El agregado de construcción , o simplemente agregado , es una amplia categoría de material particulado de grano grueso a medio utilizado en la construcción , que incluye arena , grava , piedra triturada , escoria , hormigón reciclado y agregados geosintéticos . Los agregados son los materiales más extraídos del mundo. Los agregados son un componente de materiales compuestos como el hormigón y el asfalto ; el agregado sirve como refuerzo para agregar resistencia al material compuesto general. Debido al valor de conductividad hidráulica relativamente alto en comparación con la mayoría de los suelos, los agregados se usan ampliamente en aplicaciones de drenaje como cimientos y drenajes franceses , campos de drenaje séptico, drenajes de muros de contención y drenajes de borde de camino. Los agregados también se utilizan como material base debajo de cimientos, carreteras y ferrocarriles . En otras palabras, los agregados se utilizan como una base estable o base de carretera/ferrocarril con propiedades predecibles y uniformes (por ejemplo, para ayudar a prevenir el asentamiento diferencial debajo de la carretera o el edificio), o como un extensor de bajo costo que se une con cemento o asfalto más caros para formar hormigón. Aunque la mayoría de los tipos de agregados requieren algún tipo de agente aglutinante, existen tipos de agregados autoligantes que no requieren ningún tipo de agente aglutinante. [1]
En Europa, los rangos de tamaño se especifican como d / D , donde d muestra la rejilla de malla cuadrada más pequeña y D muestra la más grande por la que pueden pasar las partículas. Los tamaños preferidos específicos de la aplicación están cubiertos en la norma europea EN 13043 para construcción de carreteras, EN 13383 para piedra de armadura de mayor tamaño, EN 12620 para agregado de hormigón, EN 13242 para capas base de construcción de carreteras y EN 13450 para balasto de ferrocarril.
La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales publica una lista exhaustiva de especificaciones, incluidas las normas ASTM D 692 y ASTM D 1073, para diversos productos de agregados para la construcción que, por su diseño individual, son adecuados para fines de construcción específicos. Estos productos incluyen tipos específicos de agregados gruesos y finos diseñados para usos tales como aditivos para mezclas de asfalto y hormigón, así como otros usos en la construcción. Los departamentos de transporte estatales perfeccionan aún más las especificaciones de los materiales agregados para adaptar el uso de los agregados a las necesidades y la oferta disponible en sus ubicaciones particulares.
Las fuentes de estos materiales básicos se pueden agrupar en tres áreas principales: la extracción de depósitos de agregados minerales, como arena, grava y piedra; el uso de escoria residual de la fabricación de hierro y acero; y el reciclaje de hormigón, que se fabrica principalmente a partir de agregados minerales. Además, hay algunos materiales (menores) que se utilizan como agregados ligeros especiales: arcilla , piedra pómez , perlita y vermiculita .
La arena y la piedra se han utilizado como cimientos durante miles de años. Durante el Imperio Romano se produjo un refinamiento significativo en la producción y el uso de áridos , ya que estos se utilizaron para construir su vasta red de caminos y acueductos. La invención del hormigón, que fue esencial para la arquitectura que utilizaba arcos, creó una demanda inmediata y permanente de áridos para la construcción.
Vitruvio escribe en De arquitectoura:
Economía significa la administración adecuada de los materiales y del lugar, así como un equilibrio frugal entre los costos y el sentido común en la construcción de las obras. Esto se observará si, en primer lugar, el arquitecto no exige cosas que no se pueden encontrar o hacer sin grandes gastos. Por ejemplo: no en todas partes hay arena de cantera, escombros, abeto, abeto claro y mármol... Donde no hay arena de cantera, hay que utilizar la que arrastran los ríos o el mar... y otros problemas que debemos resolver de manera similar.
La llegada de los métodos modernos de voladura permitió el desarrollo de canteras , que ahora se utilizan en todo el mundo, dondequiera que existan depósitos de lecho rocoso competentes de calidad de áridos. En muchos lugares, no existen buenos depósitos de lecho rocoso de piedra caliza , granito , mármol u otra piedra de calidad . En estas áreas, se extraen arena y grava naturales para su uso como áridos. Donde no hay piedra, arena ni grava disponibles, la demanda de construcción generalmente se satisface mediante el envío de áridos por ferrocarril, barcaza o camión . Además, la demanda de áridos puede satisfacerse parcialmente mediante el uso de escoria y hormigón reciclado . Sin embargo, los tonelajes disponibles y la menor calidad de estos materiales impiden que sean un reemplazo viable para los áridos extraídos a gran escala.
Prácticamente en todos los centros de población existen grandes canteras de piedra y operaciones de extracción de arena y grava debido al alto costo del transporte en relación con el bajo valor del producto. Transportar áridos en camiones a más de 40 kilómetros suele ser poco rentable. [3] Se trata de operaciones que requieren una gran inversión de capital y que utilizan grandes equipos de movimiento de tierras, cintas transportadoras y máquinas diseñadas específicamente para triturar y separar áridos de distintos tamaños, con el fin de crear reservas de productos diferenciadas.
Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) , la producción de piedra triturada en los Estados Unidos en 2006 fue de 1.720 millones de toneladas, valoradas en 13.800 millones de dólares (en comparación con 1.690 millones de toneladas, valoradas en 12.100 millones de dólares en 2005), de las cuales 1.080 millones de toneladas eran de piedra caliza, valoradas en 8.190 millones de dólares, procedentes de 1.896 canteras, 268 millones de toneladas de granito, valoradas en 2.590 millones de dólares, procedentes de 378 canteras, 148 millones de toneladas de roca de trampa, valoradas en 1.040 millones de dólares, procedentes de 355 canteras, y el resto, otros tipos de piedra, procedentes de 729 canteras. La piedra caliza y el granito también se producen en grandes cantidades como piedra dimensional . La gran mayoría de la piedra triturada se traslada en camiones pesados desde la cantera o planta hasta el primer punto de venta o uso. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) , la producción de arena y grava en Estados Unidos en 2006 fue de 1.320 millones de toneladas, valoradas en 8.540 millones de dólares (en comparación con 1.270 millones de toneladas, valoradas en 7.460 millones de dólares en 2005), de las cuales 264 millones de toneladas, valoradas en 1.920 millones de dólares, se utilizaron como agregados para hormigón. La gran mayoría de esta producción se trasladó en camiones, en lugar de en trenes eléctricos .
En la actualidad, la demanda agregada total de Estados Unidos por sector de mercado final era de 30% a 35% para edificios no residenciales (oficinas, hoteles, tiendas, plantas manufactureras, edificios gubernamentales e institucionales y otros), 25% para carreteras y 25% para viviendas. [4]
El material reciclado, como la escoria de altos hornos y de hornos de acero, se puede utilizar como agregado o como sustituto parcial del cemento Portland . La escoria de altos hornos y de acero se enfría con aire o con agua. La escoria enfriada con aire se puede utilizar como agregado. La escoria enfriada con agua produce partículas similares al vidrio del tamaño de la arena (granuladas). La adición de cal libre al agua durante el enfriamiento le otorga a la escoria granulada propiedades cementantes hidráulicas.
En 2006, según el USGS , la escoria de alto horno enfriada por aire vendida o utilizada en los EE. UU. fue de 7,3 millones de toneladas valoradas en $ 49 millones, la escoria de alto horno granulada vendida o utilizada en los EE. UU. fue de 4,2 millones de toneladas valoradas en $ 318 millones, y la escoria de horno de acero vendida o utilizada en los EE. UU. fue de 8,7 millones de toneladas valoradas en $ 40 millones. Las ventas de escoria de alto horno enfriada por aire en 2006 fueron para su uso en bases y superficies de carreteras (41%), hormigón asfáltico (13%), hormigón premezclado (16%) y el resto para otros usos. Las ventas de escoria de alto horno granulada en 2006 fueron para su uso en materiales cementicios (94%) y el resto para otros usos. Las ventas de escoria de horno de acero en 2006 fueron para su uso en bases y superficies de carreteras (51%), hormigón asfáltico (12%), para relleno (18%) y el resto para otros usos.
El agregado de vidrio reciclado triturado a un tamaño pequeño se utiliza en muchos proyectos de construcción y servicios públicos en lugar de grava o roca triturada. El agregado de vidrio no es peligroso de manipular. Se puede utilizar como lecho de tuberías, colocándolo alrededor de las tuberías de alcantarillado, aguas pluviales o agua potable para transferir peso de la superficie y proteger la tubería. Otro uso común es como relleno para nivelar un piso de concreto con una base. El uso de agregado de vidrio ayuda a cerrar el ciclo del reciclaje de vidrio en muchos lugares donde el vidrio no se puede fundir para obtener vidrio nuevo. [5]
Los áridos pueden reciclarse como tales. Los áridos reciclables tienden a concentrarse en las zonas urbanas. El suministro de áridos reciclados depende de la descomposición física y la demolición de las estructuras. Las plantas de reciclaje móviles eliminan el costo de transportar el material a un sitio central. El material reciclado suele ser de calidad variable.
Muchos productos agregados se reciclan para otros fines industriales. Los contratistas ahorran en costos de eliminación y se entierra o apila menos agregado y se abandona. En Bay City, Michigan , por ejemplo, existe un programa de reciclaje para productos no utilizados, como hormigón mezclado, bloques, ladrillos, grava, piedra caliza y otros materiales usados. [ cita requerida ] El material se tritura para proporcionar una subbase para carreteras y caminos de acceso, entre otros fines.
Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) , en 2006 se reciclaron 2,9 millones de toneladas de hormigón de cemento Portland (incluidos los áridos) por un valor de 21,9 millones de dólares, y 1,6 millones de toneladas de hormigón asfáltico (incluidos los áridos) por un valor de 11,8 millones de dólares, ambos mediante operaciones con piedra triturada. Las empresas de construcción y demolición que no están incluidas en la encuesta del USGS reciclan una cantidad mucho mayor de ambos materiales. En el caso de la arena y la grava, la encuesta mostró que se reciclaron 4,7 millones de toneladas de hormigón de cemento valoradas en 32,0 millones de dólares, y 6,17 millones de toneladas de hormigón asfáltico valoradas en 45,1 millones de dólares. Una vez más, las empresas de construcción y demolición que no están incluidas en esta encuesta del USGS reciclan una mayor cantidad de ambos materiales. La Asociación de Reciclaje de Materiales de Construcción indica que se producen anualmente 325 millones de toneladas de materiales de construcción y demolición recuperables. [ cita requerida ]
Muchos agregados geosintéticos están hechos de materiales reciclados. Los plásticos reciclables se pueden reutilizar en agregados. Por ejemplo, las líneas de productos EZflow [6] de Ring Industrial Group se producen con piezas de agregado geosintético que son más del 99,9 % de poliestireno reciclado . Este poliestireno, que de otro modo estaría destinado a un vertedero, se recoge, se funde, se mezcla, se reformula y se expande para crear agregados de baja densidad que mantienen propiedades de alta resistencia bajo cargas de compresión. Estos agregados geosintéticos reemplazan la grava convencional al mismo tiempo que aumentan la porosidad, aumentan la conductividad hidráulica y eliminan los "finos" de polvo fino inherentes a los agregados de grava que de otro modo sirven para obstruir e interrumpir el funcionamiento de muchas aplicaciones de drenaje. [ cita requerida ]
Varios grupos han intentado utilizar neumáticos triturados como parte de agregados para hormigón. El resultado es más resistente que el hormigón normal, porque puede doblarse en lugar de romperse bajo presión. Sin embargo, los neumáticos reducen la resistencia a la compresión en parte porque el cemento se adhiere mal al caucho. Los poros del caucho se llenan de agua cuando se mezcla el hormigón, pero se convierten en huecos a medida que el hormigón fragua. Un grupo sometió el hormigón a presión mientras fragua, lo que redujo el volumen de los poros. [7]
En el Reino Unido, los áridos reciclados son el resultado del procesamiento de materiales de construcción . Para garantizar que sean inertes , se fabrican a partir de materiales probados y caracterizados de acuerdo con los códigos de residuos europeos . [8]
En 2008, se produjeron 210 millones de toneladas de áridos, incluidos 67 millones de toneladas de productos reciclados, según la Quarry Products Association. [9] El Programa de Acción sobre Residuos y Recursos [10] ha elaborado un Protocolo de Calidad para la producción regulada de áridos reciclados. [11]
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