El sector de la construcción con hormigón tiene el potencial para impulsar el desarrollo de un ecosistema de economía circular en sus procesos. Dentro del este potencial se encuentra el reciclaje del hormigón de demolición que, luego de un proceso, se transforma en árido reciclado, un producto que posee muchas más ventajas de las que originalmente se cree y que puede aportar cualidades impensadas en el hormigón. En este artículo, basado en la presentación “Structural Concrete with Recyled Aggregates: Challenges and Perspectives” que realizó el Dr. Enzo Martinelli en la convención del American Concrete Institute de abril de 2023, aborda la investigación sobre el árido reciclado de hormigón y sus aplicaciones para elementos estructurales y en tecnologías como la impresión 3D.
Si bien el uso que se le da preferentemente a los áridos reciclados de hormigón -vale decir, aquellos áridos que se producen a partir del hormigón proveniente de residuos de demolición- es para bases y sub-bases de carreteras, tal y como explicara en su minuto a Hormigón al Día la Dra. Viviana Letelier González, académica de la Universidad de La Frontera y directora del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de esa casa de estudio, en el último tiempo, la utilización de este tipo de árido se está viendo cada vez más en las mezclas de hormigón para elementos estructurales y no estructurales.
Ante los nuevos desafíos que tiene el sector de la construcción con hormigón en materia de sostenibilidad, el uso de elementos reciclados -en este caso, hormigón de residuos de demolición- para la producción del material se hace necesario, en especial, cuando se busca incorporar aspectos de la economía circular para el desarrollo de la industria.
En ese sentido, los beneficios de la incorporación de áridos reciclados de hormigón a la construcción resultan claros, ya que reduce el uso de recursos naturales (áridos provenientes de canteras) y da una segunda vida a los residuos de la construcción. Por lo mismo, en países como Italia y Japón ya se cuenta con una normativa que regula su uso, estableciendo tasas de reemplazo para la mezcla en hormigones.
Justamente, en Italia llevan, desde hace varios años, desarrollando investigaciones relacionadas con los áridos reciclados de hormigón, analizando su estructura y comportamiento, además de plantear su uso en aplicaciones para elementos estructurales y de otra índole, como en hormigón aplicado con tecnología de impresión 3D, lo que podría brindar un nuevo campo para la incorporación de este producto.
En ese sentido, Enzo Martinelli, Ph.D en Ingeniería Estructural de la Universidad de Salerno y académico de Diseño y Análisis Estructural del Departamento de Ingeniería Civil en la misma casa de estudio, compartió los avances de los estudios realizados en los últimos doce años por equipos de la universidad italiana, destacando aspectos esenciales tanto en la comprensión de la naturaleza del árido reciclado del hormigón, conocimiento necesario para definir sus futuros usos.
Un primer paso: entender la naturaleza del árido reciclado de hormigón
Uno de los primeros aspectos de las investigaciones sobre áridos reciclados del hormigón de residuos de demolición, y que destacó el académico de la Universidad de Salerno, fue comprender la naturaleza del árido reciclado y compararla con la del árido natural.
En este aspecto, el profesor Martinelli explicó que la mayor parte de la investigación vinculada a este campo se basa en un enfoque empírico. Es decir, que el enfoque metodológico para analizar el comportamiento del árido reciclado de hormigón se basaba en determinar un porcentaje de reemplazo respecto al árido natural dentro de una mezcla de referencia, y sólo observar los resultados en materia de resistencia.
Para el Dr. Martinelli, el análisis debía ir más allá. “Nuestro objetivo era comprender las razones fundamentales que existen detrás de los cambios en el rendimiento del hormigón cuando se utilizan este tipo de áridos”, explicó en la presentación que realizó en la conferencia que el American Concrete Institute llevó a cabo en la ciudad de San Francisco, en abril de 2023, donde expuso sobre los resultados del trabajo de las investigaciones ejecutadas por la academia italiana.
En esta nueva metodología de análisis, uno de los elementos que apareció en la superficie fue la diferencia morfológica de los áridos reciclados en comparación con los naturales, descubriendo que, en la comparación, la estructura de los áridos reciclados de hormigón es mucho más compleja.
Junto con esto, la presencia de mortero adherido en los áridos reciclados hace que estos sean mucho más porosos, lo que lleva a una mayor absorción de agua y que, explica el profesor Martinelli, afecta negativamente las propiedades mecánicas del hormigón, como su resistencia, además de una posible afectación a la durabilidad del material. Por lo mismo, uno de los campos que abordan las investigaciones de la universidad italiana tiene que ver con la reducción de la porosidad de este tipo de áridos.
Nuevas metodologías para áridos reciclados menos porosos
Al respecto, los investigadores desarrollaron nuevas metodologías en busca de reducir la porosidad en los áridos reciclados de hormigón. Entre estas, se propusieron tratamientos en la fase de molienda del árido para así, eliminar parte del mortero adherido, que es lo que hace que el árido reciclado sea más poroso.
Este proceso, sin embargo, conlleva su propio desafío: una alta carga energética. “El proceso de trituración consume mucha energía”, comentó el profesor Martinelli en la presentación, argumentando que, para llevar a cabo este proceso, se debe mantener un balance “en la energía que utiliza este método para que, de este modo, no se anulen los beneficios ambientales de utilizar áridos reciclados en primer lugar”.
Junto con proponer nuevos métodos para reducir la porosidad de los áridos reciclados, en la investigación que se desarrolla en la Universidad de Salerno también se analizó la relación que existe entre las condiciones de hidratación que presenta el árido reciclado, es decir, si este producto se encuentra en estado seco o saturado, con la resistencia del hormigón.
En ese sentido, los investigadores demostraron que los áridos reciclados secos pueden funcionar mejor en la mezcla del hormigón al introducir una tasa de reemplazo del 50% de áridos reciclados secos por agregados naturales, logrando disminuir la proporción de agua en la mezcla y mejorando de esta forma la resistencia del material.
Debido a este hallazgo, el equipo de la casa de estudios desarrolló una tabla que brinda información respecto a la capacidad de absorción de agua de distintos tipos áridos reciclados. “No es suficiente sólo con reemplazar un porcentaje de áridos naturales por reciclados. Se debe considerar de manera muy cuidadosa las propiedades que poseen los áridos reciclados que se utilicen en el hormigón”, comentó el Dr. Martinelli en su ponencia.
Brindando una nueva mirada a la Ley de Abrams
En la década del 1920, el ingeniero Duff Abrams demostró que la consistencia plástica de una mezcla de hormigón, a partir de la adición de agua, tiene una influencia en el desarrollo de su resistencia y otras propiedades de endurecimiento. Desde entonces, la Ley de Abrams, que dice que la resistencia del hormigón es “inversamente proporcional al contenido de agua de la mezcla”, se mantiene como un aspecto del diseño primario para casi toda la producción actual del material.
Por lo mismo, la relación agua-cemento que determina la Ley de Abrams, bajo el ensayo del cono, se convierte en un aspecto clave en cuanto a la resistencia del material. ¿Qué ocurre cuando, en este caso, la mezcla posee un porcentaje de áridos reciclados de hormigón? El Dr. Martinelli comenta, en este caso, que los investigadores de Salerno desarrollaron una generalización para esta ley.
“Nuestra versión generalizada de la Ley de Abrams no sólo considera la relación agua-cemento”, explicó el profesor. “También, incorpora la tasa de reemplazo de áridos y medidas de calidad de estos como, por ejemplo, su capacidad de absorción de agua”. Con esta nueva generalización, el equipo logró predecir la resistencia del hormigón de manera precisa en función de la calidad de os áridos reciclados utilizados en la mezcla.
Además de considerar, como menciona Martinelli, la capacidad de absorción de agua de los áridos reciclados, la nueva generalización que propone el equipo y que presentó el profesor de la Universidad de Salerno también toma en cuenta factores como si los áridos reciclados que se incorporan a la mezcla están secos o saturados, lo que puede tener un impacto sustancial en las propiedades finales del hormigón. A este nuevo enfoque, el equipo liderado por el profesor Martinelli lo denominó como la “relación agua-cemento efectiva”.
“Este concepto nos permite comprender mejor la forma en que los áridos reciclados afectan realmente a la hidratación del cemento y, por tanto, a las propiedades finales del hormigón”, afirmó en su presentación.
Colaboración internacional y ensayos con elementos reales
Para ensayar tanto esta nueva generalización como la influencia del árido reciclado de hormigón en la resistencia del material, los investigadores de la universidad italiana realizaron trabajos en conjunto con equipos de la Universidad de Río de Janeiro, ejecutando una serie de proyectos que contaron con el financiamiento de la Unión Europea.
“La colaboración con los colegas de la Universidad de Río de Janeiro nos permitió estudiar el desempeño del hormigón con áridos reciclados en diferentes condiciones climáticas y con distintos tipos de materiales reciclados disponibles localmente”, comentó el académico en su ponencia.
Junto con esos ensayos, se realizaron otras pruebas con mezclas distintas para demostrar que es posible establecer diseños de mezcla de hormigón con áridos reciclados que puedan cumplir requerimientos de resistencias medias y altas. Para ello, se llevaron a cabo testeos en dos mezclas de referencia, de 35 MPa y 60 MPa, que luego se compararon con distintos porcentajes de reemplazo del árido. Los resultados evidenciaron que existe la posibilidad de controlar la resistencia de hormigones con áridos reciclados y, por lo mismo, las propiedades de durabilidad del producto.
El profesor Martinelli también destaca que estos valores de resistencia a la compresión permitirían, por ejemplo, utilizar hormigones con áridos reciclados para la fabricación de elementos estructurales, tales como vigas, o bloques para construcciones modulares.
Respecto a ese proyecto -financiado también por la Unión Europea y en el que participó una firma suiza- se utilizó hormigón con áridos reciclados para fabricar bloques que pueden ensamblarse utilizando técnicas de pretensado. La idea con ese proyecto, además de probar métodos de ensamblaje más rápidos, apuntando así a una mejor productividad, fue también desarrollar soluciones constructivas sostenibles y eficientes para la edificación de nuevas estructuras.
“El uso de estos bloques de hormigón permite fabricar elementos que no sólo utilizan materiales reciclados, sino que también son fácilmente desmontables y reutilizables, promoviendo aún más los principios de la economía circular”, destacó el académico durante su presentación.
Colaboración con la industria: factor clave para impulsar su uso
Siguiendo esa línea, el Dr. Martinelli destaca el proyecto que realizaron junto a la empresa eléctrica Enel, en el que se reciclaron postes de hormigón armado de líneas eléctricas para molerlos y convertirlos en áridos reciclados de hormigón.
Respecto a este trabajo, el académico italiano comentó que el proyecto buscó “desarrollar mezclas optimizadas que utilizan hormigón reciclado de postes en desuso para fabricar nuevos postes”. En ese sentido, explicó que “los resultados del proyecto demuestran que es posible crear estructuras de alta calidad utilizando una cantidad significativa de materiales reciclados”.
Además de evaluar la resistencia del hormigón con áridos reciclados, los investigadores de la Universidad de Salerno también hicieron ensayos de este producto bajo ciclos de congelación y deshielo, para evaluar su durabilidad en condiciones climáticas particulares. “Los resultados mostraron que el hormigón con áridos reciclados, cuando se diseña de manera correcta utilizando nuestro método, puede tener un comportamiento comparable al del hormigón áridos naturales en términos de durabilidad”, destacó.
El profesor Martinelli también subraya también el alcance de la investigación en aspectos del diseño estructural. En ese sentido, se realizaron ensayos de resistencia a la flexión y al corte sobre vigas fabricadas con hormigón con áridos reciclados, en los que se demostró que estos elementos poseen un comportamiento similar a los fabricados con hormigón convencional.
El futuro del árido reciclado de hormigón
Si bien la investigación llevada a cabo por los expertos de la Universidad de Salerno se enfoca principalmente en la fracción gruesa del árido reciclado y su influencia en el desempeño del hormigón para futuras estructuras, también se vieron aspectos de la fracción fina de este tipo de árido. “La fracción fina presenta sus propios desafíos, los que son únicos y es un área que requiere de más investigación”, aseguró Martinelli.
Y si bien la fracción fina -el denominado “polvo de hormigón reciclado”- aún genera cierta incertidumbre en cuanto a su calidad y desempeño, los investigadores de la universidad italiana están explorando las propiedades de estos agregados finos y su posible aplicación, por ejemplo, en la impresión 3D.
En ese sentido, el académico destaca que la colaboración con empresas especializadas en esta tecnología -que se encuentra en permanente actualización – les está permitiendo desarrollar nuevos métodos para reciclar la parte fina de los áridos reciclados de hormigón, lo que a juicio del Dr. Martinelli, podría brindar grandes oportunidades para la fabricación de elementos de construcción con alta precisión y menos impacto ambiental.
Otro aspecto relevante de la investigación que destaca el académico es la relación que existe entre el hormigón con áridos reciclados y la eficiencia energética de los edificios. En ese aspecto, el académico de la Universidad de Salerno entregó algunos lineamientos de una línea investigativa que analiza el impacto que tienen los áridos reciclados en las propiedades térmicas y acústicas del hormigón.
“Esto es crucial para comprender cómo estos materiales pueden contribuir a la construcción de edificaciones energéticamente más eficientes”, explicó.
Para ello, el profesor dice que se debe considerar un enfoque holístico que aborde no sólo las propiedades estructurales, sino también, el rendimiento general del edificio. Esto sería fundamental, en su opinión, para el desarrollo de soluciones de construcción que sean verdaderamente sostenibles.
Desafíos y perspectivas en la investigación del árido reciclado del hormigón
Sin dudas, el trabajo tanto del profesor Martinelli como de los investigadores de la Universidad de Salerno y sus colaboradores, demostró que es factible utilizar áridos reciclados en la producción de hormigón de alta calidad cuando los agregados se incorporan a la mezcla con diseños y métodos confiables y probados.
“Nuestro objetivo es proporcionar a la industria las herramientas y el conocimiento necesarios para utilizar con confianza áridos reciclados en el hormigón”, aseguró el académico, haciendo hincapié que una de las metas que tiene el trabajo suyo y de su equipo es que “el uso de estos materiales sea la norma, no la excepción”.
De todas formas, el académico de la Universidad de Salerno se muestra cauto respecto a la investigación desarrollada por la casa de estudios italiana, puntualizando que “no salvará al mundo”. En ese sentido, dice que el sector de la construcción es uno de los mayores consumidores de recursos naturales y productores de residuos a nivel mundial, por lo que cualquier mejora en la sostenibilidad de este sector puede tener un impacto significativo en los esfuerzos para mitigar los efectos del cambio climático y promover prácticas más sostenibles.
“Lo que hemos logrado es un buen ejemplo de una implementación de economía circular sectorial”, destacó. “Además, lo más emocionantes es que este enfoque puede exportarse a otras áreas de producción”.
La investigación de los áridos reciclados de hormigón continúa y poco a poco, se pueden ver avances en el uso de este tipo de agregados. Por ejemplo, en nuestro país ya se analiza el uso de los áridos reciclados para mejorar la captura de CO2, con prometedores resultados.
Otras investigaciones apuntan al uso de la fracción fina del árido reciclado, la mejora en la eficiencia energética en la producción de los áridos reciclados y aplicaciones, por ejemplo, en tecnologías como la impresión 3D, lo que prueba el potencial desarrollo que posee este producto para el desarrollo de la construcción con hormigón.
