Dra. Karen E. Caballero M. (karen.caballero@utp.ac.pa)
Universidad tecnológica de Panamá
Docente-Facultad de Ingeniería Civil (Centro Regional de Chiriquí)
Miembro del Colegio de Ingenieros Civiles (COICI)


Resumen

El concreto es el material más utilizado en la construcción de obras civiles en Panamá, por ende, se necesita de mucho material extraído de canteras y playas; esto conlleva un costo de producción y por otro lado afecta en parte al ecosistema.

Es por ello que el objetivo de esta investigación es estudiar el beneficio del vidrio reciclado como material alternativo en el concreto, reemplazando parcial o totalmente el volumen de agregado fino.


Antecedentes

Las primeras investigaciones en relación con la reutilización del vidrio reciclado, pensado como un agregado para la preparación de concretos, datan de principios de la década de los años de 1970, pero el problema de la llamada reacción álcali-sílice era una barrera insuperable para esta época. Esta es una reacción que suele generarse en el concreto normal, producto de la reactividad existente entre sus componentes (cemento Portland, agua, agregados, adiciones minerales y aditivos), principalmente por la presencia de sílice amorfo (no-cristalino), al combinarse con la pasta de cemento de naturaleza alcalina y en presencia de la humedad, esta última ataca al sílice presente en los agregados formando un gel silicato-alcalino viscoso, provocando una expansión no uniforme en el concreto, lo que se traduce en grietas que pueden afectar significativamente una estructura.

Dado que esta reacción se produce en presencia de humedad, es importante controlarla especialmente en aquellas estructuras que prestarán servicio de forma permanente, o con cierta periodicidad en ambientes húmedos o bajo el agua. Este es un problema que se manifiesta a largo plazo, pudiendo pasar incluso años antes de que sea evidente el daño provocado por este fenómeno (Becker, 2002). La complejidad de esta reacción hace que sea muy difícil establecer a priori cuando un determinado agregado es potencialmente reactivo o no. Estudios en la materia han determinado que al utilizar partículas de vidrio a partir de un tamaño de 0.15mm (tamiz #100, según ASTM), se logra controlar reduciendo la reacción álcali-sílice.

Por otro lado, al reemplazar el agregado fino del concreto con el vidrio reciclado puede darse resultados no esperados en el diseño de la mezcla de concreto y en la forma de producirlo. Esto se debe a que el vidrio no es considerado como un agregado de origen natural, ya que si bien es un material manufacturado, y por tanto su composición química es bien conocida, su naturaleza amorfa hace que la química pueda variar considerablemente en distintos tipos y también según el fabricante (por ejemplo vidrio de botellas, tubos fluorescentes, cristal para ventanas, etc.). Lo anterior añade una dificultad al pensar en el vidrio reciclado como un agregado del concreto, por lo que es necesario controlar muchas variables si se quiere trabajar con este material (Meyer, 2008).

El vidrio posee propiedades interesantes para el efecto estudiado:

a) La capacidad de absorción de agua es prácticamente cero en los vidrios. Para el diseño de determinadas mezclas de concreto, esto es una ventaja importante, puesto que la absorción de agua no será una variable, como sucede con la mayoría de agregados naturales. Por ejemplo, al no tener capacidad de absorber agua, no existen problemas por esponjamiento, por lo que para una determinada trabajabilidad (o un determinado asentamiento del cono) de una mezcla, podemos utilizar una menor razón agua-cemento, mejorando la resistencia mecánica del concreto, adquiriendo mayor durabilidad, sin necesidad de usar aditivos para tal efecto (Meyer, 2008).

b) Proporciona una alta resistencia a la abrasión en los elementos de concreto, hecho que lo convierte en un material apropiado para su uso en pavimentos en general, como por ejemplo carreteras, losas de aeropuertos, entre otros. Según esto es posible fabricar concretos de alta resistencia con la incorporación de agregado de vidrio.

Por otra parte, en nuestro país existe una problemática y es la de reducir los residuos sólidos en los vertederos y rellenos sanitarios. En el año 2012 un diario de la localidad indicó que los panameños están produciendo un kilo de basura al día. Por otro lado, se estima que diariamente se generan más de 2,600 toneladas de residuos en el país, de las cuales un 76% se produce en tres provincias: Chiriquí, Colón y Panamá. De esta cifra, el 8% representa el vidrio descartado, el cual presenta grandes inconvenientes, pues como desecho no se descompone, por lo que el impacto ambiental provocado es muy largo en el tiempo. Además, es importante mencionar que en Panamá no se cuenta con reglamentaciones jurídicas en cuanto al uso final del vidrio desechado.

Objetivo general

 Reutilizar el vidrio reciclado como material sustituto parcial o total del agregado fino en la fabricación de mezclas de concreto.

Contenido

Según la American Society for Testing Materials (ASTM), define el vidrio como un “Producto inorgánico de fusión, el cual se ha enfriado hasta un estado rígido pero sin sufrir cristalización”.

El vidrio es un material que por sus características es fácilmente recuperable. Concretamente el vidrio es 100% reciclable, es decir, que a partir de un envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo o en su defecto productos que pueden tener las mismas características del primero.

En cuanto a la composición, el principal componente del vidrio es sílice, además del óxido de sodio, óxido de calcio, óxido de aluminio y componentes secundarios. Las características generales de estos componentes son:

• Sílice (SiO2): es el constituyente más importante conformando las tres cuartas partes de su composición.

• El óxido de sodio: tiene como finalidad favorecer la formación de vidrio.

• El óxido de calcio: su presencia aumenta la estabilidad química y mecánica del vidrio, por lo que desde el punto de vista funcional actúa como estabilizante.

• El óxido de aluminio: Es un estabilizante, añadiéndole además ciertas características como aumento de la resistencia mecánica, un mejoramiento de la estabilidad química, una elevación de la refractariedad, una disminución del coeficiente de dilatación térmica y una mejor resistencia al choque térmico.

Ensayo realizado para determinar la resistencia del concreto con vidrio reciclado

Para determinar la influencia de la adición de vidrio triturado en la mezcla de concreto se tomó en cuenta el 50% y 100% de reemplazo del agregado fino, además de fabricar el patrón, es decir, concreto normal sin la adición del vidrio reciclado.

Para la nominación de las pruebas, de distribuyó de la siguiente manera: la mezcla patrón que consiste en el concreto normal, se define como A1; el concreto con el 50% de reemplazo del agregado fino, se define como A2; y el concreto con el 100% de reemplazo del agregado fino, se define como A3. Cabe mencionar que se han fabricado 3 muestras para cada tipo de concreto señalado.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos de la prueba de resistencia a compresión del concreto para cada nominación.

Conclusiones

• Se observó en la mezcla que la incorporación del vidrio permite la reutilización de dicho material.

• Al incorporar vidrio reciclado en la mezcla de concreto se realiza un aporte a la disminución de volúmenes de desechos sólidos depositados en vertederos y rellenos sanitarios, además de reducir los costos asociados a la producción de concreto, con relación a la extracción de áridos.

• En cuanto a los resultados a compresión del concreto, la adición del vidrio reciclado no genera un cambio importante en la misma para 0% y 50% de reemplazo, sin embargo, para el concreto con el 100% de reemplazo del agregado fino, muestra un leve incremento, aproximadamente de 15% comparándolo con los demás.

• Durante la fabricación de los tipos de concreto no hubo cambios significativos en la densidad, por lo que no se genera un aumento del peso final de las probetas, ya que el vidrio posee una densidad parecida a los áridos utilizados, manteniéndose dentro del rango permitido por la norma.