Artículo #01
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Luis Ángel Moreno Anselmi1* Miguel Ángel Ospina García1 Kelly Andrea Rodríguez Polo1
RESUMEN
El presente artículo hace una revisión del estado del arte de las investigaciones sobre la resistencia de
concretos con el uso de bloque de arcilla triturado como sustitución total del agregado grueso, se ha
analizado los efectos del uso de este material desde las siguientes características: la durabilidad, resistencia
a la compresión, la porosidad, el módulo de elasticidad, la tensión indirecta del concreto. También se
presenta un caso de estudio de un establecimiento penitenciario donde se hace el análisis de resistencia
de la compresión sobre una muestra de una columna interior del establecimiento. La revisión muestra
que son insuficientes los resultados anunciados sobre el efecto neto del uso de triturado de bloque de
arcilla como agregado grueso en las diferentes propiedades del concreto tanto en su estado fresco como
endurecido. También se establece que los concretos derivados con agregados reciclados presentan menor
resistencia a la compresión que las mezclas tradicionales.
ABSTRACT
This article makes a review of the state of the art of research on concrete resistance with the use of clay
block crushed as a total replacement of the coarse aggregate, has analyzed the effects of the use of this
material from the Following characteristics: Durability, compression resistance, porosity, modulus of
elasticity, indirect stress of concrete. Also, here is a case study of a penitentiary establishment where the
compression resistance analysis is performed on a sample of an interior column of the establishment.
The review shows that the results announced on the net effect of the use of clay block grinding as a
coarse aggregate in the different properties of the concrete both in their fresh and hardened state are
insufficient. It is also established that concrete derivatives with recycled aggregates have less resistance
to compression than traditional mixes.
1 Universidad Militar Nueva Granada, Km 2 Vía Cajicá-Zipaquirá, Edificio Facultad de Estudios a Distancia Cajicá.
E-mail: luis.moreno@unimilitar.edu.co; miguel.ospina@unimilitar.edu.co; tmp.kelly.rodriguez@unimilitar.edu.co
* Autor de correspondencia. E-mail: luis.moreno@unimilitar.edu.co
Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 27 Nº 4, 2019
los costos productivos [5] particularmente, el uso de premisa de poder desarrollar propiedades mecánicas
agregados, producto del reciclado de demoliciones, específicas con este tipo de concreto. Por otra parte,
disminuye la acumulación de residuos sólidos en aunque existen algunas revisiones recientes en
escombreras evita la explotación innecesaria de materia de los usos de residuos de la construcción
las canteras [6]. [4,7], estas no destacan el efecto del uso del bloque
de arcilla como remplazo del agregado grueso.
La implementación de residuos de construcción, en
la producción de concreto tiene como limitación la Uso de agregado reciclado de bloque de arcilla:
variabilidad en la composición de los mismos [7]. La Una revisión
literatura revisada sugiere que la durabilidad y las El uso de bloque de arcilla reciclado es recomendable
propiedades del concreto elaborado con agregados para muchas aplicaciones donde la resistencia
reciclado de la construcción RAC (por sus siglas térmica, el costo y los aspectos ambientales son
en inglés: (Recycled Aggregate Concrete) son fundamentales [1]. Sin embargo, una serie de
generalmente menores que las mezclas concreto investigaciones concluyen en limitar el uso de
tradicional [4]. este agregado, por ejemplo, Adamson et al. [8]
recomienda no reemplazar el agregado natural con
Adicionalmente, aunque al emplear residuos de la ladrillo de arcilla triturado en concretos reforzados
construcción, la separación del ladrillo triturado con acero. En este último estudio se encontró que
de arcilla del concreto y/o mortero presenta una la resistencia a la penetración de los cloruros se
dificultad operacional e implica unos costos reduce en la medida que se incrementa el contenido
importantes [5]. Sin embargo, es necesario estimar del triturado, por lo tanto sería positivo usar áridos
el efecto del uso de bloques de arcilla cocida como de ladrillo de arcilla, al reducir la penetración de
agregado del concreto con el fin de fundamentar estos materiales corrosivos.
diferentes ensayos específicos para este material
reciclado. Hay investigaciones que sugieren que el uso del
ladrillo de arcilla triturado con otros materiales
En este artículo se presenta una revisión documental tiene la posibilidad de incrementar las propiedades
sobre la resistencia de concretos con el uso de mecánicas de éste. Por ejemplo, [9] encuentran que
bloque de arcilla triturado como reemplazo total al reemplazar el 100% de los agregados gruesos por
del agregado grueso únicamente con la finalidad residuos cerámicos (mezcla de ladrillos cerámicos;
de proveer una síntesis de los resultados, visualizar azulejo blanco y porcelana sanitaria), la resistencia
la posibilidad de establecer el uso de la misma en a la compresión se incrementa en un 11%.
zonas donde la disponibilidad de agregados naturales
sea limitada y/o poco práctica y, discutir sobre Debieb and Kenai [10] examinan la posibilidad de
la posibilidad de alcanzar resistencias de diseño usar el triturado de bloque de arcilla como agregado
específicas que puedan requerir los diferentes fino y grueso usando diferentes porcentajes de
proyectos de ingeniería. Adicionalmente, se presentan reemplazos (25, 50, 75 y 100%) a los agregados
resultados del comportamiento mecánico de este tradicionales. Los resultados mostraron que es
tipo de mezclas obtenidas de un establecimiento posible desarrollar concretos con triturado de ladrillo
penitenciario el cual tiene alrededor de 40 años de arcilla cocida con características similares a
demostrando su aplicabilidad. los concretos tradicionales mientras se limite a un
25% y 50% la cantidad de agregado grueso y fino,
METODOLOGÍA respectivamente. Aliabdo et al. (2014) [1] realizó
ensayos de compresión en 26 mezclas de concreto
Se realiza un análisis comparativo de los diferentes incorporando diferentes proporciones de escombros
estudios sobre el uso de triturado de bloque de arcilla de ladrillo triturado como agregado para presentar
haciendo énfasis en la resistencia a la compresión. un estudio comparativo.
Para su desarrollo la metodología corresponde a
una investigación documental, con el fin de evaluar Estos resultados confirmaron que el incremento
las propiedades al usar este material en el campo del contenido de agregado reciclado disminuye
de la construcción. Esta posibilidad se basa en la la resistencia a la compresión de las mezclas. Un
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estudio en las propiedades físicas y mecánicas específicas con este tipo de concreto. Por otra parte,
de concretos elaborados con RAC y triturado de aunque existen algunas revisiones recientes en
bloque de arcilla cocido CCB (por sus siglas en materia de los usos de residuos de la construcción
inglés: (Crushed Clay Bricks) con la finalidad de [4,7], estas no destacan el efecto del uso del bloque
establecer limitaciones en este tipo de mezclas de arcilla como remplazo del agregado grueso.
fue desarrollado por Yang et al. [11]. Este estudió
mostro que cuando se reemplaza el 50% con CCB se Efecto del uso de bloque de arcilla triturado en
afecta la resistencia del concreto progresivamente, la durabilidad
a los 7 días se reporta una reducción del 14% y del Estudios previos han demostrado que la resistencia
20% a los 28 días. a la penetración de los cloruros se reduce en la
medida que se incrementa el contenido de bloque
Por otra parte, la deformación progresiva del concreto de arcilla triturado como agregado, esto se debe
usando triturado de piedra y CCB como agregado a que está directamente relacionado con la alta
grueso fue evaluado por Ahmad and Roy [12]. Dos porosidad y absorción de la arcilla cocida (e.g.
grados diferentes de concretos fueron evaluados (17.2 Adamson et al. 2015) [8].
y 27.5 MPa) usando un diseño respectivo de mezcla
con los dos componentes y fueron evaluados durante Efectos del reemplazo de agregado grueso en la
un periodo de 50 días. Los resultados mostraron resistencia a la compresión
que las mezclas realizadas con triturado de piedra En general, las investigaciones muestran que los
presentan la mayor deformación progresiva. Además, concretos producidos con agregados reciclados
como se incrementa la resistencia del concreto, la presentan menor resistencia a la compresión que
diferencia en la deformación progresiva entre los las mezclas tradicionales [7]. Esta reducción es
concretos realizados con triturado de piedra y CCB inversamente proporcional a la cantidad de sustitución
se incrementa. de [11]. Un incremento lineal en la resistencia a la
compresión entre un 20% y 30% en concretos con
En Colombia, [13] evalúa el uso de CCB como un nivel de sustitución de 50% y 100% de agregado
reemplazo parcial del agregado grueso (10, 20 y grueso por agregado reciclado es reportada por
30% de reemplazo del agregado triturado). Los Martínez-Lage et al. [15].
resultados indican una clara disminución en la
resistencia a la compresión cuando se realiza el Sin embargo, en un estudio realizado Kallak
uso del CCB. Sin embargo, todos los concretos [16], presenta reducciones en la Resistencia a la
presentaron una resistencia superior a los 21 MPa compresión hasta de un 87% para un reemplazo
y la reducción de la capacidad respecto a concreto total del agregado grueso por CCB. Yang et al.
tradicional (sin reemplazo) varía entre un 2 y 6%. [11] registro reducciones de un 20% a los 28 días
Silva et al. [14] explora la posibilidad de desarrollar cuando se reemplaza un 50% del agregado grueso
concretos autocompactantes usando residuos de por CCB. En la Tabla 1 se resumen los resultados de
demolición de mampostería. Los resultados permiten resistencia a la compresión reportados en la literatura
evidenciar que el uso de este tipo de agregados y los parámetros más influyentes de la mezclas.
finos permite obtener unas propiedades mecánicas
y de flujo (segregación, exudación y capacidad de La Tabla 1 muestra que los diferentes estudios han
relleno) adecuadas para su uso mientras se utilice sido realizados con cemento portland ordinario tipo
un porcentaje de reemplazo menor al 30%. o de uso general, por tanto, investigaciones de las
propiedades del concreto con triturado de arcilla
Se realiza un análisis comparativo de los diferentes con otros tipos de cemento pueden ser explorados.
estudios sobre el uso de triturado de bloque de arcilla
haciendo énfasis en la resistencia a la compresión. La relación agua-cemento A/MC es considerado uno
Para su desarrollo la metodología corresponde a de los factores más influyente en la resistencia a la
una investigación documental, con el fin de evaluar compresión del concreto reciclado [17], por tanto, se
las propiedades al usar este material en el campo grafica el porcentaje de reducción de la resistencia
de la construcción. Esta posibilidad se basa en la a la compresión versus la relación A/MC para los
premisa de poder desarrollar propiedades mecánicas datos presentados en la Tabla 1.
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En la Figura 1 se puede observar que en una reducción ta que los puntos graficados son para diferentes
promedio del 30% puede ser esperada cuando se cantidades de la relación agua cemento, la reducción en la
reemplaza el 100% de los agregados gruesos por el resistencia a la compresión parecen no ser influenciados
ladrillo de arcilla triturado. Además, teniendo en cuen- por la cantidad de cemento usado en la mezcla.
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Los valores reportados por Kallak [16] para el Efectos del reemplazo de agregado grueso en la
concreto con agregado de arcilla no son graficados tensión indirecta del concreto
ya que no se usó una relación agua/cemento similar Reemplazar el agregado grueso tradicional por
que en el concreto patrón (0,75 vs 0,47) y por altas cantidades de CCB, reduce la resistencia a la
tanto, no pueden ser comparados. Los resultados tención indirecta de manera considerable [1, 16].
reportados por Ahmad & Roy [12] presentan un Registró que la relación entre la resistencia a la
comportamiento totalmente diferente, es decir, para tención indirecta entre los concretos elaborados
una relación agua cemento de 0,55 el concreto con con CCB y el concreto tradicional se encuentra
trozos de ladrillo presenta una mejor resistencia entre 0,2 y 1,4.
que el concreto realzado con triturado de piedra.
Recomendaciones en el reemplazo de agregados
Efectos del reemplazo de agregado grueso en gruesos
la porosidad Un análisis de la calidad del bloque de arcilla
La absorción de agua del agregado CCB es mayor que cocida y de su origen debe ser el primer paso
la presentada en los agregados naturales del concreto cuando se desea incorporar este tipo de residuo de
[8]. Además, se ha reportado que el agregado CCB la construcción como sustitución de los agregados
presenta una absorción de agua mayor al concreto naturales de las mezclas de concreto [13]. En estas
elaborado con la mezcla de variedad de residuos mezclas se debe tener especial cuidado en los
de la construcción [11]. [1] Aliabdo por ejemplo, diseños para evitar el agrietamiento y reducir los
reporta un incremento en la porosidad en concretos problemas de durabilidad en refuerzo del concreto
con CCB entre el 14,5% y 25,0% para una mezcla [10]. Específicamente, se debe tener en cuenta el
con un contenido de cemento de 350 kg por metro cambio en la cantidad de agua demandada y ajustar
cúbico de concreto y A/MC = 0,5 y, de 16 a 26% la relación A/C para considerar la alta porosidad y
para un contenido de cemento de 250 kg por metro absorción de los agregados reciclados [8].
cúbico de concreto y A/MC = 0,7.
Diferentes investigadores sugieren limitar la cantidad
Sin embargo, otros estudios que reportan cifras aún de agregado reciclado para evitar una pérdida
mayores [10], determinaron que la permeabilidad considerable en la resistencia de los concretos
al agua de las mezclas con CCB se duplica al reciclados; [1] recomienda usar agregados reciclados
reemplazar el agregado grueso por ladrillo triturado CCB como un reemplazo del 25% y 50% del agregado
también han establecido que la permeabilidad de grueso natural para mezclas de concreto con 350 y
los concretos reciclados puede ser hasta cinco 250 Kg de cemento, respectivamente.
veces mayor que el del concreto con agregados
naturales [10, 18]. Un límite del 25% para el agregado grueso y del
50% para el agregado fino por CCB es propuesto
Efectos del reemplazo de agregado grueso en el por [10], con la finalidad de obtener propiedades
módulo de elasticidad similares a las de un concreto tradicional. En esta
El módulo de elasticidad del concreto reciclado es misma dirección, [13] propone limitar a un 30% el
típicamente menor que el de concretos tradicionales reemplazo del agregado grueso natural por CCB.
y el uso de agregado CCB como agregado grueso
presenta la mayor influencia [7]. Un alto reemplazo Una resistencia mínima de 17,0 MPa para los
de agregado grueso por CCB reduce el módulo de concretos es estipulada en la normativa colombiana
elasticidad significativamente; [1] determinó una de construcción sismo-resistente (NSR10, 2010,
reducción en el módulo de elasticidad en concretos Tabla C.4.3.1) [19] cuando se presentan las mejores
con CCB entre 20,0 y 34,5 a 20 MPa para una condiciones ambientales (es decir, donde el ambiente
mezcla con un contenido de cemento de 350 kg y es seco o protegido de la humedad, que no está
A/C = 0,5 y, de 16 a 28 MPa para un contenido de expuesto a ciclos de congelamiento y deshielo, no
cemento de 250 kg y A/C =0,7. Estas reducciones se requiere baja permeabilidad y la concentración
son típicamente atribuidas a la alta porosidad del de sulfatos solubles en agua en contacto con el
bloque de arcilla comparado con los agregados concreto es baja) y para aplicaciones en estructuras
pétreos naturales [8]. con capacidad de disipación de energía mínima.
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Considerando lo anterior y los resultados reportados Tres núcleos fueron extraídos (Figura 2-c) usando la
en la Tabla 1, las futuras investigaciones deberían metodología de la norma NTC-3658 [21] y sometidos
considerar en el diseño de la mezcla de concreto al ensayo de compresión de acuerdo con la norma
una cantidad de cemento mayor a 250 Kg y una INVIAS [22]. La resistencia de estos cilindros fueron
relación A/C menor a 0,70. de 6,6, 7,6 y 10,8 MPa [23]. Es decir, una resistencia
promedio de 8.3 MPa que se encuentra por debajo de los
Resistencia a la compresión del concreto con bloque valores promedio reportados por otros investigadores
de arcilla triturado como agregado grueso: un caso (ver Tabla 1) y de lo especificado por la normativa
práctico. colombiana (17.0 MPa, NSR10, 2010), esto puede
deberse a que el tamaño del agregado de ladrillo
Se extrajo el segmento superior de una columna triturado es mucho mayor que el tamaño máximo del
interior de un establecimiento penitenciario con agregado grueso triturado que se usa en una mezcla de
una sección transversal de 250x250 mm (Figura 2), concreto estructural (es decir, 3/4 de pulgada) y/o una
este establecimiento se encuentra en un nivel de posible relación A/C muy alta (ejemplo, mayor a 0,7).
agresividad III de acuerdo con la NTC-5551 (2007)
[20], una temperatura promedio de 30° C, humedad AGRADECIMIENTOS
relativa de 80% aproximadamente y una altura
de 3 msnm. Como se observa en la Figura 2-c, el Los autores expresan los agradecimientos a la
agregado grueso es reemplazado por triturado de Universidad Militar Nueva Granada por el apoyo al
ladrillo de arcilla. proyecto de investigación INV-DIS-2323 “Estudio
del efecto de la corrosión del acero de refuerzo en
elementos estructurales construidos en concreto
bajo los criterios de la norma sismo resistente
colombiana 10 título c”; de este proyecto se derivó
este artículo.
CONCLUSIONES
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