Publicación: Evaluación del potencial uso de residuos de construcción y demolición en estabilización de arcillas limosas (CL)
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RESUMEN: El presente estudio está enfocado en evaluar la factibilidad de utilizar los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) pulverizados como material aglomerante alternativo, para ser implementado en procesos de estabilización de suelos tipo arcillas limosas (CL) provenientes del municipio de San Vicente Ferrer. El estudio se dividió en varias etapas, la primera parte consistió en la caracterización de las materias primas, RCD, cemento de uso general (CUG) y el suelo CL. La segunda se orientó al desarrollo de dos cementantes alternativos de base RCD y CUG. Los materiales fabricados fueron, el cementante 1 (C1) el cual incluye como activadores alcalinos, hidróxido de sodio y silicato de sodio, y el cementante 2 (C2) el cual se elaboró con activadores como el hidróxido de calcio y sulfato de sodio. En tercer lugar, se procedió a estabilizar el suelo con C1 y C2 utilizado porcentajes de remplazos de suelo por cementante entre 12%-20%; se realizaron ensayos de caracterización como Proctor, CBR, humedecimiento y secado y resistencia a la compresión. Los resultados permitieron comparar las propiedades de los suelos estabilizados con C1 y C2, y con aquellos estabilizados con cemento de manera tradicional. La cuarta etapa consistió en evaluar la factibilidad técnica, costos y logística para transformar y fabricar materiales a partir de RCD. Se estableció que en cuanto a comportamiento mecánico en CBR, C1 + suelo se destacó con respecto a C2 + suelo, ya que, el primero obtuvo un CBR de 101,3 % para el 100% de la densidad seca máxima y el segundo un 35,0 %, así mismo se encontró que para la resistencia a la compresión, C1 resultó tener resistencias mayores a C2, con 10 psi y 5 psi en probetas de 7cm x 14cm a 7 días respectivamente, sin embargo, no cumplió con los requisitos sugeridos de la norma INV E 351 – 13. Adicionalmente, se llevó a cabo un estudio preliminar para evaluar el posible uso de los aglomerantes activados alcalinamente C1 y C2 como estabilizadoras de suelo CL para la fabricación de mampostería no estructural. Para esta aplicación se aumentó el porcentaje de aglomerante en el sistema de suelo-cementante (C1 o C2) a valores de 80% y 90%. Se evidenció que el incremento del cementante y consecuente reducción de la cantidad de suelo aumenta el desempeño mecánico del material. Las resistencias máximas a una edad de curado de 28 días, para el caso de C1-80% fue 1205,85 psi y en C2-90% la resistencia fue de 1537,48 psi. Finalmente, se calculó el potencial de calentamiento global de los cementantes utilizados para estabilizar el suelo, siendo C2 el más amigable con el medio ambiente con una huella de carbono de 121,424 kg de CO2 eq, mientras que C1 246,896 kg de CO2 eq. Además, se estableció el costo por m3 del aglomerante que se debe utilizar para estabilizar el suelo tipo CL, se destaca el costo de C2 (936.931) $/m3) el cual es menor al de C1 (1.174.112 $/m3). Por último, se planteó un diagrama de proceso para transformar los RCD en un material apto para ser utilizado como materia prima en la fabricación de cementantes activados alcalinamente y la disponibilidad de los RCD en Colombia.
Resumen en inglés
ABSTRACT: This study is focused on evaluating the feasibility of using pulverized Construction and Demolition Waste (CDW) as an alternative binder material, to be implemented in processes of stabilization of soils type Lean Clays (CL) from the municipality of San Vicente Ferrer. The study was divided into several stages; the first part consisted of the characterization of the raw materials, CDW, General Use Cement (GUC) and the CL soil. The second was oriented to the development of two alternative cementitious binders based on CDW and GUC. The materials manufactured were, the cementitious 1 (C1) which includes as alkaline activators, sodium hydroxide and sodium silicate, and the cementitious 2 (C2) which was elaborated with activators such as calcium hydroxide and sodium sulfate. Third, the soil was stabilized with C1 and C2 using percentages of soil replacements by cementitious between 12% -20%; Characterization tests such as Proctor, CBR, wetting and drying, and compressive strength were performed. The results made possible to compare the properties of the soils stabilized with C1 and C2, and with those stabilized with cement in a traditional way. The fourth stage consisted of evaluating the technical feasibility, costs and logistics to transform and manufacture materials from CDW. It was established that in terms of mechanical behavior in CBR, C1 + soil stood out with respect to C2 + soil, since the first obtained a CBR of 101,3% for 100% of the maximum dry density and the second 35,0%. Likewise, it was found that for the compressive strength, C1 turned out to have strengths greater than C2 with 10 psi and 5 psi at 7 days respectively; however, it did not meet the suggested requirements of the INV E 351 - 13 standard. Additionally, a preliminary study was carried out to evaluate the possible use of alkaline activated binders C1 and C2 as CL soil stabilizers for the manufacture of non-structural masonry. For this application, the percentage of binder in the soil-cementing system (C1 or C2) was increased to values of 80% and 90%. It was evidenced that the increase of the cementitious and consequent reduction of the amount of soil increases the mechanical performance of the material. The maximum resistances at a curing age of 28 days, for the case of C1-80% it was 1205.85 psi and C2-90% the resistance was 1537.48 psi. Finally, the global warming potential of the cementitious materials used to stabilize the soil was calculated, with C2 being the most environmentally friendly with a carbon footprint of 121,424 kg of CO2 eq, while C1 246,896 kg of CO2 eq. In addition, the cost per m3 of the binder that should be used to stabilize the CL was established, the cost of C2 (936,931) $ / m3) stands out, which is lower than that of C1 (1,174,112 $ / m3). Finally, a process diagram was proposed to transform CDW into a material suitable to be used as raw material in the manufacture of alkaline-activated cementitious and the availability of CDW in Colombia.