1. INTRODUCCIÓN

Entre otras muchas áreas del conocimiento, la preservación del medio ambiente es una parte de la ingeniería civil que se puede resolver desde el concreto reciclado, pues su uso: minimiza la descarga de residuos sólidos que contaminan el medio ambiente, re-usa materiales considerados como desecho que no tienen un costo importante propiamente dicho, innova en diseño de materiales para lograr el máximo desempeño mecánico bajo solicitaciones estáticas y dinámicas que permitan mejorar la situación de vida de quienes emplean las edificaciones construidas con estos materiales; preserva el medio ambiente por evitar contaminación con residuos sólidos, disminuye las emisiones COx al aire que todos respiramos y evita extracciones innecesarias de las canteras de materiales geológicos conservando la arquitectura del paisaje, y la flora y fauna endémicas.

Cada profesión desde su particular dominio del conocimiento tiene la obligación y responsabilidad moral de contribuir en lo posible en el mejoramiento y preservación del medio ambiente; por lo que el concreto reciclado es un tema de investigación primordial para evitar en lo posible el calentamiento global. Se investiga su diseño, elaboración, durabilidad, desempeño, economía, viabilidad.

El empleo de los materiales de construcción reciclados data de la posguerra en los años 40's del siglo XX, pues Europa tenía grandes cantidades de escombro producto de los bombardeos, que comenzaron a usarse como canteras para reconstruir, con buenos resultados. Los países más devastados fueron el Reino Unido y Alemania, las publicaciones de la época, mayormente británicas, alemanas y rusas dan cuenta del uso de escombros para construcción de nuevas obras civiles, sólo que mucho de los escombros eran material cerámico (ladrillos, cerámicas de mobiliario de servicios sanitarios), material pétreo natural, plásticos y gomas (^{Hoffmann et al, 2012}, ^{Kulakowski et al, 2012}) y concreto hidráulico; que posteriormente tuvieron adiciones como escorias, cenizas, humo de sílice (^{González-Fonteboa et al, 2009}). El concreto hidráulico llegó a América a fines del siglo XIX (^{Torres et al, 2014}), y los EEUU iniciaron también sus estudios en reciclado. El primer informe de concreto reciclado fue realizado en la entonces Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas, por ^{Gluzhge, P. en 1946}, poco tiempo después de la 2a Guerra Mundial.

Los primeros estudios realizados en EEUU, pero posteriores al estudio de Gluzhge, recomiendan en primera instancia emplear concreto hidráulico reciclado de origen de infraestructura vial o pavimento rígido, y sólo en segundo lugar el concreto reciclado proveniente de edificación como viviendas, pues mencionan que puede estar contaminado con productos de azufre, dado que para recubrimientos se usa yeso (sulfato de calcio anhidro o hemihidratado), y entonces podría provocarse ataque por sulfatos al nuevo concreto y este tipo de ataque daña al acero de refuerzo embebido en el concreto hidráulico. El concreto hidráulico reciclado se empleaba mayormente en mezclas de asfalto para pavimentos substituyendo a los agregados pétreos cuyo problema era la falta de afinidad eléctrica con los materiales asfálticos (^{Harek et al, 1971}; ^{Buck, A., 1972}). Durante un largo periodo de tiempo se tuvo la idea de que los materiales pétreos naturales ácidos (base sílice: ignimbritas, dacitas, andesitas, plagioclasas, ortoclasas, cuarzo, critobalita, tridimita, etc.) presentaban cargas eléctricas superficiales negativas, mientras que los materiales pétreos básicos o alcalinos (los ferromagnesianos: basaltos) tenían cargas eléctricas superficiales positivas. En trabajos de investigación recientes ha quedado de manifiesto que todos los agregados pétreos naturales (volcánicos y triturados: areniscas, granitos, mármoles, dacitas, andesitas, riolitas, calizas, dolomitas, cuarzo, basaltos) tienen cargas eléctricas negativas (^{Rodríguez Talavera et al, 2001}).

Lo anterior pensando en hacer mezclas asfálticas con emulsiones aniónicas o catiónicas, donde es de capital importancia saber si habrá afinidad. También se ha elaborado concreto reciclado con residuos de neumáticos como en los pavimentos asfálticos (^{Kardos et al, 2015}) La intensidad de la carga de la superficie del agregado, en combinación con la intensidad de la carga del agente emulsivo, puede influir marcadamente en la velocidad de rotura, en particular en el caso de emulsiones catiónicas. Iones de calcio y de magnesio presentes en la superficie del agregado pueden reaccionar con -y desestabilizar a - ciertos emulsivos aniónicos, acelerando la rotura de la emulsión (^{Carrasco, 2004}). Este problema de la afinidad eléctrica superficial no ocurre en los casos de concretos hidráulicos reciclados con matrices cerámicas.

2. ANTECEDENTES

Lograr que materiales considerados como desechos sólidos (basura, residuos), como el caso del concreto demolido o colapsado, se re-usen para elaborar nuevas mezclas de concreto, resuelve entre otros objetivos: A) re-uso de residuos sólidos, abatiendo la cantidad de residuos o desechos que dañan al medioambiente y por ende a los humanos, por ejemplo problemas de lixiviados; B) diseño, innovación y elaboración de nuevos materiales de construcción ecoamigables; C) conservación de los minerales naturales de las canteras, que redunda en no ataque, no explotación y preservación al hábitat natural de flora y fauna nativa, conservación de la arquitectura del paisaje, geoparques. Los recursos minerales son no renovables; D) disminución de la contaminación atmosférica, al darle un nuevo uso a un material que para su producción emitió CO y CO2. La producción de agregados pétreos volcánicos, como los regionales en Michoacán, México, al tratarse de rocas ígneas extrusivas implica que son producto de eventos volcánicos y las eyecciones magmáticas son fuente de emisiones de azufre oxidado, SOx. La actividad volcánica constituye una fuente importante de emisiones de SOx a la atmósfera, siendo la principal fuente de azufre a la estratósfera ^{Amigo Ramos, 2000}; ^{López et al, 2015}; ^{Ruggieri, 2012}). Los Compuestos CO y CO2 son materiales que por fotosíntesis pueden convertirse en O2, sin embargo no hay un proceso que absorba compuestos de azufre produciendo oxígeno.

La fabricación de CP produce aproximadamente el mismo peso en compuestos de carbono vertidos a la atmósfera, como CO y CO2, entonces el reciclado de concreto también reduce la huella de carbono en la atmósfera. América Latina, no se distingue por su gran contribución a la contaminación global.

En México el 2002, la principal fuente de gases de efecto invernadero en México fue el sector energía, responsable de cerca de 70% de las emisiones. Otros procesos industriales, como la producción del cemento, vidrio, acero, papel, alimentos y bebidas, entre otros, contribuyeron con alrededor de 9% de las emisiones totales de GEI del país (^{Cambio Climático, 2009}). El 40% del dióxido de carbono producido por una familia regular proviene de los vehículos automotores que circulan con combustibles fósiles y de la construcción de viviendas (https://www.veoverde.com/2014/01/llegaron-las-viviendas-sustentables-a-mexico/).

El concreto es uno de los materiales más ampliamente producido y utilizado en el mundo, en la construcción de obras civiles y también militares, pero también es un generador de grandes volúmenes de residuos sólidos asociados a los procesos de demolición y desperdicio (^{Valdés et al 2011}). Para aminorar el cambio climático y la contaminación ambiental, se trabajó en la firma del Protocolo de Kyoto, que fué negociado en 1997 y puesto en vigor en 2005. El protocolo pretendía que 37 países desarrollados redujeran sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 5 por ciento para el año 2012, con respecto a sus niveles de emisiones de 1990. México al no ser un país considerado como desarrollado, no lo signó.

El protocolo ha propiciado que los países desarrollados al menos inicien políticas cuyo enfoque es la disminución de estos volúmenes de contaminantes vertidos a la atmósfera, que es además patrimonio de todos (^{Alonso et al 2007}) mediante su reutilización, disminución o buscándoles otra alternativa de reciclo (^{Debieb y Kenai, 2008}; ^{Rolón et al, 2007}; ^{G. Valdés et al, 2009}).

Estudios realizados en la Unión Europea (^{Etxeberria et al 2007}; ^{Vázquez, E. et al, 2004}; http://ficem.org/publicaciones-CSI/DOCUMENTO-CSI-RECICLAJE-DEL-CONCRETO/RECICLAJE-D-CONCRETO_1.pdf; ^{Jianzhuang et al, 2012}; http://www.concretosreciclados.com.mx/; http://www.veoverde.com/2013/11/concretos-reciclados-otra-apuesta-mexicana-por-el-ambiente/ han podido establecer que la producción de residuos de la construcción asciende a aproximadamente 900 millones de toneladas/año, como aparece en el resumen de la Tabla 1. Investigaciones en España, Alemania, Francia e Inglaterra, países que carecen de abundancia en canteras de agregados pétreos minerales naturales, han podido determinar la viabilidad de reutilizar concreto hidráulico procedente de la construcción como material granular, máxime si existe la carencia de los mismos. Buscar que requieran de poco combustible fósil para su fabricación, transporte y reciclado, lo que disminuya la energía necesaria para su re-uso.

Se observa que respecto a la cantidad de reciclo per cápita, se distingue Australia con la mayor cantidad, 25.78 Ton/habitante. Respecto a la cantidad de concreto reciclado en función al territorio del País en cuestión, de forma teórica, a mayor territorio correspondería mayor construcción de obra civil y por tanto mayores residuos, sin embargo se distingue Taiwán, con 1862.15 Toneladas por km2 de territorio, siendo el mayor índice del resumen. Tampoco puede perderse de vista que muchos países aún no tienen un registro fidedigno.

Se ha hablado de los sismos que han asolado a países como Turquía, Afganistán, Nepal, pero no hay registros en la literatura indizada de las cantidades que se usan de concreto para reciclo, sin olvidar tampoco que en estos países se continúa con la fuerte tradición de muros de cerámica y/o adobe, con mayores módulos de elasticidad para absorción de energía dinámicas.

La Producción Mundial de concreto hidráulico se estima en 25 mil millones de toneladas anuales. A causa de la contaminación ambiental y el cambio climático, cobra importancia iniciar la creación de conciencia colectiva en los países menos desarrollados a fin de reducir la extracción de materiales pétreos de los entornos naturales, disminuyendo así un agotamiento acelerado de las reservas de áridos provenientes tanto de los cauces de los ríos como de las canteras (^{Rakshvir and Barai, 2006}; ^{Montoya et al 2005}). La demanda de recursos naturales y la escasez de materias primas es importante; por ello, la necesidad de preservar y proteger el medio ambiente de un desequilibrio ecológico, hace que la técnica del concreto reciclado (^{Oikonomou, 2005}), sea una actividad de gran importancia en la construcción (^{Aguilar et al 2005}).

Investigaciones previas han demostrado que las propiedades físicas y mecánicas del concreto hidráulico reciclado, constituido por adiciones de árido reciclado en su matriz, pueden garantizar su resistencia y desempeño mecánico (^{Topcu, 1997}; ^{Topcu & Sengel, 2004}; ^{Topcu & Guncan, 1995}). Estudios derivados de aplicaciones concretas en obras civiles, muestran que muchas veces el residuo del concreto no es suficiente ni eficientemente empleado. Este residuo de concreto también puede emplearse para producir elementos prefabricados de concreto, como bloques, materiales aislantes, materiales aligerados, páneles.

Para un reciclado exitoso, deben considerarse diversas variables en el diseño de las nuevas mezclas de concreto: porcentaje de material reciclado, porcentaje de gruesos reciclados, de material fino, relación agua/cemento, densidad del material reciclado, empleo de fluidificantes, revenimiento (trabajabilidad), resistencia mecánica, homogeneidad (^{Chang et al, 2011}). El estudio de la microestructura del concreto reciclado presenta nuevos retos pues la zona interfacial (ITZ) tiene 2 zonas difíciles de identificar en función de la edad/hidratación (^{Kong et al, 2010}; ^{Li et al, 2012}): concreto fraguado antiguo y moderno, con diferentes composiciones, porosidades, densidades, antigüedades, resistividades, hidrataciones y durezas.

El método de disminución del tamaño del concreto hidráulico endurecido para obtener gravas, puede producir pérdidas por pulverización, tamaños casi como áridos ≤ 1/4 pulgada (6.4 mm), zonas porosas con sus correspondientes formas, tamaños y distribución de los poros en las matrices, que incrementan el área superficial aumentando la demanda de CP en la nueva mezcla (^{Kou et al, 2011}, Gómez-Soberon, 2012); morfología indeseable de las partículas trituradas donde las dimensiones respecto a los ejes X, Y y Z sean muy diferentes entre sí, produciendo formas alargadas o semiaciculares (^{Eguchi et al, 2007}). Para evitar que los áridos en el concreto reciclado presenten problemas como los descritos, el producto de la trituración fino y grueso debe caracterizarse para realizar diseños de concreto óptimos; algunos países ya tienen un código para pétreos reciclados (^{Martín-Morales et al, 2011}). Otro parámetro a considerar es el porcentaje de pétreos naturales que puede sustituirse por material reciclado (^{Etxeberria et al, 2007}), el consumo de cemento por m³ de concreto hidráulico y la resistencia mecánica son funciones de estos porcentajes (^{Marie and Quiasrawi, 2012}), algunas mezclas sólo substituyen los agregados gruesos por material reciclado, otras sólo sustituyen los agregados finos por material reciclado (^{Evangelista y Brito, 2007}; ^{Raoa et al, 2007}), la calidad y propiedades de los agregados dependen de la roca madre o concreto de dónde provienen, mientras mayor sea la resistencia del concreto primario, mayor será también la resistencia de los agregados reciclados provenientes del concreto original (Kou et al, 2012) pero también existe la posibilidad de que los concretos primarios tengan orígenes distintos; otros diseños de mezclas emplean ambos tipos de agregado reciclado, algunos autores trabajan con porcentajes específicos de cada agregado (^{Mas et al 2012}). Las variaciones se diseñan y elaboran en función de las propiedades mecánicas de diseño que se buscan en el concreto reciclado (^{Padmini et al 2009}; ^{Tabsh y Abdelfatah, 2009}).

El consumo de CP depende del método de diseño, el factor de seguridad, el tipo de material, el coeficiente sísmico, la calidad del suelo, el uso de la construcción. No existen métodos de diseño universalmente reconocidos para diseñar morteros o concretos con áridos provenientes de concreto reciclado, pero se han elaborado morteros con material de reciclo de manera exitosa (^{Abbas et al, 2009}).

El diseño de mezclas de concreto inició a fines del siglo XIX y principio del siglo XX con el Dr. Duffus ^{Abrams (Abrams, 1918}). Hasta fines del siglo XX el concreto hidráulico se diseñaba primordialmente basado en la resistencia mecánica a compresión, que es la propiedad índice del concreto, sin embargo desde el inicio del siglo XXI cambió la orientación y ahora debido al desempeño del concreto, a la vida útil, a la necesidad de disminución en el mantenimiento, el diseño de mezclas de concreto contempla también los criterios de durabilidad (^{Kwan et al 2012}; ^{López Celis et al, 2006} ) identificando la resistividad y la velocidad de pulso ultrasónico como parámetros a cuantificar.

Las mezclas de concreto con material reciclado se evalúan desde los puntos de vista de desempeño mecánico, desempeño físico, durabilidad (^{Casuccio et al, 2008}), formas de falla (^{Liu et al 2011}), fluidez, trabajabilidad y revenimiento (^{Guneyisi, 2010}), edad e hidratación del cemento (^{Katz, 2003}), grado de compactación del concreto, que puede lograrse con métodos vibratorios o con cementos especiales autocompactantes (^{Kou et al 2009}).

El desempeño mecánico usualmente se evalúa con pruebas destructivas de esfuerzo de ruptura a compresión simple (^{Xiaoa et al, 2005}) si existen especímenes cúbicos o cilíndricos, pero si sólo existen esquirlas de dimensiones aproximadas máximas de 10.0 cm se puede emplear el método del Point Load para esas muestras sin labrar, tensión simple y tensión indirecta, flexión o módulo de ruptura. El módulo de ruptura es el valor índice para el caso de diseño de pavimentos rígidos (^{Lye et al, 2016}). La evaluación del concreto reciclado también se realiza con el empleo de métodos de prueba no destructivas que no requieren de preparación del material, pueden repetirse y no provocan daño del mismo; las pruebas de resistividad eléctrica y velocidad de pulso ultrasónico son las más empleadas (Park et al, 2005). Para mejorar el desempeño de las mezclas de concreto hidráulico se recurre a diseños de mezclas con factores de seguridad, disminución de las relaciones A/C; curado prolongado por inmersión o por aspersión (^{Fonseca et al, 2011}). Otra manera de incidir en la modificación de las propiedades de los concretos reciclados es el empleo de aditivos y adiciones o substituciones de cemento por materiales con actividad puzolánica. Se pueden elaborar concretos activados alcalinamente con agregados producto del reciclo del concreto hidráulico (^{Kathirvel et al, 2016})

3. ACTUALIDAD

El problema más acucioso actualmente es el relativo a las emisiones de efecto invernadero y la posibilidad y acciones realizadas para disminuirlas.

Por muchos caminos se está trabajando en propuestas que concurran en la reducción de emisiones y de residuos a la atmósfera.

El desempeño de la fabricación de concreto empleando pétreos (rocas) producto del reciclado del concreto ha sido en lo general suficiente para producir un nuevo material cuyo desempeño mecánico y durabilidad cumpla con los estándares internacionales. Quizá su desventaja principal pudiera considerarse la porosidad de los agregados gruesos y finos producidos por la trituración, lo que ha podido resolverse tomando en consideración para el diseño de nuevas mezclas: 1°- La disminución de la relación agua/cemento que favorecerá la durabilidad y la obtención de la resistencia mecánica suficiente, pero su resolución se hace empleando fluidificantes o superfluidificantes o reductores de agua (aditivos indicados en ASTM C-494) que permitan obtener mezclas trabajables y fluidas. 2°- El empleo de residuos agroindustriales que presenten acusada actividad puzolánica, ricos en silicoaluminatos, que "llenen" los huecos de la pasta endurecida (recristalicen en los poros densificando la matriz), los oxalatos de calcio como la weddellite y la wewellita han demostrado que realizan la misma función como adiciones al concreto (^{Torres et al, 2010}; ^{Torres et al, 2010 bis}; ^{Del Valle et al, 2015}). El concreto sigue hidratándose y endureciendo a lo largo de la línea del tiempo, incluso contenedores de concreto reciclado provenientes de concreto demolido en 2011 y construido en los 60's que permanecieron a la intemperie durante el periodo de lluvias, formaron nuevas ligas entre ellos, solidificándose y haciéndose difícil romperlos con las manos. El uso de residuos con actividad puzolánica resuelve también de forma indirecta la acumulación de otros residuos sólidos que contaminan y ocupan espacios, el empleo de adiciones ricas en silicoaluminatos que incrementan el desempeño mecánico de las nuevas mezclas, mezclas que incrementan la protección del acero de refuerzo embebido en ellas al densificarse, disminuyendo el ataque por carbonatación en concretos y por consiguiente la corrosión en los aceros, otras maneras de evitar la corrosión en el acero de refuerzo de los concretos es el uso de acero inoxidable, que económicamente parece poco costeable pero que reduce con creces los gastos de mantenimiento aumentando la durabilidad (^{Pérez Quiroz et at 2014}). Los resultados de las propiedades físicas y mecánicas obtenidos de las adiciones, substituciones y aditivos empleados en nuevas mezclas de concreto hidráulico y mortero bases cemento y cal, en estados fresco y endurecido, muestran la veracidad de estas afirmaciones (^{Martínez et al, 2015}; ^{Bernabé, 2015} y ²⁰¹²; ^{Jacobo, 2014}; ^{Guzmán, 2014}; ^{Villicaña, 2014}; ^{Arreola, 2013}; ^{Zalapa, 2013}; ^{Contreras, 2013}; ^{Figueroa, 2013}; ^{Campos, 2013}; ^{Flores, 2013}; ^{Arguello, 2012}; ^{Gómez Zamorano et al, 2004}; ^{Moreno et al, 2004}); y 3°- La adición de productos químicos puzolánicos de grado pureza industrial que puedan activarse a temperaturas amigables, los materiales geopoliméricos (^{Rubio et al, Patente 2014}; ^{Rojas, 2013}; ^{Medina, 2011}) o materiales alcalinamente activados.

Actualmente se experimenta con múltiples residuos sólidos como agregados, que pueden tener orígenes orgánicos como fibras, cáscaras y semillas; adiciones que son residuos de otros procesos industriales como la ceniza de bagazo de caña, ceniza de carbón mineral, cenizas de elaboración de materiales cerámicos artesanales hechos de arcillas, escorias de producción metalúrgica y siderúrgica.

4. DISCUSIÓN

En la Tabla 1 se observa que Australia es el país que recicla el mayor número de toneladas por cápita, mientras que Taiwán es el país que en función de su territorio recicla más toneladas de concreto, en la misma tabla que contiene los datos de 28 países, México ocupa el lugar 11, lo que indica que estamos lejos de usar todo nuestro concreto demolido, pero el esfuerzo es importante y sostenido, y compartido por la comunidad.

El uso del concreto reciclado es más común en Europa, quizá por la falta de agregados minerales naturales. En América Latina, específicamente en México, caso que conocemos un poco más, se está buscando el empleo sostenido de materiales considerados como desechos sólidos que permitan respuestas a la conservación del medio ambiente, a la búsqueda e innovación de adiciones, métodos, técnicas y procesos que mejoren las propiedades mecánicas del concreto reciclado.

Otro punto a mencionar es el sostenido y continúo trabajo realizado en las nuevas tendencias de diseño de concreto hidráulico por índices de durabilidad, para alargar la vida útil de las estructuras de concreto, conduciendo a disminuir en lo posible la demolición de concreto hidráulico.

El re-uso de residuos sólidos ha conducido también a encontrar propiedades de los mismos que les han permitido adicionarse a las mezclas de concreto/mortero, modificando algunas de sus propiedades en favor de la durabilidad.

5. REFLEXIONES

Usar material reciclado evita que haya acumulaciones de concreto colapsado o demolido que necesite ser removido o transportado a vertederos de residuos sólidos, con el consiguiente gasto de combustible para el traslado. Las acumulaciones de estos residuos sólidos también han provocado cambios en la arquitectura del paisaje al modificar la morfología de la superficie o topografía de las zonas de recepción de material demolido.

El uso de agregados producto del reciclado permite disminuir la cantidad de emisiones contaminantes al medio ambiente.

El material reciclado permite que no se sobreexploten innecesariamente las canteras, conservando en lo posible la arquitectura del paisaje y fomentando el turismo geológico especializado que conlleva la preservación de la biota endémica, disminuyendo el impacto ambiental de las extracciones y los modos de falla por deslizamiento de los bancos de material cercanos a los centros poblacionales, así como las recargas a los mantos acuíferos.

6. CONCLUSIONES

Reciclar concreto resuelve la falta de agregados pétreos y la protección de sus canteras, también resuelve si los agregados no cumplen con la normativa vigente, como el caso de las espumas volcánicas o pumicitas. El uso de agregados provenientes de concreto reciclado permite también que éstos se coloquen saturados en la mezclas y así se inicie el curado interno de las mezclas nuevas de concreto reciclado.

El agregado pétreo obtenido como resultado de la demolición del concreto podría no tener las condiciones ideales, pero también existe la realidad de que muchos agregados pétreos naturales minerales existentes localmente no cumplen con todas y cada una de las recomendaciones existentes en los Reglamentos de Construcción vigentes, y los constructores, ingenieros y arquitectos, buscan la manera de sacarles el mayor provecho posible logrando desempeños mecánicos importantes.

El agregado de origen reciclado tiene aún mucho por estudiar pero sí es posible obtener desempeños de 350 MPa en concretos reciclados si se dosifica el pétreo, se reducen las relaciones A/C, se adicionan aditivos que modifiquen la reología de las mezclas frescas para su colocación y que simultáneamente permitan alcanzar la resistencia.

Simultáneamente al diseño y elaboración del concreto reciclado deben explorarse posibilidades de adiciones de otros materiales que modifiquen las propiedades de los concretos así elaborados consiguiendo condiciones exitosas y económicas.

En aras de evitar las emisiones de carbono, frenar la construcción, equivaldría no incrementar la infraestructura y comodidad de los habitantes de un país, pero no hacer nada nos vuelve cómplices de alguna manera, y es por esto que se buscan alternativas para la producción de materiales de construcción que sean el resultado del empleo de materiales que se han convertido en desechos, residuos y basuras industriales, y nos compromete a seguir buscando alternativas de modificación de las propiedades de los nuevos materiales.