando generación a una cantidad de agregado
reciclado con aleatorias cantidades y tipos de agregados. El objetivo principal
de este trabajo no es determinar la composición mineralógica de los mismos,
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5. sino poder determinar las cantidades de mortero de cemento o roca de las
partículas.
El análisis se realizó mediante lupa binocular modelo Olympus SZ 61 y
microscopio petrográfico Olympus BX 51 con luz polarizada, analizándose tres
fracciones de los agregados: 3/8”-4; 4-8; 8-16, cada una de las cuales fue
incluida en una resina con superficie pulida.
Como primera aproximación se realizó la observación bajo lupa, para poder
tener un mayor campo de observación y lograr identificar zonas de interés.
La Foto Nº2 (obtenida mediante lupa) muestra las tres combinaciones en las
cuales pueden estar conformadas las partículas de agregados reciclados.
Foto Nº 2: Agregado reciclado fracción 3/8”- Nº4
La partícula identificada como 1 está constituida solamente por mortero de
cemento, que como característica principal se puede destacar la elevada
absorción. Lo que representa una de las principales particularidades de los
agregados reciclados, y de gran importancia al momento de dosificar ya que
pueden producirse importantes variaciones en la trabajabilidad si no se la tiene
en cuenta.
La partícula 2 tiene la característica de estar constituida tanto por agregado
natural como por mortero de cemento, en la Foto Nº 2 se puede observar la
distribución y la interfaz entre los mismos. Los porcentajes de las partes varían
muy ampliamente, siendo los extremos las partículas 1 y 3. Un ejemplo de esto
se ve en la Foto Nº 3, en la cual se pueden observar una partícula compuesta
principalmente por agregado natural y una pequeña capa de mortero.
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6. Foto Nº 3: Fotografía tomada al microscopio,
nicoles cruzados (NX), aumento 5x.Fracción Nº8-16
Por último, la partícula 3 de la Foto Nº 2 está formada solamente por un
agregado natural cuya composición mineralógica dependerá de la roca de
origen. En este caso se trata de un granito formado por cuarzo, biotita y escaso
feldespato.
Las cantidades relativas de los diferentes tipos de partículas será función de la
calidad de hormigón y del tipo de trituradora empleada. Debido a que se
emplearon diferentes calidades de hormigón para generar el agregado
reciclado, se considera que la muestra tiene una distribución aleatoria de estas
partículas.
Como se mencionó anteriormente, en todas estas consideraciones debe
tenerse en cuenta que la trituración obtenida del hormigón es de tamaño
máximo 3/8”.
3. El ensayo a flexión
El método utilizado para realizar el ensayo de tracción por flexión es aquel
establecido en norma IRAM 1547 “Ensayo de tracción por flexión”, que consiste
básicamente en la aplicación de una carga en los tercios de la luz a una viga
simplemente apoyada.
Las vigas se confeccionaron en base a dosificaciones que consideran
porcentajes variables de reemplazo del agregado fino por agregado reciclado;
desde 0% que se determinó como muestra patrón, hasta 75% de reemplazo
máximo; siendo el fin principal el de lograr una primera aproximación del
comportamiento a flexión del hormigón con agregado reciclado.
En el caso de la utilización de hormigón en pavimentos, la resistencia
característica especificada por pliegos está dada en función de la resistencia a
tracción debida a la flexión. En la dosificación del hormigón patrón se consideró
el cumplimiento con las especificaciones indicadas en la Dirección Nacional de
Vialidad.
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7. Hormigón para ensayo a flexión
Resistencia a flexión
4,5 MPa
Fórmula para determinar la
resistencia a compresión
Resistencia especificada
f´c [Mpa]
Igual o menor a 20
Mayor a 20 y menor 35
Mayor que 35
(0,70-0,80) √f´c[Mpa]
(0,70-0,80)√f´c[kg/cm2]
Resistencia de diseño
f´cr [Mpa]
f´c + 7,0
f´c + 8,5
f´c + 10,0
Resistencia a flexión de 4,5 MPa
Límites
f´c
0,70
41,33
0,75
36,00
0,8
31,64
Promedio
36,32
37MPa
Tabla Nº 5: Resistencia diseño de la mezcla
Para la realizaron del hormigón se utilizaron las dosificaciones indicadas,
reemplazando 25%, 50% y 75% del agregado fino por agregado reciclado.
Materiales
Agua
Cemento
Ag. Grueso
Ag. Fino (A)
Ag. Fino (O)
Ag. Fino ( R)
Aditivo
a/c= 0,45
P (kg)
P (kg)
P (kg)
174
174
174
386
386
386
975
975
975
147
210
210
63
210
421
630
421
210
3,4
3,2
3,2
75%
50%
25%
Tabla Nº 6: Dosificaciones utilizadas
P (kg)
161
358
1050
247
577
0
3,2
Hº patrón
Se moldearon probetas prismáticas de 15 cm x 15 cm x 53 cm [Foto Nº 4], las
cuales fueron desmoldadas a las 24 horas y colocadas en cámara húmeda.
Todas las vigas fueron ensayadas a 7 días.
Foto Nº 4: Vigas de hormigón reciclado en estado fresco
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8. Además, se moldearon 3 probetas cilíndricas de 15 cm x 30 cm por cada
dosificación con el fin de tener valores de referencia de la resistencia a
compresión. Las mismas fueron moldeadas conjuntamente con las vigas, y
luego de 24 horas desmoldadas y colocadas en cámara húmeda.
Todas las probetas se ensayaron a la edad de 7 días, los resultados obtenidos
permitieron observar que el reemplazo de agregado reciclado hasta el 50% no
producía variaciones significativas en la resistencia a compresión del hormigón,
sin embargo un porcentaje mayor resultaba en reducciones considerables.
4. Dispositivo y procedimiento de ensayo
El ensayo se realizó en un pórtico de carga, Foto Nº 5, y se registraron los
datos mediante una celda de carga de 30tn capturándolos con un software que
permite almacenar los valores de carga y tiempo.
Foto Nº 5: Pórtico de carga
Las vigas fueron colocadas de manera que la aplicación de la carga se realice
en una cara lateral a la posición de moldeo y apoyadas sobre pedestales
metálicos que se comportan como apoyos simples. Para una distribuir la carga
a los tercios de la luz se colocó una placa metálica de 25mm de espesor que
representa el elemento rígido que figura en la norma.
A su vez, se tomaron las precauciones necesarias para que las vigas se
encuentren centradas y niveladas. Se marcaron en las caras laterales el tercio
medio de la luz para corroborar que la sección de rotura cumpla con la
indicación de la norma en la cual se establece que si la fractura se produjera en
el tercio medio de la luz el ensayo debe descartarse. [Foto Nº 6]
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9. Foto Nº 6: Elementos de transferencia de carga y apoyos.
Todas las vigas fueron ensayadas siguiendo este procedimiento, para
garantizar la homogeneidad de los resultados obtenidos.
5. Resultados obtenidos
Con los valores de registrados mediante la celda de carga se calculó la
resistencia a tracción por flexión utilizando la fórmula indicada en la norma:
Q×L
R=
10 × b × h 2
donde:
R = módulo de rotura [Mpa]
Q = carga máxima registrada [daN]
L = luz entre apoyos [cm]
b = ancho medio de la probeta [cm]
h = altura media de la probeta [cm]
Recordando la teoría de la resistencia de materiales clásica se puede deducir
la fórmula indicada anteriormente de la siguiente manera:
Figura Nº1: Diagrama de esfuerzos solicitantes
M
σ flt =
w
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10. donde:
M = Momento máximo solicitante
w = módulo resistente
Luego:
P L
P×L
×
6 = = P×L
σ= 2 3 =
2
b×h
b × h2
b × h2
6
6
Nota: el dividendo 10 que figura en la norma tiene en cuenta el pasaje de
unidades.
A continuación se muestran los resultados obtenidos, en los gráficos se
representa la variación de la tensión en el tiempo. [Gráficos 1,2, 3 y 4]
Resistencia[MPa]
Resistencia a flexión (patrón)
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
10
20
30
Tiempo[seg]
40
50
Gráfico Nº 1 : Resistencia a flexión del hormigón patrón
Resistencia [MPa]
Resistencia a Flexión (25% reemplazo)
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Tiempo [seg]
Gráfico Nº 2 : Resistencia a flexión del hormigón con 25% de reemplazo
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11. Resistencia[MPa]
Resistencia a flexión (50% AR)
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
10
20
30
40
50
Tiempo [seg]
Gráfico Nº 3 : Resistencia a flexión del hormigón con 50% de reemplazo
Resistencia[MPa]
Resistencia a flexión (75%AR)
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
10
20
30
40
50
60
Tiempo [seg]
Gráfico Nº 4 : Resistencia a flexión del hormigón con 75% de reemplazo
Se puede observar en los gráficos que en todos los ensayos los resultados se
mantuvieron en un rango de valores, la excepción es el caso del reemplazo del
75% en el cual una de las vigas alcanzó una resistencia muy superior en
relación a las otras dos. Todas las vigas ensayadas presentaron la fractura
dentro del tercio medio de la luz, por lo que no fue necesario descartar ningún
resultado. [Foto Nº 7]
Foto Nº 7 : Vigas ensayadas
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12. 6. Conclusiones
La elaboración de hormigones con agregados reciclados permite considerar
criterios de sustentabilidad con las mismas prestaciones del hormigón
tradicional y un desempeño ambiental superior.
En base a los ensayos efectuados en el presente trabajo, se puede concluir en
principio el buen desempeño que presentaron los hormigones realizados con
diferentes porcentajes de agregado reciclado, teniendo en cuenta que los
resultados de resistencia a flexión no difieren significativamente con respecto al
patrón. Si bien esta característica es atribuible, en parte, a una posible
disminución de la relación agua-cemento debido a la gran absorción de los
agregados reciclados, de todas maneras esto se deberá considerar
profundamente en investigaciones futuras para lograr una correlación
cuantitativa precisa.
En términos generales se destaca la gran aplicabilidad de los agregados
reciclados en reemplazo de agregado natural para la elaboración de
hormigones de uso vial, ya que no se presentaron características singulares
destacables durante los estados fresco o endurecido. Faltaría completar la
evaluación de hormigones con agregados reciclados, determinando el módulo
de elasticidad y la contracción por secado de dichos hormigones.
En especial cabe mencionar la distribución homogénea de las partículas entre
los distintos tipos de agregados. Asimismo, cabe destacar que todas las
probetas ensayadas manifestaron su plano de rotura en el tercio medio de la
luz, lo que ratifica la validez de lo ensayos realizados.
7. Bibliografía
• Norma IRAM 1547. Hormigón de Cemento pórtland. Emsayo de tracción por
flexión, 1992.
• Norma IRAM 1553. Hormigón de cemento pórtland. Preparación de las
bases de probetas cilíndricas y testigos cilíndricos, para ensayos a la
compresión, 1983.
• Norma IRAM 1680. Hormigón de cemento pórtland. Preparación y curado en
obra, de probetas para ensayo de flexión, 1971.
• Performance of recycled aggregate concrete; 2004, M C Limbachiya, A.
Koulouris, J. J. Roberts y A. N. Fried; N. Kashino y Y. Ohama
• Hormigones reciclados: caracterización de los agregados gruesos; 2008,
Zega C.J., Tesis de Magister .
• CIRSOC, Capítulo cinco; Hormigón Fresco-Propiedades, dosificación y
puesta en obra; 2005.
• Guzman, Arturo -Resistencia de materiales- Tomos I y II. Edit. C.E.I.L.P.
Tesis de Becarios-Tesistas de Investigación del Año 2010 ISBN: 978-950-42-0133-5