estudio de la durabilidad de morteros fabricados con

Estudio de la durabilidad de morteros fabricados con áridos reciclados

expuestos a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín

frente al fenómeno de la carbonatación

José Miguel Romero López

Universidad Nacional De Colombia, Sede Medellín

Facultad De Arquitectura, Maestría En Construcción

Plan De Estudios Profundización

Medellín, Colombia

2020

Estudio de la durabilidad de morteros fabricados con áridos reciclados

expuestos a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín

frente al fenómeno de la carbonatación

José Miguel Romero López

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magíster en Construcción

Director:

Yhan Paul Arias Jaramillo, Profesor Asistente. Ingeniero De Materiales Msc.

Grupo De Investigación En Construcción

Universidad Nacional De Colombia, Sede Medellín

Facultad De Arquitectura, Maestría En Construcción

Plan De Estudios Profundización

Medellín, Colombia

2020

Las cercas y las fronteras no pueden detener el

fluir de los ríos, la migración de las mariposas,

o el movimiento de la gente y no detendrá el

espíritu de la libertad.

Tania Willard

Resumen y Abstract 1

- Resumen

El crecimiento poblacional y la urbanización de las ciudades demanda una gran cantidad

de recursos naturales no renovables que ejerce una presión considerable sobre el medio

ambiente, asimismo, las actividades de la construcción generan una enorme cantidad de

residuos de construcción y demolición (RCD) que en países como Colombia son

escasamente aprovechados por lo que terminan dispuestos en rellenos sanitarios.

A través de diferentes investigaciones se ha podido conocer el desempeño mecánico y la

durabilidad de materiales fabricados a partir de estos residuos, por lo que se ha planteado

la posibilidad de incorporar una fracción de material reciclado proveniente de residuos de

concreto como reemplazo del árido grueso en la fabricación de nuevos elementos de

concreto. Sin embargo, los áridos finos de concretos reciclados (FRCA) no son utilizados

en grandes proporciones debido a las características propias de un material poroso y con

una alta absorción, de manera que el grado de aprovechamiento es muy reducido.

Mediante un estudio de las variables que afectan la durabilidad de los áridos reciclados,

junto con un análisis estadístico ligado al desarrollo de la fase experimental de este trabajo

de profundización, se obtuvieron datos acerca del desempeño por durabilidad de morteros

fabricados a partir de residuos de concreto frente al fenómeno de la carbonatación en

muestras expuestas a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín. Como

resultado, la resistencia a la carbonatación para estos morteros siguiendo los modelos

propuestos por los autores, fue de 41.6 años. Lo que deja abierta la posibilidad de utilizar

los FRCA en la fabricación de nuevos morteros con aplicaciones en la construcción.

Palabras clave: (Concreto, Morteros, Áridos reciclados, Durabilidad, Carbonatación).

2 Estudio de la durabilidad de morteros fabricados con áridos reciclados expuestos a

las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín frente al fenómeno de la

carbonatación

Abstract

Population growth and urbanization of cities demand a large amount of non-renewable

natural resources, which put considerable pressure on the sources of resources, and

construction activities generate a huge amount of construction and demolition waste (RCD),

which in countries like Colombia are hardly used, so they end up disposed of in landfills.

Through different investigations, it has been possible to know the mechanical performance

and durability of materials manufactured from this waste, therefore, the possibility of

incorporating a fraction of recycled material from concrete waste as a replacement for coarse

aggregate has been raised, in the manufacture of new concrete elements. However, the

recycled fine concrete aggregates (FRCA) are not used in large proportions due to their

characteristics, typical of a porous material and with a high absorption, so the degree of use

is very low.

Through a study of the variables that affect the durability of recycled aggregates, together

with a statistical analysis linked to the development of the experimental phase of this

research work, data were obtained about the durability performance of mortars made from

concrete waste against the carbonation phenomenon. The carbonation resistance for these

mortars, following the models proposed by the authors, was 41.6 years. This leaves open

the possibility of using FRCAs in the manufacture of new mortars with applications in

construction.

Keywords: (Concrete, Mortars, Recycled aggregates, Durability, Carbonation).

Contenido 3

Study of the durability of mortars made with recycled aggregates exposed to the environmental

conditions of the city of Medellín against the phenomenon of

carbonation

Contenido 4

Contenido

Pág.

- Resumen ................................................................................................................... 1

- Lista de figuras ......................................................................................................... 5

- Lista de tablas........................................................................................................... 6

- Lista de Símbolos y abreviaturas ............................................................................ 7

- Introducción .............................................................................................................. 8

1. Capítulo: Planteamiento del problema .................................................................. 10 1.1 Justificación ........................................................................................................ 12 1.2 Preguntas de investigación ................................................................................ 17 1.3 Objetivos ............................................................................................................ 22

1.3.1 Objetivo general............................................................................................. 22 1.3.2 Objetivos específicos ..................................................................................... 22

2. Capítulo: Marco conceptual ................................................................................... 23 2.1 Los materiales de construcción y la demanda de recursos naturales ................. 23

2.1.1 Ciclo de vida lineal de los materiales de construcción ................................... 26 2.1.2 El concreto convencional como residuo ......................................................... 30

2.2 Los residuos de concreto como material de construcción ................................... 32 2.2.1 Marco normativo acerca de la gestión de residuos ........................................ 32 2.2.2 Aplicaciones de los RC en el desarrollo urbano ............................................. 38

2.3 Enfoques conceptuales ...................................................................................... 48 2.3.1 Durabilidad de materiales fabricados con mezclas de cemento y áridos reciclados ................................................................................................................. 54 2.3.2 El Fenómeno de la carbonatación ................................................................. 57 2.3.3 Factores que inciden en la carbonatación ...................................................... 60

2.4 Tratamientos para mejorar el desempeño de los áridos reciclados .................... 62 2.4.1 Aditivos reductores de agua........................................................................... 64 2.4.2 Adiciones minerales ....................................................................................... 68

3. Capítulo: Metodología de experimentación .......................................................... 72 3.1 Diseño experimental ........................................................................................... 72 3.2 Variables de investigación .................................................................................. 73 3.3 Análisis de datos ................................................................................................ 75 3.4 Análisis de resultados ........................................................................................ 82

Contenido 5

4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................ 88

4.1 Conclusiones ...................................................................................................... 88 4.2 Recomendaciones .............................................................................................. 91

- Anexo (A): Resumen experimental – áridos naturales de cantera ...................... 93

- Anexo (B): Resumen experimental – áridos reciclados de concreto .................. 94

- Bibliografía .............................................................................................................. 95

Contenido 5

- Lista de figuras

Pág.

Figura 2-1: Áridos finos reciclados para la fabricación de terraplenes (Vieira, 2020).31

Figura 2-2: Áridos finos reciclados para la fabricación de bloques, (Liu et al., 2019).31

Figura 2-3: Perfiles de acero rellenos con concreto reciclado, (Lyu & Han, 2019). 32

Figura 2-4: Gaviones con áridos reciclados como elemento arquitectónico de vivienda

en Chungbuk, Korea (Vurlod, 2014). 33

Figura 2-5: Construcción de vivienda con materiales reciclados en Voronezh, Rusia,

(Zolotukhin et al., 2020). 34

Figura 2-6: Vivienda terminada construida con materiales reciclados en Voronezh,

Rusia (Zolotukhin et al., 2020). 35

Figura 2-7: Modelo tridimensional construido a partir de la metodología BIM, (Ge et

al., 2017). 36

Figura 2-8: Visualización de elementos a través de modelos 3D, (Ge et al., 2017). 36

Figura 2-9: Caso de estudio edificio residencial austriaco, (Honic et al., 2019). 37

Figura 2-10: Caso de estudio torre A y torre B, (C. Wang et al., 2020). 38

Figura 3-1: Esquema – Diseño metodológico (Fuente propia). 55

Figura 3-2: Demolición proyecto COOPERENKA (Fuente propia). 56

Figura 3-3: Cilindro de concreto para la obtención de áridos reciclados, (Fuente

propia). 58

Figura 3-4: Arena de río como árido natural, (Fuente propia). 58

Figura 3-5: Cálculo de la absorción de áridos finos naturales y reciclados, (Fuente

propia). 60

Figura 3-6: Mecanismo de reacción de los plastificantes, (Putzmeister, 2016). 63

Figura 3-7: Mecanismo de reacción de los superplastificantes, (Putzmeister, 2016). 63

Figura 3-8: Grafica de cubos – Años de durabilidad, (fuente propia). 65

6 Estudio de la durabilidad de morteros fabricados con áridos reciclados expuestos a

las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín frente al fenómeno de la

carbonatación

- Lista de tablas

Pág.

Tabla 2-1: Políticas públicas enmarcadas bajo el concepto de economía circular

(Elaboración propia) 24

Tabla 2-2: Etiquetas y declaraciones ambientales (ICONTEC, 2006) 27

Tabla 2-3: Normas existentes, Sello Ambiental Colombiano (ICONTEC, 2006) 28

Tabla 2-4: Resistencia a la compresión y porcentaje de reemplazo de los componentes

en concreto, (adaptado de (C. Wang et al., 2020)). 38

Tabla 2-5: Efectividad de los aditivos reductores de agua (adaptado de (Cartuxo et al.,

2016)). 48

Tabla 2-6: Porcentaje máximo de FRCA por tipo de aditivo (adaptado de (Cartuxo et al.,

2016)). 49

Tabla 3-1: Tabla de diseño aleatorizada, (Elaboración propia) 57

Tabla 3-2: Composición de las muestras de mortero, (Elaboración propia) 62

Tabla 3-3: Fluidez de las mezclas de mortero, (Elaboración propia) 62

Tabla 3-4: Matriz de ejecución y variable de respuesta, (Elaboración propia) 64

Contenido 7

- Lista de Símbolos y abreviaturas

Abreviaturas Abreviatura Término

BTU Unidad térmica británica CRCA Árido grueso de concreto reciclado FRCA Árido fino de concreto reciclado FA Cenizas volantes FNA Árido fino natural FRA Árido fino reciclado ITZ Zona de transición interfacial NA Árido natural NAC Concreto con árido natural RA Árido reciclado RAC Concreto con árido reciclado

8 Introducción

- Introducción

Aquello que llamamos construir, hace parte de un proceso analítico, técnico y creativo

que nos lleva a determinar un producto concreto, definiéndose como un conocimiento

aplicado que coordina habilidades intelectuales e instrumentales para cumplir un fin,

obedeciendo a una formación previa que recoge la exploración empírica y la capacidad

creativa.

Frente a este escenario, el sector de la construcción se ha caracterizado al promover

sistemas constructivos con materiales modernos y de alto nivel tecnológico, que se han

usado de forma indiscriminada en proyectos urbanos y de vivienda, y que han sustituido

por completo técnicas tradicionales y materiales naturales, quedando rezagados como una

arquitectura humilde y de poco valor, en el que la materialidad de las obras ha sido

centralizada hacia elementos tangibles que carecen de relación con su contexto.

El uso generalizado de estas técnicas modernas está marcado por las condiciones

particulares de un momento determinado, acorde al desarrollo económico y tecnológico,

ligado a factores de carácter político, social, cultural, religioso y ambiental.

Sin embargo, crece la necesidad de un cambio de percepción que permita reorientar la

visión que tiene la sociedad respecto a la forma en la que se construye, a raíz de los

impactos asociados a la demanda de recursos no renovables que genera la producción de

este tipo de materiales y que acarrea diversas problemáticas en todos los ámbitos de la

sociedad, por lo que se requieren nuevos modelos de desarrollo sostenible que busquen

satisfacer las necesidades humanas sin comprometer la calidad de vida de las

generaciones futuras.

Esta demanda de materiales ha creado tendencia en el sector de la construcción hacia

una revalorización de sus materias primas. Ya que, siendo el concreto el material más

utilizado para fines constructivos y uno de los mayores generadores de CO2 antropogénico,

se han buscado alternativas que permitan el aprovechamiento de sus residuos con el fin de

que sean reincorporados a la cadena productiva. Los procesos extractivos son propios de

un modelo que obedece a un flujo lineal de energía, en el que los recursos no son

aprovechados durante el final de su ciclo de vida, por el contrario, son clasificados como

material de desecho, especialmente en países subdesarrollados.

A pesar de esta evidente necesidad, son numerosas las limitaciones que impiden la

utilización a gran escala de los materiales reciclados, ya sea por la falta de normativas y las

Introducción 9

altas exigencias de cumplimiento y calidad actuales accesibles únicamente para los

materiales modernos, la poca sensibilidad social en la población que discrimina los

materiales alternativos, la falta de discusión de estos temas desde la academia y la carencia

de conocimiento que favorece los vacíos científicos.

Con el objetivo de ampliar los conocimientos existentes en cuanto al desempeño de los

materiales fabricados a partir de residuos de concreto, se han desarrollado diferentes

investigaciones alrededor del mundo con resultados prometedores que viabilizan el uso de

estos materiales en la construcción. Aun así, existen vacíos de conocimiento en cuanto al

desempeño de estos materiales en el tiempo y su comportamiento en relación con las

condiciones del entorno.

Razón por la cual, este trabajo busca analizar algunas variables que afectan la

durabilidad de los residuos de concreto producto de procesos constructivos convencionales,

mediante la aplicación de un diseño experimental y un modelo de estimación de la

durabilidad frente al fenómeno de la carbonatación de morteros fabricados con áridos

reciclados expuestos a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín; con lo que se

pretende adquirir datos técnicos que permitan comprender las condiciones ideales bajo las

cuales es posible reciclar dichos materiales.

Los datos serán procesados mediante la herramienta Minitab Statistical Software, que

permite analizar la incidencia que tienen las variables del diseño experimental en la

respuesta objetivo que, para efectos de este trabajo, corresponde a la profundidad de

carbonatación de morteros fabricados a partir de áridos finos de concreto reciclado (FRCA)

y arena de río. Además, a partir del análisis al estado del arte y considerando que la

durabilidad frente a la carbonatación es un fenómeno por difusión y que se relaciona

directamente con la permeabilidad del material, se analizó la incidencia que tiene la

dosificación del agua de mezcla en la resistencia a la carbonatación.

Asimismo, en aras de mejor la durabilidad y controlar los altos porcentajes de absorción,

las mezclas fueron fabricadas con un aditivo reductor de agua (plastificante) y una

concentración de hidróxido de sodio (NaOH), este último para regular la pérdida de pH a

causa de este fenómeno.

1. Capítulo: Planteamiento del problema

A pesar de que el ingenio humano es una cualidad que le ha dado control sobre su

entorno permitiendo transformarlo acorde a sus necesidades, resulta incoherente pensar

que una especie sea poseedora del derecho para alterarlo, ya que, si vemos a la naturaleza

por lo que es sin necesidad de recurrir a un complejo análisis de sus características, es

evidente que esta no necesita ningún cambio, sus condiciones hacen de su proceso algo

autosuficiente. Por lo que la importancia de la especie humana frente al vasto universo de

pequeñas interacciones se reduce a la insignificancia.

Ese deseo ambicioso de alcanzar el fruto del árbol más alto llevó a que el hombre

después de siglos de evolución se mostrara capaz de superar cualquier obstáculo que se

opusiera en su camino, resaltando esa falsa distinción de superioridad como especie frente

a las demás. De modo que, a diferencia de otros individuos que habitan en el mundo y

ponen su existencia en relación con él, estableciendo relaciones que permiten encontrar un

equilibrio entre la satisfacción de sus necesidades naturales y las del medio en el que se

encuentran inmersos, en los humanos, esa relación entre el quehacer cotidiano y el entorno

adopta una postura más compleja (Morin, 2008).

Nuestras necesidades parten de un conjunto de intereses personales, contextos

sociales, económicos y culturales. Siendo este conjunto de factores los que afectan la forma

de habitar del hombre y desvían el camino en el que el proceso de adaptación pasa a ser

un proceso de transformación acorde a nuestras supuestas necesidades.

En el panorama actual, el pensamiento de quien construye podría describirse como esa

ambición de imponerse al mundo y que emerge a partir de intereses personales, caprichos

y necesidades secundarias, ya que ocupar un sitio obedece en la mayoría de los casos a

razones estéticas y de prestigio, en el que el ser humano se tropieza con un delirio de poder

y grandeza.

Capítulo 1 11

Las construcciones con materiales modernos son producto de una estética que ha sido

tergiversada por una mezcla de intereses e intenciones que acompañan al construir y lo

degradan, a tal punto, que lo material pasa de lo tradicional a lo tecnológico, a lo industrial

y aquella forma que denota la materialidad del construir, ahora es producto del proceso que

imponen sus componentes y usos.

Por consiguiente, es necesario un cambio de paradigmas, en el que seamos más

conscientes del consumo innecesario de recursos que acarrea el deterioro de nuestro

entorno. De esta manera, podremos recuperar el sentido, la identidad de las obras y la

esencia del arte de construir, satisfaciendo necesidades reales en pro de mejorar la calidad

de vida de todos (Vallejo Clavijo, 2012).

Solo resta entender que las condiciones del entorno en que vivimos son impuestas por

la naturaleza, por la tierra; la cual se compone de leyes que condicionan la cantidad de

materia que nos permite utilizar, por lo que es necesario entender las limitaciones que esta

valiosa fuente posee, de esta forma, pasaremos de un consumo indiscriminado a un

consumo consciente y racional de recursos.

Es por eso que, adoptar un cambio de pensamiento constituye un paso trascendental

para la humanidad, aceptar que aquello que se creía conocer ya no es lo que siempre fue,

se asemeja a pensar que el sol capaz de construir y destruir, operando sin descanso,

proporciona la energía necesaria para que un gran número de procesos entre el orden y el

desorden constante se desarrollen bajo la armonía de lo que llamamos vida.

Dicha estructura de pensamiento debe de ser vista como una forma de análisis válida

para comprender el entorno, la naturaleza, la sociedad, el reorganizar la vida humana y

sobre todo dar soluciones a las crisis de nuestra era contemporánea, con un estudio

complejo de la realidad que logre generar un impacto en el ámbito más directo de las

interacciones de los seres humanos en relación a la cultura, la interpretación de la sociedad,

la política, y la comprensión del momento actual que vive la humanidad (Garciandía, 2011).

Bajo este contexto se expone la heterogeneidad, la interacción, el azar, todo objeto de

conocimiento cualquiera que sea, que no se puede estudiar en sí mismo, sino en relación

con lo que lo rodea y que hace de la realidad un sistema.

Si nos referimos a la sistémica y aceptamos la realidad desde su lógica, cambios en el

entorno de carácter antrópico deberían tomar importancia y ser incluidos como parte de un

conjunto de sistemas interrelacionados y organizados, no aislados (Bunge, 2004).

Reconociendo a la humanidad como esa especie que, desde su concepción, juega en

12 Estudio de la durabilidad de morteros fabricados con áridos reciclados expuestos

a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín frente al fenómeno de la

carbonatación

contra de la conexión, buscando salir y ser libre, lejos de su origen, hasta aquel momento

en el que su propia naturaleza la trae de regreso a casa.

Es claro que las necesidades humanas, como de cualquier ser vivo involucran

inevitablemente un flujo de energía, pero ¿Cuánta energía realmente se requiere para que

las condiciones de vida de una población sean dignas?, si el consumo obedece a

condicionamientos impuestos por un sistema capitalista en el que no se respeta la cantidad

de recursos que son utilizados y tampoco se da solución a las necesidades reales de la

sociedad; por el contrario, se crea una falsa imagen de que la vida debe ser costosa, lujosa

y carente de toda sensibilidad y respeto por los recursos naturales de nuestro planeta.

Si bien, el avance científico ha permitido el desarrollo de alternativas de construcción

más sostenibles, así como la revalorización de los residuos de construcción y demolición

(RCD), evitando el deterioro de los ecosistemas a causa de un modelo extractivista de

recursos; es necesario que los vacíos científicos en cuanto al desempeño de estos

materiales en el tiempo sean superados, ya que de esta forma podrían ser más visibles las

potencialidades de los materiales reciclados y convertirse en una alternativa viable social,

económica y ambiental.

1.1 Justificación

Más allá del simple acto de edificar, el habitar primitivamente nació como una necesidad

humana de resguardo ante el peligro, ante la hostilidad del entorno, que con el paso del

tiempo se ha convertido en un deseo material, gobernado por la subjetividad y el

individualismo, en el que se pierde cualquier conexión entre objetos que forman parte de el

mismo círculo sistémico.

Por lo que, cambiar el espacio no es una actividad que deba tomarse a la ligera, su

alteración requiere cuidado y delicadeza, implica un conjunto de aspectos culturales y

sociales que conforman aquel espacio maleable y conlleva a una demanda de energía que

genera reacciones en el universo infinito, en el que cada factor desencadena una realidad

posible.

Antiguamente, en épocas en que la seguridad y el resguardo eran necesidades de primer

nivel, la casa fue considerada no solo como refugio, sino también, como un lugar que

Capítulo 1 13

permitía la conformación del hogar, en donde quien habita encuentra su espacio, se

identifica con él, lo cuida como si fuera una extensión de su ser (Heidegger, 1995).

Sin embargo, el acelerado proceso de globalización y el crecimiento de las ciudades

contemporáneas, sumado a la exacerbada valoración de la imagen en la que el carácter

visual de las cosas ha alterado el concepto de casa como hogar, expresándolo como un

bien de consumo para ser visto, en lugar de un bien para ser habitado, aceptado, acogido

y vivido; ha desencadenado un consumo excesivo de materiales que pone en riesgo las

fuentes de recursos no renovables y vulnera la calidad de vida de todos los individuos del

planeta.

Por esta razón, es evidente la necesidad más allá de cualquier espacio construido, un

espacio para albergar la identidad, las tradiciones, la memoria, la intimidad, las emociones;

un símbolo de protección y seguridad, que involucre un análisis racional que nos permita

entender el flujo limitado de energía que ofrece nuestro entorno.

No obstante, distintos patrones sociales establecen las técnicas que materializan lo

construido y que van acordes a la época, puesto que, si damos una mirada hasta el inicio

de los tiempos del hombre, observamos que la naturaleza era la fuente para dicha técnica,

que se desarrollaba en relación con ella y como elaboración de aquella naturaleza. Por el

contrario, en nuestros tiempos modernos la técnica ha separado al hombre de su entorno,

lo ha hecho creer que la naturaleza necesita corregir su curso y este ha adoptado por

iniciativa propia la postura de corrector de lo naturalmente dado.

Aun cuando, el capitalismo, la globalización, la urbanización, la industrialización, la

xenofobia, la falta de educación, la escasez de recursos, la generación de residuos, son un

breve listado que resume la situación en que se encuentra el mundo; es la demanda de

energía producto de las necesidades del hombre, uno de los principales problemas que

acarrea impactos negativos relacionados con la materialidad que se constituye como uno

de los componentes fundamentales del construir.

En consecuencia, la aplicación de técnicas y procesos constructivos convencionales e

industrializados, afectan el equilibrio de las fuentes de recursos no renovables y generan

residuos que son devueltos al planeta de manera inconsciente como material de menor

valor sin ningún tipo de aprovechamiento.

Este impacto ambiental que generan las actividades edilicias ha demandado estudios

que buscan la reincorporación de materiales en las cadenas productivas y otras fuentes



carbonatación

más sostenibles de obtención de materias primas, con el objeto de reducir la pérdida de

recursos no renovables y la degradación de los ecosistemas.

En la actualidad, el concreto corresponde al material más utilizado en la construcción por

su versatilidad y desempeño, con una producción global de áridos que alcanza los 40 mil

millones de toneladas y un alto consumo de cemento, que constituye un indicador del

acelerado proceso de desarrollo que se materializa alrededor del mundo (Global

Aggregates Information Network, 2016).

Las cantidades de concreto que se producen a diario son abismales, cada año más de

4 mil millones de toneladas de esta mezcla se producen en el mundo, generando el 8% de

la cantidad total de CO2 que se libera a la atmósfera (Lehne & Preston, 2018). Esto

representa más emisiones que las producidas por la combustión del transporte de carga.

Por otra parte, el crecimiento poblacional, el desarrollo urbano y el deseo de satisfacer

las necesidades de vivienda, generan grandes cantidades de residuos producto de las

obras de construcción y demolición (RCD). Es el caso de países como China, que genera

una cantidad creciente de RCD especialmente en sus principales ciudades, convirtiéndolo

en uno de los más grandes generadores de residuos, aportando el 30% de los residuos

sólidos municipales del mundo, en los cuales un 40% son RCD (Yang et al., 2017).

De acuerdo con cifras del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (2013), se

estima que en Colombia se generan aproximadamente 23 millones de toneladas de RCD

al año. Los mayores aportes corresponden a ciudades como Bogotá, Medellín y Cali, con

19 millones de toneladas, 2.5 y 1.3 millones de toneladas respectivamente.

Por ese motivo, en Colombia se han establecido Normas Técnicas Colombianas con

Sello Ambiental Colombiano (NTC 6033, NTC 6024, NTC 6034, NTC 5720, NTC 5871, NTC

5757, NTC 6018, NTC 6093, NTC 6100), para la selección de materiales de construcción y

ahorro de consumo energético, como es el caso de la NTC 6112, que establece un

porcentaje mínimo en el que la suma de los materiales reutilizados o recuperados que se

empleen en el proyecto debe ser al menos un 5% en masa total de los materiales. Además,

del total de los materiales de construcción usados, como mínimo el 20% debería ser

material reciclado.

Pese a estas regulaciones e incentivos propuestos por el gobierno colombiano para

reducir los impactos ambientales derivados de la construcción, y al avance en el sector

privado que lidera estrategias de industrialización de materiales de bajo impacto ambiental;

Capítulo 1 15

no existen normativas estrictas que garanticen la recuperación, reutilización y

transformación de áridos reciclados en materias primas para la fabricación de nuevos

concretos, por lo que no se han popularizado a tal punto de convertirse en prácticas

esenciales para una correcta ejecución de los diferentes procesos constructivos.

Por parte de la comunidad académica y científica, se ha llevado a cabo un gran número

de trabajos de investigación (González-Fonteboa et al., 2018; Pedro et al., 2017b;

Changqing Wang & Xiao, 2018) y ha habido un notable incremento en los métodos de

recuperación de residuos, y en las formas y técnicas para su utilización en la industria de la

construcción (M. Bravo et al., 2017; Marzouk & Azab, 2014; Zhan et al., 2019).

Sin embargo, distintas investigaciones desarrolladas en las últimas décadas muestran

que la durabilidad y el desempeño mecánico del concreto con áridos reciclados (RAC), se

ven directamente afectados por el reemplazo de altos porcentajes de árido natural. Por lo

cual, algunos investigadores recomiendan reemplazar la fracción de árido grueso hasta en

un 25%, ya que las propiedades no sufren afectaciones significativas en comparación con

el concreto convencional (A Barbudo et al., 2012; Bedoya & Dzul, 2015; Silva et al., 2018;

Xiao, 2018).

Varios países como China, Japón y los que obedecen las normas europeas de

construcción para el diseño de estructuras de concreto (Silva et al., 2016), tienen

recomendaciones para el uso de áridos gruesos reciclados en concreto estructural,

mientras que el reciclaje de la fracción fina con tamaños de partícula menor a 4,75mm es

limitado, dado que produce cambios importantes en algunas propiedades del nuevo

concreto, debido a la baja densidad aparente, al porcentaje de absorción de agua y los altos

contenidos de pasta de cemento y arcilla (Zega & Di Maio, 2011).

Aunque una porción mucho mayor de material de construcción podría ser reemplazado

por RCD, estas opciones no se consideran en la mayoría de las economías en desarrollo,

debido a la carencia de normativa, falta de aplicación de marcos regulatorios y vacíos de

conocimiento. A pesar de esto, debido a las altas tasas de generación de estos residuos, a

la escasez de sitios de disposición, y al aumento en la demanda de áridos naturales,

distintas formas de utilizar los RCD han ido ganando importancia (Carlos Bedoya, 2015).

En las economías desarrolladas, las primeras iniciativas para minimizar y reciclar RCD

comenzaron en la década de 1980, en Alemania; donde fue creada la Asociación Federal

de Calidad para Materiales de Construcción Reciclados. Otras economías desarrolladas



carbonatación

particularmente Australia, Europa Occidental y América del norte, han tenido un progreso

considerable en sus sistemas de gestión de RCD (Tam et al., 2018).

De tal manera que, este trabajo de investigación se propone a partir del interés en

adquirir conocimientos que favorezcan la aplicación de nuevas tecnologías e incentiven el

uso de materiales alternativos y promuevan el desarrollo de buenas prácticas constructivas;

siendo necesario profundizar en el tema concerniente al uso de áridos reciclados en cuanto

a los factores que influyen en su desempeño y calidad, y estudios científicos que den

respuesta a las variables que limitan el aprovechamiento de RCD como material de

construcción.

Debido la problemática ambiental, por la alta demanda y escasez de recursos, la

generación de residuos y la disposición de estos en rellenos sanitarios, es necesario

reincorporar nuevamente dichos materiales en las cadenas de producción; por lo cual,

adquirir competencias en el desarrollo de metodologías de investigación encaminadas al

análisis de las variables que afectan el comportamiento mecánico y químico de los

materiales fabricados con áridos reciclados, permite llenar vacíos de conocimiento que

obstaculizan el desarrollo de estándares de calidad y su aplicación a gran escala en países

como Colombia.

De modo que, el reciclaje de residuos de construcción y demolición podría mitigar la

proliferación de asentamientos informales que, según datos de la ONU, en América Latina,

113.4 millones de personas (el equivalente a las poblaciones de Colombia, Argentina y

Venezuela juntas), carecen de un lugar adecuado para vivir.

Estos asentamientos se caracterizan por la baja calidad de los materiales de

construcción, la carencia de servicios básicos, la inseguridad en la tenencia y la falta de

sistemas constructivos adecuados; lo cual, en conjunto, incrementa el grado de

vulnerabilidad social y económica frente a riesgos naturales y enfermedades asociadas a

malas condiciones habitacionales.

Los factores más comunes que incrementan el déficit habitacional que afecta al 36.59%

de los asentamientos en Colombia (DANE, 2018), se relacionan con la insuficiencia e

ineficacia de las políticas públicas y se agravan por el desplazamiento forzado originado

por el conflicto interno.

A pesar de que la falta de vivienda digna es una problemática que afecta a muchos

países en desarrollo y que podría verse beneficiada mediante la obtención de materiales

Capítulo 1 17

de calidad producto de residuos de construcción, es la cantidad creciente de desechos

dispuestos en rellenos sanitarios lo que preocupa a muchos gobiernos en el mundo.

Por este motivo, el estudio de las propiedades que establecen la durabilidad frente a

diferentes ambientes de exposición responsables de los procesos patológicos en los

materiales reciclados, a partir de fenómenos como la carbonatación; permite que el

espectro de aplicación y aceptación por parte de la sociedad sea más amplio, además de

dar solución a la mala disposición de estos residuos en rellenos sanitarios, que hoy se

consideran un foco de contaminación de las fuentes hídricas superficiales y subterráneas,

así como de otros problemas asociados con la contaminación del aire y la proliferación de

plagas.

Este escenario refuerza la necesidad de proponer alternativas de vivienda, nuevos

planes de gestión de residuos e implementar sistemas constructivos alternativos, por lo que

el estudio de materiales fabricados a partir de áridos reciclados toma gran relevancia, ya

que mediante la implementación de marcos regulatorios estrictos y el desarrollo tecnológico

y científico, se podría reducir la falta de buenas condiciones de habitabilidad, reducir la

disposición de residuos en rellenos sanitarios, además de promover un cambio de

paradigma social y científico respecto a las metodologías convencionales de construcción,

que involucre factores sociales y culturales como parte fundamental del desarrollo urbano.

1.2 Preguntas de investigación

En Colombia, la actividad minera para la extracción de materiales de uso en la

construcción ocasiona serios problemas ambientales como erosión, pérdida de cobertura

vegetal, inestabilidad geológica, sedimentación en los cauces y cambio de las condiciones

hidráulicas. Además, los métodos de extracción, en algunos casos, son bastante agresivos

con el entorno y requieren del consumo de otros recursos como el agua, que puede llegar

a escasear debido a la contaminación por sedimentos propios de la actividad extractiva y

por la necesidad intrínseca para la fabricación de mezclas de concreto y mortero.

Asimismo, las actividades de la construcción generan una gran cantidad de desechos

que, por la falta de gestión, no son aprovechados en plantas de tratamiento, sino que

terminan en rellenos sanitarios generando fuertes impactos al ambiente. Cabe mencionar,

que las plantas de reciclaje de RCD no son muy diferentes de las plantas que producen

áridos naturales. Estas pueden utilizar varias trituradoras, clasificadoras, equipos de



carbonatación

transferencia y dispositivos para eliminar contaminantes, con el objetivo de fabricar un

material granular de tamaño específico y con la calidad necesaria para ser utilizado en el

sector de la construcción. (Silva et al., 2017).

En vista de que el RCD con mayor volumen de producción es el mezclado y compuesto

por varios tipos de residuos, las plantas de procesamiento han optimizado sus procesos

ampliando nuevas líneas de producción para el tratamiento de estos materiales, ya que por

su naturaleza requieren de la inclusión de equipos especializados de limpieza y separación

de impurezas (Tertre et al., 2010).

Pese a la heterogeneidad en las fuentes de RCD que ocasiona gran variabilidad en sus

propiedades, cuando se tienen áridos reciclados a partir de RCD con un bajo porcentaje de

impurezas, el proceso de producción es muy similar al de una cantera, en el que se emplean

bandas transportadoras, cabinas de limpieza para eliminar impurezas de residuos de

plástico, maderas y papel; y separadores magnéticos para materiales metálicos.

Adicionalmente, algunas plantas cuentan con tratamientos que eliminan los materiales

más ligeros por diferencia de densidades, destacando que para residuos de naturaleza

mixta prima la limpieza del material antes que cualquier proceso de trituración mecánica.

Pese a los avances científicos relacionados con el estudio de las características de los

RCD y considerando la aplicabilidad de estos materiales en la construcción, en Colombia

es muy escasa la gestión en cuanto al manejo y uso adecuado de los residuos de la

construcción. Sin embargo, se han propuesto algunos lineamientos, resoluciones y políticas

públicas que establecen obligaciones que comprometen a los profesionales de esta

práctica, haciéndolos responsables por sus acciones como generadores de esta

problemática.

Como es el caso de la resolución 0472 de 2017, elaborada por el Ministerio de Ambiente

y Desarrollo Sostenible, en la cual se prohíbe la disposición de residuos de construcción y

demolición en espacios públicos o en rellenos sanitarios; del mismo modo, se implantan los

porcentajes obligatorios de ahorro en agua y energía según el clima y el tipo de exposición

a la cual estará sometida la edificación, mediante la resolución 0549 de 2015, elaborada

por el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio (Ministerio de Vivienda Ciudad y Territorio,

2015; Ramirez & Pineda, 2017).

Por otro lado, se busca estimular la participación de los responsables de la construcción

mediante la implementación de la resolución 0463 de 2018, propuesta por la Unidad de

Capítulo 1 19

planeación Minero – Energética, en la cual se proponen incentivos tributarios por buenas

prácticas de construcción sostenible, ya sea sobre el impuesto a la renta y/o el IVA (UNIDAD

DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA - UPME, 2018).

Aunque son notables los esfuerzos realizados por los entes gubernamentales con la

implementación de políticas públicas y la elaboración de documentos guía que promuevan

este tipo de prácticas, como la Guía para el Diseño de Edificios Sostenibles y el Manual de

Gestión Socioambiental para Obras de Construcción propuestos por el Área Metropolitana

del Valle de Aburrá, los porcentajes de reutilización de residuos siguen siendo bastante

bajos. Se habla de un total de 6 mil toneladas de escombros que se generan en la ciudad

de Medellín diariamente (Fernanda & Henao, 2017).

Siendo numerosas las propuestas que buscan abordar el problema de los residuos de

construcción, valdría la pena resaltar los principales obstáculos que debilitan este tipo de

iniciativas, en el que el factor socio-cultural es una de las principales razones de rechazo

hacia el reciclaje de residuos valorándolo desde un punto de vista estigmático y prejuicioso,

al que se suman los vacíos en el conocimiento respecto al desempeño de estos materiales

que entorpecen su aceptación por parte del gremio de la construcción; como lo es el

aparente deterioro de la calidad del árido reciclado.

Esta pérdida de desempeño en las propiedades mecánicas y la durabilidad de los

materiales fabricados con áridos reciclados, obedece a una correlación lineal con el

aumento del porcentaje de reemplazo de áridos naturales. Sin embargo, se ha demostrado

que el desempeño de concretos convencionales puede ser comparable a los fabricados con

áridos reciclados del mismo material y podría ser utilizado en la fabricación de elementos

estructurales (Pedro et al., 2017; Tam et al., 2018; C Wang et al., 2020; Xiao et al., 2012).

No obstante, los criterios de calidad de los materiales de construcción basados en las

propiedades físico-mecánicas han sido cuestionados en los últimos años a raíz de los

problemas patológicos asociados al deterioro y a la pérdida de desempeño de los

materiales en el tiempo, generando vacíos en el conocimiento en cuanto a las variables que

afectan su durabilidad (Miguel Bravo et al., 2015; Duan & Poon, 2014; Pedro et al., 2018;

Xuan et al., 2017). Aunque existen diferentes tipos de áridos reciclados que varían de

acuerdo con su fuente, esta investigación solo abordará el estudio de las propiedades de

morteros fabricados con áridos reciclados procedentes de residuos de concreto.

Desde la década de 1980, el desarrollo tecnológico y el conocimiento científico respecto

al uso de estos residuos en la fabricación de nuevos concretos, ha sido concluyente en



carbonatación

cuanto a algunas de las variables que afectan la calidad de los materiales reciclados y que

generan un aumento considerable en los porcentajes de absorción, lo que permite la

formación de poros capilares facilitando el paso de sustancias agresivas y debilita la zona

de transición interfacial (ITZ) entre la pasta vieja y la nueva, además de comprometer el

desempeño mecánico y químico, que se relaciona directamente con la fuente de árido

reciclado, la resistencia del concreto de origen y el proceso de trituración; por lo que la

estandarización de los resultados para producir criterios de calidad y promover la aplicación

de este tipo de materiales en la construcción se ve bastante limitada (Pedro et al., 2014).

La baja densidad, los altos porcentajes de absorción y la pérdida de resistencia mecánica

se atribuyen a la cantidad de mortero adherido al árido reciclado. Como consecuencia, la

unión entre el árido reciclado y la nueva pasta de cemento se ve comprometida (Ismail &

Ramli, 2013).

Por tanto, con el objetivo de remover los residuos de mortero adherido y mejorar la unión

interfacial, se han propuesta distintos tratamientos que involucran reducción del tamaño de

las partículas, incorporan altas temperaturas o alteran la composición de los materiales

mediante soluciones químicas.

Estos tratamientos químicos utilizan distintas concentraciones de ácidos, como los

ácidos clorhídrico y sulfúrico, que disuelven los productos de hidratación del cemento,

eliminando el mortero adherido y reduciendo la absorción de agua hasta en un 28%, lo que

conlleva a un mejor rendimiento del concreto reciclado (RAC). Aunque el mayor

inconveniente radica en que las altas concentraciones introducen productos químicos

perjudiciales en el concreto, como los iones de sulfato y cloro, que favorecen la corrosión

del acero de refuerzo e inducen a otras patologías producto de las reacciones químicas que

producen y además, representan un riesgo para la salud (Ismail & Ramli, 2013).

El proceso térmico incorpora temperaturas de más de 400 ºC, suficiente para debilitar

los residuos de mortero, que posteriormente son removidos por frotamiento mecánico. A

pesar de ello, el desgaste mecánico genera microfisuras y partículas finas difícilmente

removibles que afectan adversamente la calidad del RAC (Shi Cong Kou et al., 2014).

Asimismo, la aplicación de estos métodos de tratamiento para áridos reciclados está

limitada por los altos costos, debido a la demanda de energía térmica, eléctrica y el uso de

nuevas tecnologías con equipos especializados, lo que afecta su producción a gran escala.

Capítulo 1 21

En vista de los altos porcentajes de absorción y porosidad del mortero adherido que

compromete el desempeño mecánico y la durabilidad de estos materiales, se considera

viable la utilización de soluciones químicas que penetren fácilmente en los áridos y

consoliden la capa de mortero débil.

Razón por la cual, los investigadores (L. Wang et al., 2019) han desarrollado un

tratamiento químico mediante inmersión en una solución de fosfato diamónico (DAP) como

alternativa para mejorar el desempeño de los áridos reciclados, ya que reacciona con los

productos de hidratación ricos en calcio formando un precipitado de hidroxiapatita (HAP),

eliminando partículas sueltas y sellando grietas y poros en los materiales reciclados; como

resultado, se reduce el porcentaje de absorción mejorando sus propiedades. Además,

introduce iones PO43− que producen fosfatos hidratados ortorrómbicos (FePO4·2H2O),

formando una capa protectora que inhibe la corrosión del acero de refuerzo (L. Wang et al.,

2019).

A partir del análisis de los resultados obtenidos en diferentes investigaciones y

entendiendo la relación que existe entre la pérdida de desempeño de los materiales

fabricados con áridos reciclados y el mortero adherido, así como las limitaciones en los

marcos regulatorios y vacíos del conocimiento que impiden el uso masivo de estos

materiales y su aceptación por parte de la sociedad; profundizar y evaluar su desempeño

por durabilidad, permite el planteamiento de las siguientes preguntas de investigación:

¿Cuáles son las variables que dan lugar al fenómeno de la carbonatación y al deterioro

de la durabilidad en morteros fabricados con áridos reciclados?

¿Qué tipo de tratamientos podrían mejorar la durabilidad frente al fenómeno de

carbonatación de mezclas fabricadas a partir de áridos reciclados?

¿Cómo es el comportamiento frente a la carbonatación de mezclas de mortero

fabricadas con áridos reciclados y áridos naturales expuestas a las condiciones ambientales

de la ciudad de Medellín?



carbonatación

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general

Analizar las variables que afectan la durabilidad de morteros fabricados con áridos

reciclados expuestos a las condiciones ambientales de la ciudad de Medellín frente al

fenómeno de la carbonatación.

1.3.2 Objetivos específicos

- Realizar un análisis bibliométrico y del estado del arte acerca de la durabilidad de los

morteros y concretos fabricados a partir de residuos de concreto.

- Identificar métodos de tratamiento que mejoren el desempeño mecánico y permitan la

implementación de los residuos de concreto como áridos, en la fabricación de mezclas de

morteros.

- Comparar el desempeño por durabilidad frente al fenómeno de la carbonatación de

muestras de morteros fabricados a partir de residuos de concreto y áridos naturales, que

permitan definir la aplicación de estas mezclas en la industria de la construcción.

2. Capítulo: Marco conceptual

2.1 Los materiales de construcción y la demanda de recursos naturales

Las acciones antrópicas marcadas en gran parte por las necesidades del hombre a lo

largo de la historia han alterado el paisaje natural y los componentes del entorno, generando

impactos importantes que dependen de factores determinantes como la localización, la

escala y el uso de recursos; asociados a los materiales y procesos constructivos empleados

en el hábitat donde se emplazan.

Las causas y los efectos de esta transformación han adquirido relevancia en los últimos

años en vista de la reducción de las fuentes energéticas no renovables a nivel mundial, la

degradación de los recursos naturales y a la generación de residuos al final del ciclo de vida

que acarrea graves desequilibrios ecológicos y climáticos.

Las actividades extractivas y procesamiento de recursos no renovables para la

producción de los materiales y elementos de construcción, genera un alto impacto de los

ecosistemas, afectando la biodiversidad en las zonas de explotación, provocando

deforestación, erosión, contaminación de las fuentes hídricas y del aire. Además, los

procesos de producción de las industrias del cemento, cerámica y metalúrgica demandan

un alto consumo de energía.

El sector de los agregados naturales constituye la industria extractiva más grande del

mundo, con alrededor de 500 mil canteras y pozos en todo el mundo, empleando hasta 4

millones de personas (Global Aggregates Information Network, 2018). Siendo este el

producto a granel más consumido en el planeta: 6 ton/persona/año.

Según el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible en Colombia, la industria de la

construcción consume el 40% de la energía, genera el 30% del CO2, el 40% de los residuos

y consume el 60% de los materiales extraídos de la tierra. Además, durante la construcción

se desperdicia aproximadamente el 20% de todos los materiales empleados en la obra.



carbonatación

Asimismo, en el país se producen más de 22 millones de toneladas de RCD (Ministerio de

Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2011).

Los áridos naturales para el concreto representan aproximadamente el 70% del volumen

de concreto (Estanqueiro et al., 2018). Por lo que satisfacer la creciente demanda de este

material a nivel mundial, en vista del acelerado proceso de urbanización y crecimiento

poblacional, implicaría la extracción de millones de toneladas de arena y grava, además de

comprometer el equilibrio ecosistémico de las reservas naturales de estos recursos no

renovables.

La producción de cemento representa el sector que genera mayor cantidad de gases de

efecto invernadero (GEI) a nivel mundial, dado el alto consumo energético requerido por

unidad de producción. Por lo que, se requiere el equivalente de 60 a 130 kilogramos de

combustible y 110 kWh de electricidad para producir una tonelada de cemento. Esta

industria genera a nivel mundial 8% del CO2 antropogénico global, ya que la producción de

una tonelada de cemento emite entre 0.6 y 1 tonelada de CO2 (Gartner, 2004) y producir

una tonelada de concreto, que corresponde a la mezcla de cemento, agua y áridos naturales

emite de 0.2 a 0.4 toneladas de CO2 (Higuchi et al., 2014).

El proceso de obtención de cemento consiste en la calcinación de piedra caliza y arcillas

a más de 1400 °C, lo que produce clínker: un material granulado y el principal componente

del cemento Portland. Cuando el carbono liberado por el clínker entra en contacto con el

aire, se convierte en CO2, que asciende a la atmósfera y contribuye al efecto de gas

invernadero. De acuerdo con la Agencia Internacional para la Energía (IEA, 2020), la

producción de cemento aumentará entre un 12% y un 23% para 2050.

Figura 2-1: Proceso de fabricación del cemento, (Carbon Brief, Chatham House).

Capítulo 2 25

Según (Lernnart Henriz, 2019) directivo de la subcomisión de medio ambiente de la

Federación Europea de la Industria de la Construcción, a pesar de que existen alternativas

para sustituir el cemento convencional, estas siguen siendo mucho más costosas, lo que

genera desaprobación y rechazo por parte de los clientes, ya que el cemento verde, también

llamado cemento de geopolímeros, puede costar hasta tres veces más que el cemento

portland convencional.

Esta problemática recae nuevamente sobre factores económicos, donde los

constructores prefieren comprar los productos convencionales, en vez de alternativas más

ecológicas a un costo mayor, por lo que, sin la acción política, el cemento verde seguirá

siendo una alternativa poco atractiva para los constructores.

En este sentido, el 90% de la energía utilizada en la producción de cemento emplea

combustibles fósiles, principalmente carbón mineral, coque, petróleo y gas natural. La razón

por la que el carbón es tan utilizado en la industria del cemento se debe a su alto poder

calorífico y precios relativamente bajos en comparación con el petróleo (Hendriks et al.,

2003).

Según el Instituto Mundial del Carbón, globalmente se consumen 450g de carbón térmico

por cada 900g de cemento producido. Este mineral sigue siendo la segunda fuente de

energía más grande del mundo, detrás del petróleo y otros líquidos, para una proyección

que va hasta el 2030.

Desde el 2030 hasta el 2040, se espera que sea la tercera fuente de energía más grande

del mundo, detrás de los combustibles y el gas natural. Con una tasa de aumento promedio

de 0.6%/año, que va de 153 billones de BTU en 2012 a 169 billones de BTU en 2020 y a

180 billones de BTU en 2040 (US Energy Information Administration, 2016).

Sin embargo, en vista de la actual contingencia asociada con el virus del Covid-19 se ha

reducido el uso de electricidad y la producción industrial en la mayoría de los países,

reduciendo el consumo mundial de carbón. Esta caída en el consumo corresponde a un 8%

en el primer trimestre de 2020 con relación al primer trimestre de 2019, debido a la baja

demanda en el sector eléctrico, donde se consumen 2/3 del carbón, por lo que la generación

de energía a partir de este mineral disminuyó alrededor de un 10% (IEA, 2020).

Por otro lado, la industria metalúrgica productora del hierro y del acero, es responsable

de aproximadamente el 6,7% del total de emisiones de GEI. Por cada tonelada de acero

producida se emiten 1,7 toneladas de CO2 a la atmósfera (Madías, 2017).



carbonatación

La excavación de minas, la remoción de minerales y el procesamiento de metales altera

gravemente el medio ambiente. En muchos casos, los impactos resultan siendo

irreversibles, como el deterioro de suelos aptos para cultivo y la pérdida de cobertura

vegetal; lo que genera procesos erosivos y contaminación hídrica debido a elementos

tóxicos. Así mismo, el material excavado puede generar volúmenes de residuos hasta ocho

veces mayores al original (Instituto Nacional de Ecología, n.d.).

Esta extracción de minerales constituye la materia prima de la industria ladrillera mundial,

la cual ha aumentado su producción desde 1990, de modo que se han desarrollado un gran

número de fábricas en Alemania y Europa del Este; así como en países que tienen ventajas

como es el caso de China, en cuanto al alto nivel tecnológico en su producción (Ceramitec,

leading trade fair for the ceramics industry, n.d.).

Los impactos ambientales de esta industria hacen referencia a la explotación de las

arcillas, al uso intensificado de energía a base de carbón, emisiones de humo, partículas y

gases, así como la disposición de residuos, que contaminan el suelo y las fuentes hídricas.

Sin embargo, la sobreexplotación de estos recursos también involucra materiales pétreos

(piedra, gravilla y arena) que, sumado a una explotación minera inadecuada, compromete

el equilibrio de los ecosistemas, perturbando el hábitat natural e impactando visualmente el

paisaje.

Se espera que la producción, fabricación y uso de materiales de construcción siga en

aumento debido a las necesidades habitacionales de la población mundial, por lo que se

requieren nuevos modelos de producción de materiales ecológicos y un cambio de

pensamiento que permita reorientar el papel de la arquitectura moderna como creador de

espacios resilientes y no como consumidor indiscriminado de recursos.

2.1.1 Ciclo de vida lineal de los materiales de construcción

La presión del hombre sobre su entorno y la preocupación por comprometer el equilibrio

ecosistémico de nuestro planeta ha configurado un escenario sobre el cual la arquitectura

busca desarrollar una visión más sostenible en sus procesos.

Conceptos sobre una arquitectura ecológica que proyecta, realiza, utiliza, recicla y

construye edificios sostenibles para el hombre y el medio ambiente, sumado a una

Capítulo 2 27

arquitectura bioclimática que diseña para aprovechar el clima y las condiciones del entorno,

ha permitido que se consoliden los principios que constituyen una arquitectura sostenible.

Este tipo de arquitectura introduce una variable en función del tiempo de vida de la

construcción, considerando el flujo de energía durante el ciclo de vida en cada una de las

etapas del proyecto, desde su concepción, materialización, vida de servicio y posterior

demolición.

Por el contrario, la industria de la construcción ha sido vista como uno de los sectores

más contaminantes, responsable de importantes impactos ambientales y que utiliza

grandes cantidades de recursos (energía, agua, suelo y materiales no renovables), además

de producir grandes cantidades de desechos que casi nunca son reaprovechados o

reciclados. Esta industria genera alrededor de 100 millones de toneladas por año de RCD,

que normalmente son dispuestos de manera incorrecta en rellenos sanitarios y depósitos

ilegales (De Melo et al., 2011).

Sin embargo, algunos países del norte de Europa han servido como ejemplo de la buena

gestión de sus residuos considerando el gran potencial de reciclaje de estos materiales. En

Holanda se recicla el 92%, en Bélgica el 89%, en Dinamarca el 81% y otros países afirman

que al menos el 80% de los RCD pueden reciclarse (Estanqueiro et al., 2018).

La producción de RCD ha venido en aumento con el desarrollo de la industria de la

construcción a raíz del crecimiento urbano y la demanda de vivienda. En el contexto

internacional, la generación de RCD alcanza los 70 millones de toneladas en el Reino

Unido, 6.16 millones de toneladas se vierten en rellenos sanitarios cada año en Australia

(Tam et al., 2008) y alrededor de 35 millones de toneladas de concreto demolido se generan

cada año en Japón (Shima et al., 2005); en Europa 1/3 de los residuos sólidos generados

son RCD y la tasa de reciclaje promedio es del 47%.

A pesar de que los RCD se consideran una alternativa para reducir la explotación de

áridos naturales, su gestión tiene consecuencias ambientales significativas en cuanto a su

transporte y deposición. Sin embargo, con una adecuada gestión y logísticas de

aprovechamiento in situ, es posible reintroducir estos residuos en la cadena productiva con

un valor agregado tanto en términos económicos como ambientales.

La gestión de RCD incluye todas las operaciones destinadas a la prevención,

reutilización, recolección, transporte, almacenamiento, clasificación, tratamiento,

recuperación y eliminación. Si bien, algunos países han establecido lineamientos

estratégicos para asegurar el adecuado aprovechamiento de estos residuos, existen



carbonatación

grandes diferencias entre distintos países, especialmente porque algunos han establecido

el reciclaje como una práctica a lo largo de los años que ha creado una buena conducta

social en este aspecto, mientras que, en países latinoamericanos con economías

emergentes las tasas de reciclaje siguen siendo muy bajas.

En el contexto actual, la construcción convencional no obedece a ningún esquema de

economía circular, la producción de cemento requiere de la explotación de recursos no

renovables como la piedra caliza y las arcillas, la composición del concreto con un 70% de

áridos demanda la explotación de materiales pétreos de canteras y los de arrastre en los

ríos. Una vez el concreto se mezcla y se transporta al sitio, puede utilizarse en la

construcción de un edificio; no obstante, cuando finaliza la vida útil su demolición origina

enormes cantidades de residuos.

Aun cuando la reutilización y el reciclaje de estos materiales como áridos para la

construcción de nuevas estructuras, puede reducir la cantidad de RCD vertidos en rellenos,

la extracción de áridos naturales y los impactos asociados a esta actividad; el porcentaje

de RCD en comparación con el uso de materiales pétreos es diferente de un país a otro,

por lo que no se puede reemplazar completamente el uso de áridos naturales en todos los

casos.

Ahora bien, la demolición selectiva que se lleva a cabo mediante un desmantelamiento

cuidadoso del edificio permite la máxima recuperación de los materiales de construcción y

su posterior reutilización y reciclaje. Sin embargo, a pesar de que los áridos reciclados

reducen los impactos ambientales asociados a la fabricación de concreto, estos tienen una

contribución relativamente pequeña a las emisiones totales de CO2 en la producción de

concreto (alrededor de 15%) y se atribuyen principalmente a la energía requerida para su

extracción, procesamiento y transporte (Flower & Sanjayan, 2007).

El ciclo de vida de los áridos naturales para la fabricación de concreto convencional

obedece a un proceso productivo lineal con cuatro fases principales: exploración,

extracción, procesamiento y transporte. Por tanto, el primer paso implica la selección del

sitio de exploración, una vez definido comienza la extracción de los áridos; aunque los

métodos de extracción dependen del material que se va a excavar, las condiciones

naturales y el producto final objetivo.

Capítulo 2 29

En el proceso de extracción de arenas, se elimina la capa de tierra superficial compuesta

principalmente de materia orgánica, para luego exponer la arena. Esta puede extraerse de

minas a cielo abierto (canteras) o depósitos submarinos de piedra caliza. Sin embargo, este

proceso afecta los ecosistemas terrestres por la pérdida de cobertura vegetal y los

ecosistemas marinos debido a la erosión de las playas, destrucción de arrecifes de coral y

praderas de hierba marina (Para la Naturaleza | Los depósitos submarinos de arena en

Puerto Rico, 2020)

La extracción de áridos gruesos (gravas), difiere de la extracción de arenas porque en la

mayoría de los casos, requiere del uso de explosivos que son incrustados en la roca a

través de perforaciones, que la destruyen en pedazos de menor tamaño facilitando su

transporte. Después de que los materiales son transportados a las plantas, el proceso

continúa con la trituración, molienda, lavado, almacenamiento y suministro.

Con el objetivo de alcanzar el tamaño de grano deseado, ya sea como árido fino o

grueso, el material pasa por un proceso de trituración primaria, luego a través de una cinta

transportadora y mediante un proceso de trituración secundaria en el que se emplea una

pantalla vibratoria, este se clasifica por tamaño. Una vez se realiza la separación y se

verifican los estándares de calidad, el material es transportado a los depósitos como

producto final, listo para ser transportado a su destino (Langer et al., 2004).

El procesamiento de los áridos reciclados es similar al proceso de obtención de áridos

naturales, con una característica importante respecto al tipo de planta a utilizar, ya sean

fijas o móviles; que influyen en la ubicación del sitio de reciclaje de RCD, así como en las

distancias de transporte donde los materiales serán incorporados a un nuevo ciclo de vida.

Las plantas de reciclaje fijas ocupan una mayor área ya que están compuestas de varias

instalaciones estacionarias, con varios circuitos de transporte, tamices, etapas de

clasificación y dos o más trituradoras; al final y luego de asegurar su calidad, los áridos

gruesos quedan listos para la fabricación de concreto nuevo, mientras que los áridos finos

aún siguen considerándose como poco útiles y se envían a los vertederos.

Dado que las plantas móviles se instalan en el sitio de demolición, no es necesario

transportar los RCD a una planta fija, lo cual representa una ventaja en términos de costos

e impactos ambientales. Sin embargo, las plantas fijas producen áridos reciclados de mejor

calidad que las plantas móviles, ya que incorporan equipos de mayor potencia que permiten

mejorar los procesos de molienda y tamizado, así como la eliminación de impurezas debido

a la composición mixta de los materiales (Estanqueiro et al., 2018).



carbonatación

Está claro que la utilización generalizada de estos recursos puede promover la

circularidad de los materiales en el sector de la construcción, pero la reutilización de este

tipo de materiales aún no es una práctica convencional. Aunque ha habido varios estudios

sobre los factores que afectan la reutilización de los componentes de una edificación, como

lo son el desconocimiento acerca de la calidad de los materiales existentes, la inadecuada

logística en la gestión de residuos durante las obras de demolición, la falta de consciencia

e interés por parte de constructores y usuarios, así como los problemas asociados al

inapropiado proceso de diseño y concepción de los proyectos, que en la mayoría de los

casos obedecen a un ciclo de vida lineal; en este sentido, no existe un estudio único que

haya tratado de armonizar las circunstancias que afectan este tipo de intervenciones

(Rakhshan et al., 2020).

Los autores indican que la sostenibilidad ambiental en la práctica de esta actividad

depende mucho de las características del edificio a ser demolido, así como de los mercados

locales de materiales reciclados. Además, los beneficios de la sustitución de materias

primas primarias pueden verse afectados por los mayores impactos asociados a los

requisitos de energía adicionales en la logística de la demolición selectiva, en comparación

con la tradicional. En consecuencia, la sostenibilidad ambiental de la demolición selectiva

debe abordarse caso por caso (Pantini & Rigamonti, 2020).

Si bien las condiciones ya expuestas marcan algunos criterios en cuanto a la viabilidad

económica y ambiental de esta práctica, es necesario considerar desde la concepción del

proyecto un diseño para la deconstrucción, que permita un mejor aprovechamiento de los

procesos de demolición selectiva con materiales reciclados de mayor calidad.

2.1.2 El concreto convencional como residuo

Son muchos los factores sociales, culturales y políticos que influyen en la relación

economía-hombre-naturaleza. Además, es evidente la escasa compresión de la dinámica

interactiva entre las principales fuerzas de orden social y el medio ambiente global, tales

como la población, tecnología, crecimiento económico, instituciones, valores, pobreza y

fenómenos locales que adquieren rápidamente un estado crítico capaz de provocar

profundas metamorfosis a escala global (Jiménez Herrero, 1999).

Capítulo 2 31

De estas fuerzas dinámicas que mueven el desarrollo social, requiere especial atención

el sector de la construcción, dado su alcance y su alto impacto en el hábitat. Los procesos

constructivos involucrados en la fabricación y procesamiento de insumos para la industria

de la construcción hacen del sector uno de los de mayor importancia en la economía

nacional (Ministerio de ambiente y desarrollo, 2012).

A pesar de los aportes al desarrollo social, dada su alta generación de empleo directo e

indirecto y su evidente relación con los demás sectores productivos de la economía. Es en

los procesos mismos de su operación donde se genera un alto impacto en el entorno.

En Colombia, el inadecuado manejo de los residuos sólidos ha ejercido una presión

considerable sobre los rellenos sanitarios. El 28 de abril de 2020, el Relleno Sanitario Doña

Juana ubicado en la localidad de Ciudad Bolívar en Bogotá, en el cual se entierran alrededor

de 6.413 toneladas de residuos sólidos por día, sufrió un deslizamiento de 80.000 toneladas

de basura; afectando ambientalmente a las personas que viven en este sector (UN

periódico digital, 2020).

Cabe resaltar que la Corporación Autónoma Regional (CAR), mediante las resoluciones

2211 y 2791 de 2008, aprobó la ampliación y optimización de la fase I del relleno, cuyo

tiempo culminó en 2014. Solo hasta el 2020 con las resoluciones CAR 1351 y 2320, se

otorgó una nueva modificación denominada “Optimización fase II”, que permite la

disposición de residuos hasta el 31 de marzo de 2022.

La aprobación de estas ampliaciones no solo refleja la inadecuada y cuestionable gestión

de las autoridades ambientales, sino que representa un riesgo inminente para las

poblaciones aledañas, en vista de la inestabilidad de un relleno sanitario que ya cumplió su

ciclo y que está depositando basura sobre la basura; así como un posible colapso del

sistema de aseo de la ciudad de Bogotá.

Por otro lado, según la secretaría de Gestión y Control Territorial, para el año 2018 en

Medellín se generaron 816.571 toneladas de residuos sólidos, con un total de 418.709

toneladas solo en el sector residencial. Del total de residuos sólidos 161.807,36 toneladas

de RCD fueron dispuestas de manera controlada en los puntos autorizados y 32.798,48

toneladas de forma clandestina.

Dentro de la gestión de los RCD, también están los servicios pagos, una actividad que

ejerce Empresas Varias de Medellín E.S.P, cuando un usuario solicita el servicio de

recolección, transporte y disposición de RCD. Este servicio durante el 2018, movilizó

1.880,39 toneladas, lo que refleja un comportamiento de buena cultura por parte de los



carbonatación

usuarios que evitan la disposición de RCD en vías y áreas públicas. Aunque, solo 2.172,5

toneladas, lo que equivale al 1,34% de los RCD totales fueron aprovechados.

En el relleno sanitario La Pradera, localizado en el municipio de Donmatías, operado por

Emvarias E.S.P, para ese mismo año fueron depositados en total 1.140.198 toneladas de

residuos sólidos provenientes de 36 municipios de Antioquia (Emvarias E.S.P, 2018).

Lo anterior evidencia la necesidad de establecer una coherencia, entre las acciones

propias de los distintos actores que participan en el desarrollo social y económico del sector

de la construcción, con el manejo de los impactos ambientales generados por su actividad,

en un marco de conceptos que permita la aplicación y promueva buenas prácticas de

desarrollo sostenible.

2.2 Los residuos de concreto como material de construcción

2.2.1 Marco normativo acerca de la gestión de residuos

La construcción de una sociedad más igualitaria y solidaria está ligada a la adecuación

de aquellos espacios donde habitan y se relacionan los ciudadanos. La construcción de

ciudades más amables, ordenadas bajo un modelo de desarrollo urbano planificado, con

espacio público adecuado, vivienda digna, sin restricciones en la cobertura de servicios

básicos como agua potable y saneamiento básico, y con un sistema de transporte urbano

al alcance de todos; es lo que hará posible una sociedad más igualitaria, solidaria y con

mayores oportunidades (Amables, 2019).

En el año 1997 con la Política de gestión integral de residuos y la Política de producción

más limpia, Colombia hizo su primera apuesta con iniciativas relacionadas con la economía

circular. Sin embargo, fue con el CONPES 3874 como política nacional para la gestión

integral de residuos sólidos que se introduce el concepto de forma oficial en el país (ver

tabla 2.1). Lo que permitió la integración de una agenda de trabajo entre los distintos

ministerios, el Departamento Nacional de Planeación y el DANE, así como entre otros

programas y acuerdos sectoriales (Sostenible & Gobierno, 2019).

Capítulo 2 33

Tabla 2-1: Políticas públicas enmarcadas bajo el concepto de economía circular

(Elaboración propia)

Año Norma Entidad Descripción

2018 Resolución 0463 Unidad de Planeación Minero-

Energética

Se establece el procedimiento para conceptuar sobre los proyectos de

eficiencia energética/gestión eficiente de la energía que se presenten para acceder a los

beneficios tributarios sobre el IVA y/o la renta

2017 Resolución 0472 Ministerio de Ambiente y

Desarrollo Sostenible

Se reglamenta la gestión integral de los residuos generados en las actividades de construcción y

demolición - RCD y se dictan otras disposiciones

2016 Decreto 0596 Ministerio de Vivienda, Ciudad y

Territorio

Define el esquema operativo de la actividad de aprovechamiento del

servicio público de aseo y el régimen transitorio para la

formalización de los recicladores de oficio, y se dictan otras

disposiciones

2015 Decreto 1076 Ministerio de Ambiente y


Decreto único reglamentario del sector ambiente y desarrollo

sostenible, que compila normas reglamentarias preexistentes

2015 Resolución 0549 Ministerio de Vivienda, Ciudad y

Territorio

Reglamenta los parámetros y lineamientos de construcción

sostenible y se adopta la Guía para el Ahorro de Agua y Energía en

Edificaciones


Territorio

Decreto único reglamentario del sector vivienda, ciudad y territorio,

en lo relacionado con los lineamientos de construcción sostenible para edificaciones


Territorio Reglamenta la prestación del

servicio público de aseo

2012 Resolución 1414 Ministerio de Ambiente y


Por la cual se crea el Comité Interno del Sello Ambiental Colombiano del

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible

2009 Decreto 3695 Ministerio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo Territorial Reglamenta la ley 1259 de 2008 y

se dictan otras disposiciones

2008 Ley 1259 Congreso de Colombia

Por medio del cual se instaura en el territorio nacional la aplicación del

comparendo ambiental a los infractores de las normas de aseo,

limpieza y recolección de



carbonatación

Año Norma Entidad Descripción

escombros; y se dictan otras disposiciones

2008 Resolución 0542 Ministerio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo Territorial

Establece el procedimiento de autorización a organismos de certificación para otorgar el

derecho de uso del sello ambiental colombiano y se dictan otras

disposiciones

2005 Resolución 1555 Ministerio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo Territorial Por la cual se reglamenta el uso del

Sello Ambiental Colombiano

2004 Decreto 3266 Ministerio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo Territorial

Se crea la dirección de licencias, permisos y tramites ambientales

del ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial

El aporte diferenciador al introducir el concepto de economía circular en el desarrollo de

políticas públicas es su carácter sistémico y holístico, que busca optimizar los sistemas

teniendo en cuenta todos sus componentes, promoviendo la eficiencia en el uso de

materiales, agua y energía; considerando la capacidad de resiliencia de los ecosistemas

(Sostenible & Gobierno, 2019). Esta dinámica de crecimiento como país enfrenta barreras

a nivel de desarrollo empresarial y nuevos emprendimientos, así como limitaciones en las

regulaciones, lo que evidencia algunas desarticulaciones de normatividad vigente que no

se alinean con la circularidad.

Un caso por mencionar es la tarifa que los generadores de residuos pagan al servicio

público de aseo para la disposición en rellenos sanitarios, lo cual desincentiva el

aprovechamiento; además de las barreras en el mercado por la escasa demanda de

materiales recuperados y la baja oferta de productos, asociada a una inadecuada

separación en la fuente y bajos estándares de calidad para nuevos modelos de producción.

Para superar estas barreras, las normas y regulaciones deben funcionar como

mecanismos que faciliten los cambios hacia la economía circular y estas deben diseñarse

bajo perspectivas no-lineales. Que busquen generar un marco legal que promueva la

innovación tecnológica, el emprendimiento y la inversión en proyectos afines con la

economía circular; además de ir acompañado de programas de capacitación de los

profesionales de las entidades encargadas de su expedición, control y seguimiento

(Sostenible & Gobierno, 2019).

Capítulo 2 35

Con el objeto de promover esta visión de economía circular, en Colombia, se han

propuesto incentivos que fomentan procesos de cambio en los sistemas industriales y el

desarrollo de nuevos modelos de negocio, mediante la asistencia técnica y el

acompañamiento a empresarios y nuevos emprendedores.

Asimismo, en vista del modelo de desarrollo lineal del sector de la construcción y a los

impactos asociados a su actividad, se han propuesto certificaciones ambientales como

LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), BREEAM (Building Research

Establishment Environmental Assessment Methodology), EDGE (Excellence in Design for

Greater Efficiencies), CASA Colombia y Sello Ambiental Colombiano, entre otras; para

promover las construcciones sostenibles.

El Sello Ambiental Colombiano busca consolidar la producción de bienes ambientales

sostenibles e incrementar la oferta de servicios ecológicos competitivos en los mercados

nacionales e internacionales, mediante la diferenciación de productos a través de

ecoetiquetas que logren sensibilizar a los consumidores y productores colombianos sobre

estos nuevos mercados y sus ventajas (ICONTEC, 2006).

Las etiquetas ecológicas son un distintivo o sello que permite diferenciar los bienes y

servicios que pueden demostrar el cumplimiento de los criterios ambientales basados en su

ciclo de vida (ver tabla 2.2).

Tabla 2-2: Etiquetas y declaraciones ambientales, (ICONTEC, 2006).

Etiqueta Norma Descripción

Tipo I ISO 14024 Ecoetiqueta

Tipo II ISO 14021 Autodeclaraciones

Tipo III ISO 14025

Información ambiental cuantificada,

Declaración Ambiental de producto (DAP)

A través de la política de producción y Consumo Sostenible (2010), el Ministerio de

Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, busca la promoción de autodeclaraciones y/o

certificaciones ambientales dentro de los proveedores y consumidores de bienes y servicios

sostenibles, así como las compras públicas sostenibles.

Las compras públicas sostenibles son el proceso que siguen las organizaciones para

satisfacer sus necesidades de bienes, servicios, trabajo e insumos de manera que se



carbonatación

integren aspectos sociales, ambientales y económicos, en el marco de su ciclo de vida, con

el fin de generar beneficios para la institución, la sociedad y el medio ambiente.

Lo productos identificados con el Sello Ambiental Colombiano (SAC) poseen ciertas

características particulares:

- Se hace un uso sostenible de los recursos que se emplean

- Utiliza materias primas que no son nocivas para el ambiente

- En los procesos de producción o prestación de servicios involucra menos

cantidades de energía, o se hace un uso eficiente de energías renovables

- Considera aspectos de reciclabilidad, reutilización o degradabilidad

- Usa materiales de empaque, preferiblemente reciclable, reutilizable o

biodegradable y en pequeñas cantidades

- Emplea tecnologías limpias

- Indica a los consumidores la mejor forma para su disposición final

Asimismo, los SAC establecen criterios ambientales a partir de una serie de normativas

que dependen del tipo de producto o servicio en cuestión (ver tabla 2.3).

Tabla 2-3: Normas existentes, Sello Ambiental Colombiano, (ICONTEC, 2006).

Norma Descripción Norma Descripción

NTC 5131 Productos

limpiadores NTC 6019

Pulpa, papel y cartón

NTC 5133 Establecimientos de

alojamiento y hospedaje

NTC 6023

Cartuchos de tóner

NTC 5517

Embalajes, empaques, cordeles,

hilos, sogas y telas de fique

NTC 6024 Baldosas

cerámicas

NTC 5585 Aceites lubricantes

para motores NTC 6033

Ladrillos y bloques de

arcilla

NTC 5637 Artesanías,

manualidades, hilos, telas

NTC 6034

Elementos de acero plano

conformados en frío para uso en

construcción

NTC 5714 Productos en fibra

de caña flecha NTC 6038

Materiales impresos

Capítulo 2 37

Norma Descripción Norma Descripción

NTC 5720 Equipos eléctricos y electrónicos de baja

y media tensión NTC 6039 Tintas

NTC 5757 Aparatos sanitarios

de alta eficiencia NTC 6048

Colchones y colchonetas

NTC 5871 Suministro en

fontanería NTC 6093

Prefabricados en concreto

NTC 5911 Productos en fibras

de enea y junco NTC 6100

Productos de guadua

angustifolia

NTC 6018 Pinturas y materiales

de recubrimiento NTC 6112

Edificaciones sostenibles con uso diferente a

vivienda

En el año 2016 el Consejo Colombiano de Construcción Sostenible (CCCS), mediante

una red de más de 200 entidades miembro consolidó la alianza "Agenda 2030 de

Construcción Sostenible" en aras de volver realidad el Acuerdo de Paris ratificado ese

mismo año. Entre los compromisos planteados por el CCCS estaba la formación para el

año 2020 de más de 6.000 profesionales en construcción sostenible, renovación de

edificaciones y soluciones de infraestructura verde (Prensa & Colsubsidio, 2020).

La alianza (Agenda 2030 de construcción sostenible), estableció 3 frentes principales de

compromisos y acciones: transformación de la cadena de valor, políticas públicas,

incentivos y estrategia; y financiamiento (Prensa & Colsubsidio, 2020). Con el objeto de

potencializar el aporte del sector de la construcción para combatir los efectos adversos del

cambio climático y asegurar una mejor calidad de vida para la sociedad.

Asimismo, el CCCS y su red de miembros continúan promoviendo el uso de

herramientas de verificación/certificación internacionales y locales para masificar la

construcción sostenible mediante iniciativas como el programa LEED para Colombia, la

certificación CASA Colombia y el protocolo de Lineamientos de Desarrollo Urbano

Sostenible del CCCS.

Aunque, un gran número de países ha implementado políticas para mejorar el

rendimiento energético de los edificios, el consumo promedio de energía por persona en el

sector global de la edificación sigue sin cambios importantes desde 1990. Por lo que se

requiere una acción asertiva en todos los países para reducir el consumo en al menos un

10% para 2025, aplicando modelos de sostenibilidad en edificios energéticamente

eficientes con tecnologías de bajo consumo de carbono (IEA, 2017).



carbonatación

2.2.2 Aplicaciones de los RC en el desarrollo urbano

Adoptar conceptos de desarrollo sostenible ha tomado mayor importancia en los últimos

años debido al rápido crecimiento poblacional, al desarrollo de las ciudades y a la alta

demanda de energía que pone en riesgo la conservación de los recursos naturales.

Por lo que la necesidad en la innovación de materiales sostenibles con aplicaciones en

todas las formas de trabajo en la construcción ha sido bastante fuerte durante varias

décadas. Siendo aún mayor en la época actual, donde las preocupaciones ambientales que

involucran el deterioro de la capa de ozono, el cambio climático y el agotamiento de

recursos no renovables, constituyen una problemática global que enfrenta la humanidad en

el siglo XXI.

En este contexto, se han adelantado muchas investigaciones en busca de alternativas

que reemplacen los procesos constructivos convencionales caracterizados por el uso de

materiales con un alto impacto ambiental, de igual modo, la innovación y el desarrollo

tecnológico y científico ha permitido establecer una ruta para el crecimiento de nuevas

técnicas constructivas con aplicaciones viables económicas y ambientales.

Las aplicaciones que se le han dado a los residuos de construcción y demolición (RCD)

se han limitado principalmente a la producción de áridos para la fabricación de bases y

subbases en estructuras de pavimentos (A Barbudo et al., 2012; Jia et al., 2015; Jiménez

et al., 2012).

Se ha evaluado el uso de árido grueso de concreto reciclado (RCA) combinado con

ladrillos de arcilla triturados para la fabricación de capas de pavimento flexible, mediante la

fabricación de mezclas con distintas proporciones de reemplazo; 75% de RCA y 25% de

ladrillo de arcilla, y 50% de RCA y 50% de ladrillo de arcilla. Los resultados de compactación

y el CBR de las mezclas se compararon con una mezcla control con árido natural (NA).

Pese a que el ladrillo de arcilla triturado aumentó la absorción de agua disminuyendo las

densidades máximas en seco de las mezclas, el CBR de ambas mezclas se mantuvo dentro

de los límites aceptables (Maduabuchukwu Nwakaire et al., 2020).

Es bien conocido que la incorporación de áridos gruesos de concreto reciclado (RCA) a

las mezclas afecta sus propiedades y que su desempeño dependerá de la calidad del RCA

de origen. No obstante, (Maduabuchukwu Nwakaire et al., 2020) afirman que tanto el RCA

Capítulo 2 39

de concreto con una resistencia de 15MPa, como los concretos con 75 MPa, obtuvieron

resultados satisfactorios como materiales para base y subbase.

Aunque, en vista de que la utilización de la fracción fina de áridos reciclados

generalmente no se considera para la fabricación de concreto o para ser utilizados como

capas base y subbase de infraestructuras de transporte, estos materiales terminan en

rellenos sanitarios. Por lo que se ha evaluado la viabilidad del uso de estos materiales

reciclados de grano fino como relleno de estructuras reforzadas geosintéticas (terraplenes

con pendientes empinadas y muros de contención), reemplazando los suelos naturales

utilizados normalmente en la construcción de estas estructuras (Vieira, 2020).

Figura 2-2: Áridos finos reciclados para la fabricación de terraplenes, (Vieira, 2020).

Asimismo, se ha estudiado el efecto de la adición de arena reciclada en las mezclas de

mortero impreso en 3D a edades tempranas, con tasas de reemplazo de árido natural de

25% y 50%. El contenido de pasta de cemento y la gran absorción de agua de la arena

reciclada, tuvo un efecto acelerador bastante obvio en el desarrollo de la resistencia a la

edad temprana para especímenes maduros (120 minutos después de la extrusión), lo que

podría proporcionar una mejor capacidad de construcción (Ding et al., 2020).

Del mismo modo, la fabricación de bloques de concreto reciclado para conformar muros

de mampostería es un trabajo que se ha venido desarrollando en gran medida por

investigadores en la academia y en el sector privado, con resultados bastante alentadores

en cuanto al desempeño del material y los beneficios ambientales de su aplicación (Liu et

al., 2019).



carbonatación

Cabe resaltar la importancia que tiene la resistencia del bloque de RCA y la resistencia

del mortero, en la resistencia a la compresión del muro de mampostería compuesto por

estos elementos (ver figura 2.3).

Figura 2-3: Áridos finos reciclados para la fabricación de bloques, (Liu et al., 2019).

Aunque las ampliaciones de este tipo de materiales se han centrado en el desarrollo de

elementos con bajas solicitaciones estructurales, también se ha investigado sobre la

resistencia de unión entre secciones de acero rellenas con una mezcla de áridos reciclados

que permita la fabricación de secciones compuestas con aplicaciones estructurales.

El tipo de sección transversal y la dimensión de la sección son dos parámetros

principales que influyen en la resistencia de unión entre el tubo de acero y el núcleo de

concreto reciclado (RAC). Los resultados muestran que el comportamiento de unión entre

el RAC y el tubo de acero es similar a la unión en secciones rellenas con concreto

convencional (Lyu & Han, 2019).

Figura 2-4: Perfiles de acero rellenos con concreto reciclado, (Lyu & Han, 2019).

Capítulo 2 41

Otra alternativa para el uso de los RCD con un alto potencial de reciclaje y una baja

incorporación de energía para su procesamiento es la fabricación de gaviones con áridos

reciclados (ver figura 2.5), ya que estos ofrecen una amplia variedad de aplicaciones y

responden al problema de la gestión de RCD sin la necesidad de transformar los áridos

mediante algún tipo de tratamiento.

En términos de demanda de recursos naturales y a diferencia de la producción de

mezclas de concreto, los gaviones de concreto reciclado no requieren agua y tampoco

arena en su composición. Además, es posible reemplazar el material pétreo comúnmente

utilizado en revestimientos de fachada con áridos de concreto reciclado; aunque exista un

mayor interés en utilizar estos gaviones como elemento de carga (Vurlod, 2014).

Figura 2-5: Gaviones con áridos reciclados como elemento arquitectónico de vivienda

en Chungbuk, Korea, (Vurlod, 2014).

Diferentes proyectos que se han desarrollado alrededor del mundo han demostrado que

la elección correcta de la solución que permite la planificación de un espacio y la

reutilización de los materiales en la construcción de viviendas conduce al ahorro.

No obstante, las nuevas viviendas no solo deben ser baratas sino también racionales en

el consumo de recursos. Por lo tanto, diferentes profesionales deberían participar en este

proceso de construcción racional, ya que el trabajo conjunto entre arquitectos, científicos e

ingenieros deja abierta la posibilidad de construir estructuras a partir de materiales

recuperados. Por lo que, expertos en el campo de la construcción de estructuras evalúan



carbonatación

la viabilidad de construir los cimientos y la estructura de soporte de futuras viviendas a partir

de materiales existentes provenientes de la demolición (Zolotukhin et al., 2020).

Un caso que expone este tipo de trabajo interdisciplinar y que surgió con el objetivo de

estabilizar y mejorar el estado del desarrollo urbano en Rusia, con la participación de

diferentes instituciones como el Ministerio de Desarrollo Regional de Rusia, la RAACS y los

principales institutos de investigación y diseño; permitió la construcción del concepto de la

doctrina del desarrollo urbano para 2020 y la estrategia para el desarrollo de edificios

complejos (Zolotukhin et al., 2020).

El concepto implica el rechazo del desarrollo territorial excesivo y propone una

reconstrucción activa de las ciudades, mediante la demolición y el reemplazo de edificios

en ruinas y desgastados por el tiempo. En consecuencia, habrá una necesidad inherente

de reutilización de una gran cantidad de materiales como resultado de la reconstrucción.

Según la decisión tomada por el gobierno de la Federación de Rusia, hasta 2025; se deben

demoler 9,5 millones de m2 de viviendas en estado de ruina (Zolotukhin et al., 2020).

A raíz de esto se propuso el diseño de un prototipo de vivienda con ventajas económicas

y ambientales destinado a dos familias, con el fin de evaluar la viabilidad de la reutilización

de estos materiales. Para abordar este proyecto se estableció una ruta con 5 criterios como

base:

1) Identificar las características de las soluciones de planificación espacial para

edificios de baja altura y bajo costo.

2) Identificar soluciones de diseño para reducir el costo de las obras de acabado.

3) Realizar la construcción de un edificio residencial de baja altura con la reutilización

de materiales de demolición de viviendas en ruinas.

4) Evaluar la posibilidad de diseñar y construir edificios de baja altura con la

reutilización de materiales formados por el desmantelamiento elemento por

elemento de edificios y estructuras

5) Comparar el costo de 1m2 de vivienda construida bajo la tecnología del reciclaje,

con 1m2 de vivienda convencional en la ciudad de Voronezh.

La reutilización de materiales permitió la construcción de cimientos, paredes, losas del

primer piso y vigas, así como todo el marco de soporte de la vivienda (ver figura 2.6).

Capítulo 2 43

Figura 2-6: Construcción de vivienda con materiales reciclados en Voronezh, Rusia,

(Zolotukhin et al., 2020).

El costo de la vivienda con acabados fue de 33.004 euros, agregando el valor del terreno

de 11.094 euros para un total de 44.098 euros. Por lo que el costo de 1m2 para un área de

331.1 m2, fue de 133.2 euros. Asimismo, para 2014 el valor en el mercado de 1m2 de

vivienda construida en la región de Voronezh fue de 432,9 euros. Este costo es 3.25 veces

mayor, por lo que la compra de una vivienda construida en ese año a un precio de mercado

habría costado 143.322,8 euros (Zolotukhin et al., 2020).

El análisis teórico de las decisiones de planificación del espacio, la caracterización de

los materiales reutilizables, así como la participación de arquitectos, diseñadores e

ingenieros permitió reducir el costo de una vivienda residencial de manera significativa; lo

que evidencia la importancia de la interdisciplinaridad en el desarrollo de proyectos de este

tipo (ver figura 2.7).

Figura 2-7: Vivienda terminada construida con materiales reciclados en Voronezh, Rusia,

(Zolotukhin et al., 2020).



carbonatación

Nuevas aplicaciones con grandes proyecciones hacia el futuro de la industria de la

construcción involucran metodologías avanzadas para maximizar la eficiencia del diseño,

construcción y mantenimiento durante todo el ciclo de vida, Building Information Modeling

(BIM) es un ejemplo de esto. Los usos de BIM en la deconstrucción o demolición no son

comunes, ya que algunos elementos como lo son las instalaciones y accesorios del edificio

algunas veces no se consideran en los modelos BIM.

De modo que, con el propósito de desarrollar un sistema de gestión de residuos de

deconstrucción para mejorar la eficiencia de la demolición, el reciclaje efectivo y el ahorro

de costos, así como estimar la cantidad de material con potencial de reciclaje y definir las

etapas del proceso de demolición selectiva que permita su máximo aprovechamiento; se

han desarrollado modelos tridimensionales (ver figura 2.8), que reconstruyen

completamente el edificio a demoler y facilitan la toma de decisiones para la aplicación de

un adecuado plan de gestión de residuos (Ge et al., 2017).

Figura 2-8: Modelo tridimensional construido a partir de la metodología BIM, (Ge et al.,

2017).

Esta metodología, a diferencia de los métodos tradicionales de demolición proporciona

estimaciones precisas de los materiales de deconstrucción a través de un entorno visual

que se conecta con la realidad (ver figura 2.9), lo que permite que los planes de gestión de

Capítulo 2 45

residuos sean más precisos y oportunos. Esto mejora el potencial de reutilización y reciclaje

de los materiales, además de evitar la mala gestión y ahorrar costos de demolición y

logística (Ge et al., 2017).

Figura 2-9: Visualización de elementos a través de modelos 3D, (Ge et al., 2017).

En Austria, se implementó la metodología Material Passport (MP) con la que se evaluó

el potencial de reciclaje y optimización, así como los impactos ambientales para un modelo

tridimensional de un edificio residencial austriaco (Honic et al., 2019), con una variante de

diseño en concreto y otra en madera (ver figura 2.10).

Figura 2-10: Caso de estudio edificio residencial austriaco, (Honic et al., 2019).



carbonatación

El objetivo fue determinar el potencial de reciclaje de cada uno de estos sistemas. La

variante en concreto tiene un mayor potencial de reciclaje, ya que el 52% de los materiales

incorporados en masa pueden reciclarse; por el contrario, la estructura propuesta en

madera solo tiene un potencial de reciclaje del 34% (Honic et al., 2019).

Sin embargo, si se consideran las masas totales de cada uno de los proyectos la variante

en concreto conduce a más desperdicios, ya que esta involucra una mayor masa que el

edificio en madera. El desperdicio total del edificio en concreto es de 1.797 toneladas,

mientras que la variante en madera genera 1.123 toneladas de desperdicio (Honic et al.,

2019).

De modo que, está claro que existen factores que deben tenerse en cuenta al considerar

la reciclabilidad de los edificios, como la implementación de construcciones ligeras y una

selección de materiales con una larga vida útil y un alto potencial de reciclaje; sin dejar de

lado los aspectos ecológicos, ya que no tendría sentido utilizar materiales con una larga

vida útil y un alto potencial de reciclaje, si su proceso de fabricación acarrea altos impactos

en el medio ambiente.

Es evidente que la necesidad de buscar alternativas para satisfacer la demanda

creciente de recursos naturales para la construcción ha alentado a la comunidad científica

en el desarrollo de investigaciones sobre proyectos reales y de mayor escala, que aporten

datos sobre la respuesta estructural de las edificaciones en el entorno operativo.

Por lo cual, en la ciudad de Shanghái, se realizó el primer monitoreo de salud estructural

(SHM) acerca del comportamiento dinámico de dos torres gemelas de 12 pisos, con

disposiciones similares en componentes, configuración estructural y el mismo proceso

constructivo (ver figura 2.11). La recopilación de datos se realizó durante 12 meses y

proporciono una gran cantidad de información acerca de la respuesta estructural provocada

por tifones y terremotos (C. Wang et al., 2020).

Figura 2-11: Caso de estudio torre A y torre B, (C. Wang et al., 2020).

Capítulo 2 47

La resistencia a la compresión de los componentes que conforman las estructuras en

estudio fue aproximadamente igual, lo que proporciona una base razonable para comparar

el desempeño de la torre A (Construida con áridos reciclados) y la torre B (Construida con

árido natural). Solo se reemplazó una parte de la fracción gruesa de árido natural por áridos

reciclados, las proporciones de la mezcla y la resistencia a la compresión se resumen en la

tabla 2.4.

Tabla 2-4: Resistencia a la compresión y porcentaje de reemplazo de los componentes

en concreto, (C. Wang et al., 2020).

Piso

Torre A (RAC) Torre B (NAC)

Muros y columnas Vigas y losas Muros y

columnas Vigas y losas

Concreto (Mpa)

% Reemplazo Concreto

(Mpa) % Reemplazo

Concreto (Mpa)

Concreto (Mpa)

7 a 12 40 30% 30 30% 40 30

3 a 6 50 10% 30 30% 50 30

2 50 0% 30 30% 50 30

Sótano -2 a 1

50 0% 35 0% 50 35

En el análisis, las frecuencias fundamentales de la torre A se redujeron en 4.39% y 4.31%

en promedio en las direcciones transversal y longitudinal, lo que implica una reducción del

8.59% y 8.43% en la rigidez estructural en comparación con la torre B. Esto provoco que la

capacidad de amortiguamiento de la estructura con RAC aumentara en un 21.65% y



carbonatación

18.18% en las dos direcciones de oscilación dominantes, en comparación con la estructura

construida en concreto con árido natural (NAC) (C. Wang et al., 2020).

Además, la temperatura ambiente tuvo incidencia en las frecuencias fundamentales de

ambas estructuras. El aumento de la temperatura ambiente de -3.1 °C a 38.2°C condujo a

un aumento de 2.21% y 1.83% en la frecuencia natural para la estructura de la torre A, y un

aumento de 2.03% y 0.76% en promedio en las dos direcciones para la torre B. En

consecuencia, las proporciones de amortiguamiento se reducen en 12.61% y 11.75% para

las torres A y B respectivamente (C. Wang et al., 2020).

Durante muchos años se dieron fuertes discusiones entre investigadores, académicos y

científicos acerca del comportamiento de materiales y elementos fabricados a partir de

RCD, así como su viabilidad técnica, economía y ambiental. Sin embargo, todas las

investigaciones que se ha desarrollado a lo largo de las últimas décadas constatan que el

reciclaje de residuos de construcción y demolición aparte de ser económicamente factible

y rentable, también es sostenible desde el punto de vista energético y medioambiental

(Blengini, 2009).

2.3 Enfoques conceptuales

La metodología con que se abordó en este trabajo de investigación (ver figura 2.12),

busca a través de la literatura, definir las variables que afectan la durabilidad de morteros y

concretos fabricados con áridos reciclados en revistas y papers de bases de datos como:

Scopus, Springer link, Science direct, Google Schoolar y Web of Science. Lo que permite

realizar un análisis al estado del arte acerca del comportamiento físico – químico de

morteros y concretos fabricados con áridos reciclados y así, establecer las condiciones

ideales para la fabricación de mezclas de mortero y las variables del diseño experimental y

sus niveles.

Figura 2-12: Esquema – Diseño metodológico (Fuente propia).

Capítulo 2 49

Para realizar el análisis bibliométrico al estado del arte se llevó a cabo una búsqueda de

información científica en la plataforma scopus, una base de datos de referencias

bibliográficas que recopila información a nivel mundial, ya sean publicaciones, libros y un

gran conjunto de ítems con información científica (Elsevier Solutions, n.d).

Las ecuaciones de búsqueda utilizadas en la plataforma fueron las siguientes:

Ecuación de búsqueda 1 (482 archivos procesados)

Concrete OR mortar AND recycled AND aggregates AND durability AND construction


Mortar AND recycled AND durability AND construction


Concrete AND recycled AND aggregates AND durability AND construction

Estas ecuaciones permiten abarcar las principales palabras claves del objetivo de la

búsqueda, como son concreto, mortero, agregado reciclado y durabilidad.

A partir de las ecuaciones es posible crear mapas bibliométricos mediante el uso del

software VOSViewer. Estos mapas representan un dominio científico que permite delimitar



carbonatación

distintas áreas de investigación, con el objetivo de analizar su estructura conceptual y la

dinámica de su evolución (Gálvez, 2016).

Para comprender los enfoques conceptuales que abordan el estudio de la durabilidad de

morteros y concretos fabricados con áridos reciclados alrededor del mundo, se han

desarrollado mapas de densidad a partir de los resultados obtenidos en cada una de las

ecuaciones de búsqueda presentadas anteriormente.

Estos mapas de densidad reúnen las palabras claves con las que se indexan las

publicaciones, esto con la finalidad de obtener resultados de forma sustancialmente más

rápida y relevante al momento de realizar una búsqueda, y así generar zonas densas en

aquellos lugares donde los temas son concurrentes. De este modo, las zonas de los mapas

con mayor densidad son generalmente áreas del conocimiento frecuentes en el estudio de

la durabilidad de concretos y morteros fabricados con residuos de concreto. Asimismo, la

distancia entre las palabras claves representa la relación que se establece entre ellas; una

menor distancia entre palabras evidencia una conexión constante, caso contrario para las

palabras distantes.

Figura 2-13: Mapa de densidad de palabras clave para la ecuación de búsqueda 1.

Capítulo 2 51

En este mapa de densidad temática, se destaca la durabilidad como palabra de mayor

referencia acumulada. Esto, debido a que el estudio de la durabilidad a través de

metodologías de investigación desarrolladas globalmente, constituyen un reto necesario

para el avance en nuevas tecnologías y el progreso en la ciencia de los materiales, tomando

como concepto base el desempeño de estos en el tiempo.

En la zona más densa y cercana a este término encontramos palabras clave como

resistencia a la compresión, concreto, áridos reciclados de concreto, contracción, ceniza

volante y carbonatación; un conjunto de términos que dan cuenta de los principales

enfoques que se desarrollan con la temática, asociados al estudio de la durabilidad en

relación con el desempeño mecánico de los áridos reciclados, el uso de estos áridos en la

fabricación de nuevos concretos, la naturaleza de las mezclas con áridos reciclados propia

de materiales con una alta contracción, el uso de cenizas volantes para compensar efectos

adversos y la carbonatación como fenómeno e indicador de desempeño en el tiempo.

En la zona más alejada al núcleo temático, se destacan palabras clave que corresponden

a otros conceptos abordados en algunos documentos pero que no son recurrentes en la

mayoría, aun así, es evidente la relación con la temática central. Se destacan palabras clave

como: microestructura (De gran relevancia en el estudio del comportamiento mecánico y

químico de los materiales), permeabilidad (Como una de las principales propiedades de la

durabilidad asociada a los fenómenos de difusión) y áridos finos reciclados (Lo que da

cuenta de la necesidad en el estudio de la fracción fina de estos áridos, que permita y

promueva su aprovechamiento como material apto para la construcción, destacando una

posible línea de estudio para futuras investigaciones).




carbonatación

La ecuación de búsqueda 2 se distingue porque incluye específicamente la palabra

mortero en sus variables. De este modo, el mapa de densidad que genera el software limita

las palabras clave, lo que indica un número menor de documentos asociados con el estudio

de morteros fabricados con áridos reciclados con aplicaciones en la construcción.

Aun así, el resultado que se obtiene con este mapa resalta la relación que existe entre

los términos durabilidad y propiedades mecánicas, cuyo conjunto representa una

interdependencia entre características de carácter físico (Resistencia a la compresión,

módulo de elasticidad, relación esfuerzo-deformación) y químico (Resistencia a la

carbonatación, a la penetración de cloruros, reacciones álcali-sílice y en general a la

permeabilidad a líquidos y gases).

A pesar de que el enfoque conceptual que se evidencia en los documentos incluidos

para este análisis resalta claramente la relación entre las propiedades mecánicas y de

durabilidad mostradas en el análisis anterior. No sobresalen conceptos que permitan

establecer una relación con variables de gran significancia con el tema central del análisis

(Durabilidad).


Capítulo 2 53

En la tercera ecuación de búsqueda se destaca la relevancia que tiene el reciclaje como

solución a la problemática de contaminación global, producto de los residuos de

construcción, además, se establece una clara relación entre la durabilidad de los áridos

reciclados y la absorción de agua, como una de las principales variables que inciden en la

calidad de estos materiales y que es considerada como la principal causa de la perdida de

propiedades mecánicas y químicas de los concretos y morteros fabricados con áridos

reciclados (Sosa et al., 2018; Verian et al., 2018)

En conclusión, el estudio de la durabilidad de las mezclas fabricadas con áridos

reciclados ha tomado gran importancia por parte de distintos centros de investigación en

todo el mundo, sin embargo, los estudios se han concentrado específicamente en la

fabricación de concretos y en el uso de la fracción gruesa de los áridos reciclados, como

consecuencia de las limitaciones asociadas a las características de la fracción fina y a las

restricciones impuestas por los marcos normativos que regulan la construcción en países

desarrollados, así como a la ausencia de lineamientos claros que incentiven la utilización

de materiales reciclados en países con economías emergentes.



carbonatación

2.3.1 Durabilidad de materiales fabricados con mezclas de cemento y áridos reciclados

El desempeño del concreto fabricado con áridos reciclados (RAC), está determinado por

las propiedades del concreto de origen, la nueva composición de la mezcla, el uso que se

le dará a esta mezcla y la condición de deterioro de los áridos reciclados (RA).

Este tipo de concreto compuesto de agregado natural, zona de transición interfacial (ITZ)

antigua, matriz de mortero antigua, ITZ nueva y matriz de mortero nueva, se ha modelado

numéricamente utilizando modelos de elementos finitos. La ITZ antigua se encuentra entre

el agregado natural y la matriz de pasta antigua, mientras que la nueva ITZ se encuentra

entre la matriz de pasta antigua y la matriz de pasta nueva.

Esto hace que la microestructura de RAC sea mucho más compleja que la del concreto

convencional (Tam & Tam, 2007; Xiao et al., 2005), al estar compuesta de materiales que

ya han sufrido una transformación en sus componentes debido a su exposición en el

entorno de servicio y a la inevitable interacción entre mezclas que han alcanzado sus

propiedades mecánicas y químicas en periodos de tiempo distintos. De modo que, la edad

de los materiales reciclados es una variable que debe tomarse en cuenta en este tipo de

procedimientos.

Una mejor comprensión de las propiedades mecánicas, incluidos los procesos de falla

por los experimentos y el modelado por computadora, se ha convertido en uno de los temas

de investigación más críticos para el concreto. Numéricamente, el análisis de elementos

finitos (FEA) puede modelar explícitamente diferentes fases en el material, como la matriz

de mortero, los agregados, las ITZ; y las propiedades mecánicas del material se asignan

directamente a los elementos que están siendo analizados.

Además, el modelado FEA es capaz de simular bastante bien la curva completa de

tensión-deformación, así como los procesos y patrones de falla generales que incluyen la

deformación y el patrón de microgrietas a diferentes niveles de carga. Obteniendo una

excelente correlación entre los resultados experimentales y numéricos, en la calibración y

validación de estos modelos (Xiao, Li, Corr, et al., 2013).

Así, los resultados de esta investigación revelaron que las propiedades mecánicas de la

nueva matriz de mortero y las propiedades mecánicas relativas entre las zonas de transición

interfacial y las matrices de mortero nuevo y viejo, juegan un papel importante en la relación

Capítulo 2 55

tensión – deformación del conjunto y en los patrones de falla de los concretos con áridos

reciclados modelados bajo cargas de tensión uniaxial y compresión uniaxial. Asimismo, la

aplicación de estas cargas incita a que la red de poros del mortero viejo cree mas

microgrietas que el mortero nuevo, lo que proporciona canales adicionales para la difusión

de líquidos o gases que son nocivos para el material.

Es bien sabido que la resistencia a la compresión y el módulo elástico del RAC son más

bajos que los del concreto convencional. Una de las principales razones de la menor

resistencia son las ITZ débiles y el viejo mortero adherido. Sin embargo, a pesar de que

algunos estudios como (Duan & Poon, 2014; Pereira et al., 2012) indican que el mortero

viejo adherido en los áridos reciclados es el punto más débil, otros autores (Liu et al., 2020;

Xiao et al., 2013) afirman que este no siempre es el parámetro principal para determinar la

calidad del RAC y que el eslabón más débil en este tipo de materiales dependía de la

resistencia relativa del mortero viejo y nuevo, o de la calidad relativa de las ITZ antiguas y

las nuevas ITZ.

Por lo cual, debido a la pérdida de propiedades mecánicas y químicas que involucra la

utilización de estos áridos en la fabricación de nuevos concretos, especialmente cuando se

reemplaza la fracción fina de árido natural por árido fino reciclado (FRCA); algunas normas

internacionales que reglamentan el diseño de estructuras de concreto en Europa

(Eurocode2) y el código chino para la aplicación de concreto reciclado (DG/TJ07-008), solo

permiten el uso de árido grueso reciclado (CRCA) para la fabricación de concreto

estructural, debido a la naturaleza de los áridos finos reciclados que se caracterizan por un

alto porcentaje de absorción.

En Colombia, el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR,

2010) no especifica claramente los lineamientos necesarios que permitan e incentiven la

recuperación de los residuos de construcción y tampoco establece las pautas para la

obtención de materiales reciclados de buena calidad, por el contrario, solo dispone de

recomendaciones generales a juicio del profesional facultado para esta labor:

“Se permite el uso de agregados que han demostrado a través de ensayos o por

experiencias prácticas que producen concreto de resistencia y durabilidad adecuadas,

siempre y cuando sean aprobados por el supervisor técnico”.



carbonatación

Adicional a esto, los áridos para concreto de peso normal deben cumplir con la NTC 174

(ASTM C33), que establece que el árido grueso debe estar compuesto de grava, grava

triturada, roca triturada, escoria de alto horno enfriada al aire, o concreto triturado fabricado

con cemento hidráulico o una combinación de ellos. Conforme a los requisitos de esta

norma se tiene que:

“Aunque el concreto de cemento hidráulico triturado ha sido usado como agregado con

resultados satisfactorios, su uso puede requerir algunas precauciones adicionales. La

necesidad de agua de la mezcla puede incrementarse debido a la rugosidad del agregado.

El concreto parcialmente deteriorado, usado como agregado, puede reducir la resistencia

al ciclo hielo-deshielo, afectar las propiedades de los vacíos de aire o sufrir degradación

durante la manipulación, mezclado o colocación. El concreto triturado puede tener

componentes susceptibles a la reactividad álcali-agregado o al ataque por sulfatos en el

concreto nuevo, o pueden contener sulfatos, cloruros o material orgánico en los poros, que

pueden incorporarse a la nueva estructura”.

Por consiguiente, los estudios sobre el proceso de mezcla, así como la relación entre las

propiedades mecánicas y la durabilidad son necesarios para que el uso de árido fino

reciclado sea permitido en la fabricación de concretos estructurales de buena calidad. Ya

que, la rugosidad y la gran cantidad de poros y microfisuras en el mortero viejo adherido

que ha sufrido deterioro por sus condiciones de exposición en el tiempo, hacen que los

áridos finos reciclados sean más porosos que los naturales. Esto afecta dos de las

principales características de este material: menor densidad y altos porcentajes de

absorción de hasta 9.9% a las 24 horas (Evangelista & de Brito, 2010).

Entre las principales propiedades del concreto, asociadas a su durabilidad tenemos:

-Absorción de agua por inmersión

-Absorción por capilaridad

-Carbonatación

-Penetración de iones de cloruro

Capítulo 2 57

La absorción de agua por inmersión mide la capacidad de un fluido de moverse a través

de la estructura de poros abiertos del concreto. Es una de las propiedades más importantes

en términos de durabilidad, por lo que relaciones A/C (agua/cemento) muy altas generan

un aumento en la absorción de agua por inmersión debido a la cantidad de poros formados

por un exceso de agua durante el fraguado. Esta propiedad es inversamente proporcional

a la resistencia a la compresión (Evangelista & de Brito, 2010).

Mientras que, la absorción por capilaridad es un fenómeno mediante el cual un fluido se

mueve a través de la microestructura del concreto, inducido por la interacción entre las

moléculas del fluido y la presión superficial de los poros capilares del concreto. Este

fenómeno obedece a la ley de Jurin, en el que el movimiento capilar del fluido aumenta con

la disminución del tamaño de poros y se relaciona con la difusión de cloruros y el fenómeno

de la carbonatación (Evangelista & de Brito, 2010).

Esta propiedad que depende de la porosidad del concreto se ve fuertemente afectada al

incorporar FRCA, debido a la mayor porosidad de los áridos finos reciclados y al aumento

de la relación A/C efectiva, necesaria para compensar la absorción de agua de los áridos y

así alcanzar los valores de fluidez esperados.

2.3.2 El Fenómeno de la carbonatación

Los principales problemas asociados a la durabilidad de las estructuras de concreto

reforzado son la carbonatación y la penetración de cloruros. Estos fenómenos se

desarrollan mediante un proceso de difusión, en el que ocurre un movimiento de moléculas

de un fluido desde zonas de mayor a menor concentración, así los iones de CO2 y de cloruro

penetran a través de los poros del concreto.

La carbonatación es una reacción química entre el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) y el

CO2 presente en el aire, que bajo las condiciones de humedad ideales produce un

precipitado sólido de carbonato de calcio (CaCO3).

Sin embargo, es importante aclarar que la pérdida de pH y la destrucción de la capa

pasivadora que protege el acero de refuerzo se atribuye a un proceso posterior de

bicarbonatación, en el que el CO2 reacciona con el agua almacenada en la estructura porosa

para formar ácido carbónico (H2CO3) y este a su vez, reacciona con el CaCO3 para producir

sales ácidas de bicarbonato de calcio (Ca(CO3H)2) mucho más solubles que el CaCO3 y con

mayor capacidad de difusión para penetrar en la matriz de concreto.



carbonatación

Figura 2-16: Proceso de deterioro por carbonatación (rtarquitectura.com).

El proceso se describe en las siguientes etapas (Arandigoyen & Álvarez, 2006):

1. Difusión del CO2 a través del mortero: Es una de las etapas más importantes en

el proceso, ya que se considera el factor limitante y está fuertemente influenciada por la

microestructura del mortero. El tipo de difusión se da en función del diámetro de los poros

y del recorrido medio libre de las moléculas en difusión, puede tratarse de una difusión

superficial, de Fick o de Knudsen.

La difusión que obedece a las leyes de Fick tiene lugar si el diámetro de poro es mayor

que el recorrido medio libre, es decir, las moléculas colisionan varias veces entre ellas antes

de colisionar con las paredes de los poros.

La difusión de Knudsen depende de un diámetro de poro menor que el recorrido medio

libre, influenciada por la microestructura y la distribución del tamaño de poro del mortero.

2. Disolución del CO2 en el agua de los poros: Cuando el CO2 presente en la

atmósfera penetra en el mortero, se establece un equilibrio entre el CO2 atmosférico y el

CO2 disuelto en el agua absorbida por la superficie o condensada por capilaridad. La ley de

Henry determina este equilibrio.

Capítulo 2 59

3. Equilibrio químico del CO2 en el agua: El CO2 en disolución reacciona con el agua

y forma ácido carbónico (ver ecuación 2.1).

𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐻2𝐶𝑂3 ↔ 𝐻+ + 𝐻𝐶𝑂3− ↔ 2𝐻+ + 𝐶𝑂3

2− (2.1)

4. Disolución del hidróxido de calcio (Ca(OH)2): Esta reacción está condicionada por

la cantidad de agua y por la microestructura del mortero (ver ecuación 2.2).

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 ↔ 𝐶𝑎2+ + 2𝑂𝐻− (2.2)

5. Precipitación del carbonato de calcio (CaCO3): La disolución al contener iones de

calcio y carbonato, permite la precipitación de carbonato cálcico en alguna de sus formas

cristalinas, ya sea cristales de calcita, aragonita o vaterita (ver ecuación 2.3).

𝐶𝑎2+ + 𝐶𝑂32− ↔ 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (2.3)

6. Desorción de H2O: La desorción es la operación inversa a la absorción, en ella

los componentes de la fase líquida se transfieren hacia la fase gaseosa. Por lo que el agua

es un producto final de la reacción (ver ecuación 2.4).

𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝐶𝑂2 ↔ 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝐻2𝑂 (2.4)

7. Formación de bicarbonatos de calcio (Ca(CO3H)2): El bicarbonato de calcio es

más soluble en el agua que el carbonato de calcio. Su naturaleza permite la formación de

sistemas Kársticos, que son responsables de la meteorización química de determinadas

rocas sedimentarias como la caliza, la dolomita, el yeso, etc.

Esta propiedad permite que los procesos de deterioro por carbonatación continúen

avanzando a través de la matriz porosa del concreto (ver ecuación 2.5)

𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐶𝑎(𝐶𝑂3𝐻)2 (2.5)

Está claro que se necesitan ciertas condiciones ideales para que la carbonatación se

desarrolle a tal punto de comprometer la durabilidad del material como lo son, la humedad



carbonatación

relativa del medio ambiente, el contenido de humedad en el concreto endurecido, la

concentración de CO2 en el aire, que puede elevarse hasta un 1% en zonas urbanas con

alta polución atmosférica y la porosidad (Barrera Valdes, 2007; Muñoz, 1997); sin embargo,

es necesario tener en cuenta que este fenómeno puede favorecer algunas propiedades en

mezclas de mortero que no contienen acero de refuerzo. Ya que la resistencia a la

penetración de CO2 y cloruros, así como la resistencia a la compresión en concretos y

morteros con FRCA, mejora con el tiempo (Shi Cong Kou & Poon, 2009).

Esto se debe a la reacción química entre el (Ca(OH)2) y el CO2, que permite la formación

de moléculas de carbonato de calcio (CaCO3) que densifican la matriz y limitan la difusión

del CO2 a través de la estructura de poros (Barrera Valdes, 2007); así como al incremento

del porcentaje de reemplazo de FRCA en el que interviene un efecto de relleno producto de

la naturaleza de los áridos reciclados, compuestos por mortero viejo adherido y partículas

de cemento anhidro que no reaccionaron durante el primer ciclo de vida del material.

2.3.3 Factores que inciden en la carbonatación

La carbonatación es un fenómeno que ocurre bajo una condición de difusión en estado

no estacionario, es decir, el flujo de difusión y el gradiente de difusión que es proporcional

a la concentración de soluto varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento

de las sustancias difusivas.

Además, el flujo de difusión está condicionado por la capacidad con la que un soluto se

mueve en un disolvente (coeficiente de difusión) y a su vez, esta depende del tamaño y

forma de las partículas del soluto, la viscosidad del solvente, la temperatura y la naturaleza

de la partícula que se difunde y del solvente donde difunde, independientemente de la

concentración. Por tanto, la velocidad con que ocurre la carbonatación dependerá de la

temperatura, la viscosidad del fluido y del tamaño de las partículas, así como de otros

factores asociados al diseño, ejecución y condiciones de la obra (Barrera Valdes, 2007),

como lo son:

-Contenido de humedad: Para que la carbonatación pueda darse necesita presencia

de humedad. Sin embargo, solo los intervalos entre el 40% y 90% de humedad relativa

Capítulo 2 61

favorecen la reacción de carbonatación ya que, valores mayores al 90% dificultan la difusión

del CO2 al bloquear los poros con agua, evitando que el CO2 pueda penetrar con facilidad.

De igual forma, en concretos con una humedad inferior al 40% la reacción que produce

la disolución del Ca(OH)2 no logra darse. Esto evidencia la necesidad de considerar las

condiciones de exposición a las que estará sometido el material, por lo que, si se tratase de

la fachada de un edificio expuesto a una atmósfera marina, se esperaría un frente de

carbonatación mucho menor debido a su constante contenido de humedad; mientras que

en otras partes del edificio la carbonatación puede haber avanzado con mayor facilidad

dado que la velocidad de difusión del CO2 es mayor.

-Permeabilidad: La permeabilidad del concreto determina la capacidad con la que el

CO2 atraviesa su estructura. Existen algunas prácticas constructivas para producir

concretos poco permeables: relaciones A/C bajas, compactación adecuada a través de

equipos de vibración, uso de puzolanas, aditivos reductores de agua y un curado adecuado.

La profundidad de carbonatación es proporcional a la relación A/C, ya que el agua de

mezcla es liberada por evaporación durante el fraguado, favoreciendo la formación de poros

abiertos conectados entre sí y aumentando la permeabilidad del material.

De acuerdo con un estudio del centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de

Estructuras y Materiales (IDIEM) de la Universidad de Chile, se concluyó que la

carbonatación disminuye en la medida que aumenta el tiempo de curado húmedo inicial de

2 a 7 días en concretos con cementos siderúrgicos, mejorando el control de la evaporación

del agua durante el fraguado de la mezcla.

-Recubrimiento del concreto: La durabilidad de las estructuras de concreto está

determinada por la calidad del recubrimiento, ya que funciona como barrera ante cualquier

tipo de agente agresor externo.

En la mayoría de los estudios patológicos de estructuras afectadas por carbonatación,

es común encontrar que los espesores de recubrimiento son menores a los mínimos

establecidos por norma para cada tipo de ambiente de exposición, además, poseen una

calidad inferior que el concreto en el interior, como consecuencia de diferentes causas,

entre ellas: proceso de secado prematuro, falta de compactación, excesiva exudación,

segregación y microfisuración.



carbonatación

Figura 2-17: Patologías asociadas al fenómeno de la carbonatación (civilgeeks.com).

Las fisuras y grietas finas no tienen mucha influencia en la durabilidad de la estructura,

ya que la carbonatación no avanza a una profundidad mayor a la que alcanza en la

superficie no agrietada, no obstante, las grietas profundas si permiten el contacto directo

entre el acero de refuerzo, el oxígeno y la humedad del aire; lo que induce al proceso de

corrosión independientemente que se dé o no la carbonatación (Barrera Valdes, 2007).

2.4 Tratamientos para mejorar el desempeño de los áridos reciclados

Una de las principales limitaciones en la utilización de áridos reciclados para la

fabricación de morteros y concretos, se relaciona con la perdida de propiedades mecánicas

y de durabilidad debido a la baja calidad del material reciclado y a los altos porcentajes de

absorción, que inducen efectos adversos generando una disminución en la resistencia a la

compresión y contracciones excesivas de las mezclas endurecidas.

Por tanto, se ha visto la necesidad de implementar métodos de tratamiento que

favorezcan el desempeño de los áridos reciclados y promuevan su reutilización, mitigando

el impacto en los rellenos sanitarios y evitando la extracción minera de más recursos para

la construcción.

Capítulo 2 63

Tabla 2-5: Métodos de tratamiento para áridos reciclados.

Naturaleza del tratamiento

Tipo de tratamiento

Resultados observados Fuente

Químico

Carbonatación de mortero adherido

Menos poros en el mortero seco, lo que conduce a una mayor densidad en seco, disminuye la absorción de agua y la contracción por secado, y aumenta la trabajabilidad

de la mezcla de concreto fresco.

(Zhang et al., 2015)

Revestimiento previo con pasta de cemento de

escoria (0,25 mm de espesor de revestimiento)

Mejor resistencia de la interfaz de la matriz y una mayor fuerza de unión, lo que lleva a una mayor resistencia a la tracción, una mejor sensibilidad al agua y una relación de

resistencia a la tracción del asfalto resultante (por encima del 70%).

(Lee et al., 2012)

Recubrimiento previo de RCA con

emulsión bituminosa antes

de mezclar

Esto resultó en una mezcla más homogénea, mejorando la vida a la fatiga, la formación de surcos, el módulo

resiliente y los rendimientos de susceptibilidad al agua del asfalto resultante.

(Giri et al., 2018)

Inclusión de polvo puzolánico

Mejora la zona de transición interfacial, mejor trabajabilidad, resistencia a la flexión y resistencia a la

compresión del concreto resultante. (Li et al., 2019)

Remojar en HCl (0.1 M o 0.5 M durante 3 días)

Densidad mejorada, absorción de agua y propiedades mecánicas de RCA, lo que resulta en una resistencia a la

compresión del hormigón de hasta 50 MPa.

(Ismail & Ramli, 2013)

Lavado con resina de silicona líquida

Esto resultó en un menor requisito de contenido óptimo de aglutinante, mayor susceptibilidad a la humedad y

sensibilidad a la temperatura de las mezclas de asfalto.

(Hou et al., 2014)

Impregnación con alcohol polivinílico

(PVA)

Disminución de la contracción y también mejoró las propiedades mecánicas del hormigón.

(Kou & Poon, 2010)

Revestimiento doble con pasta

de escoria de cemento y Sika

Tite-BE

Disminución de la absorción de agua de RCA en un 12,3%. Se registró una mayor rigidez y módulo dinámico

del asfalto resultante.

(Kareem et al., 2019)

Inmersión en solución de

fosfato diamónico

Sella poros y fisuras, densifica la matriz y crea una barrera protectora que inhibe la corrosión en el acero de

refuerzo

(L. Wang et al., 2019)

Biológico Biodeposición de

carbonato de calcio

Disminución en la absorción de agua y mejores propiedades mecánicas del RCA.

(Grabiec et al., 2012)

Térmico Calentamiento por microondas

Esto mejoró la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y el módulo elástico del hormigón resultante.

(Akbarnezhad et al., 2011)

Combinación de métodos de

tratamiento

Remojar en HCl y H2SO4 + calentar

+ frotar

Remoción de mortero adherido, absorción de agua reducida, densidad mejorada y mayor resistencia a la

compresión del concreto resultante comparable al concreto NA

(Purushothaman et al., 2015)

Frotamiento mecánico a 350 °

C y remojo en solución de ácido

acético

Reducción del 22% en la absorción de agua de RCA y un valor menor del contenido óptimo de aglutinante del

asfalto resultante.

(Albayati et al., 2018)



carbonatación

Naturaleza del

tratamiento Tipo de

tratamiento Resultados observados Fuente

Trituración mecánica de 250 °

C a 800 ° C

Esto resultó en la eliminación del mortero adherido e hizo que las propiedades mecánicas del RCA fueran

comparables a las del NA.

(Sui & Mueller, 2012)

Todos los tratamientos ya sean de carácter químico, térmico, biológico o una

combinación de estos, pueden mejorar la calidad de los áridos reciclados; sin embargo, es

necesario considerar la viabilidad económica y ambiental de estos procedimientos, ya que

la demanda de energía puede ser mayor y con efectos contrarios a la mitigación de los

impactos ambientales por la extracción de áridos naturales.

2.4.1 Aditivos reductores de agua

En los últimos años los aditivos reductores de agua se han convertido en un componente

fundamental para la fabricación de concretos con altas prestaciones. Estos aditivos mejoran

la reología de las mezclas y disminuyen la demanda de agua, incrementando las

propiedades mecánicas y su durabilidad (Palacios et al., 2012).

El aumentar la trabajabilidad de las mezclas permite una mejor colocación en zonas de

difícil acceso, con un alto contenido de refuerzo o en secciones irregulares que requieran

de un bombeo. Además, se suelen clasificar a partir de su eficiencia como plastificantes

regulares que alcanzan una reducción de agua de hasta el 5% y superplastificantes de alto

rendimiento con valores entre 12 y 40%.

Debido a la naturaleza de los áridos reciclados y especialmente a los altos porcentajes

de absorción provocados por el reemplazo de la fracción fina. El uso de aditivos

superplastificantes constituye una alternativa para mejorar la durabilidad del concreto

fabricado con FRCA, por lo que se puede aumentar el porcentaje de reemplazo sin

comprometer su desempeño mecánico y durabilidad, con ventajas importantes para la

industria de la construcción, como lo son:

-Menos recursos naturales extraídos de ríos y canteras

-Conservación de ecosistemas

-Aumento del ciclo de vida del concreto convencional

-Reducción de vertederos ilegales y disposición en rellenos sanitarios

Capítulo 2 65

En vista de los altos porcentajes de absorción, el concreto fabricado con FRCA requiere

una mayor cantidad de agua total para la mezcla, lo que representa un aumento de la

relación A/C. Esto deteriora la microestructura del concreto fabricado con FRCA,

especialmente la ITZ entre la nueva pasta y el árido fino natural (FNA). Por lo tanto, el

reemplazo parcial o total, reduce la resistencia mecánica, aumenta la contracción y afecta

considerablemente la durabilidad del concreto fabricado con FRCA (Evangelista & De Brito,

2014).

La demanda de agua puede controlarse mediante el uso de aditivos reductores de agua

(A base de melaminas, policarboxilatos y copolímeros de vinilo), que favorecen la formación

de matrices más densas y una resistencia a la compresión mayor. Algunos autores afirman

que el reemplazo total de FNA con FRCA redujo 2.3%, 15.4% y 3.4% la resistencia a la

compresión a los 28 días para concretos hechos sin superplastificante, con

superplastificante regular a base de polímeros orgánicos (SP1) y superplastificante de alto

rendimiento a base de ácidos policarboxílicos (SP2) respectivamente (Pereira et al., 2012).

Los superplastificantes regulares normalmente funcionan por repulsión electrostática

entre los granos de cemento, su efecto es mucho menor que los superplastificantes de alto

rendimiento a base de policarboxilatos, ya que adicional a la repulsión electrostática, estos

también generan repulsión estérica, debido a la gran cantidad y longitud de cadenas

laterales sobre su estructura molecular, lo que favorece el efecto fluidificante (Mollah et al.,

2000; Yamada et al., 2000).

El uso de superplastificantes (SP2) puede reducir la relación A/C hasta un 25%,

independientemente del porcentaje de reemplazo de árido natural, aumentando la

resistencia a la compresión debido a la menor relación A/C. Por lo que, según los resultados

de los autores, el concreto hecho con 100% de FRCA y SP2 mostró una resistencia a la

compresión 31.1% mayor que el concreto de referencia hecho con árido fino natural.

Aunque el efecto de reemplazar árido fino natural por FRCA en la resistencia a la

compresión podría ser menor (Cartuxo et al., 2016).

Aunque, la mayoría de los autores afirman que la densidad del concreto hecho sin

aditivos disminuye proporcionalmente con el aumento del contenido de FRCA (Mefteh et

al., 2013; Poon et al., 2004), como resultado de los altos porcentajes de absorción y la alta

porosidad de la fracción fina de los áridos reciclados.

Se conoce que la absorción de agua por inmersión aumenta linealmente con el

porcentaje de reemplazo de FRCA. Sin embargo, con un 10% de reemplazo la absorción



carbonatación

disminuye debido al efecto de relleno por el rompimiento de las partículas de FRCA durante

el proceso de mezcla. Asimismo, para un 100% de reemplazo el superplastificante SP2

disminuye la absorción por inmersión en un 2.4%, comparado con el concreto de referencia.

Del mismo modo, la absorción de agua por capilaridad al ser una propiedad influenciada

por la porosidad y directamente proporcional a la relación A/C, puede compensarse

mediante el uso de aditivos reductores de agua. Ya que, según estudios realizados por

(Cartuxo et al., 2016), los valores de absorción fueron ligeramente más bajos que las

muestras de referencia al reemplazar el 100% de FRCA; 43% y 54% para las muestras con

SP1 Y SP2 respectivamente. Además, se concluyó que la profundidad de carbonatación

era proporcional a la relación A/C efectiva e inversamente proporcional a la resistencia a la

compresión, lo que evidencia una clara relación entre las propiedades mecánicas y

químicas.

Asimismo, los resultados obtenidos por los autores exponen que el concreto fabricado

con 100% de FRCA y SP2 tiene una profundidad de carbonatación de 6.31mm, mientras

que la mezcla sin superplastificante y 100% FNA alcanzo valores de 6.75 mm, lo que

equivale a una profundidad de carbonatación 6.52% mayor.

Se sabe que el aumento en el porcentaje de reemplazo de FRCA afecta la durabilidad

de las mezclas. Sin embargo, los concretos fabricados con SP2 y 100% de FRCA mostraron

valores de profundidad de carbonatación 56.7% y 51.6% más bajos a edades de 7 y 91 días

respectivamente, con respecto a las muestras sin superplastificante, lo que compensa el

efecto negativo de los FRCA y obedece a una relación A/C efectiva más baja, que resulta

en una menor permeabilidad a los gases y una mayor compacidad del concreto (Basheer

et al., 2001).

Al igual que la profundidad de carbonatación, la baja porosidad lograda con el uso de

SP2 compensa el reemplazo de FRCA y la mayor relación A/C efectiva requerida para

alcanzar los mismos valores de asentamiento. Por lo que, la difusión de cloruros se redujo

hasta un 40.77% en comparación con las muestras con 100% de FRCA y sin

superplastificante.

Un análisis comparativo acerca de la efectividad de diferentes aditivos reductores de

agua en la fabricación de concretos con el 100% de reemplazo de FRCA se muestra en la

Tabla 2.6.

Capítulo 2 67

Tabla 2-6: Efectividad de los aditivos reductores de agua (Cartuxo et al., 2016).

Durabilidad Sin

aditivo

Superplastificante regular

(Sikament 400 plus)

Superplastificante de alto rendimiento

(SikaPlast 898)

Relación a/c efectiva +16% -16% -25%

Absorción de agua por inmersión +52% -28% -43%

Absorción de agua por capilaridad (72h) +45% -48% -66%

Profundidad de carbonatación (91 días) +333% -59% -80%

Resistencia a cloruros +33% -38% -46%

Las investigaciones que se han adelantado en cuanto al uso de aditivos que mejoran la

calidad de los materiales reciclados ha permitió establecer porcentajes máximos de

reemplazo de FRCA, sin comprometer la calidad y su desempeño en el tiempo. Por lo que,

se considera una opción viable para incrementar el uso de áridos finos reciclados en la

fabricación de mezclas de concreto y mortero (ver tabla 2.7).

Tabla 2-7: Porcentaje máximo de FRCA por tipo de aditivo (Cartuxo et al., 2016).

Durabilidad Superplastificante

regular (SP1)

Superplastificante de alto rendimiento

(SP2)

Absorción de agua por inmersión 50% 100%

Absorción de agua por capilaridad (72h) 100% 100%

Profundidad de carbonatación (91días) 30% 100%

Resistencia a cloruros 100% 100%

Estos resultados abren las posibilidades respecto a la recuperación de materiales

reciclados que puedan ser utilizados como áridos en la fabricación de nuevas mezclas, ya

que el uso de aditivos reductores de agua ha tomado gran relevancia en la fabricación de

concretos convencionales para todo tipo de usos en la construcción. Además, se considera

un método fácil y rápido que mejora considerablemente el desempeño de los áridos

reciclados y no requiere una demanda de energía elevada en el proceso.



carbonatación

2.4.2 Adiciones minerales

Se sabe que fabricar concretos con áridos reciclados (RAC) afecta las propiedades

mecánicas y hace que el concreto sea menos durable en el tiempo. Por tanto, se han

implementado diferentes métodos que buscan compensar la baja calidad de estos

materiales.

El uso de los áridos reciclados (RA) generalmente aumenta la contracción por secado,

la fluencia y la capacidad de absorción de agua; y disminuye la resistencia a la compresión

y el módulo de elasticidad del RAC en comparación con el concreto convencional (Auxi

Barbudo et al., 2013; Evangelista & De Brito, 2014).

Este bajo rendimiento está asociado con las grietas y fisuras formadas durante el

procesamiento de los RA, así como también a la presencia de ITZ antigua y mortero viejo

adherido al árido reciclado, lo que hace que el RAC sea más permeable y susceptible a la

difusión de gases y absorción de fluidos (Xiao, Li, Sun, et al., 2013). Por lo que, el uso de

estos áridos para concretos estructurales se limita a un porcentaje de reemplazo no mayor

al 30%.

Varios estudios han demostrado que al incorporar estos materiales se afecta la

durabilidad de los nuevos concretos. La contracción de los concretos fabricados con 100%

de áridos reciclados es entre un 60% y 70% mayor que las muestras control después de un

periodo de 180 días (Domingo-Cabo et al., 2009).

De acuerdo con los resultados de (Otsuki et al., 2003), el frente de carbonatación del

RAC fue tres veces mayor que el concreto con árido natural, lo que favorece la difusión del

CO2. Este comportamiento toma lugar en vista de la naturaleza porosa de los áridos

reciclados, aunque, si se mantiene la misma relación A/C compensando la demanda de

agua adicional propia de estos áridos, la resistencia a la penetración de cloruros y a la

carbonatación es ligeramente inferior a la del concreto convencional. Del mismo modo, la

permeabilidad al agua, la absorción capilar y la difusión de cloruros se incrementaron con

un aumento en el porcentaje de reemplazo de la fracción fina (Evangelista & de Brito, 2010).

También se ha demostrado que los efectos negativos del concreto reciclado pueden

mitigarse mediante la incorporación de cierta cantidad de adiciones minerales (Ann et al.,

2008; Siddique, 2003). Las adiciones minerales (puzolanas) son materiales que por sí solos

no poseen ninguna propiedad hidráulica, pero al ser ricos en aluminosilicatos son capaces

Capítulo 2 69

a la temperatura ordinaria de reaccionar con el hidróxido de calcio para dar compuestos

estables con propiedades hidráulicas (J., Salazar, 2002).

La actividad puzolánica depende de la naturaleza y de la composición mineralógica del

material, de la reacción cal - puzolana y de la temperatura de la reacción; aunque,

fundamentalmente en algunos casos, depende de la sílice activa que se encuentra en ellas

formando compuestos mineralógicos silícicos. Los productos de reacción generalmente son

del mismo tipo que los productos de hidratación del Cemento Portland convencional:

Silicatos Cálcicos Hidratados (CSH), Aluminatos Cálcicos Hidratados (CAH) y Sílice -

Aluminatos Cálcicos Hidratados (CSAH) (J., Salazar, 2002).

Las puzolanas según su origen se clasifican en dos grandes grupos como puzolanas

naturales y artificiales. Las puzolanas naturales pueden tener dos orígenes distintos, uno

de carácter mineral y otro orgánico. Las de origen mineral son producto de la transformación

del polvo y cenizas volcánicas procedentes de erupciones explosivas, ricas en vidrio y en

estado especial de reactividad.

Por el contrario, las puzolanas naturales de origen orgánico son rocas con altos

contenidos de sílice hidratada que se han formado en yacimientos y depósitos de origen

submarino, por acumulación de esqueletos y caparazones silíceos de animales o plantas

(J., Salazar, 2002).

Las puzolanas artificiales se definen como materiales que deben su condición a un

tratamiento térmico adecuado. Se distinguen dos grupos uno, constituido por materiales

naturales silicatados de naturaleza arcillosa y esquistosa, que adquieren el carácter

puzolánico por sometimiento a procesos térmicos como el polvo de ladrillo, y otros

constituidos por subproductos de determinadas operaciones industriales, que a partir de su

naturaleza y de las transformaciones inducidas en su proceso, adquieren las propiedades

puzolánicas, como las escorias siderúrgicas y las cenizas volantes de centrales

termoeléctricas (J., Salazar, 2002).

Cabe resaltar que la gran reactividad de las puzolanas tanto naturales como artificiales,

depende además de su composición química y mineralógica, y de la cantidad de fase

amorfa o vítrea; de su gran superficie reactiva, de la presencia de álcalis, alcalinotérreos y

del grado de condensación de grupos como SiO4, AlO4.

Como alternativa para mejorar el desempeño de los áridos reciclados, la ceniza volante

tipo F usada como adición o como reemplazo de cemento en las mezclas de concreto



carbonatación

reciclado, puede mejorar las propiedades mecánicas y la durabilidad del concreto reciclado

(Shi Cong Kou et al., 2007).

Las muestras de concreto reciclado preparadas con cenizas volantes (FA) tuvieron una

mayor ganancia de resistencia entre 28 y 90 días, para los porcentajes de reemplazo de

20%, 50% y 100% de árido reciclado. Las mezclas con 100% de árido reciclado y

porcentajes de reemplazo de cemento por FA de 0%, 25% y 35%, tuvieron un incremento

en la resistencia a la compresión de 19.4%, 36.1% y 47.6% respectivamente. En cuanto a

las mezclas con 100% de árido reciclado y adición de FA en las mismas proporciones, estas

tuvieron un aumento de 19.4%, 40.6% y 26.6% respectivamente (S C Kou & Poon, 2012).

Este incremento en la resistencia a la compresión de las mezclas de concreto reciclado

se atribuyó a los efectos puzolánicos de las cenizas volantes a edades tardías. Además, la

resistencia a la compresión aumentó con una disminución en la relación A/C (C= cemento

+ FA).

Por tanto, es cierto que la resistencia a la compresión se incrementó significativamente

cuando la ceniza se usó como una adición de cemento en todos los niveles de reemplazo

de árido reciclado. Estos resultados son similares a los de (Siddique, 2003), quienes

reportaron que las cenizas como una adición de cemento (28% en peso de cemento),

lograron un aumento del 23% en la resistencia de 28 a 91 días en comparación con el 17%

cuando no se agregó FA.

Así mismo, a pesar de que los porcentajes de absorción capilar son mayores en los

áridos reciclados con respecto a los naturales. Las mezclas preparadas con cenizas

volantes como reemplazo o adición al cemento, mejoran esta propiedad debido al efecto

puzolánico de las cenizas. Además, la adición de cenizas reduce la relación A/C (C=

cemento + FA) por lo que la absorción de agua disminuye (S C Kou & Poon, 2012).

La resistencia a la penetración de cloruros disminuyó a medida que aumentó el

porcentaje de reemplazo de árido reciclado. No obstante, el uso de FA como reemplazo

parcial o como adición de cemento mejoró esta propiedad; con mejores resultados al utilizar

la ceniza como adición de cemento.

Esta resistencia a la penetración de iones de cloruro se debe a que el uso de FA refinó

la distribución del tamaño y la forma del poro del concreto, además, se produjeron más

Capítulo 2 71

silicatos cálcicos hidratados (C-S-H) en forma de ceniza volante hidratada, que absorbieron

más iones de cloruro y bloquearon los poros (Leng et al., 2000).

Al utilizar la ceniza volante como adición al cemento el concreto se volvió más

impermeable y la resistencia a la penetración de cloruros aumentó en consecuencia.

Además, se destaca la importancia de un buen proceso de curado que mejora la formación

de productos de hidratación, formando regiones más impermeables y con mayor resistencia

a la penetración de agentes externos (Leng et al., 2000).

Es de esperarse que con el aumento del porcentaje de reemplazo de árido reciclado que

induce a una mayor porosidad en los concretos fabricados a partir de estos materiales, la

carbonatación al igual que la absorción y la penetración de cloruros exhiban la misma

tendencia.

3. Capítulo: Metodología de experimentación

3.1 Diseño experimental

Para el desarrollo de la fase experimental de este trabajo de investigación, se plantea un

análisis estadístico a través de un diseño experimental de tipo factorial fraccionado, que

permite evaluar muchos factores con pocas corridas experimentales, lo que reduce los

costos y el tiempo de ejecución de los experimentos.

Los resultados serán procesados mediante la herramienta estadística Minitab Statistical

Software, a través de la organización y análisis de datos; con la cual es posible encontrar

tendencias y relaciones entre las variables de diseño e identificar factores significativos que

den respuesta a las preguntas y problemas planteados. Que, para efectos de esta

investigación, se busca comparar el desempeño por durabilidad frente al fenómeno de la

carbonatación de muestras de morteros fabricados a partir de residuos de concreto y áridos

naturales.

A continuación, se presenta el resumen del diseño utilizado para la experimentación, así

como la tabla de diseño aleatorizada que genera automáticamente el software, luego de

definir las variables con sus niveles máximos y mínimos, y que sirvió como guía para la

ejecución del diseño experimental.

Resumen del diseño

Factores: 4 Diseño de la base: 4; 8 Resolución: IV

Corridas: 8 Réplicas: 1 Fracción: 1/2

Bloques: 1 Puntos centrales (total): 0

Generadores del diseño: D = ABC

Capítulo 3 73

Tabla 3-1: Tabla de diseño aleatorizada, (Elaboración propia).

Corrida Bloque A B C D

1 1 + - + -

2 1 + + + +

3 1 + - - +

4 1 - - + +

5 1 - + + -

6 1 + + - -

7 1 - - - -

8 1 - + - +

3.2 Variables de investigación

El estudio del estado del arte permitió determinar las principales variables que inciden

en el desempeño por durabilidad de los morteros fabricados a partir de áridos reciclados y

que sirvieron de insumo para el desarrollo del diseño experimental.

En ese sentido y considerando que la pérdida en las propiedades de los materiales

fabricados con áridos reciclados de acuerdo con numerosas investigaciones, son causadas

por los altos porcentajes de absorción debido al mortero adherido al árido natural

(González-Taboada et al., 2016).

Se considera pertinente evaluar la incidencia de la dosificación de agua de mezcla, ya

que los procesos de hidratación del cemento dependen en gran medida del agua disponible

para la reacción. Además, el agua liberada durante el proceso de fraguado incide en la

formación de poros capilares, aumentando la permeabilidad y facilitando el paso de agentes

agresivos como el CO2.

Por otro lado, para generar una discusión en cuanto a la durabilidad de morteros

fabricados con material reciclado y áridos naturales, es necesario incorporar una variable

que involucre el tipo de agregado para la fabricación de las mezclas, ya que de este modo

será posible comparar el desempeño en el tiempo de morteros fabricados con diferentes

fuentes de áridos.

Los áridos reciclados fueron obtenidos a partir de la demolición de un cilindro de concreto

con una resistencia a la compresión de 28 MPa y los áridos naturales a partir de arena de

río, la proporción de reemplazo de árido natural por árido reciclado fue del 100% (ver figura

3-1 y 3-2).



carbonatación

Figura 3-1: Cilindro de concreto para la obtención de áridos reciclados, (Fuente propia).

Figura 3-2: Arena de río como árido natural, (Fuente propia).

En vista de que la fabricación de áridos reciclados implica un proceso de trituración para

obtener el tamaño de partícula deseado, es necesario ajustar la granulometría de estos

materiales ya que el tamaño final del árido reciclado dependerá del proceso de trituración

utilizado. Por lo que, si se desea hacer un análisis comparativo entre áridos con diferentes

características, sus tamaños de partícula deberán ser equivalentes de acuerdo con el

análisis granulométrico (Icontec, 2009).

Como el objetivo central de esta fase experimental es determinar la durabilidad de

morteros expuestos a las condiciones ambientales que favorecen el proceso de

Capítulo 3 75

carbonatación y este a su vez disminuye la alcalinidad de las muestras mediante la

reducción del pH; se adicionó una concentración de 3 moles/litro de hidróxido de sodio

(NaOH) como tratamiento químico.

Debido a los esfuerzos por encontrar alternativas más sostenibles que reemplacen los

materiales convencionales a base de cemento, muchos investigadores han utilizado el

NaOH con diferentes concentraciones para la activación alcalina de materiales con

propiedades puzolánicas y así desarrollar materiales más ecológicos con un menor

consumo de cemento (Castaño et al., 2013).

Además, la norma técnica colombiana NSR-10 en su título C-23, establece un listado de

sustancias químicas que pueden deteriorar las propiedades de concretos y morteros

convencionales, así mismo, incluye al NaOH en una lista de químicos que no representan

una amenaza para las propiedades de estos materiales, sino que pueden ser aplicados

como tratamiento para prevenir la absorción de otros líquidos que puedan generar

reacciones desfavorables en el futuro.

Sin embargo, para efectos de esta investigación, al incorporar una concentración de

NaOH en las mezclas de mortero, solo se busca regular la pérdida de pH como

consecuencia de las reacciones de la carbonatación.

Del mismo modo, se quiere evaluar la incidencia que tiene aplicar aditivos reductores de

agua (plastificantes) en la durabilidad de morteros fabricados con FRCA, ya que, de

acuerdo con la literatura, la relación agua/cemento se debe incrementar para compensar

los altos porcentajes de absorción de FRCA. Por lo que, el uso de estos aditivos permite

alcanzar una mejor trabajabilidad controlando la dosificación del agua de mezcla.

3.3 Análisis de datos

Para este trabajo de investigación, se determinó el porcentaje de absorción de áridos

naturales y reciclados a partir de una metodología desarrollada en el laboratorio de

construcción de la Universidad Nacional con sede en Medellín, que permite determinar la

cantidad de agua retenida por los áridos finos mediante el calentamiento con luz halógena

de una porción del material (ver figura 3.3).

Por la capacidad del equipo, se debe colocar una muestra de tan solo 20 gr del material

a una temperatura de 85°C, el equipo estima la pérdida de masa a partir del aumento de la



carbonatación

temperatura y mediante un ordenador realiza un análisis gráfico y matemático que permite

determinar el porcentaje de absorción del árido fino.

Figura 3-3: Cálculo de la absorción de áridos finos naturales y reciclados, (Fuente propia).

Si bien la naturaleza de los áridos reciclados con una composición de mortero viejo y

nuevo constituye el factor clave para la fabricación de mezclas de buen desempeño; el

cálculo de la absorción de cada uno de los áridos mediante esta metodología permitió el

ajuste de la dosificación del agua de mezcla y así compensar la demanda de agua adicional

inherente a la naturaleza de los áridos, de modo que se puedan conservar las relaciones

A/C propuestas en el diseño manteniendo una buena fluidez de los morteros.

Los valores de absorción de los áridos y la dosificación utilizada en la fabricación de las

mezclas se detallan en la siguiente tabla:

Tabla 3-2: Porcentaje de absorción y dosificación, (Elaboración propia).

Tipo de árido % absorción Dosificación

(A/C) Agua total (g)

Arena de cantera 0.82 0.485 101.92

0.55 114.92

Árido reciclado 7.55 0.485 142.306

0.55 155.306

Capítulo 3 77

El resumen de las cantidades de material para cada una de las muestras, junto con el

ajuste en la dosificación de agua se muestra en la tabla 3.3, la fabricación de los morteros

se realizó siguiendo los lineamientos de la norma NTC 112.

Tabla 3-3: Composición en peso de las muestras de mortero, (Elaboración propia).

Muestra Materiales

Agregado(g) Cemento(g) Agua (g) NaOH (Mol) Plastificante (%)

1 Escombro 600 200 155,306 0.0 0.0

2 Escombro 600 200 155,306 3.0 1.5

3 Cantera 600 200 114.92 3.0 0.0

4 Escombro 600 200 142,306 3.0 0.0

5 Escombro 600 200 142,306 0.0 1.5

6 Cantera 600 200 114.92 0.0 1.5

7 Cantera 600 200 101.92 0.0 0.0

8 Cantera 600 200 101.92 3.0 1.5

Así mismo, se determinó la fluidez de las mezclas bajo los lineamientos de la NTC 111,

sin embargo, algunas muestras no alcanzaron valores aceptables que permitieran una

adecuada trabajabilidad (ver tabla 3.4); esto puede deberse a que la condición inicial de los

áridos naturales era propia de un material muy seco, con un contenido de humedad muy

bajo, en el que el porcentaje de absorción calculado (0.82%) fue insuficiente para ajustar

adecuadamente la demanda de agua, por lo que la fluidez de las mezclas se vio

comprometida.

Tabla 3-4: Fluidez de las mezclas de mortero, (Elaboración propia).

Muestra

Materiales

Agregado(gr) Agua (g) NaOH (Mol)

Plastificante (%) Diámetro (cm) Fluidez (%)

1 Escombro 155,306 0.0 0.0 12.65 24.5

2 Escombro 155,306 3.0 1.5 11.81 16.3

3 Cantera 114.92 3.0 0.0 0.00 NA

4 Escombro 142,306 3.0 0.0 0.00 NA

5 Escombro 142,306 0.0 1.5 20.42 101.0

6 Cantera 114.92 0.0 1.5 10.70 5.3

7 Cantera 101.92 0.0 0.0 0.00 NA

8 Cantera 101.92 3.0 1.5 0.00 NA



carbonatación

Adicionalmente, otra de las razones de este comportamiento se relaciona con el uso

simultáneo de NaOH y plastificante, ya que de acuerdo con un estudio realizado por

Palacios & Puertas (2005), se pudo demostrar que todos los superplastificantes (SP)

utilizados en su estudio (A base de melaminas, policarboxilatos y copolímeros de vinilo),

presentaron alteración en su estructura química en presencia de un medio altamente

alcalino, lo que explica también su poca eficiencia en mezclas de cementos activados

alcalinamente (CAA).

Por lo que una de las razones de la baja efectividad de los SP en cementos alcalinos,

especialmente en sistemas con poco contenido de calcio, es que los granos del precursor

liberan óxidos de sílice y alúmina los cuales solo forman iones neutros o negativos, tales

como Si(OH)4 y Al(OH)4 (Provis et al., 2005), en vez de cationes de Ca2+, lo que dificulta la

adsorción del SP en la superficie de los granos, dando como resultado un efecto

plastificante deficiente (Jiting Xie & Obada Kayali, 2016).

El mecanismo de reacción general de los plastificantes en las mezclas consiste en que

el cemento al hidratarse, libera cationes Ca2+ que rodean los granos de cemento. Al

adicionar el plastificante, su grupo funcional de moléculas exhiben iones negativos que son

atraídos por la carga positiva del Ca2+, el plastificante es adsorbido sobre la superficie de

los granos de cemento haciendo que este emita carga negativa produciendo un efecto de

repulsión electrostática entre los demás granos de cemento, que tienden a separarlos unos

a otros (ver figura 3.4). En el caso de los SP a base de policarboxilatos, además de la

repulsión electrostática, generan también repulsión estérica, debido a la gran cantidad y

longitud de cadenas laterales sobre su estructura molecular (ver figura 3.5), lo cual favorece

su efecto fluidificante (Mollah et al., 2000; Yamada et al., 2000).

Figura 3-4: Mecanismo de reacción de los plastificantes, (Putzmeister, 2016).

Capítulo 3 79

Figura 3-5: Mecanismo de reacción de los superplastificantes, (Putzmeister, 2016).

La mayoría de las investigaciones que se han desarrollado entorno a la carbonatación

se centran en la relación de este fenómeno con la corrosión del acero de refuerzo, teniendo

como objetivo principal la medición y predicción del frente de carbonatación, así como de

la evolución de la corrosión debido a la despasivación de las armaduras. La principal técnica

usada para medir el frente de carbonatación es la coloración por fenolftaleína, además de

otras técnicas electroquímicas para medir los parámetros de corrosión (Galán García et al.,

2010).

Algunos autores como, Tuutti, Parrot, Bakker y Papadakis entre otros, han propuesto

modelos teóricos y experimentales para intentar predecir el avance del frente de

carbonatación en función de algunas de las variables que influyen en el proceso (Galán

García et al., 2010). La mayoría de estos modelos se basan en la solución a la ley de

difusión de Fick, siendo el más sencillo aquel que se basa en la raíz cuadrada del tiempo,

(ver ecuación 3.1).

𝑦 = 𝑘√𝑡 (3.1)

Donde (y) es el frente de carbonatación, que está en función de un coeficiente que

depende del ambiente de exposición (k) y del tiempo (t).

La matriz de ejecución de cada uno de los experimentos y la medición de la variable de

respuesta que corresponde al frente de carbonatación de los morteros expuestos a las

condiciones ambientales durante un periodo de 3 meses, se puede apreciar en la tabla 3.5.



carbonatación

Tabla 3-5: Matriz de ejecución y variable de respuesta, (Elaboración propia).

Corrida Matriz de ejecución

A/C Plastificante Agregado NaOH (Mol) t (día) K Y(mm)

1 0.55 0.0 Escombro 0.0 90.0 0.33 3.137

2 0.55 1.5 Escombro 3.0 90.0 0.29 2.780

3 0.55 0.0 Cantera 3.0 90.0 0.83 7.903

4 0.485 0.0 Escombro 3.0 90.0 0.54 5.120

5 0.485 1.5 Escombro 0.0 90.0 0.29 2.776

6 0.55 1.5 Cantera 0.0 90.0 1.12 10.580

7 0.485 0.0 Cantera 0.0 90.0 0.80 7.560

8 0.485 1.5 Cantera 3.0 90.0 0.83 7.910

Debido a que el proceso de carbonatación es un fenómeno que se desarrolla con gran

lentitud, la mayoría de los investigadores han realizado sus estudios mediante un proceso

de carbonatación acelerada, utilizando cámaras de carbonatación con niveles de

concentración de CO2 mucho mayores a las condiciones ambientales reales. Sin embargo,

esta investigación se desarrolló bajo las condiciones atmosféricas de la ciudad de Medellín.

De las condiciones meteorológicas de exposición en la ciudad de Medellín se pudo

inferir a través de los datos de la estación meteorológica SIATA 203, ubicada en el Núcleo

el Volador de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, que las condiciones de

humedad favorecieron, en 93.75 % del tiempo, el fenómeno de carbonatación de acuerdo

con la figura 3.6. Por otro lado, las temperaturas oscilaron alrededor de 24°C en el día y

alrededor de 19°C en la noche de acuerdo con la figura 3.7.

En síntesis, se puede afirmar que el proceso de carbonatación en morteros debido a las

variables temperatura y humedad, en la zona de evaluación ciudad de Medellín, es poco

variable. Con lo cual el modelo de predicción de la raíz cuadrada del tiempo puede ajustarse

para predecir la durabilidad. Sin embargo, dado que no fue posible medir las

concentraciones de CO2 en el ambiente, este parámetro puede generar alguna

susceptibilidad en el modelo.

Figura 3-6: Gráfica de Humedad Relativa día y noche para el periodo experimental (fuente

propia).

Capítulo 3 81

Figura 3-7: Gráfica de Temperatura día y noche para el periodo experimental (fuente

propia).



carbonatación

3.4 Análisis de resultados

Para analizar el efecto de los factores que componen el diseño experimental (cada uno

con dos niveles) sobre la media de la variable respuesta (resistencia a la carbonatación),

se emplea la técnica de análisis de varianza (ANOVA), también conocida como análisis

factorial y desarrollada por Fisher en 1930.

Los ANOVA evalúan la importancia de uno o más factores al comparar las medias de la

variable de respuesta en los diferentes niveles de los factores. Se tienen dos hipótesis, la

hipótesis nula que establece que todas las medias de la población (medias de los niveles

de los factores) son iguales, mientras que la hipótesis alternativa dispone que al menos una

es diferente.

Capítulo 3 83

Este tipo de análisis requieren datos que sigan una distribución aproximadamente normal

con varianzas iguales entre los niveles de los factores. Sin embargo, el ANOVA funciona

bastante bien incluso cuando se viola el supuesto de normalidad, por lo que se pueden

aplicar transformaciones del conjunto de datos original para corregir estas violaciones. La

transformación de Box-Cox es la más utilizada para la estabilización de las varianzas.

Los resultados del análisis de varianza se muestran a continuación:

Tabla 3-6: Análisis de varianza (ANOVA), (Elaboración propia).

Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p

Modelo 4 6,95522 1,73881 4,41 0,127

Lineal 4 6,95522 1,73881 4,41 0,127

a/c 1 0,01174 0,01174 0,03 0,874

Plastificante 1 0,07840 0,07840 0,20 0,686

T.agregado 1 6,83510 6,83510 17,32 0,025

NaOH 1 0,02998 0,02998 0,08 0,801

Error 3 1,18376 0,39459

Total 7 8,13898

Si el valor P es menor que el nivel de significancia (0,05), se puede concluir que al menos

una de las medias para la resistencia a la carbonatación es diferente. En este caso y de

acuerdo con los resultados obtenidos, la única variable que se observa que tiene un efecto

significativo sobre la variable de respuesta es el tipo de agregado, con un valor P de 0,025.

Aunque, es posible mediante una gráfica de efectos principales analizar la incidencia

que tienen los diferentes niveles de los factores en la variable de respuesta, de acuerdo con

si se desea maximizar o minimizar el efecto que se está evaluando.

Figura 3-8: Gráfica de efectos principales – Resistencia a la carbonatación, (fuente propia).



carbonatación

Como el objetivo de este análisis es encontrar los niveles de los factores que favorecen

la resistencia de los morteros a la difusión del CO2, lo que corresponde a valores máximos

en la gráfica de efectos principales; para la fabricación de los morteros deben emplearse

áridos reciclados (escombro), aditivo plastificante, realizar un adecuado ajuste de la relación

A/C que compense los altos porcentajes de absorción y omitir el uso de Hidróxido de sodio

(NaOH), ya que este último entorpece el efecto del aditivo plastificante.

Igualmente, mediante una gráfica de interacción es posible mostrar como la relación

entre un factor categórico y una respuesta continua depende del valor del segundo factor

categórico. Para entender como las interacciones afectan la relación entre los factores y la

variable de respuesta, se tiene que para líneas paralelas no existe interacción, caso

contrario si las líneas se cruzan. Mientras menos paralelas sean las líneas, mayor será la

fuerza de la interacción.

Figura 3-9: Gráfica de interacción – Resistencia a la carbonatación, (fuente propia).

Capítulo 3 85

En esta grafica de interacción las líneas no son paralelas. Esto indica que la relación

entre los factores (a/c, plastificante, tipo de árido, NaOH) y la variable de respuesta

(resistencia a la carbonatación), depende de los niveles de cada uno de los factores. No

obstante, los resultados son congruentes respecto al análisis de efectos principales, en el

que los morteros fabricados con áridos reciclados presentan una mayor resistencia al paso

de CO2, en comparación con las muestras con árido natural.

Los resultados del modelo utilizado (ver ecuación 3.1) para analizar el comportamiento

del frente de carbonatación y predecir los años de durabilidad de los morteros fabricados

con áridos reciclados y áridos naturales, así como el análisis estadístico que relaciona las

variables en estudio de mayor incidencia se muestran a través de una gráfica de cubos (ver

figura 3.10).

Figura 3-10: Gráfica de cubos – Años de durabilidad, (fuente propia).



carbonatación

En la gráfica se evidencia una mayor durabilidad frente a la carbonatación de los

morteros fabricados a partir de áridos reciclados. Las muestras con aditivo plastificante en

su composición y sin la presencia de NaOH según el análisis, tendrían una durabilidad antes

de superar la profundidad del recubrimiento mínimo por norma (40mm) de 41.6 años.

Mientras que los morteros convencionales con áridos naturales de cantera sobrepasarían

el recubrimiento mínimo en un tiempo no mayor a 6.55 años.

Cabe aclarar que las condiciones de humedad inicial de los áridos no se controlaron, por

lo que el ajuste en la dosificación del agua de mezcla pudiera no haber sido adecuado,

especialmente para los morteros fabricados con áridos naturales que poseían unas

condiciones de humedad diferentes al árido reciclado, lo que dificulta una correcta

comparación de los datos.

Aun así, los resultados acerca del desempeño por durabilidad frente al fenómeno de la

carbonatación de las muestras fabricadas con áridos reciclados son lo bastante alentadores

como para considerar viable el uso de este tipo de materiales como reemplazo a los áridos

naturales. Además, de acuerdo con los autores, (Shi Cong Kou & Poon, 2009) la resistencia

a la carbonatación de estos morteros mejora con el tiempo, debido a las reacciones que

densifican la matriz e incrementan su resistencia, lo que impide la difusión de sustancias

Capítulo 3 87

agresivas. Estas consideraciones serian distintas si se tratase de elementos de concreto

reforzado, ya que las reacciones de la carbonatación inducen a la corrosión al menor

contacto con el acero de refuerzo.

En cuanto a la fabricación de concretos, por razones de durabilidad, muchas referencias

manifiestan que el reemplazo total de árido fino natural (FNA) por árido fino reciclado (FRA)

puede presentar dificultades serias en cuanto a su desempeño; sin embargo, para

proporciones de reemplazo de hasta el 30% (Castañeda, 2013), el uso de FRA para la

producción de concreto estructural es factible, lo que contradice la noción generalizada que

se tiene (incluso en los códigos de construcción), de que son materiales inapropiados para

este uso (Evangelista & de Brito, 2010).

4. Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones

El trabajo de investigación realizado a través del análisis al estado del arte acerca de la

durabilidad de morteros fabricados con áridos reciclados, así como el desarrollo de la fase

experimental en la que se estudió el comportamiento frente al fenómeno de la

carbonatación de morteros fabricados con áridos reciclados y áridos naturales; permite a

través de las siguientes conclusiones aportar en la consolidación de los conceptos que se

relacionan con la problemática planteada en esta investigación, además de generar una

reflexión en los lectores y futuros investigadores.

- El estudio del comportamiento mecánico y químico de los áridos reciclados toma

cada vez más relevancia debido a la problemática global por la presión que

ejercen las actividades edilicias en el entorno natural. Por lo que, se han

adelantado un gran número de investigaciones a lo largo de las últimas décadas

con el objetivo de buscar una alternativa a la demanda de recursos naturales no

renovables; sin embargo, se sigue debatiendo la viabilidad en el uso de estos

materiales aun cuando se tienen resultados concluyentes acerca del tema. Por

lo que la difusión de conocimientos resulta ser la clave para que los prejuicios

que impiden la aceptación por parte de la comunidad científica logren superarse,

además de promover una línea de aprendizaje desde la academia que estimule

la reflexión y la creación de nuevos paradigmas en la construcción, que faciliten

el desarrollo de más investigaciones encaminadas hacia la solución de las

problemáticas del siglo XXI.

- Las variables que inciden en el desempeño por durabilidad de los áridos

reciclados están estrictamente relacionadas con su naturaleza, en el que la

composición, así como las propiedades del material de origen, son

fundamentales para predecir el comportamiento de elementos fabricados a partir

Conclusiones 89

de estos residuos. Adicional a esto, las condiciones ambientales del entorno de

servicio como la humedad relativa, la temperatura y demás agentes externos

propios del ambiente de exposición; requieren de un cuidadoso estudio para

determinar la calidad y pronosticar el desempeño en el tiempo de dicho material,

así como las posibles aplicaciones como componentes principales o secundarios

de futuros proyectos de infraestructura.

- A lo largo de los años se han desarrollado diferentes tratamientos para mejorar

el desempeño de los áridos reciclados (químicos, térmicos, biológicos,

combinados), sin embargo, algunos requieren de equipos especializados y una

gran demanda de energía, lo que constituye una problemática adicional en la

gestión de estos residuos. Por lo cual, la mejorar alternativa dependerá de la

particularidad de cada uno de los proyectos, mediante una evaluación rigurosa

de la viabilidad económica, social y ambiental respecto a la aplicación de estas

prácticas, que permita establecer la logística de gestión adecuada a partir de

criterios técnicos concertados por los profesionales de la construcción y la

comunidad académica y científica.

- Los resultados de la fase experimental pueden considerarse lógicos desde el

punto de vista teórico, ya que los datos indican un comportamiento similar al de

los estudios realizados por los autores. Sin embargo, cabe mencionar que, para

tener un mayor grado de confianza en la experimentación, es necesario realizar

una planificación más profunda acerca de las variables que componen el diseño

experimental, así como del tamaño muestral, de tal manera que la potencia de

los experimentos permita establecer conclusiones con un grado de confianza

mayor. Aun así, los resultados del modelo y la predicción de la resistencia frente

a la carbonatación de los morteros fabricados con áridos reciclados de concreto

(41.6 años) para un recubrimiento de 40 mm, son tan alentadores como para

considerar que la buena gestión de residuos de construcción y demolición

(RCD), deja abierta la posibilidad de reaprovechar una gran cantidad de estos

recursos y así evitar su disposición en rellenos sanitarios como material sin valor.

- La percepción social limita el uso de RCD en la construcción, generando una

estigmatización del material (para pobres) y una resistencia al cambio de hábitos

por parte de constructores y usuarios, así como de las autoridades ambientales



carbonatación

que optan por mantener las políticas actuales y que inciden en la manera como

se acogen estas prácticas.

- En Colombia se ha tenido un gran crecimiento en la formulación de políticas

públicas que promueven la buena gestión de residuos y practicas más

conscientes en la construcción. Aun así, la sociedad sigue siendo apática

respecto a la aceptación de prácticas de reciclaje y el acompañamiento por parte

de los actores encargados de la regulación y el cumplimiento de estas políticas

es incipiente; además, el grado de desconocimiento de la población y del gremio

de la construcción dificultan la aceptación de estas medidas, así como de los

lineamientos propuestos como alternativa.

En la época actual, los problemas ambientales que afronta la humanidad nos obligan a

replantearnos la manera en la que se desarrolla la vida y como se satisfacen las

necesidades que afronta la sociedad en su cotidianidad. Muchas de las cuales, no son

primordiales para un desarrollo personal integral, por el contrario, constituyen los

condicionamientos impuestos por un sistema social, que nos incita al consumo excesivo de

recursos y nos cierra la puerta a la reflexión y al cuestionamiento.

Esta ceguedad que impide ver más allá de la realidad individual nos ha desconectado

de la belleza natural, de lo simple y armónico que puede ser el entorno en el que gozamos

de supuesta libertad, de los pequeños detalles que nos relacionan entre individuos sociales,

emocionales y poseedores de razón.

En este sentido, el desarrollo individual debe partir de una conciencia moral que nos

permita recuperar la conexión como sujetos inmersos en un sistema social, con sentido de

pertenencia por lo ajeno, con empatía por aquel que necesita, con respeto por la diversidad

de ideas inherentes a la inestabilidad de nuestro estado mental.

No se trata de avanzar hacia un futuro que rechace los avances en tecnología que han

permitido a la humanidad gozar de una calidad de vida casi divina, ni mucho menos

promover posturas retrogradas, ya que, está claro que en el siglo XXI el conocimiento

humano ha alcanzado un crecimiento intelectual lo bastante complejo como para

mantenerse estático o invariable.

Por el contrario, la ciencia debe redireccionar su visión como herramienta para resolver

necesidades reales, buscando soluciones en pro de mejorar la calidad de vida, siendo

Conclusiones 91

prudente y consecuente con el bienestar de todos los individuos del planeta. Ahora bien,

las conductas sociales constituyen el factor fundamental para que los avances científicos

encuentren una ruta clara que se enmarque bajo un esquema de progreso consciente y

responsable.

De modo que, pierde sentido hablar de ciencia y exponer resultados alentadores si el

grado de aceptación por parte de la sociedad es casi nulo, en vista de que encontrar una

solución a la demanda de energía, la escasez de recursos, la generación de residuos o el

cambio climático; solo tendría un alcance en el ámbito científico y académico, con fuertes

limitaciones de su aplicación en el contexto social.

Este es claramente el caso que converge a esta investigación, en el que los avances en

materia de las soluciones a la problemática ambiental a raíz del crecimiento poblacional y

el desarrollo urbano son bastamente amplios, pero están estrictamente limitados por la falta

de aceptación social y la escasa implementación por parte de los entes gubernamentales

que carecen de voluntad política y marcos regulatorios bien articulados.

Por lo cual, es importante el desarrollo de instrumentos técnicos, pedagógicos,

administrativos y jurídicos que permitan avanzar en la evolución de una sociedad que logre

despertar, que entienda que sus necesidades individuales son tan importantes como las de

los otros y que la construcción como generadora de espacios habitables debería ser un

conjunto de disciplinas gobernada por el espíritu ecológico y consciente, ya que la casa

siempre será el vínculo de unión del ser humano con su entorno.

4.2 Recomendaciones

Para futuras investigaciones se presentan los siguientes comentarios y

recomendaciones:

- El análisis estadístico es una herramienta que permite determinar variables que

inciden en el comportamiento de cualquier tipo de fenómeno, así como la

relación entre variables y su incidencia en la respuesta. Sin embargo, la

planificación de un diseño experimental adecuado requiere de un conocimiento

previo del investigador acerca del fenómeno, de tal modo que sea posible

establecer un tamaño de muestra que le permita obtener resultados y

conclusiones confiables.



carbonatación

- Los áridos reciclados han sido estudiados a profundidad durante varias décadas,

por lo que su comportamiento, así como los factores que inciden en su

desempeño como lo son la resistencia a la compresión del material de origen, la

permeabilidad y la naturaleza inherente al árido; son lo suficientemente

concluyentes como para direccionar las futuras investigaciones hacia proyectos

bajo solicitaciones reales, que arrojen datos sobre el comportamiento de

estructuras en el entorno de servicio y no solo bajo condiciones de

experimentación controladas en laboratorio.

- Para una mejor aproximación a la respuesta que explique el fenómeno de la

carbonatación en morteros de concreto, se sugiere realizar un análisis

experimental mediante equipos más especializados en una cámara de

carbonatación acelerada, con condiciones de exposición más severas.

Asimismo, para establecer las posibles aplicaciones de estas mezclas en la

construcción, es necesario complementar la investigación acerca del

desempeño por durabilidad, con el estudio del comportamiento mecánico.

- Se ha avanzado considerablemente en el desarrollo de políticas públicas que

promueven el uso de materiales ecológicos, aunque estás siguen estando

desarticuladas con los contextos de vida reales de las poblaciones de zonas

urbanas y rurales, en donde no se tiene ningún control y mucho menos

regulaciones estrictas que obliguen a los responsables que atentan en contra de

la estabilidad de las fuentes de recursos no renovables a tomar conciencia y

responsabilizarse por sus acciones; además, las alternativas de gestión casi

siempre se quedan visibles en los grandes centros urbanos, pero no logran un

alcance significativo en las zonas rurales en donde la participación del estado es

insuficiente. Sumado a esto, la existencia de canteras a cielo abierto facilita la

extracción de materias primas y limita el cambio de percepción hacia otras

alternativas de construcción.

- Anexo (A): Resumen experimental – áridos naturales de cantera

Arena de cantera

Tamiz Abertura(mm) Masa retenida (g) %Retenido %Retenido acumulado %Pasa

4 4.75 4 0.80% 0.80% 99.20%

8 2.36 41 8.15% 8.95% 91.05%

16 1.18 102 20.28% 29.22% 70.78%

30 0.6 116 23.06% 52.29% 47.71%

50 0.3 103 20.48% 72.76% 27.24%

100 0.15 82 16.30% 89.07% 10.93%

Fondo 55 10.93% 100.00%

Total 503 100.00%

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

80.00%

90.00%

100.00%

0.1 1 10

% p

asan

te

mm

- Anexo (B): Resumen experimental – áridos reciclados de concreto

Agregado reciclado (28Mpa)

Tamiz Abertura(mm) Masa retenida (g) %Retenido %Retenido acumulado %Pasa

4 4.75 0.8 0.16% 0.16% 99.84%

8 2.36 173.1 34.45% 34.61% 65.39%

16 1.18 118.1 23.50% 58.11% 41.89%

30 0.6 74.9 14.91% 73.01% 26.99%

50 0.3 53.6 10.67% 83.68% 16.32%

100 0.15 33.9 6.75% 90.43% 9.57%

Fondo 48.1 9.57% 100.00%

Total 502.5 100.00%

Módulo de finura 3.40%

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

80.00%

90.00%

100.00%

0.1 1 10

% p

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