Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental

Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. UNIVERSIDAD DE SEVILLA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE LA EDIFICACIÓN Departamento de Construcciones Arquitectónicas II MÁSTER UNIVERSITARIO EN GESTIÓN INTEGRAL DE LA EDIFICACIÓN TRABAJO DE FIN DE MÁSTER Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Sevilla Septiembre 2022 Autora: Yanet Corona Macías Tutores: Dr. Juan Jesús Martín del Río Dr. Juan Manuel Alducin Ochoa “La tierra no es como muchos piensan, una herencia de nuestros padres. Es cuando menos, un préstamo de nuestros hijos” José Martí AGRADECIMIENTOS Agradezco a Juan Jesús Martín del Río, por adentrarme en este campo totalmente nuevo para mí y hacerme parte de esta investigación, la cual me ha resultado no sólo interesante, sino también muy gratificante. Gracias por su paciencia y por sus consejos que hicieron que este trabajo tuviera una mayor calidad. A Juan Manuel Alducin Ochoa, mi querido Juanma, por su dedicación, sentir tanta pasión por su profesión, estar siempre dispuesto a transmitir sus saberes y ayudar en lo que hiciera falta, por su bondad, por sus palabras de aliento, por acompañarme y hacerme más sencillo el camino. A Vicente Flores Alés, por ser también parte de esta investigación, por sus comentarios siempre precisos y acertados que contribuyeron a la obtención de un mejor resultado. A Marta Torres González, por su ayuda en el laboratorio, por su dulzura, alegría y compañerismo que hicieron más grato el trabajo. A Catalina, por ser la primera amiga que tuve en el máster, la mejor compañera que se podría tener en el laboratorio, por ser parte de este trabajo y porque estos resultados también son suyos. A todos los profesores del máster que contribuyeron a hacerme crecer como profesional y ser humano y a todos mis compañeros y amigos que compartieron conmigo en esta etapa, por hacer más agradable el recorrido y por hacerme sentir en familia a pesar de estar lejos de mis seres queridos. A mis tíos, porque sin ellos no podría haber emprendido este camino, por tenderme la mano cuando los necesité. A mis abuelos, los que podré volver a abrazar si dios quiere y a los que dejaron de estar físicamente durante este recorrido, pero sé que me verán llegar a la meta desde donde estén. A Raúl, por ser abuelo de corazón y haber contribuido también para que llegara hasta aquí. A mi abuela Nancy, por estar presente en todos mis proyectos y ser apoyo en cada momento de mi vida, como fue también en este. A mi hermano y a Yadi, por estar dispuestos a ayudar en lo que les fue posible y poner su granito de arena para que yo llegara a la meta. A mis padres por ser mi luz y mi guía, por dejarme saber que siempre están presentes a pesar de la distancia, por sus palabras y su amor incondicional, porque cada logro y todo lo que soy es por ellos y para ellos. RESUMEN El aprovechamiento de determinados residuos en la construcción conduce a importantes beneficios económicos, sociales y medioambientales. El vidrio es un material con altas cifras de reciclaje, además de poseer características idóneas para ser tratado y reutilizados como sustituto de algunas materias primas de los materiales de construcción. Este trabajo hace un análisis de las variaciones que produce la sustitución del 25% del árido por vidrio triturado en morteros de cemento y morteros bastardos de cal y arena. Para ello, se realizó la caracterización mineralógica y se determinaron las propiedades físicas, mecánicas, así como las velocidades de transmisión de ultrasonidos. Además, las muestras se sometieron a calentamiento a 800°C para evaluar el comportamiento de los morteros con material vítreo incorporado ante altas temperaturas. En la comparación entre los resultados, se aplicaron pruebas estadísticas que validaron si las variaciones obtenidas se podían considerar significativas. Los resultados demostraron que no existen diferencias considerables en la estructura mineralógica ni en las velocidades de ultrasonido entre las muestras de referencia y las que contenían el porcentaje de vidrio. De manera general, se obtuvo un mejor comportamiento a temperatura ambiente en los morteros bastardos con respecto a los de cemento en cuanto a propiedades físicas y mecánicas, al incorporar el vidrio triturado, presentándose una disminución en los morteros de cemento, mientras que los bastardos las diferencias no fueros considerables. Tras el calentamiento los morteros de cemento presentaron menores resistencias mecánicas cuando contenían material vítreo y en los morteros bastardos las diferencias sólo se apreciaron en la resistencia a compresión. Palabras claves: Mortero de cemento, mortero bastardo, vidrio triturado, propiedades físicas, propiedades mecánicas, composición mineralógica ABSTRACT The use of certain wastes in construction leads to significant economic, social and environmental benefits. Glass is a material with high recycling rates, besides having suitable characteristics to be treated and reused as a substitute for some raw materials in construction materials. This work makes an analysis of the variations produced by the substitution of 25% of the aggregate by crushed glass in cement mortars and lime and sand mortars. For this, mineralogical characterization was carried out and the physical and mechanical properties, as well as ultrasonic transmission velocities were determined. In addition, the samples were heated to 800°C to evaluate the behavior of the mortars with incorporated vitreous material at high temperatures. In the comparison between the results, statistical tests were applied to validate whether the variations obtained could be considered significant. The results showed that there are no considerable differences in the mineralogical structure or in the ultrasonic velocities between the reference samples and those containing the percentage of glass. In general, a better behavior was obtained at room temperature in the mortars with respect to the cement mortars in terms of physical and mechanical properties when incorporating the crushed glass, with a decrease in the cement mortars, while the differences were not considerable in the cement mortars. After heating, the cement mortars showed lower mechanical resistance when they contained glass material, and the differences were only seen in the compressive strength of the vitreous mortars. Keywords: Cement mortar, bastard mortar, crushed glass, physical properties, mechanical properties, mineralogical composition ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1 1.1. La gestión de residuos en el mundo, la Unión Europea y España. Reciclaje del vidrio .......................................................................................... 3 1.2. Historia del uso de los morteros ....................................................... 12 1.3. Morteros, diferentes clasificaciones. Morteros de cemento y morteros bastardos de cemento y cal, principales usos en la construcción ................. 14 1.4. Propiedades de los morteros ........................................................... 16 1.4.1. Propiedades en estado fresco ...................................................... 16 1.4.2. Propiedades en estado endurecido .............................................. 18 2. JUSTIFICACIÓN DE LA ELECCIÓN DEL TEMA DE INVESTIGACIÓN .... 21 3. ESTADO DE LA CUESTIÓN. UN ACERCAMIENTO A LA UTILIZACIÓN DE VIDRIO RECICLADO EN HORMIGONES Y MORTEROS .............................. 23 3.1. Utilización del vidrio reciclado como sustituto del cemento o árido en hormigones ................................................................................................... 23 3.2. Utilización del vidrio como sustituto del cemento o árido en morteros ……………………………………………………………………………..26 4. OBJETIVOS ............................................................................................... 31 4.1. Objetivo general ............................................................................... 31 4.2. Objetivos específicos ....................................................................... 31 5. METODOLOGÍA Y FASES DE LA INVESTIGACIÓN ................................ 32 5.1. Proceso experimental ...................................................................... 34 5.1.1. Tipos de morteros y cantidad de probetas preparadas para ensayar …………………………………………………………………………..34 5.1.2. Materiales ..................................................................................... 35 5.1.3. Dosificaciones ............................................................................... 37 5.1.4. Procedimiento para la elaboración de las muestras ..................... 37 5.1.5. Procedimiento para la realización de los ensayos ........................ 41 5.1.5.1. Ensayos no destructivos ............................................................ 41 5.1.5.2. Ensayos destructivos ................................................................. 46 5.1.5.3. Ensayos para la caracterización mineralógica .......................... 49 6. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ........................................... 51 6.1. Caracterización mineralógica ........................................................... 51 6.2. Resultados de ensayos no destructivos ........................................... 53 6.2.1. Propiedades físicas ...................................................................... 53 6.2.2. Velocidad de ultrasonido .............................................................. 56 6.3. Resultados de ensayos destructivos ................................................ 61 6.3.1. Propiedades mecánicas ............................................................... 61 7. CONCLUSIONES ...................................................................................... 67 8. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ................................................. 69 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 70 ANEXOS .......................................................................................................... 77 Anexo A: Tipos de morteros y cantidad de probetas preparadas para ensayar ...................................................................................................................... 77 Anexo B: Resultados de los ensayos físicos ................................................. 78 Anexo C: Resultados de los ensayos mecánicos .......................................... 80 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1: Tipos de desechos sólidos ................................................................ 4 Tabla 1.2: Reciclado por categoría de residuos en España (miles de toneladas) y tasa anual de crecimiento ................................................................................ 9 Tabla 5.1: Dosificaciones empleadas por amasadas en la fabricación de los cuatro tipos de morteros ................................................................................... 37 Tabla 6.1: Estadísticos descriptivos de la Densidad Aparente (Da) y Porosidad Abierta (Pa) por tipo de mortero ....................................................................... 53 Tabla 6.2: Resultados del contraste de hipótesis para las propiedades físicas 56 Tabla 6.3a: Estadísticos de velocidades de ultrasonido a temperatura ambiente, por tipo de mortero y por eje ............................................................ 56 Tabla 6.3b: Estadísticos de velocidades de ultrasonido después del calentamiento, por tipo de mortero y por eje .................................................... 57 Tabla 6.4: Resultados del primer contraste de hipótesis para las velocidades de ultrasonido ........................................................................................................ 60 Tabla 6.5: Resultados del segundo contraste de hipótesis para las velocidades de ultrasonido ................................................................................................... 60 Tabla 6.6: Resultados del tercer contraste de hipótesis para las velocidades de ultrasonido ........................................................................................................ 61 Tabla 6.7: Estadísticos de propiedades mecánicas por tipo de mortero .......... 62 Tabla 6.8: Resultados del primer contraste de hipótesis para las propiedades mecánicas. ....................................................................................................... 65 Tabla 6.9: Resultados del segundo contraste de hipótesis para las propiedades mecánicas ........................................................................................................ 65 5 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Oriente Medio y Norte de África es la que menores cifras presenta, con 129 millones de toneladas lo que constituye el 6% de los residuos globales. Sin embargo, si se analiza la cantidad de residuos generados per cápita, los países de renta alta presentan las mayores cifras (Figura 1.1). América del Norte se sitúa en el primer puesto, produciendo una cantidad media de residuos per cápita de 2.21 kilogramos al día, seguido de Europa y Asia Central con unos 1.18 kilogramos al día; mientras que las tres regiones con la mayor cantidad de países de renta baja y media (África Subsahariana, Asia Meridional y Asia Oriental y el Pacífico) generan la menor cantidad de residuos per cápita (Kaza et al., 2018). Fig. 1.1: Residuos sólidos per cápita a nivel global Fuente: Adaptado de “What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050” (p.19), por S. Kaza, L. Yao, P. Bhada-Tata y F. Van, 2018, World Bank Group. En cuanto a la composición de los residuos generados a nivel global, el mayor porcentaje está constituido por los alimentos y residuos verdes, que representan el 44% de los residuos mundiales, seguido de los residuos secos reciclables (plástico, papel y cartón, metal y vidrio) que suponen un 38%, el caucho y la madera representan el 4%, y el resto está compuesto por otros residuos (Kaza et al., 2018). Respecto su tratamiento, casi el 40% de los residuos a nivel mundial se eliminan en vertederos, aproximadamente el 19% se recupera mediante el reciclaje y compostaje, y el 11% se trata mediante la incineración moderna. 6 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Aunque en todo el mundo el 33% de los residuos se sigue arrojando abiertamente (Kaza et al., 2018). Según EUROSTAT (2021), en el año 2020 la Unión Europea registró una generación de 505 kg de residuos municipales per cápita, con diferencias considerables entre los países miembros, siendo Dinamarca, Luxemburgo, Malta, Alemania e Irlanda los que reportaron mayores cifras; mientras que, Rumanía, Polonia, Hungría, Estonia y Bélgica se ubicaron dentro de los países con menor generación de residuos per cápita (Figura 1.2). Fig. 1.2: Residuos municipales generados en el año 2020 en la Unión Europea por países Fuente: Adaptado de Municipal Waste Statistics (Municipal waste generated, 2005 and 2020), por EUROSTAT, Statistics Explained, 2021. https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained En cuanto a la gestión de residuos, en la Unión Europea, a pesar de un aumento en la generación municipal entre el año 1995 y 2020, la cantidad total de estos materiales depositados ha disminuido en un 58%, lo que representan 69 millones de toneladas, reduciéndose anualmente los vertidos en el período de 2005-2020 en 3.4% como promedio. Esto condujo a que la tasa pasara de un 61% en 1995 a un 23% en 2020 (EUROSTAT, 2021). 7 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Las políticas medioambientales europeas han influido positivamente en que se presente esta reducción. Desde 1970, la legislación medioambiental europea ha venido evolucionando, llegando a existir actualmente varios reglamentos, directivas y decisiones respecto al tema. En los años 90, la reducción, reutilización y reciclaje fueron temas abordados en la legislación, junto al análisis de medidas encaminadas a la protección ambiental (Carvajal et al., 2021). Por ejemplo, la Directiva 94/62/CE consideraba “necesario armonizar las diversas medidas nacionales sobre gestión de envases y residuos de envases, con el fin de evitar y reducir su impacto ambiental…” (Diario Oficial de las Comunidades Europeas [DOCE], 1994, p.10). Años más tarde, la Directiva 1999/31/CE sobre vertederos planteaba que los países de la Unión Europea debían aplicar medidas y estrategias que disminuyan de manera progresiva la cantidad de residuos biodegradables que terminan en vertederos, poniéndose como meta la reducción al 10% en 2035 (Diario Oficial de las Comunidades Europeas [DOCE], 1999). La Unión Europea, en el año 2018, implementó un grupo de medidas que modificaban y ampliaban el contenido de directivas anteriores encaminadas al cuidado del medioambiente y la salud ciudadana, promover la economía circular, el uso racional de recursos y la eficiencia energética. Estas medidas se recogen en la Directiva (UE) 2018/849, la Directiva (UE) 2018/850, la Directiva (UE) 2018/851, la Directiva (UE) 2018/852. Estas directivas tienen como meta lograr mayores tasas de reciclaje y reutilización de los residuos, llegando a alcanzar al menos el 55% para el 2025, 60% para el 2030 y el 65% para el 2035 (Carvajal et al., 2021). En diciembre del 2019 se pone en marcha el Pacto Verde Europeo, como un conjunto de iniciativas políticas que sirvieran como guía a la Unión Europea en la transición ecológica, con el objetivo final de alcanzar la neutralidad climática en el 2050. En este marco, como componente del Pacto, la Unión Europea adoptó el Nuevo plan de acción de economía circular en marzo de 2020, el cual está encaminado al diseño de productos que tengan en cuenta todo su ciclo de vida, de manera que se aplique el concepto de circularidad, se reduzcan los residuos y que los recursos que se utilicen se mantengan el mayor tiempo posible dentro de la economía de la Unión Europea (Unión Europea, s.f.). 8 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Estas políticas han conducido a que la cifra de residuos tratados muestre un crecimiento sostenido. Del año 1995 al 2020 la cantidad de residuos reciclados pasó de 23 millones de toneladas (69 kg per cápita) a 67 millones de toneladas (151 kg per cápita). Aunque no como el reciclaje, la incineración de residuos también creció de manera constante en este período, aumentando en 31 millones de toneladas desde 1995 al 2020, lo que representa un 105% (EUROSTAT, 2021). En el caso de España, según los últimos datos publicados por el Instituto Nacional de Estadística (2021), que actualiza las “Cuentas medioambientales: Cuenta de los residuos, Año 2019”, la economía española generó 133.2 millones de toneladas de residuos ese año, cifra que, a pesar de ser menor con respecto al 2018, evidencia una tendencia al crecimiento en los últimos años (Figura 1.3). Fig. 1.3: Cuenta de los residuos 2015-2019 Fuente: Reproducido de “Cuenta de los residuos –Serie 2015-2019”, por Cuentas Ambientales: Cuenta de los residuos. Últimos datos, 2021, Instituto Nacional de Estadística.https://www.ine.es/dyngs/INEbase/es/operacion.htm?c=Estadistica_C&cid=1254736 177062&menu=ultiDatos&idp=1254735976603 De los 133.2 millones de toneladas de residuos generados en 2019, las empresas de tratamiento final de residuos gestionaron 115.9 millones de toneladas, lo que representa un 87%. De este total de residuos tratados, el 42.4% se reciclaron, el 12.5% se reutilizaron en operaciones de relleno, el 3.4% se incineraron y el 41.7% acabaron en el vertedero (Figura 1.4) (Instituto Nacional de Estadística, 2021). 9 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Fig. 1.4: Tratamiento final de residuos (porcentaje), 2019 Fuente: Reproducido de “Tratamiento final de residuos (porcentaje). Año 2019”, por Cuentas medioambientales: Cuentas de los Residuos. Año 2019 (p.5), 2021, Instituto Nacional de Estadística. https://www.ine.es/prensa/cma_2019_res.pdf Estas cifras ponen de manifiesto que España todavía tiene que recorrer un largo camino para lograr la circularidad; no obstante, la cantidad de residuos reciclados ha aumentado un 19% entre el año 2015 y 2019, siendo el vidrio el residuo reciclado que presenta mayor tasa anual de crecimiento en el 2019 con un 16.1% (Tabla 1.2) (Instituto Nacional de Estadística, 2021). Tabla 1.2: Reciclado por categoría de residuos en España (miles de toneladas) y tasa anual de crecimiento Residuo reciclados (por tipos) Reciclado % Tasa anual Minerales 23 270.1 47.8 11.1 Metálicos 10 270.1 20.9 -4.4 Papel y Cartón 3 904.8 8.0 -0.2 Residuos mezclados 3 621.2 7.4 -0.2 Animales y vegetales 1 780.2 3.6 0.5 Vidrio 1 295.2 2.6 16.1 Químicos 1 236.8 2.5 -2.9 Lodos comunes 1 104.6 2.3 -13.2 Madera 984.4 2.0 1.8 Plásticos 722.9 1.5 12.0 Equipos desechados 480.4 1.0 -15.8 Otros 212.1 0.4 15.5 Total 49 109.7 100 3.9 Fuente: Adaptado de “Reciclado por categoría de residuos. Año 2019”, por Cuentas medioambientales: Cuentas de los Residuos. Año 2019 (p.6), 2021, Instituto Nacional de Estadística. https://www.ine.es/prensa/cma_2019_res.pdf Desde inicios del milenio 2000, la cantidad de vidrio recogido en España ha presentado un crecimiento constante. En el año 2008 con respecto al 2000, las cifras mostraron que el reciclaje estatal de este material había llegado a duplicarse, alcanzando una tasa de 60.3%. El 60% que la Unión Europea 10 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. establecía como cantidad obligada de reciclaje de vidrio, para el 2015 se llegó a superar en un 8% y alcanzó a ser el 70% del total de vidrio que fue generado por los ciudadanos en el 2017 (Flores et al., 2018). De la trasposición de la Directiva europea 94/62/CE nace en 1997 en España, la Ley de Envases y Residuos de Envases 11/1997, la cual responsabiliza a los productores con el impacto ambiental y la gestión del reciclaje de los residuos que puedan generar los productos envasados que saquen al mercado (Boletín Oficial del Estado [BOE], 1997). Como apoyo a esta Ley, se constituyó ese mismo año Ecovidrio como una entidad sin ánimo de lucro, con el objetivo de gestionar la recogida selectiva y el reciclado de los envases de vidrio en el país. Según datos registrados en 2021 por esta entidad, en España se han instalado más de 240 000 contenedores verdes y más de 200 compañías realizan la recogida selectiva del vidrio (Ecovidrio, s.f.), mejorando cifras de años anteriores donde ya se situaba entre uno de los países de Europa con mayor dotación de este equipamiento (Flores et al., 2018). Una creciente concienciación con el tema, aunque todavía insuficiente, arrojan estadísticas interesantes con respecto al reciclado de envases de vidrio. Como ejemplo de esto, se puede mencionar que 7 de cada 10 envases de vidrio son reciclados y que 19 kg de vidrio o 64 envases se reciclan al año por habitante en España (Ecovidrio, s.f.). La tendencia al crecimiento que ha experimentado en los últimos años el reciclado del vidrio en España se evidencia en las cifras publicadas por Ecovidrio. En el año 2020 hubo una reducción en el reciclaje de unas 52 141 toneladas con respecto al 2019, sin embargo, en el 2021 las cifras ascendieron llegando a alcanzar las 950 552 toneladas. De este total, 884 000 toneladas de envases fueron procedentes de los contenedores, cifra similar a la de 2019 y los envases recogidos en plantas de Residuos Urbanos también aumentaron en un 4.3% (epdata, 2022). Las comunidades autónomas que más envases de vidrio depositaron en los contenedores verdes fueron Baleares, con 36.5 kilos por habitante; País Vasco, con 28.2 kilos por habitante; La Rioja, con 26.8 kilos por habitante; 11 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Navarra, 26.1 kilos por habitante y Cataluña, con 22.8 kilos por habitante (epdata, 2022). Proceso de reciclaje del vidrio: El proceso de reciclaje del vidrio comienza con el depósito de los envases de este material, por parte de los ciudadanos, en los contenedores verdes conocidos como iglús. Posteriormente se realiza la recogida y el traslado de estos envases en camión hasta la planta de tratamiento (Figura 1.5) (Hablando en Vidrio, 2022). Fig. 1.5: El proceso de una planta de tratamiento de envases de vidrio Fuente: Reproducido de ¿Sabes qué es el calcín?, por Ecovidrio, 2022, Hablando en Vidrio. https://hablandoenvidrio.com/que-es-el-calcin/ Cuando el vidrio llega a la planta, los envases y cascos son introducidos en una tolva elevada mediante una pala cargadora, para ser vertidos y transportados a través de cintas que separan las impurezas del material útil, teniendo incluido un separador magnético, encargado de recoger permanentemente una gran cantidad de los elementos metálicos como tapones de las botellas, tarros y frascos. 12 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. El siguiente paso es la clasificación del vidrio por su granulometría a través de diferentes cribas. Posteriormente se separan los residuos como papel o bolsas de plástico que hayan quedado, mediante un aspirador. Todos los elementos de gran tamaño que quedan después de las etapas anteriores son retirados de las cintas mediante el triaje manual. A continuación, el vidrio es triturado obteniéndose el calcín. Para culminar, este pasa por las máquinas de separación óptica, las cuales separan las impurezas no detectadas anteriormente, mediante el lanzamiento de un chorro de aire comprimido al rastrear ópticamente cuerpos opacos dentro de los trozos de vidrio. El material resultante, vidrio limpio y triturado, es utilizado principalmente en la fabricación de nuevos envases (Hablando en Vidrio, 2022). La utilización del calcín como remplazo de materias primas de materiales de construcción, es una alternativa viable que podría reducir la explotación de canteras y la contaminación ambiental. Uno de los materiales, en los que se podrían aprovechar las propiedades del vidrio reciclado, son los morteros, siendo propósito de este trabajo abundar en el tema. 1.2. Historia del uso de los morteros El origen del empleo del mortero se remonta a la prehistoria (Malinowski y Garfinkel,1991). Según Alvarez et al. (1995), aunque existen discrepancias respecto al tema, varios autores hablan en sus estudios del hallazgo de restos de utilización de morteros de cal en suelos pavimentados que se remontan a la prehistoria en el Mediterráneo Oriental y en Europa; además, a pesar de no conocerse la técnica de calcinación utilizada, se han encontrado restos de los hornos empleados. (Garfinkel, 1987). Los egipcios usaron barro mezclado con paja para unir ladrillos secos (Vazquez, 2012) y fueron los primeros en utilizar el yeso para el mampostado de los bloques de la pirámide de Keops (hacia 2600 a. de C.) (Furlan y Bisseger, 1975). Los primeros morteros de cal utilizados en la región fueron empleados en los trabajos de reconstrucción y de restauración en el Templo de Amon, en la época ptolemaica, influencia de las invasiones extranjeras. (Martinet, 1991). La utilización por los griegos del mortero de cal para la construcción de muros se remonta a finales del siglo II o principios del siglo I a. de C. (Furlan y 13 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Bisseger, 1975). De forma general, los morteros griegos estaban elaborados a base de cal y arena fina y los estucos de cal, yeso y polvo de mármol. En varias partes de Grecia fue empleado el procedimiento de añadir a la mezcla cal-arena, sustancias que confieren al mortero estabilidad ante el agua y una mayor dureza, como es el caso de las construcciones en Théa y en los estucos que ornamentaban el Héphaïstéion de Atenas, donde se introducía el polvo volcánico a la mezcla (Furlan y Bisseger, 1975). Ante la falta de roca volcánica, se utilizaba tejo o ladrillo triturado. La adición a las mezclas de materiales que pudieran mejorar las características de las mismas y más específicamente el comienzo del empleo de las puzolanas fue un paso crucial, el cual puede considerarse que es el origen de los morteros hidráulicos modernos (Alvarez et al., 1995). Los romanos heredaron las técnicas de construcción griegas y el empleo del mortero de cal; además, continuaron con la técnica de añadir a la mezcla sustancias que favorecían las propiedades de los morteros. La utilización de morteros de cal en Roma se sabe que tuvo lugar en los dos últimos siglos de la República (II y I a. de C). Por Vitruvio se sabe que, en los morteros romanos, además de los materiales principales (cal y arena), se empleaban aditivos como los usados por los griegos, siendo habitual la adición de la arcilla cocida y sobre todo de puzolana (roca volcánica que debe su nombre a los yacimientos descubiertos en Pozzuoli cerca de Nápoles), confiriéndole al mortero propiedades hidráulicas (Alvarez et al., 1995). En la época medieval, la situación económica, contribuyó a que no se registre un progreso técnico considerable en este sentido. La evolución de los morteros en los próximos años hasta la caída del Imperio Romano se mantuvo de manera continua, pero lenta. El fin del imperio trajo consigo una paralización del uso de las técnicas utilizadas hasta el momento, que no se volvieron a emplear hasta mediados del siglo XVIII (Vazquez, 2012). El uso de los ligantes hidráulicos modernos tienen su origen en el año 1756, cuando Smeaton añadió ladrillo molido y canto rodado a una mezcla que buscaba resistir la acción del agua de mar para la construcción del faro Eddyston 14 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. (Plymouth), lo que se ha considerado el primer hormigón de la historia (Furlan y Bisseger, 1975; Rassineaux et al., 1989). Las mezclas entre calizas puras y arcillas, fueron estudiadas por Vicat en 1812, el cual demostró de manera definitiva que las propiedades hidráulicas dependen de los compuestos formados entre la cal y los constituyentes de la arcilla durante la cocción (Furlan y Bisseger, 1975). La obtención de productos más o menos hidráulicos dependía entonces de la temperatura, tiempo de cocción y el contenido de arcilla. Las investigaciones de Vicat fueron una base científica para la fabricación y empleo de cales hidráulicas (Ashurst; 1983). Por otra parte, la aparición del primer tipo de cemento Portland, en 1824, patentado por Joseph Apsdin y posteriormente mejorado en 1838 por su hijo William, fueron el inicio del cemento Portland actual (Ashurst, 1983). Años más tarde, Charles Johnson obtuvo por primera vez el Clinker, la base del cemento artificial moderno (Alvarez et al., 1995). A partir del año 1850, en la producción de cementos ya se empleaban métodos modernos. El desarrollo de los materiales como cales hidráulicas, cementos naturales y especialmente el cemento Portland, han propiciado la obtención de otros materiales compuestos con propiedades mejoradas como son los morteros modernos. 1.3. Morteros, diferentes clasificaciones. Morteros de cemento y morteros bastardos de cemento y cal, principales usos en la construcción El mortero es una mezcla homogénea a base de arena, agua y un material aglomerante que puede ser cemento Portland, yeso o cal, al cual se le pueden agregar aditivos y/o adiciones. Los morteros se pueden clasificar según su forma de fabricación como: morteros fabricados ¨in situ¨, los cuales se obtienen de mezclar en la hormigonera sus componentes; morteros industriales, que se pueden diferenciar en secos y húmedos, estos últimos siempre incorporan en su composición aditivos retardadores de fraguado y morteros industriales semi-terminados, como pueden ser predosificados (aquellos en los que los elementos sólidos están ya mezclados y solo hay que añadir el agua) y los premezclados de cal y arena, los cuales son un tipo particular de mortero industrial seco. 21 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. 2. JUSTIFICACIÓN DE LA ELECCIÓN DEL TEMA DE INVESTIGACIÓN El desarrollo económico y la globalización han conllevado a un uso irracional y desmedido de los recursos naturales agotables, provocando que su escasez y el deterioro medioambiental dentro de algunos años traiga consigo consecuencias nefastas tanto para el planeta, como para todos los seres vivos que en él habitamos. Para evitar este desenlace, es necesario lograr la concientización y la responsabilidad por parte de los gobiernos, las instituciones y las personas en general, de manera que se actúe de un modo en que se satisfagan las necesidades actuales sin perjudicar las futuras. Este es el concepto de sostenibilidad, el cual implica, además, lograr un equilibrio entre el desarrollo económico, social y el cuidado del medio ambiente. La aplicación del concepto de sostenibilidad, economía circular y la regla de las 5 rs (reducir, reciclar, reutilizar, reparar y recuperar), forman parte de un comportamiento responsable y comprometido con el tema y tienen que estar presente en nuestros hábitos, actividades y actuaciones como integrantes de esta sociedad, profesionales, investigadores o simplemente seres vivos que pertenecemos a este planeta al que llamamos Tierra. En la construcción, las materias primas de los materiales que se utilizan, provienen de recursos naturales agotables. Los áridos forman parte de este tipo de recursos; provienen de la explotación de canteras y son componentes de varios de los materiales más empleados en el sector, como son los hormigones y morteros. Por otra parte, el vidrio es un material con cifras de reciclaje considerables en Europa y en España; es un material 100% reciclable y con cierta facilidad para su tratamiento. Sus propiedades semejantes a la de la arena, lo han convertido en un posible sustituto de la misma en la producción de materiales de construcción con el fin de reducir su impacto ambiental. El departamento de Construcciones Arquitectónicas II de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Edificación de la Universidad de Sevilla, desde hace algunos años viene desarrollando dentro de sus líneas de investigación, el estudio de la influencia de la sustitución de la arena por vidrio 22 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. reciclado en morteros. Este trabajo, es una continuación de esta línea de investigación, por lo que el interés científico es la primera motivación para su realización. En segundo lugar, resultados que validen que la sustitución en determinada proporción del árido por vidrio reciclado en morteros es viable, puede significar una futura disminución de los costos de producción de estos materiales y un ahorro de materia prima. Además, la incorporación del vidrio en mezclas de morteros generará una reducción de los desechos y por tanto de la contaminación medioambiental. Por todo esto, se puede decir que la motivación socio-económica es otro de los incentivos de esta investigación. Por último, la posibilidad de participar en un proyecto de investigación que, por su vigencia, su alcance económico, social y sobre todo medioambiental, podría llegar a tener una repercusión importante en el sector, producen en el autor un interés profesional, además de la motivación personal que puede generar en toda persona comprometida con el cuidado del planeta y la construcción de un futuro mejor. 23 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. 3. ESTADO DE LA CUESTIÓN. UN ACERCAMIENTO A LA UTILIZACIÓN DE VIDRIO RECICLADO EN HORMIGONES Y MORTEROS Para los investigadores y profesionales del sector de la construcción, resulta atractiva la posibilidad de contar con materiales con menores costos de producción, sin perjudicar su calidad y prestaciones, al mismo tiempo que sean amigables con el medio ambiente. Debido a esto, desde hace algunos años varias investigaciones se han enfocado en esta temática, evaluando la factibilidad de la incorporación de materiales reciclables en sustitución a materias primas empleadas en la elaboración de materiales tradicionales con extenso uso en las construcciones, como son los hormigones y morteros. El vidrio reciclado para estas prestaciones supone ventajas notables, debido a sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, ser un material totalmente reciclable y con una alta disponibilidad. La incorporación del vidrio como sustituto del cemento o del árido han sido las dos tendencias fundamentales que han marcado esta línea de investigación, tanto en los morteros como en los hormigones. A pesar de que este trabajo tiene como objeto de estudio la variación de las propiedades de morteros con la sustitución parcial del árido por vidrio triturado, resulta interesante para esta investigación el análisis de fuentes bibliográficas que hagan referencia a cada tendencia. Además, las conclusiones obtenidas en el estudio de los hormigones con incorporación de vidrio podrían, en cierta medida, extrapolarse a los morteros, debido a la presencia de materiales comunes en su composición. 3.1. Utilización del vidrio reciclado como sustituto del cemento o árido en hormigones Según Shayan y Xu (2004), la inestabilidad del vidrio en el entorno alcalino del hormigón podría causar problemas de reacción álcali-sílice; sin embargo, la incorporación de polvo de vidrio fino como material puzolánico puede suprimir la reactividad alcalina de las partículas de vidrio más gruesas, así como la de los agregados reactivos naturales. Los autores concluyeron que el polvo de vidrio fino podría actuar como sustituto del cemento o de los áridos en el hormigón en porcentajes de sustitución de hasta un 30%, sin presentarse efectos negativos a largo plazo. 24 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Khatib et al. (2012) y Nassar y Soroushian (2012) en sus investigaciones mostraron que había un aumento sistemático del asentamiento a medida que aumenta el contenido de polvo de vidrio en la mezcla. Esto podría atribuirse a la baja absorción de agua del vidrio. Kumarappan (2013) en su estudio llegó a las mismas conclusiones. En sus resultados obtuvo que el asentamiento osciló entre unos 40 mm para la mezcla de referencia (es decir, 0% de polvo de vidrio) a 160 mm con un 40% de polvo de vidrio. Jangid y Saoji (2014) y Vandhiyan et al. (2013) concluyeron en sus investigaciones que la trabajabilidad de la mezcla disminuye a medida que aumenta la sustitución de cemento por polvo de vidrio, debido al incremento de la superficie del polvo de vidrio y también a la forma angular de las partículas de vidrio. Bajad et al. (2011) estudiaron las propiedades de resistencia del vidrio cuando se somete a un ataque de sulfato y mostraron que la resistencia máxima a la compresión se alcanza con un 20% de sustitución del cemento por residuos de vidrio en polvo, en hormigones que están o no sometidos al ataque de sulfatos. Khatib et al. (2012) estudiaron el rendimiento del hormigón con sustitución parcial del cemento y concluyeron que la máxima resistencia a la compresión se produce en torno al 10% de polvo de vidrio y más allá del 10% tiende a disminuir, siendo inferior a la mezcla de control. Por otra parte, Jangid y Saoji (2014) concluyeron que hasta el 20% de sustitución del cemento, la resistencia a la compresión aumenta hasta un 30% y que con porcentajes de sustitución mayores disminuye. Vasudevan y Kanapathy Pillay (2013) realizaron ensayos a 7, 14 y 28 días de curado de especímenes que contenían polvo de vidrio de desecho como reemplazo parcial del cemento y sus resultados mostraron que la cantidad de mezcla de polvo de vidrio del 20% muestra un valor positivo de resistencia a la compresión a los 28 días en comparación con otras proporciones. Vandhiyan et al. (2013) estudiaron la sustitución del cemento por polvo de vidrio de desecho y concluyeron que hay un aumento considerable de resistencia temprana particularmente en el espécimen del 15% con un aumento del 29% en la resistencia al 7º día con relación al espécimen de control. A los 28 días esta 25 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. diferencia de resistencia se reduce al 23% y el mayor incremento de la resistencia a la compresión se logra con porcentaje de sustitución de un 10%. Kumarappan (2013) sustituyó parcialmente el cemento por polvo de vidrio y afirmó que hasta el 10% es factible la sustitución, ya que mostró una mayor resistencia a la compresión que la mezcla de control. Vijayakumar et al. (2013) propusieron que el cemento sustituido hasta el 40% por polvo de vidrio mostró un incremento en la resistencia a la compresión tanto a los 28 días como a los 60 días de curado en comparación con el hormigón convencional. Peñafiel (2016) estudió la sustitución del vidrio molido reciclado por la arena como agregado fino, para lo que fabricó muestras con porcentajes del 10%, 20%, 30% y 40% de reemplazo de la arena, ensayando a compresión las probetas a las edades de 7, 14 y 28 días. Como resultado se obtuvo que para la edad de 7 días la resistencia a compresión disminuye con el aumento de la sustitución del árido, en cambio para las edades de 14 y 28 días con porcentajes de sustitución de hasta un 40% de vidrio molido por la arena se obtuvieron resistencias mayores a las de un hormigón de 21 MPa. Paredes (2019) en su investigación analizó el efecto de la sustitución parcial en peso del agregado fino en concretos de 21 MPa por vidrio reciclado molido, en porcentajes de 5%, 10%, 15%, 20%, 25% y 30% de reemplazo. De los ensayos a compresión realizados a los 7, 14 y 28 días de curado, se concluyó que el 15% de sustitución es el porcentaje para el cual se obtiene el mayor incremento de resistencia en comparación con los otros porcentajes estudiados y con la muestra de control. De los Ángeles et al. (2020) en su artículo analizan la influencia de la sustitución tanto de la arena como del cemento por vidrio molido. Para esto se elaboraron mezclas con remplazo de 25%, 50% y 100% para la arena y de 10 %, 20 % y 30 % para el cemento. De los resultados obtenidos de los ensayos a compresión realizados en el laboratorio se concluyó que es factible remplazar la arena por vidrio molido en un 25% y el cemento hasta un 20%, sin que se perjudique la resistencia de los hormigones tradicionales, normada en Cuba entre 25 MPa y 35 MPa. Por otra parte, Jangid y Saoji (2014) concluyeron que la resistencia a la flexión aumenta con una sustitución de hasta un 35% de cemento por polvo de 26 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. vidrio de desecho en comparación con la mezcla de control con un incremento máximo del 20% en la resistencia y que con porcentajes de sustitución superiores la resistencia disminuye. Soliman y Tagnit-Hamou (2016), Hendi et al., (2019) y Małek et al. (2021) expusieron que la utilización del vidrio en sustitución de la arena reduce la absorción de agua de las mezclas de concreto, por lo que la mayoría de sus propiedades mecánicas mejoran. 3.2. Utilización del vidrio como sustituto del cemento o árido en morteros Marco et al. (2012) investigó la influencia en la resistencia de la incorporación de polvo de vidrio y otros compuestos químicos en las mezclas de morteros, evidenciándose en sus resultados que el polvo de vidrio utilizado como principal conglomerante actúa de manera favorable en la resistencia a compresión de las probetas ensayadas. Nwaubani y Poutos (2013) concluyeron que el aumento de la cantidad de vidrio en el mortero provoca una disminución general de la resistencia a la compresión, pero la disminución se hace menos evidente con un tiempo de curado prolongado y que la distribución del tamaño de las partículas del vidrio de desecho utilizado fueron el factor clave que influyó en el desarrollo de la resistencia. Guo et al. (2018) estudió la consecuencia que tiene la sustitución al 100% de la arena por vidrio triturado en la resistencia de morteros de cemento, obteniéndose como resultado que no es aconsejable el remplazo total de este componente ya que se ven afectadas las propiedades mecánicas. Cabrera et al. (2018) realizó una investigación en la que se analizó en un mortero de cemento de dosificación 1:4 en peso, las propiedades físicas y mecánicas al incorporar como sustito parcial de la arena el vidrio triturado en porcentajes de 0%, 15%, 30%, 60% y 100%, llegando a la conclusión por los resultados obtenidos que, con relación a la arena, el vidrio triturado presenta menor absorción de agua. Además, para todos los porcentajes de sustitución, las propiedades mecánicas se vieron afectadas, arrojando valores inferiores al mortero patrón, con la mayor resistencia para el 15% de sustitución. Por otra parte, Gorospe et al. (2019), utilizaron porcentajes de remplazo de 30% y 50% del agregado fino por vidrio triturado y vidrio expandido y llegaron a 27 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. la conclusión que la trabajabilidad de la muestra se ve afectada por el tamaño de las partículas del vidrio. En cuanto a la resistencia, para los dos porcentajes analizados los valores resultaron inferiores a los obtenidos en la muestra de control, siendo menor para el mortero con 50% de reemplazo. En su investigación, Tuaum et al. (2018), también obtuvieron menores valores de resistencia a compresión y flexión para todos los porcentajes y las edades de curado analizadas, y un incremento en la fluidez de la mezcla al aumentar la cantidad de material vítreo triturado. Sin embargo, Malek et al. (2020) en el estudio de morteros con sustitución del agregado fino por vidrio triturado reciclado, de cuatro porcentajes de reemplazo analizados (5%, 10%, 15% y 20%), obtuvo una mejoría en las propiedades mecánicas con respecto al mortero de referencia en todos los casos, incrementándose con el aumento de la cantidad de vidrio utilizada, teniendo el mortero con 20% de sustitución un incremento de un 29% en la resistencia a compresión y un 14% en la resistencia a flexión. Gorospe et al. (2020) investigan la influencia que tiene la sustitución de la arena por vidrio triturado en porcentajes superiores al 30% y hasta llegar a un 100%, en morteros de cemento con dosificación 1:2 en peso y arena natural con tamaños de partícula que van de 75 μm a 2 360 μm y módulo de finura de 2.63. Los ensayos fueron realizados a los 28 días y los resultados obtenidos llegaron a concluir que se produce una reducción de la resistencia para todos los casos con respecto a la muestra de referencia y que los valores decrecen a medida que aumenta la cantidad de vidrio. Por otra parte, los autores consideran favorable, la reducción de la absorción de agua que se experimenta, llegando a un 31% para el 100% de sustitución, lo que minimiza la aparición de grietas hasta un 98%. Lu y Poon (2018) en su estudio exponen que los morteros con incorporación de vidrio triturado como sustituto de agregados naturales produce una mejora en la trabajabilidad de la mezcla y tienen una mejor respuesta a altas temperaturas. Sin embargo, también concluyen que a mayor porcentaje de sustitución las resistencias a la flexión y la compresión son menores. Corinaldesi et al. (2016) estudiaron el comportamiento de morteros con empleo de polvo de vidrios reciclados de diferentes colores (verde, ámbar y 28 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. transparente) y edades del curado, alcanzando de manera general valores hasta un 80% mayores en las propiedades mecánicas a los 180 días con respecto a los resultados obtenidos a los 28 días. Además, no se recomienda porcentajes de sustitución mayores al 50% de vidrio transparente y en cuanto al vidrio de color verde y ámbar, los dos presentaron en todos los casos una disminución de las propiedades mecánicas. Jing et al. (2020), estudiaron la consistencia y permeabilidad de los morteros en los que se empleó el vidrio triturado como sustituto del árido y el polvo de vidrio como remplazo del cemento, concluyendo que la permeabilidad aumenta con la incorporación del vidrio debido a que se forman mayor cantidad de poros; además, la resistencia se ve más afectada a medida que aumenta el porcentaje de sustitución, llegando a ser un 55% menor que el mortero base para un 100% de reemplazo. En cambio, Liu et al. (2019) concluyeron en su investigación que la utilización de vidrios reciclados mejora las propiedades de los morteros en estado fresco y presenta mayor resistencia a las elevadas temperaturas y al ataque químico. En la Universidad de Sevilla se han llevado a cabo varias investigaciones donde se ha evaluado el comportamiento de los morteros ante la incorporación de vidrio reciclado triturado en la mezcla. Flores et al. (2018) analizan en su estudio las variaciones que, en un mortero de referencia con dosificación en peso 1:3 (cemento/arena), produce el remplazo del árido por el material vítreo triturado procedente de residuos domésticos. Los porcentajes de sustitución empleados son del 25% y 50% en peso. En este estudio se hizo una caracterización del mortero después del curado a temperatura ambiente y luego del calentamiento a 600°C y 800°C, llegando a resultados que demuestran que existe un mejor comportamiento ante altas temperaturas en los morteros con incorporación de vidrio triturado en su composición. Flores et al. (2020a) en su investigación estudian las propiedades mecánicas a temperatura ambiente y tras un proceso de calentamiento de 800°C de morteros con incorporación de vidrio triturado de procedencia doméstica como sustitución a la arena en porcentajes de 10%, 25% y 50%. Los resultados 29 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. se evaluaron mediante la prueba t de Student y mostraron diferencias estadísticamente significativas en los valores de resistencia. De la comparación de los valores obtenidos de resistencia a flexión en el mortero de referencia y los que incluían el vidrio triturado como sustitución de la arena, se concluyó que la mejora en la resistencia no fue significativa con excepción de las muestras con una sustitución del 25%. Por otra parte, después de ser sometidas al calentamiento, a pesar de haber una disminución de la resistencia a flexión, las muestras con incorporación de vidrio triturado presentaron un mejor comportamiento con respecto a la muestra de referencia. En cuanto a la resistencia a compresión no se observaron mejoras en los morteros con incorporación de vidrio con respecto al mortero patrón, tanto a temperatura ambiente como después de ser sometidos a 800°C de calentamiento. Además, los morteros con agregado de vidrio molido también mostraron un decrecimiento del coeficiente de conductividad térmica y de la difusividad térmica, lo que refleja un comportamiento positivo en relación a su respuesta térmica y capacidad de aislamiento. Las estructuras internas del mortero no se vieron afectadas por la incorporación del vidrio molido. Flores et al. (2020b) analiza la repercusión que tiene la rehidratación forzada de morteros a base de vidrio reciclado después de someterse a un proceso de calentamiento a alta temperatura, empleando cemento CEM I 42.5R. Sus resultados mostraron el efecto favorable del vidrio triturado tras una degradación térmica y el posterior tratamiento de rehidratación. El material rehidratado a base de vidrio reciclado desarrolla una capacidad de recuperación mecánica 6.2 veces superior a la del convencional, debido a la activación térmica y alcalina de la sílice amorfa, que favorece la nueva formación de silicatos hidratados manifestado en el incremento del coeficiente de excentricidad de los poros. Alducin et al. (2021) estudian el comportamiento de los morteros con sustitución parcial de árido por vidrio reciclado, frente a los ensayos de deterioro acelerados, como la cristalización de sales, la congelación y el choque térmico. Del análisis de los resultados de las propiedades físicas y mecánicas básicas estudiadas, se observó una mejora significativa en la resistencia ante la acción expansiva de la cristalización de la sal en morteros con incorporación de vidrio 30 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. triturado como sustituto de la arena. A través de ensayos de ultrasonidos y su correlación con el módulo de Young, analizaron los procesos de alteración de la estructura interna. Los valores obtenidos estuvieron en el rango de materiales similares, teniendo las muestras sometidas a la prueba de congelación un mayor grado de deterioro. Además, estudiaron la estructura interna mediante microscopía electrónica de barrido, observando en las muestras sometidas a ensayos de cristalización de sales una mayor homogeneidad y un menor grado de microfisuración en las interfaces agregado/pasta de los granos de vidrio. El análisis de la bibliografía y los antecedentes investigativos existentes hasta el momento respecto al tema objeto de este trabajo, muestran discrepancia de criterios en cuanto a la variación de las propiedades de hormigones y morteros con incorporación de vidrio reciclado en su composición y al porcentaje de sustitución de cemento o arena más adecuado. Esta diversidad en los resultados puede estar asociadas a las diferencias en cuanto a dosificaciones, tamaño de partículas de vidrio, tipo de cemento y características de los materiales utilizados, procedimiento para la preparación y ensayo de las probetas y a la propia variedad de porcentajes de reemplazo estudiados, entre otros factores. A pesar de la divergencia existente, la mayoría de los autores plantean la utilización de vidrio procedente del reciclado en el diseño de mezclas de hormigones y morteros como una opción viable y sostenible. Los estudios llevados a cabo por el grupo de investigación que lidera este trabajo en la Universidad de Sevilla, han mostrado un comportamiento favorable de los morteros de cemento con incorporación de vidrio triturado ante altas temperaturas y capacidades de recuperación después de la rehidratación, por lo que resulta interesante validar estos resultados con otras investigaciones que mantengan los materiales y la metodología empleada hasta el momento y haciendo sólo modificaciones en las variables que se necesiten estudiar. Además, del estudio del estado de la cuestión, se pudo observar que existe una laguna en cuanto a la posibilidad del aprovechamiento del vidrio como sustituto del árido en morteros bastardos, los cuales tienen un amplio uso en la construcción, resultando una nueva línea de investigación interesante. 37 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Vidrio reciclado En los morteros con sustitución del 25% del árido por material vítreo se empleó granulado de vidrios provenientes de residuos domésticos, principalmente envases comunes, este material fue triturado en una trituradora de mandíbulas y tamizado hasta un tamaño de partícula inferior a 2 mm. Se separaron las diferentes fracciones granulométricas empleando tamices UNE- EN 933-2:1996 (0.063, 0.125, 0.250, 0.50, 1.00, 2.00 mm) (Asociación Española de Normalización y Certificación, 1996), que posteriormente fueron distribuidas con las mismas proporciones de la arena, para preparar un agregado de sustitución con una granulometría continua igual que la de la arena normalizada representada en la Figura 5.2. 5.1.3. Dosificaciones Obtenido el residuo con el diámetro máximo especificado, se escogió la dosificación c:s=1:3 en peso, para todas las amasadas para obtener un mortero plástico en estado fresco. La relación agua/cemento fue de 0.5 según lo establecido en la EN 196- 1:2018 para los morteros de cemento. En el caso de los morteros bastardos se requirió incrementar la relación agua/conglomerante a 0.6 para obtener una trabajabilidad óptima de la mezcla (Ver Tabla 5.1). Tabla 5.1: Dosificaciones empleadas por amasadas en la fabricación de los cuatro tipos de morteros Tipo de Mortero Cemento (g) Cal (g) Arena (g) Vidrio(g) Agua (g) MCR 900 - 2 700 - 450 MC25 900 - 2 025 675 450 MBR 600 300 2 700 - 540 MB25 600 300 2 025 675 540 Fuente: Elaboración propia 5.1.4. Procedimiento para la elaboración de las muestras Con las dosificaciones anteriores se prepararon series de 12 probetas de 40x40x160 mm para cada tipo de mortero. Después de tener todos los materiales pesados y listos para preparar la mezcla se comenzó el proceso de amasado. Primeramente, se vertió el agua y el cemento dentro del recipiente, cuidando de que no existieran pérdidas de ninguno de estos dos componentes y 38 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. completando el vertido en 10 segundos. En el caso de los morteros bastardos se vertió la cal junto con el cemento. Después de concluir este paso se fijó inmediatamente el “tiempo cero” y se puso en marcha la amasadora a una velocidad lenta durante 30 segundos. Una vez pasados los 30 segundos de amasado, se comenzó a añadir de manera regulada la arena o la mezcla homogénea de la arena y el porcentaje de vidrio reciclado de sustitución, según el tipo de mortero que se estuviese preparando (Figura 5.3). Tras transcurrir este tiempo, se puso la amasadora en velocidad rápida y se continuó amasando durante 30 segundos más. Posteriormente se paró la amasadora por 30 segundos en los que se limpió las paredes del recipiente con la espátula de goma y se volvió a verter los restos en el centro del recipiente, para después continuar amasando por 60 segundos con velocidad rápida y de esta manera se concluye el proceso de amasado. Fig. 5.3: Amasado de la mezcla antes de pasar a velocidad rápida Fuente: Elaboración propia Una vez preparado el mortero se procedió al llenado de los moldes de inmediato. Estos moldes disponen de tres compartimentos horizontales, pudiéndose preparar tres probetas a la vez de dimensiones 40x40 mm de sección transversal y 160 mm de longitud. Además, se debe chequear que los mismos estén firmemente unidos a la mesa compactadora para evitar que se muevan o desarmen durante el proceso de compactación. También deberán 39 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. estar engrasados en su interior para facilitar el desmoldeado de las probetas y evitar que se produzca una ruptura de las mismas. El vaciado de la mezcla en los moldes se realizó en dos partes; primeramente, con ayuda de una cuchara adecuada se introduce directamente, del recipiente de la amasadora, una capa en cada uno de los compartimentos de aproximadamente 300 g. Para ello, se extiende uniformemente la mezcla en el compartimento y se pasa la espátula grande, la cual mantenida verticalmente y con su parte más ancha en contacto con el borde superior de la tolva nos da la medida del espesor de esta primera capa (Figura 5.4a). Posteriormente se compactó esta capa de mortero con 60 golpes en la compactadora (Figura 5.4b). Para la segunda capa se repite el proceso, pero pasando esta vez la espátula más pequeña para retirar el excedente de mortero y se compacta con otros 60 golpes. a) b) Fig. 5.4: Elaboración de las probetas, a) Llenado de primera capa, b) Primera capa después de la compactación Fuente: Elaboración propia Una vez finalizada la compactación, se retiró con cuidado el molde de la mesa vibradora y se separó la tolva. Inmediatamente, para nivelar la superficie superior, se usó una regla manteniéndola casi vertical, pero inclinada en la dirección del movimiento, realizando movimientos transversales de sierra lentamente, una vez en cada dirección. Se repite el proceso con una regla plana, formando un ángulo más agudo para suavizar la superficie (Figura 5.5). 40 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Para concluir, los moldes se etiquetaron y se cerraron en plástico para que no pierdan humedad durante 24 horas (Figura 5.6), llevándolos a la cámara de humedad, donde se colocaron sobre una superficie horizontal, sin apilarlos unos sobre otro y con condiciones óptimas de humedad (95%) y temperatura (20ºC±2), cumpliendo con lo establecido en la norma UNE-EN 196-1:2018 (Asociación Española de Normalización y Certificación, 2018). Fig. 5.5: Probetas en los moldes después de nivelar y suavizar la superficie Fuente: Elaboración propia Fig. 5.6: Moldes etiquetados y cerrados en plástico antes de llevarlos a la cámara de humedad Fuente: Elaboración propia Transcurridas ese tiempo se llevó a cabo el desmoldeado sin dañar las probetas con ayuda de un martillo de goma. Para realizar el curado, se colocaron las probetas, marcadas adecuadamente, sobre emparrillados y separadas entre ellas, en depósitos previamente llenados con agua potable a una temperatura de (20ºC±1). La habitación donde se conservaron mantenía una temperatura uniforme y una velocidad de flujo baja. De las 12 probetas de cada tipo de mortero, seis se ensayan tras los 28 días de curado y las otras seis se sometieron, tras el curado, a calentamiento a 800ºC durante 2 horas antes de proceder a realizar los ensayos (Figuras 5.7a y 5.7b). 41 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. a) b) Fig. 5.7: Probetas en mufla, a) Antes de ser sometidas al calentamiento a 800ºC, b) Después de ser sometidas al calentamiento a 800ºC Fuente: Elaboración propia 5.1.5. Procedimiento para la realización de los ensayos 5.1.5.1. Ensayos no destructivos Velocidad de ultrasonido Para evaluar las posibles transformaciones de la estructura interna del material que puedan influir en las propiedades físicas, se examinaron las muestras con un equipo ultrasónico. Las probetas estudiadas tenían dimensiones de 40x40 mm de sección y 140 mm de longitud, como resultado del corte efectuado a las originales para obtener las muestras de 40x40x20 mm que se sometieron a los ensayos físicos (densidad y porosidad), que serán explicados posteriormente. El dispositivo utilizado fue el equipo Pundit Lab de la empresa Proceq, el cual consta de dos transductores que están conectados al sistema central. Uno de estos transductores emite pulsos ultrasónicos y el otro los detecta. Al ubicarse los dos transductores en las caras opuestas de una probeta, la onda ultrasónica viaja libremente o de manera tortuosa por la matriz cementicia desde un transductor a otro, en dependencia de la estructura interna de la muestra. Como resultado se obtiene el tiempo de propagación de una onda. 42 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Antes de cada uso, el instrumento se calibró con ayuda de la barra de referencia, a la cual se le conoce el tiempo que tarda el pulso ultrasónico en recorrerla bajo una frecuencia sónica. Tanto para realizar la calibración como para realizar los ensayos en las probetas, los transductores fueron bien acoplados a las superficies, de modo que se evitara demoras o errores en las lecturas por las vibraciones involuntarias de las manos, para ellos se utilizó una capa delgada de vaselina en los transductores para garantizar la adherencia (Figura 5.8). a) b) Fig. 5.8: Ensayos de ultrasonidos, a) Equipo y medios utilizados para la realización de los ensayos, b) Equipo calibrado Fuente: Elaboración propia Una vez calibrado el equipo se procedió a realizar las mediciones directas. De las 12 muestras elaboradas para cada tipo de mortero fueron ensayadas las probetas que serían sometidas a un proceso de calentamiento en mufla a 800°C (muestras de los moldes M2, M4, M6, M8, M10, M12, M14, M16). Los ensayos fueron realizados antes y después del calentamiento para evaluar la variación de sus propiedades. Las mediciones se realizaron en las tres direcciones espaciales (X, Y, Z). En la dirección longitudinal Y (140 mm) se tomó una lectura, mientras que en las transversales X y Z (40 mm) se tomaron dos por cada una (Figura 5.9), calculándose posteriormente la media de estos valores para el procesamiento de los resultados. El eje Z se consideró como la dirección de compactación de las probetas. 43 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Fig. 5.9: Esquema de determinación de velocidades de ultrasonidos en muestras de 40x40x140 mm Fuente: Elaboración propia De los tiempos obtenidos y las longitudes de cada dirección se obtienen las velocidades de transmisión de las ondas; las medias de estas velocidades en cada dirección se asocian a la compacidad del mortero, mayores valores de velocidad indican un mortero más compacto y por tanto menos poroso. Densidad y porosidad La densidad aparente (Da) y la porosidad abierta (Pa) se obtuvieron mediante el método de diferencia de pesadas. Para la determinación de estas propiedades, primeramente, se obtuvieron muestras de 40x40 mm de sección y 20 mm de longitud, resultado del corte de las probetas originales, como se mencionó anteriormente. Estas muestras fueron sometidas a un proceso de secado en estufa a una temperatura de 100°C hasta obtener su peso seco constante (Pseco) posteriormente en la balanza (Figura 5.10). Una vez obtenidos los pesos secos, se procede a la saturación con agua de la muestra al vacío durante 24 horas (Figuras 5.11) y posteriormente, se pesaron las muestras nuevamente para obtener los pesos saturados (Psat), según la norma EN-1936:2007 (Asociación Española de Normalización y Certificación, 2007). Tanto para determinar la densidad aparente (Da) como la porosidad abierta (Pa), es necesario conocer el volumen aparente de cada muestra, siendo el volumen real del material más el volumen de poros. Este volumen es posible determinarlo mediante la obtención del peso saturado sumergido (Pw) en la balanza hidrostática (Figura 5.12). 44 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Fig. 5.10: Pesado de muestra de mortero Fuente: Elaboración propia Fig. 5.11: Inmersión en agua de las probetas en recipiente al vacío Fuente: Elaboración propia Fig. 5.12: Determinación de los pesos saturados sumergidos mediante balanza hidrostática Fuente: Elaboración propia Luego de ser ensayadas las muestras a temperatura ambiente, se sometieron al proceso de calentamiento en mufla a 800°C, para volver a repetir el procedimiento explicado anteriormente. Una vez obtenidos los pesos secos (Pseco), se procedió a saturar las muestras, esto condujo a la desintegración de varias de ellas al ser hidratadas, producto a la reacción expansiva álcalis-sílice. Las muestras que se pudieron rescatar y ser ensayadas fueron: 5 muestras del mortero de cemento de referencia, las 6 muestras del mortero de cemento con 25% de vidrio y 2 muestras del mortero bastardo con 25% de vidrio (Figura 5.13); ninguna muestra del mortero bastardo de referencia se pudo aprovechar para ser ensayada. La 45 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. ocurrencia de este fenómeno, que no había tenido lugar en las investigaciones anteriores, realizadas por la Universidad de Sevilla (Flores et al., 2018; Flores et al., 2020a; Alducin et al., 2021), en este caso se produjo por la utilización de un cemento diferente, con un mayor contenido calcáreo con respecto a los utilizados en los trabajos precedentes en los que se empleó el CEM I 42.5R o el CEM IV/B (V) 32.5N. Fig. 5.13: Muestras recuperadas después de ser saturadas Fuente: Elaboración propia Con todos los pesos determinados se puede calcular la densidad aparente (Da) y la porosidad abierta (Pa). 𝐷𝑎=𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑉𝑎 y 𝑃 𝑎=𝑉𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑉𝑎 donde: 𝐷𝑎: es la densidad aparente (g/cm³) 𝑃 𝑠𝑒𝑐𝑜: es el peso seco (g) 𝑉 𝑎: es el volumen aparente (cm³) 𝑉𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠: es el volumen de poros accesibles (cm³) Según Arquímides, todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado. Conociendo el peso del fluido desalojado y su densidad, podemos saber el volumen desalojado de este fluido que sería igual al volumen aparente de la muestra. Por equilibrio de fuerzas: E=𝑃𝑠𝑎𝑡-𝑃𝑊 46 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. donde: E: es el empuje o peso del fluido desalojado (g) 𝑃𝑠𝑎𝑡: peso saturado (g) 𝑃𝑊: peso saturado sumergido (g) Al ser el agua el fluido en cuestión, la densidad se toma igual a 1g/cm³, por tanto, 𝐷𝑎=𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑃𝑠𝑎𝑡−𝑃𝑊 y 𝑃 𝑎==𝑃𝑠𝑎𝑡−𝑃𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑃𝑠𝑎𝑡−𝑃𝑊 5.1.5.2. Ensayos destructivos Resistencias mecánicas Los ensayos de resistencias mecánicas se realizaron en todas las probetas elaboradas, excepto las que fueron hidratadas después del calentamiento, ya que se desintegraron de la misma manera que había ocurrido en la determinación de las propiedades físicas, con las muestras que fueron saturadas después de permanecer a 800°C en mufla. Las probetas se desintegraron en el siguiente orden: primero, las probetas del molde M12 (MBR); en segundo lugar, las probetas del molde M4 (MCR); en tercer lugar, las probetas del molde M16 (MB25) y las probetas que más se resistieron al proceso de expansión y desintegración provocado por la reacción álcali-sílice, fueron las correspondientes al molde 8 (MC25) (Figura 5.14). Fig. 5.14: Probetas deshechas al ser hidratadas después del calentamiento Fuente: Elaboración propia 53 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Además, se observa la formación de silicato cálcico (Ca2(SiO4)) producto a la calcinación a altas temperaturas del óxido de calcio (CaO) con el dióxido de sílice (SiO2). De la comparación de los dos difractogramas, de los morteros de cemento y bastardos, se puede apreciar que el comportamiento de los picos que evidencian la presencia de los componentes en cada una de sus fases no muestra diferencias considerables, sólo se observan picos un poco más pronunciados para el óxido de calcio (CaO) en los morteros bastardos, lo cual se debe a la incorporación de la cal. 6.2. Resultados de ensayos no destructivos 6.2.1. Propiedades físicas De los ensayos físicos se obtuvieron los pesos secos, saturados y saturados sumergidos (Tabla B.1 del Anexo B) y posteriormente se determinó la densidad aparente (Da) y la porosidad abierta (Pa) (Tabla B.2 del Anexo B). Como se había explicado anteriormente al saturar las muestras después de ser sometidas al calentamiento, varias de ellas se desintegraron completamente, sin poder determinarse estas propiedades. Las muestras deshechas fueron: una de las probetas correspondiente a los morteros de cemento de referencia, todas las de los morteros bastardos de referencia y cuatro de las muestras de los morteros bastardos con 25% de sustitución de arena por vidrio triturado. Después de determinar la media y la desviación típica por tipo de mortero de las muestras ensayadas, a temperatura ambiente y después del calentamiento, se obtuvieron los resultados que se muestran en la Tabla 6.1. Tabla 6.1: Estadísticos descriptivos de la Densidad Aparente (Da) y Porosidad Abierta (Pa) por tipo de mortero Tipo de mortero Curado 28 días Calentamiento 800º C n Densidad (g/cm3) Porosidad abierta (%) n Densidad (g/cm3) Porosidad abierta (%) Media Des. típica Media Des. típica Media Des. típica Media Des. típica MCR 6 2.09 0.00894 19.83 0.54763 5 1.78 0.05070 33.95 1.74231 MC25 6 2.01 0.00983 21.65 0.33096 6 1.76 0.06186 34.08 1.58312 MBR 6 1.94 0.02422 24.92 1.32994 MB25 6 1.92 0.01329 24.83 0.34661 2 1.61 0.02121 37.65 1.52735 Fuente: Elaboración propia 54 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Como se puede observar en las Figuras 6.3 y 6.4, en el mortero de cemento ensayado tras 28 días de curado, la densidad aparente disminuye con la incorporación de vidrio triturado como sustitución de la arena (de 2.09 g/cm3 a 2.01 g/cm3), mientras que la porosidad abierta aumenta (de 19.83% a 21.65%). De la misma manera ocurre con estas propiedades tras el calentamiento a 800°C, siendo la densidad aparente ligeramente menor (de 1.79 g/cm3 a 1.76 g/cm3) y la porosidad abierta ligeramente mayor (de 33.95% a 34.08%) en el mortero con incorporación de vidrio con respecto al de referencia. En el caso del mortero bastardo curado 28 días, tanto la densidad aparente como la porosidad abierta disminuyen ligeramente con la sustitución de parte de la arena por vidrio triturado (de 1.94 g/cm3 a 1.92 g/cm3 y de 24.92% a 24.83% respectivamente). Fig. 6.3: Densidad aparente (Da) tras el curado y después del calentamiento. Fuente: Elaboración propia Fig. 6.4: Porosidad abierta (Pa) tras el curado y después del calentamiento. Fuente: Elaboración propia 55 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Para poder saber si estas variaciones son estadísticamente significativas, se utilizó la prueba t de Student, la cual es un modelo de la estadística inferencial válido para distribuciones normales con tamaño de muestras pequeñas. La determinación de la normalidad de las distribuciones se verificó empleando la prueba de Shapiro-Wilk. Para aquellas distribuciones no normales de muestras independientes se empleó la prueba no paramétrica U de Mann-Whitney, que asigna a cada uno de los valores de las dos muestra su rango (posición relativa de cada observación dentro de la muestra), y a partir de dichos rangos calcula el estadístico “U”. Análogamente, para aquellas distribuciones no normales de muestras relacionadas se empleó la prueba no paramétrica de rangos con signo Wilcoxon. Para todas las pruebas se estableció un nivel de significación de α=0.01 (Walpole et al., 2012; Nieves et al., 2010). Para este análisis se empleó el software estadístico SPSS V27.0. La prueba estadística consistió en realizar un contraste de hipótesis para comparar las medias. Las hipótesis planteadas fueron las siguientes: 𝐻𝑜: la media 𝜇 (de Da o Pa, según el caso) del mortero de referencia (MCR o MBR) es igual a la media 𝜇 del mortero con incorporación de vidrio como sustitución del árido (MC25 o MB25). 𝐻1: la media 𝜇 (de Da o Pa, según el caso) del mortero de referencia (MCR o MBR) es diferente a la media 𝜇 del mortero con incorporación de vidrio como sustitución del árido (MC25 o MB25). Los grados de libertad se calcularon como (𝑛𝑀𝐶𝑅-1) + (𝑛𝑀𝐶25-1) o (𝑛𝑀𝐵𝑅-1) + (𝑛𝑀𝐵25-1), según el caso analizado. Donde: 𝑛𝑀𝐶𝑅: es el número de muestras de MCR 𝑛𝑀𝐶25: es el número de muestras de MC25 𝑛𝑀𝐵𝑅: es el número de muestras de MBR 𝑛𝑀𝐵25: es el número de muestras de MB25 A partir de la determinación del valor de la t de Student o la U de Mann- Whitney para los casos donde no se cumplió la normalidad, y los grados de libertad, se pudo obtener la probabilidad de que 𝐻𝑜 sea cierta (p-valor), tomando como parámetro de aceptación de 𝐻𝑜, p-valor ≥ α. 56 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. En la Tabla 6.2 se muestras los resultados obtenidos del análisis realizado para cada uno de los casos. Tabla 6.2: Resultados del contraste de hipótesis para las propiedades físicas Hipótesis Curado 28 días Calentamiento 800º C g.l Densidad aparente Porosidad abierta g.l Densidad aparente Porosidad abierta t p-valor t p-valor t p-valor t p-valor 𝜇𝑀𝐶𝑅 = 𝜇𝑀𝐶25 𝜇𝑀𝐶𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐶25 10 14.436 .000 -6.980 .000 9 0.713 .494 0.127 .901 𝜇𝑀𝐵𝑅 = 𝜇𝑀𝐵25 𝜇𝑀𝐵𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐵25 10 1.625 .135 U=10.0* .200 *Al no seguir la muestra la distribución normal se emplea la prueba U de Mann-Whitney Fuente: Elaboración propia Siendo α=0.01, de los resultados anteriores se pudo concluir que la incorporación de vidrio triturado como sustituto del árido en un 25% en morteros de cemento con 28 días de curado conducen a variaciones estadísticamente significativas tanto en la densidad aparente (disminución) como en la porosidad abierta (incremento), mientras que en el resto de los casos analizados las variaciones observadas no resultaron significativas. 6.2.2. Velocidad de ultrasonido A partir de los ensayos de ultrasonido se obtuvo la velocidad de transmisión de la onda ultrasónica en los tres ejes de las probetas. A continuación, en las Tablas 6.3a y 6.3b se muestran los estadísticos descriptivos calculados a partir de los resultados obtenidos por cada tipo de mortero, antes y después del calentamiento a 800°C. Tabla 6.3a: Estadísticos de velocidades de ultrasonido a temperatura ambiente, por tipo de mortero y por eje Tipo de mortero Eje X Eje Y Eje Z n Media Des. típica n Media Des. típica n Media Des. típica Curado 28 días MCR 12 3 462.83 152.539 6 3 773.17 161.748 12 3 304.58 195.040 MC25 12 3 517.58 124.620 6 3 655.67 84.871 12 3 360.17 102.033 MBR 12 2 870.33 83.923 6 2 959.50 99.178 12 2 627.33 114.366 MB25 12 2 847.58 88.236 6 2 882.67 30.566 12 2 590.25 67.393 Fuente: Elaboración propia 57 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Tabla 6.3b: Estadísticos de velocidades de ultrasonido después del calentamiento, por tipo de mortero y por eje Tipo de mortero Eje X Eje Y Eje Z n Media Des. típica n Media Des. típica n Media Des. típica Calentamiento 800°C MCR 12 1 082.75 76.238 6 1 014.33 31.322 12 1 056.92 48.855 MC25 12 1 080.33 59.916 6 974.00 29.107 12 1 024.00 40.104 MBR 12 497.50 80.474 6 423.67 78.962 12 534.42 155.964 MB25 12 578.25 36.661 6 526.17 178.160 12 538.08 43.473 Fuente: Elaboración propia Como se puede observar en las Figuras 6.5, 6.6 y 6.7 se produce una disminución de la velocidad de transmisión de ultrasonido en todos los tipos de morteros después del calentamiento. Fig. 6.5: Velocidad de transmisión de ultrasonido en el eje X Fuente: Elaboración propia Fig. 6.6: Velocidad de transmisión de ultrasonido en el eje Y Fuente: Elaboración propia 58 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Fig. 6.7: Velocidad de transmisión de ultrasonido en el eje Z Fuente: Elaboración propia Por otra parte, en el mortero de cemento ensayado tras 28 días de curado, la velocidad de ultrasonido aumentó ligeramente con la incorporación de vidrio triturado como sustitución de la arena, tanto en el eje X (de 3 462.83 m/s a 3 517.58 m/s) como en el eje Z (de 3 304.58 m/s a 3 360.17 m/s), mientras que en el eje Y disminuye (de 3 773.17 m/s a 3 655.67 m/s); sin embargo tras el calentamiento en los morteros con incorporación de vidrio triturado se aprecia una ligera disminución de los valores con respecto a los morteros de referencia en los tres ejes analizados. En el caso del mortero bastardo curado 28 días, la velocidad de transmisión de ultrasonido disminuye ligeramente en todos los ejes con la sustitución de parte de la arena por vidrio triturado, mientras que tras el calentamiento ocurre lo contrario siendo mayores los valores en las muestras que incorporan el vidrio en su composición. Además, se puede observar un peor comportamiento de los morteros bastardos (MBR y MB25) en comparación con los morteros de cemento (MCR y MC25), tanto después de 28 días de curado como después del calentamiento. Nuevamente, se estudió si las variaciones descritas anteriormente en las velocidades de ultrasonido son estadísticamente significativas. Se realizaron tres tipos de pruebas de hipótesis: variación de la velocidad de transmisión de ultrasonido del mortero curado 28 días al ser sometido a 800°C, variación de la velocidad de ultrasonido entre el mortero de referencia y mortero con 25% de vidrio, y entre el mortero de cemento y mortero bastardo. 59 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Por tanto, las tres pruebas de hipótesis fueron las siguientes: 1) 𝐻𝑜: la media 𝜇 de la velocidad de ultrasonido (eje x, eje y, eje z) de los mortero con 28 días de curado es igual a la media 𝜇 del mortero sometido al calentamiento después del curado. 𝐻1: la media 𝜇 de la velocidad de ultrasonido (eje x, eje y, eje z) de los mortero con 28 días de curado es diferente a la media 𝜇 del mortero sometido al calentamiento después del curado. 2) 𝐻𝑜: la media 𝜇 de la velocidad de ultrasonido (eje x, eje y, eje z) del mortero de referencia (MCR o MBR) es igual a la media 𝜇 del mortero con incorporación de vidrio como sustitución del árido (MC25 o MB25). 𝐻1: la media 𝜇 de la velocidad de ultrasonido (eje x, eje y, eje z) del mortero de referencia (MCR o MBR) es diferente a la media 𝜇 del mortero con incorporación de vidrio como sustitución del árido (MC25 o MB25). 3) 𝐻𝑜: la media 𝜇 de la velocidad de ultrasonido (eje x, eje y, eje z) de los morteros de cemento (MCR y MC25) es igual a la media 𝜇 de los morteros bastardos (MBR y MB25). 𝐻1: la media 𝜇 de la velocidad de ultrasonido (eje x, eje y, eje z) de los morteros de cemento (MCR y MC25) es diferente a la media 𝜇 de los morteros bastardos (MBR y MB25). Los grados de libertad para el primer contraste se determinaron como (𝑛𝑀𝐶𝑅-1), ( 𝑛𝑀𝐶25-1), ( 𝑛𝑀𝐵𝑅-1) o ( 𝑛𝑀𝐵25-1) según el caso, ya que se trata de la mismas muestras ensayadas a diferentes condiciones. Para el segundo contraste, al tratarse de comparaciones entre diferentes grupos de muestras, los grados de libertad se determinaron como (𝑛𝑀𝐶𝑅-1) + (𝑛𝑀𝐶25-1) o (𝑛𝑀𝐵𝑅-1) + (𝑛𝑀𝐵25-1), según el caso analizado. En el tercer contraste al igual que en el segundo se tratan de grupos de muestras diferentes que se comparan, por lo que los grados de libertad se calcularon como (𝑛𝑀𝐶𝑅-1) + (𝑛𝑀𝐵𝑅-1) o (𝑛𝑀𝐶25-1) + (𝑛𝑀𝐵25-1), según el caso. El parámetro de aceptación de 𝐻𝑜 fue el mismo que en el análisis de las propiedades anteriores, p-valor ≥ α (0.01). En la Tabla 6.4 se muestran los resultados obtenidos para el primer tipo de prueba de hipótesis. 60 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Tabla 6.4: Resultados del primer contraste de hipótesis para las velocidades de ultrasonido Hipótesis Eje X Eje Y Eje Z g.l t p-valor g.l t p-valor g.l t p-valor 𝜇𝑀𝐶𝑅_28 = 𝜇𝑀𝐶𝑅_800 𝜇𝑀𝐶𝑅_28 ≠ 𝜇𝑀𝐶𝑅_800 11 42.333 .000 5 40.129 .000 11 37.320 .000 𝜇𝑀𝐶25_28 = 𝜇𝑀𝐶25_800 𝜇𝑀𝐶25_28 ≠ 𝜇𝑀𝐶25_800 11 66.335 .000 5 105.467 .000 11 68.192 .000 𝜇𝑀𝐵𝑅_28 = 𝜇𝑀𝐵𝑅_800 𝜇𝑀𝐵𝑅_28 ≠ 𝜇𝑀𝐵𝑅_800 11 61.870 .000 5 47.139 .000 11 Z=-3.059* .002 𝜇𝑀𝐵25_28 = 𝜇𝑀𝐵25_800 𝜇𝑀𝐵25_28 ≠ 𝜇𝑀𝐵25_800 11 88.637 .000 5 Z=- 2.201* .028 11 105.703 .000 *Al no seguir la muestra relacionada la distribución normal se emplea la prueba de Wilcoxon Fuente: Elaboración propia De los resultados anteriores se puede concluir que las variaciones (disminución) producidas en las velocidades de transmisión de ultrasonido, tanto de los morteros de cemento como bastardos, al someterse a 800°C, son en todos los casos estadísticamente significativas, con excepción del mortero bastardo con incorporación de vidrio triturado, donde las diferencias no fueron considerables. Para el segundo contraste de hipótesis, los resultados obtenidos se pueden ver en la Tabla 6.5. Tabla 6.5: Resultados del segundo contraste de hipótesis para las velocidades de ultrasonido Hipótesis Eje X Eje Y Eje Z g.l t p-valor g.l t p-valor g.l t p-valor Curado 28 días 𝜇𝑀𝐶𝑅 = 𝜇𝑀𝐶25 𝜇𝑀𝐶𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐶25 22 -0.963 .346 10 1.576 .146 22 -0.875 .391 𝜇𝑀𝐵𝑅 = 𝜇𝑀𝐵25 𝜇𝑀𝐵𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐵25 22 0.086 .932 10 2.311 .043 22 1.804 .085 Calentamiento 800°C 𝜇𝑀𝐶𝑅 = 𝜇𝑀𝐶25 𝜇𝑀𝐶𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐶25 22 0.647 .524 10 1.813 .100 22 0.968 .344 𝜇𝑀𝐵𝑅 = 𝜇𝑀𝐵25 𝜇𝑀𝐵𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐵25 22 -3.163 .005 10 U=8.0* .109 22 U=37.5* .046 *Al no seguir la muestra relacionada la distribución normal se emplea la prueba U de Mann- Whitney Fuente: Elaboración propia 61 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Al ser en todos los casos el p-valor superior al nivel de significación (α=0.01), se pudo llegar a la conclusión de que la incorporación de vidrio triturado como sustituto del árido en un 25%, tanto en morteros de cemento como bastardos, no conduce a variaciones estadísticamente significativas en las velocidades de transmisión de ultrasonido, a los 28 días de curado ni después del calentamiento a 800°C; excepto en el caso de la comparación entre la velocidad de ultrasonido en el eje X del mortero bastardo de referencia y el mortero bastardo con incorporación de vidrio triturado, calentados a 800°C (aumento). En la Tabla 6.6 se muestran los resultados obtenidos para el tercer contraste de hipótesis. Tabla 6.6: Resultados del tercer contraste de hipótesis para las velocidades de ultrasonido Hipótesis Eje X Eje Y Eje Z g.l t p-valor g.l t p-valor g.l t p-valor Curado 28 días 𝜇𝑀𝐶𝑅 = 𝜇𝑀𝐵𝑅 𝜇𝑀𝐶𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐵𝑅 22 11.789 .000 10 10.505 .000 22 10.376 .000 𝜇𝑀𝐶25 = 𝜇𝑀𝐵25 𝜇𝑀𝐶25 ≠ 𝜇𝑀𝐵25 22 15.200 .000 10 20.990 .000 22 21.811 .000 Calentamiento 800°C 𝜇𝑀𝐶𝑅 = 𝜇𝑀𝐵𝑅 𝜇𝑀𝐶𝑅 ≠ 𝜇𝑀𝐵𝑅 22 18.289 .000 10 17.032 .000 22 U=1.0* .000 𝜇𝑀𝐶25 = 𝜇𝑀𝐵25 𝜇𝑀𝐶25 ≠ 𝜇𝑀𝐵25 22 24.761 .000 10 U=0.0* .004 22 28.459 .000 *Al no seguir la muestra relacionada la distribución normal se emplea la prueba U de Mann-Whitney Fuente: Elaboración propia De los anteriores resultados se puede observar como las diferencias entre las velocidades de ultrasonidos de los morteros de cemento y morteros bastardos (menor en morteros bastardos), son estadísticamente significativas en todos los casos, tanto con 28 días de curado como después del calentamiento. 6.3. Resultados de ensayos destructivos 6.3.1. Propiedades mecánicas A partir de los ensayos mecánicos de flexión y compresión se obtuvieron las cargas de rotura (Tabla C.1 del Anexo C) y posteriormente se determinó la resistencia a flexión (𝑅𝑓) y la resistencia a compresión (𝑅𝑐). Las resistencias 62 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. mecánicas se pudieron obtener en todas las probetas elaboradas para ser ensayadas a los 28 días de curado (6 probetas por cada tipo de mortero); sin embargo, como se explicó en el capítulo anterior, después del calentamiento las probetas hidratadas se desintegraron por lo que no pudieron ser ensayadas, obteniéndose las propiedades mecánicas solamente en 3 probetas de cada tipo de mortero después de someterlas a 800°C. Una vez determinadas las medias y desviaciones típicas de las muestras ensayadas, a temperatura ambiente y después del calentamiento, se obtienen los resultados que se muestran en la Tabla 6.7. Tabla 6.7: Estadísticos de propiedades mecánicas por tipo de mortero Tipo de mortero Resistencia a flexión (N/mm²) Resistencia a compresión (N/mm²) n Media Des. típica n Media Des. típica Curado 28 días MCR 6 5.79 0.28459 12 33.33 2.19188 MC25 6 4.59 0.29978 12 27.39 2.21324 MBR 6 1.26 0.67531 12 8.84 1.70256 MB25 6 1.44 0.58366 12 9.78 0.99433 Calentamiento 800°C MCR 3 0.49 0.11618 6 5.26 0.95341 MC25 3 0.35 0.12239 6 2.68 0.21775 MBR 3 0.18 0.27569 6 1.15 0.15867 MB25 3 0.09 0.23828 6 0.69 0.13576 Fuente: Elaboración propia En las Figuras 6.8 y 6.9 se puede observar cómo, en el mortero de cemento ensayado tras 28 días de curado, tanto la resistencia a flexión como a compresión disminuyeron con la incorporación de vidrio triturado como sustitución de la arena (de 5.80 N/mm² a 4.60 N/mm² y de 33.33 N/mm² a 27.39 N/mm² respectivamente). De forma contraria ocurre con el mortero bastardo curado 28 días, donde tanto la resistencia a flexión como a compresión aumentan en el mortero con incorporación de vidrio con respecto al de referencia (de 1.26 N/mm² a 1.44 N/mm² y de 8.84 N/mm² a 9.78 N/mm² respectivamente). Este resultado nos indica que, ante la sustitución de la arena por vidrio triturado, el mortero bastardo se comporta mejor que el mortero de cemento, al mejorar las propiedades mecánicas del mismo. 69 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. 8. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN A partir de los resultados y hallazgos de este estudio y de las conclusiones planteadas, se considera fundamental el futuro desarrollo de las siguientes líneas de investigación:  Evaluar la influencia de la incorporación de otros porcentajes de sustitución del árido por vidrio triturado en las propiedades de los morteros bastardos.  Repetir el estudio realizado empleando los cementos utilizado en investigaciones precedentes (CEM I 42.5R y CEM IV/B (V) 32.5N), de manera que: o se pueda evaluar si el comportamiento de los morteros bastardos al incorporar el vidrio como sustitución de la arena conduce a resultados similares a los obtenidos en esta investigación. o sea posible la realización de todos los ensayos planificados, lo cual, producto a la utilización de un cemento con alto contenido de caliza, se vio afectada en esta investigación en el caso de algunas muestras, debido a su desintegración por la fuerte reacción álcalissílice al ser hidratadas. 70 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. 9. 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ANEXOS Anexo A: Tipos de morteros y cantidad de probetas preparadas para ensayar Tabla A.1: Identificación de los moldes y probetas por tipo de mortero y por proceso al que se sometieron antes de ser ensayadas IDENTIFICACIÓN DE PROBETAS Tipo de mortero Temperatura ambiente Temperatura a 800°C Mortero de Cemento de Referencia (MCR) Molde n°1 Probeta n°1 Molde n°3 Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Molde n°2 Probeta n°1 Molde n°4 (a hidratar) Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Mortero de Cemento con 25% de vidrio (MC25) Molde n°5 Probeta n°1 Molde n°6 Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Molde n°7 Probeta n°1 Molde n°8 (a hidratar) Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Mortero Bastardo de Referencia (MBR) Molde n°9 Probeta n°1 Molde n°11 Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Molde n°10 Probeta n°1 Molde n°12 (a hidratar) Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Mortero Bastardo con 25% de vidrio (MB25) Molde n°13 Probeta n°1 Molde n°15 Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 Molde n°14 Probeta n°1 Molde n°16 (a hidratar) Probeta n°1 Probeta n°2 Probeta n°2 Probeta n°3 Probeta n°3 78 Incorporación de vidrios reciclados en la fabricación de nuevos materiales de bajo impacto ambiental. Anexo B: Resultados de los ensayos físicos Tabla B.1: Pesos desecados, saturados y saturados sumergidos Curado 28 dias Tras calentamiento 800º C Identificación de las Probetas Peso desecado Peso saturado Peso saturado sumergido Peso desecado Peso saturado Peso saturado sumergido Mortero de Cemento de Referencia (MCR) Molde nº 2 Probeta nº 1 59.07 64.67 36.45 55.47 66.00 34.88 Probeta nº 2 61.37 67.42 37.86 58.05 68.16 36.61 Probeta nº 3 * 65.02 71.30 40.08 60.98 Molde nº 4 Probeta nº 1 56.94 62.41 35.12 53.43 64.25 33.76 Probeta nº 2 50.22 54.91 31.02 47.43 55.78 30.06 Probeta nº 3 57.07 62.19 35.06 53.61 64.74 33.76 Mortero de Cemento con 25% de vidrio (MC25) Molde nº 6 Probeta nº 1 53.84 59.56 32.60 50.54 60.61 31.43 Probeta nº 2 56.83 63.05 34,86 53.66 64.24 33.83 Probeta nº 3 56.54 62.65 34,65 52.77 64.43 32.59 Molde nº 8 Probeta nº 1 53.76 59.56 32,96 50.95 60.24 32.13 Probeta nº 2 57.42 63.64 35.02 54.61 64.18 34.38 Probeta nº 3 60.11 66.50 36.47 56.85 67.44 35.74 Mortero Bastardo de Referencia (MBR) Molde nº 10: Probeta nº 1 * 51.86 58.35 31.47 47.77 Probeta nº 2 * 50.95 57.37 30.88 43.14 Probeta nº 3 * 48.25 54.32 29.62 43.11 Molde nº 12: Probeta nº 1 * 47.57 53.51 29.22 43.83 Probeta nº 2 * 48.08 55.05 29.81 4306 Probeta nº 3 * 49.61 55.82 30.45 45.73 Mortero Bastardo con 25% de vidrio (MB25) Molde nº 14: Probeta nº 1 * 54.96 62.16 33.55 50.60 Probeta nº 2 * 56.43 63.72 34.13 52.40 Probeta nº 3 * 58.10 65.67 35.39 53.40 Molde nº 16: Probeta nº 1 * 45.08 50.87 27.60 41.90 52.02 25.89 Probeta nº 2 * 50.34 56.91 30.70 47.16 57.74 28.81 Probeta nº 3 * 48.70 54.91 29.28 45.13 * No se pudieron obtener los pesos saturados y saturados sumergidos para estas muestras después del calentamiento debido a la desintegración que produjo la reacción álcalis-sílice al ser hidratadas.