El proyecto FONDEF “Desarrollo de un nuevo árido reciclado de hormigón de mejor calidad en base a tratamientos de absorción de CO2”, llevado a cabo por las académicas Viviana Letelier (UFRO), Wendy Franco y Elodie Blanco (Pontificia Universidad Católica de Chile), mostró una mejora en las propiedades de los áridos reciclados de hormigón a los que se les incorporó CO2. Para conocer más, conversamos con Viviana Letelier sobre los avances de esta investigación y sus futuras implicancias.
Uno de los aspectos en el que la industria del hormigón busca disminuir su impacto en el medio ambiente dice relación con adoptar elementos de la denominada Economía Circular en sus procesos. En rigor, el sector busca reemplazar aquellas materias primas que presenten escasez para la producción del material y, para ello, el uso de subproductos tanto de la propia industria de la construcción como de otros sectores productivos resulta esencial.
Sobre esto, la situación de los áridos es particularmente delicada. Ya nos lo mencionaba Carla Salinas Antonietti, asesora de proyectos en Río Claro Ltda., a propósito de la situación de las canteras ubicadas específicamente en la Región Metropolitana, donde el 70% de los pozos legales está en situación crítica, lo que obliga a traer el recurso desde otras regiones, con el consiguiente encarecimiento de éste debido al transporte, entre otra serie de inconvenientes.
Las distintas alternativas que se presentan específicamente si hablamos propiamente del reemplazo de áridos naturales por reciclados o artificiales, son ya probadas en otras partes del mundo, con vasta experiencia tanto a nivel normativo para regular, por ejemplo, aspectos como la granulometría y los porcentajes de reemplazo, como también, investigaciones sobre las propiedades que aportan este tipo de áridos al utilizarse en la producción del hormigón.
Al respecto, Viviana Letelier, académica y directora del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de la Frontera, UFRO, participa en una investigación financiada por el Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico, Fondef, que busca mejorar las propiedades del árido reciclado de residuos de hormigón incorporando procesos químicos que colaboren con la absorción de CO2.
Incorporación de CO2 al árido reciclado
Anteriormente, la profesora ya había comentado a Hormigón al Día sobre cómo países como España o Japón, los que ya tienen elementos normativos que establecen los porcentajes de reemplazo del árido reciclado respecto al árido natural, entre otros aspectos. En nuestro país, se está a la espera que se lance la actualización de la norma chilena “NCh163 Áridos para morteros y hormigones – Requisitos generales”, que incorporará a los áridos reciclados de hormigón y áridos artificiales de subproductos generados por otras industrias, como la siderúrgica.
Mientras se dan las últimas conversaciones sobre la nueva norma, el Fondef en el que participa Viviana Letelier junto a Wendy Franco y Elodie Blanco, estas últimas académicas de la Pontificia Universidad Católica de Chile, se desarrolló en dos etapas, en que la primera consistió en una evaluación del “comportamiento tanto del árido reciclado de hormigón como del árido carbonatado en hormigones y el segundo año, esta aplicación de áridos reciclados, pero nivel de base y subbase de carreteras”, comentó Viviana Letelier.
En esa línea, la directora del Departamento de Ingeniería Civil de la UFRO agregó que el objetivo de esta investigación es mejorar las propiedades del árido reciclado de hormigón gracias a la absorción del CO2, un proceso que se da de manera natural en el hormigón ya endurecido.
Para esta investigación, lo que se hizo fue “encapsular CO2 a través de la carbonatación acelerada bajo presión dentro de estos áridos. Esto va muy de la mano con todos los desarrollos que existen actualmente de almacenamiento de CO2, además de ser una alternativa de dónde disponer el carbono aplicándolo en materiales de construcción, que a su vez mejoran sus propiedades gracias a la utilización de estos productos”, explicó Viviana Letelier.
Proyecto en dos etapas
En el primer año de esta investigación, se utilizaron dos métodos para mejorar la capacidad de absorción de CO2 de los áridos reciclados de hormigón. Una forma fue la que comentó la profesora Letelier, de inyectar carbono bajo presión en los áridos. Otra, desarrollada por las académicas de la PUC, consistió en el uso de bacterias para precipitar la formación de calcita y, de esa forma, mejorar esta cualidad del árido reciclado. “En ambos casos, los dos procesos resultaron bastante efectivos”, dijo Viviana Letelier.
En ese sentido, uno de los aspectos interesantes de este Fondef es que permitió incorporar altos porcentajes de árido reciclado de hormigón sin afectar cualidades que son intrínsecas al material, como el comportamiento mecánico y propiedades de durabilidad. “Lo que logramos con la carbonatación fue incorporar grandes cantidades de reemplazo”, subrayó la académica de la UFRO.
El comportamiento de los hormigones con áridos reciclados carbonatados se analizó en laboratorio con la elaboración de probetas, las que se sometieron a diversos ensayos -tanto mecánicos como físicos- para determinar de qué manera este “nuevo tipo” de árido reciclado afecta a los hormigones de prueba.
Los resultados, comentó la académica de la UFRO, resultaron positivos. “Logramos mejorar significativamente el comportamiento del árido reciclado dentro de nuevos hormigones. Es decir que, con altos porcentajes de reemplazo, se logró que no hubiesen pérdidas en el comportamiento mecánico y de durabilidad en los hormigones respecto al hormigón de control. Eso nos tiene muy contentos porque era uno de los objetivos del proyecto, que era capturar CO2”.
Estudio en elementos de hormigón armado
Otro aspecto que resaltó la directora del Departamento de Ingeniería Civil de la UFRO es que, al incorporar al estudio tesis de pregrado cuyos resultados se probaron en vigas de hormigón armado, se logró testear el comportamiento de los áridos reciclados carbonatados dentro de un elemento estructural. “De alguna forma, también pudimos evaluar cómo es el comportamiento estructural del hormigón que presenta la incorporación de este tipo de árido reciclado y qué tanto difiere del comportamiento estructural de un hormigón sin incorporación de áridos”.
En ese sentido, la profesora Letelier dijo que, en el análisis de las vigas de hormigón armado con incorporación de árido reciclado carbonatado, no existe diferencia en cuanto a su comportamiento estructural. “Porque se lograron resistencias mecánicas similares a las del hormigón de control”, puntualizó.
Al respecto, la académica explicó que a mayor porcentaje de reemplazo de áridos reciclados “sin mejoramiento”, los estudios demuestran que el comportamiento mecánico o de durabilidad se ve afectado disminuyendo a medida que se aumenta el reemplazo.
“Cuando el hormigón trabaja con la armadura en elementos estructurales, esta última también tiene mucha responsabilidad en su comportamiento. Por lo tanto, incluso si el hormigón pudiese presentar menores resistencias que el hormigón de control, en comparación al que incorpora áridos reciclados no carbonatados -hablamos de no más del 10%- se logran comportamientos estructurales similares a los del hormigón de control, ya que en cargas ultimas la armadura es la que juega un rol preponderante, capaz de absorber parte de las diferencias de la resistencia del hormigón”, comentó.
Ensayos sobre porcentajes de reemplazo establecidos en NCh 163
La directora del Departamento de Ingeniería Civil de la UFRO explicó que los distintos ensayos que se llevaron a cabo con tres tasas diversas de reemplazo de árido grueso”.
La decisión de estos porcentajes de reemplazo no fue al azar, dice Letelier, ya que se debía analizar al árido reciclado bajo los parámetros que establecerá la nueva norma chilena NCh163, cuya actualización se encuentra en estudio y su vez se probaron reemplazos más altos. “Por primera vez, se analizó el comportamiento de los áridos reciclados de hormigón, tanto carbonatados como no carbonatado, con las tasas de reemplazo que estipulará la actualización de la normativa chilena”.
Con esto, la académica subrayó que, dependiendo de la calidad tanto del árido reciclado como la del natural, cuánto sería el porcentaje de reemplazo, siempre adecuándose a lo que se estipula en la nueva norma, de modo tal que se cumpla con las tablas de la normativa.
“Lo que logramos fue evaluar el porcentaje estipulado por la normativa, y demostrar que, en esas condiciones, o igualas al hormigón de control o las pérdidas son muy menores y las que existen, como se apreció en el caso de la durabilidad, se encuentran controladas”, dijo.
Gracias a estos ensayos, además, se logró analizar que los hormigones con áridos reciclados de hormigón carbonatados presentan resistencias similares o mejores a los hormigones con áridos naturales.
Este fenómeno, explicó la profesora Letelier, se produjo porque al agregar CO2, “éste reacciona con el hidróxido de calcio que está presente en el mortero del árido reciclado. Entonces, en un ambiente donde existen la humedad y temperatura adecuada, se genera calcita. Esta calcita va rellenando el árido reciclado mejorando considerablemente su microestructura”.
En ese sentido, el árido reciclado que se utilizó para esta investigación se hizo bajo origen controlado, fabricando un hormigón con una de las resistencias más demandadas a nivel nacional, para luego ser chancado a los 28 días de hidratación. Luego del chancado se incorporó a un nuevo hormigón, pero el mortero adherido a los áridos reciclados continuó su proceso de hidratación, “Entonces, este proceso en conjunto con la carbonatación, permitió mejorar las resistencias en comparación al hormigón de control”, comentó la académica.
Etapa dos: Base y subbase de carretera
El proyecto de investigación del que forma parte Viviana Letelier se encuentra en su segunda etapa, que consiste en incorporar estos nuevos áridos reciclados de hormigón tratados con CO2 como base y subbase en un tramo de prueba, en este caso, de la denominada “Carretera de la Fruta”, infraestructura vial que se inicia a la altura de Pelequén, conectando con la Ruta 5, y finaliza en San Antonio, abarcando así a las regiones de Valparaíso, Libertador General Bernardo O’Higgins y Metropolitana.
“Estamos a la espera que la Dirección de Vialidad dé la aprobación para la construcción de este tramo de prueba para transportar todo el material, que ya se tiene, y así incorporar las toda la muestra para evaluar y hacer los análisis correspondientes. Esto debiese ejecutarse, esperamos, en los próximos meses”, dijo la profesora Letelier.
Mientras esto ocurre, aún se trabaja con los nuevos áridos reciclados de hormigón y sobre cómo optimizar el proceso de carbonatación de estos áridos. “La carbonatación se realiza en una cámara cerrada, a una temperatura, humedad y presión dada, de modo que llegamos a carbonatar una parte de la capacidad que tiene el árido para absorber CO2, quedando un remanente en dicha capacidad. Entonces, todavía existen algunos procesos que se pueden ir modificando de esos tres parámetros para maximizar la cantidad de CO2 que se puede incorporar”, destacó.
Además, la directora del Departamento de Ingeniería Civil de la UFRO destacó la colaboración público-privada que se dio para el desarrollo de esta investigación. “Trabajamos muy cercanos, en este caso, a Melón, que tuvo la disposición de disponer de sus materias primas para nuestra investigación y coordinar con nosotros la entrega de éstas los días especificados, con las características requeridas, en una industria que está constantemente con requerimientos, no era fácil, pero resultó todo muy bien”.
¿Facilitará este trabajo la transferencia del nuevo árido reciclado para producción a escala industrial? “Entiendo que muchas hormigoneras están esperando a que se permita el uso de áridos reciclados dentro de los hormigones normativamente, por lo tanto, una vez que esto suceda probablemente será un impulso para incorporar a su vez áridos reciclados mejorados”, comentó.
“Sin embargo -agregó- el sólo hecho que hayamos estudiado el comportamiento de áridos reciclados reales de una empresa específica, con sus propias materias primas y su dosificación, en conjunto con la norma que está por salir, creo que le brinda mucha posibilidad de que parte del estudio al menos sí se pueda aplicar en el corto plazo”.
¿Qué actualizaciones presenta la nueva NCh163?
Una de las palancas que impulsa el uso de áridos reciclados para la producción es la actualización de la norma chilena “NCh163 Áridos para morteros y hormigones – Requisitos Generales”, actual normativa que rige el uso de agregados para la producción de hormigón y que, en el actual proyecto para su modificación, se busca incorporar un porcentaje de árido reciclado como reemplazo al árido natural.
En esa línea, la académica de la Universidad de la Frontera comenta que existen significativos avances al respecto. “Las grandes actualizaciones de la NCh163 tienen relación con la incorporación de nuevos capítulos específicos para el uso de áridos reciclados provenientes del hormigón y para áridos artificiales resultantes de un proceso industrial o subproducto de otro proceso industrial”, explicó.
“En ambos casos -agregó- los porcentajes de utilización vienen limitados por el cumplimiento de las tablas presentes en la normativa. A diferencia de los áridos reciclados de hormigón, donde sólo se permite el reemplazo de la fracción gruesa, los áridos artificiales podrán ser utilizados tanto en su fracción fina como gruesa como reemplazo de áridos naturales”.
Si bien Viviana Letelier puntualiza que los porcentajes de reemplazo que estipulará la actualización de la NCh163 son conservadores, en comparación con normativas extranjeras similares, “se espera que la autorización de porcentaje limitados de uso, permita la abertura de diversos mercados en torno a la revalorización de subproductos de la construcción e industrial”, destacó.
Trabajo con áridos reciclados de hormigón. La experiencia de la UFRO
En la Universidad de la Frontera, como parte del proyecto final de la cátedra “Hormigones Sostenibles” que imparte la profesora Viviana Letelier, se construyó una banca de hormigón que incorporó un 50% de árido reciclado de hormigón en la producción del material.
“Los estudiantes están muy interesados con todo lo que tenga menor impacto ambiental y también, nos pasa mucho que hay muchas cosas que nosotros sabemos que funcionan a nivel de laboratorio y que nos cuesta que la gente vea que, efectivamente, sí funcionan. Entonces, tomamos la decisión de que el proyecto del curso va a ser construir algún elemento incorporando estos subproductos y que después se utilice dentro de la universidad”, explicó Letelier sobre el proyecto.
Respecto al porcentaje de reemplazo, la académica destaca que lo que se busca es demostrar que es posible utilizar estos rangos más altos. “Lo que pasa -comentó- es que si sabes cómo trabajar con áridos reciclados y controlas los principales factores que podrían afectar el comportamiento del hormigón, se puede utilizar más porcentaje”.
Asimismo, agregó que, para este proyecto, se utilizó polvo de ladrillo como aglomerante del hormigón. “En investigaciones que habíamos realizado años atrás, ya habíamos visto que la incorporación de árido reciclado con polvo de ladrillo de residuo se potencia entre sí, ya que los productos de hidratación presentes en el mortero adherido a los áridos reciclados, se van uniendo a los componentes del polvo de ladrillo rico en sílice, generando nuevos gel CSH, permitiendo aumentos en la resistencia. Además, como es más fino, el polvo de ladrillo va sellando los poros del árido reciclado. Entonces, si en conjunto se mezclan, se logran incluso mejores resistencias que en un hormigón de control”, destacó.
Tal como en el caso de esta banca, para el desarrollo del curso se proyectan nuevos trabajos -en este caso, basureros de hormigón- que incorporan otro tipo de subproductos para ir analizando sus propiedades. “La idea es aprovechar esa motivación e ir sacando cosas que sean útiles para la comunidad”, expresó la académica.
