Transformación con mezcla de licra y RCD – equipo 7

Resultado

Ladrillos de hormigón no estructural, mortero reforzado con fibra, relleno de baches a base de hormigón

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Descripción

Estas son las aplicaciones en las que se centró nuestra investigación.

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Conclusiones

Este estudio ha diseñado protocolos de ensayo para mezclas de concreto general destinadas a ladrillos, así como pruebas especializadas pertinentes para mortero y rellenos de baches. Estos protocolos se basan en los ensayos estandarizados de la ASTM para la resistencia y trabajabilidad del concreto [NRMCA?]. También se recomiendan ensayos adicionales de resistencia a la intemperie e impacto de la escorrentía ambiental. Cada caso de uso debe probarse con distintas dosis de licra, según lo especificado por el Equipo 8 [ver Apéndice A y Tabla A.1?], para determinar la mezcla óptima de refuerzo.

Estudios previos sobre el concreto reforzado con fibras recicladas han mostrado beneficios potenciales en la propagación de grietas y el esfuerzo flexionante [Carpet]. En los estudios existentes, las fibras probadas para refuerzo han sido mucho más rígidas que la licra [2]. Por lo tanto, se espera que el refuerzo con licra retrase el agrietamiento y reduzca el riesgo de fallas repentinas. Aunque es probable que estos impactos sean más marginales que los del refuerzo con fibras rígidas, aún pueden ocurrir beneficios significativos. Se prevé que la resistencia a la compresión disminuya con dosis altas de fibra debido a la reducción de la adherencia entre las fibras y la matriz de concreto [Wang].

 

Ladrillos de Concreto No Estructurales

Se espera que estos ladrillos funcionen en aplicaciones de carga baja y no estructurales, como paisajismo y construcción a pequeña escala. Estarán compuestos por agregados de RCD (Residuos de Construcción y Demolición) y fibras de licra para refuerzo. Según los parámetros establecidos, los ladrillos de esta naturaleza están diseñados para cumplir con requisitos de resistencia a la compresión en el rango de 20 MPa; sin embargo, debido al uso de RCD —que puede tener una densidad y uniformidad reducidas—, se espera que la resistencia a la compresión general sea inferior a la del concreto de cemento Portland virgen (~35 MPa a los 28 días) [NRMCA].

No se espera que la inclusión de fibras de licra aumente significativamente la resistencia a la compresión, ya que las fibras generalmente refuerzan la expansión pero no la compactación. No obstante, al considerar los esfuerzos de tracción de una muestra en un ensayo de flexión en tres puntos, las pruebas con otras fibras han demostrado mejoras en el comportamiento ante la falla y en la carga máxima. La prevención de fallas abruptas y agrietamientos es prioritaria para la longevidad y seguridad de los sistemas de concreto. Se ha demostrado que, con concentraciones altas de fibra, la resistencia a la compresión es menor que en un grupo de control [Carpet]. Esto se debe al aumento de los espacios vacíos, la distribución desigual de las fibras y los vínculos débiles entre las fibras y la matriz de cemento con RCD. Estos hallazgos sugieren que existe una concentración de fibra que equilibra la resistencia y la ductilidad para aplicaciones prácticas.

 

Mortero Reforzado con Fibra

La resistencia del concreto fabricado con agregado de concreto reciclado es generalmente menor en comparación con el concreto fabricado con agregado virgen [PDFYAR]. El mortero suele estar diseñado para ser más débil que las unidades de mampostería que une, de modo que cualquier grieta potencial ocurra en las juntas de mortero en lugar de en las unidades de mampostería [Standard Specification for Mortar for Unit Masonry, ASTM Standards]. Esto presenta una oportunidad para usar licra como refuerzo, ya que se espera que la aplicación experimente esfuerzos menores que los ladrillos de concreto no estructurales.

Estudios previos de mortero reforzado con fibra incluyen diversas fibras sintéticas y naturales como polipropileno, cáñamo, acero, fibras de redes de pesca y más. Los resultados de estos variaron en desempeño mecánico dependiendo del tipo de fibra; sin embargo, en la mayoría de los casos, el refuerzo con fibra mejoró el comportamiento dúctil, puenteando grietas y distribuyendo el esfuerzo de manera más uniforme a través de la muestra [Muath]. Es importante notar que, en la mayoría de los casos de mortero reforzado con fibra, estas ofrecen un cierto grado de rigidez que la licra no posee. En consecuencia, los resultados de las pruebas con licra pueden variar respecto a los estudios de caso referenciados debido a las propiedades contrastantes del material.

Los estándares de ensayo para el mortero se derivan de las Especificaciones Estándar de la ASTM. El mortero estándar tiene una resistencia a la compresión de 6 a 14 MPa y una resistencia a la flexión de 0.5 a 0.7 MPa a los 28 días, dependiendo del tipo [6, Standard Specification for Mortar Cement, ASTM]. Además, en un estudio que probó varios tipos de fibras para refuerzo, las resistencias a la compresión oscilaron entre 4 y 26 MPa y las resistencias a la flexión entre 0.75 y 10.21 MPa, dependiendo del tipo de fibra y la dosis [Muath]. En muchos casos, los refuerzos de fibra demostraron mejorar la resistencia a la flexión. Un bajo rendimiento podría significar que las fibras no se adhieren adecuadamente dentro de la matriz del mortero, lo cual debe considerarse si las fibras de licra no funcionan según lo esperado. Las evaluaciones mecánicas estándar del mortero reforzado con fibra incluyen ensayos de compresión y flexión.

 

Relleno de Baches a Base de Concreto

La mayoría de los estudios existentes sobre la composición de rellenos para baches se basan en mezclas asfálticas en caliente, siendo el asfalto un material preferible sobre el concreto, ya que los rellenos de concreto son más rígidos [Husam]. La flexibilidad en un relleno es esencial para evitar que este cause grietas o daños en la superficie de la carretera existente que lo rodea al ser sometido a la presión y vibración del tráfico vehicular. La licra tiene el potencial de aumentar la capacidad de deformación del concreto simple, haciendo que el relleno sea más dúctil [Ram, Olek].

Estudios del Departamento de Transporte de los Estados Unidos revelan que los principales métodos de ensayo para rellenos de baches pueden clasificarse en categorías de compatibilidad o de aceptación [Wilson, Romine]. Las consideraciones de compatibilidad involucran la cohesión y éxito de los materiales internos (en este caso, el agregado de RCD, las fibras de licra y un aglutinante), mientras que las pruebas de aceptación se centran en la capacidad de la mezcla para adherirse a las condiciones del pavimento existente y a los factores ambientales. El Departamento de Transporte de Indiana y la Universidad de Purdue sostienen que existen numerosos factores a estudiar cuando se trata de materiales de reparación rápida, los cuales se detallan en la Figura 1 a continuación.

Figura 1: Características de un material de reparación ideal [Ram, Olek].

Los estudiantes determinaron que algunos de los métodos de ensayo de laboratorio más importantes para un relleno en Medellín son la resistencia a la compresión y a la flexión, la absorción de agua y el ensayo de asentamiento (slump test). Cada uno de estos métodos cuenta con protocolos estándar de la ASTM, los cuales se encuentran en el Apéndice B.

Es importante señalar que la ciudad de Medellín tiene la obligación, según el Acuerdo Municipal 048 de 2014, de mantener una infraestructura que garantice el tránsito seguro, y que la Secretaría de Infraestructura Física regula las políticas, materiales y normas de ingeniería requeridas para el bacheo y la pavimentación [Zapata, Cardona]. Experimentar con relleno de baches de RCD reforzado con licra no solo aumenta las oportunidades para que las asociaciones de reciclaje se vinculen con el Laboratorio de la Universidad Nacional, sino también potencialmente una conexión con la legislación y el gobierno de la ciudad.

 

Ensayos de Laboratorio Determinados

Se definieron protocolos de ensayos estandarizados para validar el desempeño de los sistemas de materiales propuestos. Los ensayos de resistencia a la compresión en cilindros estandarizados (D 100mm x H 200mm)  permitirán comparar las dosis de fibra (M0…M4) definidas por el Equipo 8, en diversas concentraciones de fibra como porcentaje del peso total (0, 0.5, 1, 1.5, 3%). Se probarán múltiples especímenes por mezcla para asegurar la consistencia y la confiabilidad de los datos [NRMCA].

Se probarán bloques de prismas rectangulares (40 x 40 x 160mm), con las mismas concentraciones, en un ensayo de flexión de tres puntos; en ellos se analizará la carga de la primera grieta y el comportamiento de falla tras el agrietamiento. Este ensayo es particularmente importante dado el beneficio deseado de resistencia a las grietas y el comportamiento post-falla en comparación con el control (M0). Del mismo modo, se deben probar múltiples especímenes para garantizar la confiabilidad y examinar diferentes casos de falla ante posibles inconsistencias.

Se recomienda realizar ensayos adicionales para determinar efectos prácticos como la erosión, los cambios de temperatura y la exposición a la humedad. Esto proporcionará información clave para el uso a largo plazo en diversas condiciones ambientales. Debido a la presencia de fibras sintéticas de licra, deben mitigarse preocupaciones ambientales adicionales, como la liberación de fibras sintéticas o la escorrentía de los sistemas. Comprender este aspecto ambiental es esencial para asegurar que este proyecto no compense sus beneficios ecológicos con nuevas consecuencias ambientales.

En todos los casos de uso, se espera que la inclusión de fibras de licra en el concreto de RCD cambie el comportamiento de un material altamente frágil y principalmente compresivo a un compuesto más dúctil y resistente al daño. Si bien la resistencia a la compresión puede disminuir con concentraciones altas de fibra, las mejoras en la propagación de grietas, la flexibilidad y el comportamiento ante la falla sugieren un potencial prometedor para una variedad de aplicaciones no estructurales.

 

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