CRÉDITO: A.A. Al-Manaseer y T.R. Dalal

Actualmente se están llevando a cabo investigaciones para determinar el efecto específico de cada producto de desecho a fin de utilizarlos en la industria de la construcción con mayor confianza. Un tipo de producto de desecho de la industria automotriz es el plástico fragmentado. La investigación presentada en este artículo estudia la posibilidad de utilizar en las mezclas de concreto pedazos de plástico obtenido de las defensas de los carros que desechan los consumidores. Hasta la fecha, no se ha publicado ninguna información en esta área.

Materiales

El concreto incluido en esta investigación contenía cemento portland ordinario tipo I, humo de sílice condensado, agregados convencionales, agregados plásticos, superplastificadores y agua. La composición química y las propiedades físicas del cemento y el humo de sílice condensado se dan en los cuadros 1 y 2. En la investigación se emplearon agregados gruesos triturados locales de un tamaño máximo de 10 mm (3/8 de pulg.), y agregados finos que tenían un módulo de finura de 2.98. Se utilizaron agregados plásticos angulares desechados que tenían un tamaño máximo de 13 mm (1/2 pulg.) y un peso unitario varillado en seco de 485 kg/m³ (30.3 libras/pie³).

Los agregados plásticos eran fragmentos de las defensas fabricadas para los automóviles. Para estudiar la distribución del tamaño de las partículas, se realizaron análisis de malla de agregados con y sin plástico, de acuerdo con ASTMC 136. Los resultados del análisis de malla para los agregados gruesos y los agregados finos se dan en el cuadro 3. Las propiedades físicas y de los agregados convencionales se dan en el cuadro 4. A diferentes dosificaciones, se agregó un aditivo superplastificador reductor de agua, de alto rango, tipo F, a base de naftaleno, que cumplía con las especificaciones de ASTM C 494. El agua utilizada en la mezcla era agua ordinaria de la llave a temperatura ambiente de 21°C (70 ° F).

Análisis de laboratorio

Se hicieron un total de 12 mezclas para investigar las propiedades técnicas del concreto que contiene agregados plásticos. El reemplazo en volumen de los agregados convencionales se realizó en los siguientes porcentajes: 0, 10, 30 y 50 por ciento. Las mezclas de concreto se hicieron con varias relaciones de agua-a-material cementante (a / mc), de 0.28, 0.40 y 0.50. Se agregó humo de sílice condensado en un reemplazo a 10 por ciento por el peso total de los materiales cementantes. Se agregó también el superplastificador por peso total del material cementante. El porcentaje del superplastificador fue de 2, 1.5, y 0.5 por ciento para las mezclas que tenían relaciones (a / mc) de 0.28, 0.40 y 0.50 respectivamente. Los detalles de las proporciones de las mezclas se dan en el cuadro 5.

Se hicieron un total de 120 cilindros de concreto para todas las mezclas. De cada mezcla, se colaron 8 cilindros de 100 ´ 200 mm (4 ´ 8 pulg.) y dos cilindros de 150 ´ 300 mm (6 ´ 12 pulg.). Todos los cilindros se varillaron a mano en tres capas empleando un procedimiento estándar (ASTM C 192). Los especímenes se curaron durante 24 hrs y después se desmoldaron y se colocaron en tanque de agua para curado durante 28 días a 21 ° C (70 °F).

Para cada mezcla de concreto, se realizaron pruebas para determinar el revenimiento con el cono, el revenimiento K, la densidad en masa, la resistencia a la compresión y la resistencia a la tensión por separación. La resistencia a lacompresión y la resistencia a la tensión por separación se determinaron a partir del promedio de cuatro cilindros de 100 ´ 200 mm (4 x 8 pulg.). También se determinaron curvas de esfuerzo-deformación para cada mezcla de concreto a partir de la prueba de dos cilindros de 150 ´ 300 mm (6 x 12 pulg.). Los resultados de las pruebas se resumen en los cuadros 6 y 7.

Resultados de las pruebas

Revenimiento

El cuadro 6 muestra los datos del revenimiento con el cono y el revenimiento K para todas las mezclas. El concreto que contenía 50 por ciento de agregados plásticos tuvo un revenimiento de cono ligeramente superior que el concreto sin agregados plásticos. Las lecturas de consistencia del revenimiento K mostraron un patrón similar al obtenido para el revenimiento del cono. Los agregados plásticos ni absorben, ni agregan agua a la mezcla de concreto. Debido a estas características no absorbentes, las mezclas de concreto que contengan agregados plásticos tendrán más agua libre. Consecuentemente, el revenimiento se incrementará.

Densidad en masa

La densidad en masa del concreto hecho con diferentes relaciones a / mc, y con contenido de agregados plásticos a 0, 10, 30 y 50 por ciento se muestran en la figura 1. Hay un decremento en la densidad en masa a medida que se incrementa el contenido de agregado plástico. La reducción en la densidad en masa es directamente proporcional al contenido de agregados plásticos. La densidad del concreto se reduce en 2.5 por ciento para los concretos que contienen 10 por ciento de agregados plásticos, en 6 por ciento para los concretos que contienen 30 por cientode agregados plásticos y en 13 por ciento para los concretos que contienen 50 por ciento de agregados plásticos. La reducción de la densidad se atribuye al peso unitario más bajo del plástico. La densidad en masa promedio de los agregados varillados a mano fue de 485 kg/m³ (30.3 libras/ pie³).

Resistencia a lacompresión

La resistencia a compresión del concreto hecho con diferentes relaciones a / mc y variados porcentajes de agregados plásticos se muestra en la figura 2. Hay un decremento en la resistencia a compresión cuando se incrementa el contenido de agregados plásticos. Se encontró que a un contenido cualquiera de agregados plásticos dado, la resistencia a compresión disminuía cuando se incrementaba la relación a / mc. La figura 3 muestra el porcentaje de reducción en la resistencia a compresión debido a la adición de agregados plásticos.

En general, se encontró que las tasas de reducción en las resistencia disminuía cuando el contenido de agregados plásticos se incrementaba. Los resultados mostraron que se obtenía una reducción en la resistencia a la compresión de 34, 51 y 67 por ciento respectivamente para concretos que contenían 10, 30 y 50 por ciento de agregados plásticos.

La caída en la resistencia a la compresión debido a la adición de agregados plásticos puede atribuirse, o bien a la pobre adherencia entre la pasta de cemento y los agregados plásticos, o bien a la baja resistencia que es característica de los agregados plásticos.

La superficie fracturada de los cilindros de concreto mostró que la mayor parte de los agregados plásticos se salía en vez de o hendirse y separarse. La falla de los especímenes de concreto que contenía agregados plásticos bajo cargas de compresión no exhibía el tipo de falla quebradiza que normalmente se obtiene en el concreto convencional. La falla observada era más bien una falla gradual, que dependía del contenido de agregados plásticos.

Las figuras 4, 5 y 6 muestran una serie de fotografías tomadas después de realizar la prueba de compresión. A medida que el contenido de agregados plásticos se incrementaba, el tipo de falla se hacía más dúctil. Los especímenes que contenían agregados plásticos fueron capaces de resistir la carga durante algunos minutos después de la falla sin una desintegración total. Se observó que esta tendencia era más obvia a medida que se incrmentaba el porcentaje de agregados plásticos.

Resistencia a la ruptura por tensión

Las resistencias a la tensión por separación de los concretos hechos con diferentes relaciones de a / mc y con varios porcentajes de contenido de agregados plásticos se muestran en la figura 7. Se descubrió que la resistencia a la tensión por separación disminuía cuando el porcentaje de agregados plásticos se incrementaba. Se encontró que la resistencia a la tensión por separación disminuía en 17 por ciento para el concreto que contenía 10 por ciento de agregados plásticos, y en 50 por ciento para el concreto que contenía 50 por ciento de agregados plásticos. Para un contenido de agregado plástico dado, se observó que la resistencia a la tensión por separación disminuía cuando se incrementaba la relación de a / mc.

La figura 8 muestra la relación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la tensión por separación a diferentes porcentajes de agregado plástico. Para una mezcla dada, la relación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la tensión por separación disminuye cuando se incrementa el contenido de agregados plásticos. La relación variaba desde aproximadamente 9 por ciento para el concreto que no contenía agregados plásticos hasta aproximadamente 6 por ciento para el concreto que contenía 50 por ciento de agregados plásticos.

Debe hacerse notar que la falla por separación de los especímenes de concreto que contenía agregados plásticos no exhibía la falla quebradiza típica observada en el concreto convencional. La falla de tensión por separación era más bien una falla gradual, como en el caso de los especímenes probados bajo cargas de compresión.

Las figuras 9, 10 y 11 muestran una serie de fotografías tomadas de especímenes de concreto después de realizar la prueba de rompimiento por tensión. En general, se encontró que los especímenes que contenían agregados plásticos eran más capaces de resistir la carga de separación después de la falla sin una desintegración total. Se descubrió que la falla era más bien de naturaleza dúctil cuando el porcentaje de agregados plásticos se incrementaba.

Relación esfuerzo-deformación y elasticidad

Las figuras 12, 13 y 14 muestran los datos de esfuerzo-deformación promedio para el concreto hecho con y sin agregados plásticos a diferentes relaciones de a / mc, de 0.28, 0.40 y 0.50. La pendiente de una curva dada de esfuerzo-deformación disminuye cuando el porcentaje de agregados plásticos se incrementa. Para un contenido dado de agregados plásticos, la pendiente de la curva esfuerzo-deformación se incrementa cuando la relación a / mc disminuye.

Dentro de los límites elásticos, y en un nivel de esfuerzo dado, la deformación en el concreto que contiene de 30 a 50 por ciento de agregados plásticos es de aproximadamente dos veces más alta que la del concreto que no contiene agregados plásticos. Se encontró que la máxima deformación registrada era de 0.0048, y la misma se obtuvo con la mezcla que contenía una relación a / mc de 0.28, hecha sin agregados plásticos.

El módulo de elasticidad del concreto que contenía diferentes porcentajes de agregados plásticos se muestra en la figura 15. Se encontró que el módulo de elasticidad disminuía cuando el contenido de agregados plásticos se incrementaba. Dependiendo de la relación a / mc, el módulo de elasticidad variaba entre 2.4 ´ 10⁵ kg/cm² para el concreto que contenía 0 por ciento de agregados plásticos (a/mc = 0.28) y 0.8 ´ 10⁵ kg/cm² para el concreto que contenía 50 por ciento de agregados plásticos (a / mc =0.50). En general, al aumentar la relación a / mc disminuía el módulo de elasticidad.

Pruebas de campo

La utilización de agregados plásticos de desecho mejoran la ductilidad del concreto y ayudan a producirlo con un peso más ligero. En este artículo se han evaluado las propiedades básicas de este tipo de concreto. Se realizó una evaluación de prueba de campo para valorar la aplicabilidad práctica del concepto. El material fue preparado por un proveedor local de concreto premezclado y los agregados plásticos se agregaron al camión mezclador en el lugar de la construcción. El concreto se utilizó para construir una losa de piso de 150 mm (6 pulg.) sujeta a clima externo. Se requirió un total de 15 m³ de concreto para completar la construcción de la losa. El concreto empleado tenía una relación a / mc de 0.4 y contenía 30 por ciento de reemplazo en volumen de agregados plásticos por los agregados gruesos convencionales(ver).

La mezcla de concreto se hizo con cemento portland tipo I y contenía agregados convencionales de piedra caliza de un tamaño máximo de 19 mm (3/4 pulg.). El concreto fresco tenía un contenido de aire de 6 por ciento y un revenimiento de 17.8 cm (7 pulg.). Se colocó el concreto y se le dio un acabado exitoso. La resistencia a la compresión del concreto se determinó probando cilindros de 10 ´ 20 cm (4 x 8 pulg.) después de un año. La resistencia promedio fue de 28 MPa. Un examen visual de la losa del piso de concreto después de un año indicaba que no había deterioro ni grietas visibles. Según el estudio anterior, parece que es posible el empleo de agregados plásticos de desecho en el concreto y que el mismo se puede llevar a la práctica. Sin embargo, los problemas de durabilidad aún requieren mayor evaluación. Hasta donde tiene conocimiento el autor, este es el primer artículo que se publica demostrando la posibilidad práctica de tal concepto.

Conclusiones

Se pueden sacar las siguientes conclusiones sobre el empleo de agregados plásticos de desecho en el concreto.

1. Los agregados plásticos de desecho se pueden utilizar exitosamente para reemplazar agregados convencionales en el concreto. Se ha realizado exitosamente una evaluación de la prueba de campo para demostrar la viabilidad del concepto. Las pruebas de laboratorio mostraron que la resistencia a la compresión a 28 días del concreto que contenía agregados plásticos a diferentes porcentajes entre 10 y 50 por ciento variaban de 48 a 19 MPa mientras que la resistenica a la tensión por separación variaba de 6.5 a 3.2 MPa.

2. El empleo de agregados plásticos desechdos en el concreto reducía, en general, la densidad en masa del concreto. Cuando se comparó el concreto convencional, la densidad por masa se redujo en 2.5 por ciento para el concreto que contenía 10 por ciento de agregados plásticos, 6 por ciento para concreto que contenía 30 por ciento de agregados plásticos, y 13 por ciento para concreto que contenía 50 por ciento de agregados plásticos.

3. El concreto que contiene agregados plásticos tiene un comportamiento más dúctil que tipos similares de concreto hechos con agregados convencionales. Este comportamiento dúctil puede ser muy ventajoso para minimizar la formación de grietas en estructuras de concreto. Si se puede producir tal concreto, entonces las teorías de diseño actuales pueden cambiarse y las estructuras de concreto pueden sobrerreforzarse con seguridad.

Reconocimientos

Los autores desean agradecer a Mitsubishi Motor Company of America por proporcionar los plásticos; a John Wolsiefer, presidente de Norchem, por proporcionar el humo de sílice, y a Jerry Fosnaugh de DOW Plastics por sus valiosas discusiones.

El Doctor A. A. Manaseer, miembro del ACI, es profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil y Mecánica Aplicada en la Universidad Estatal de San Jose, Calif.

T.R. Dalal es graduado en el Departamento de Ingeniería Civil y Construcción en la Universidad de Bradley, Peoria, Ill

Este artículo fue publicado en Concrete Internatponal y se reproduce con la autorización del American Concrete Institute.

PRESENTACIÓN: