Materiales Utilizados Como Aridos

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Materiales Utilizados como Materiales Utilizados como Áridos Áridos José José-Luis Parra y Alfaro Luis Parra y Alfaro

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Materiales Utilizados como Materiales Utilizados como ÁridosÁridos

JoséJosé--Luis Parra y AlfaroLuis Parra y Alfaro

Page 2: Materiales Utilizados Como Aridos

RECURSOS GEOLÓGICOS

RMI

INFLUENCIA EN EL DESARROLLO SOSTENIBLE

USOS DE RMI

ÁRIDOSÁRIDOS

TIPOS

APLICACIONES

PROPIEDADES

Influencia de la Litología

CARACTERIZACIÓNEvaluación deYacimientosCUESTIONES

MEDIOAMBIENTALES

REACTIVIDAD(Problema)

ÁRIDOS RECICLADOS(Solución)

Gran impacto medioambientalen la explotación

Page 3: Materiales Utilizados Como Aridos

División convencional de los División convencional de los recursos geológicosrecursos geológicos

Page 4: Materiales Utilizados Como Aridos

Definición de RMIDefinición de RMI

t Materias primas que se emplean en la industria en forma de mineral

(talco, diamante) o de roca (granito, ocre)

t Las materias primas para obtención de elementos no metálicos

(pirita, apatito, fluorita)

t “Menas” de aspecto no metálico (berilo, magnesita, circón)

t Materiales de construcción (arcilla, arena, yeso, granito, caliza)

((KuzvartKuzvart, 1984), 1984)

Page 5: Materiales Utilizados Como Aridos

Peculiaridades de las RMIPeculiaridades de las RMI

t Múltiples usos (necesidad de optimización)

t Falta de exploraciones sistemáticas

t Diversidad de valores unitarios (de arcillas a diamantes)

t En general, valores bajos a pie de cantera, por lo que el transporte

ha de ser corto (mercados locales)

t Baja incidencia del coste energético

Page 6: Materiales Utilizados Como Aridos

Peculiaridades de las RMIPeculiaridades de las RMI

t Explotaciones poco racionales (en España, 3500 explotaciones con

una media de 7 trabajadores por explotación)

t Importancia de los aspectos legales, normativos y medioambientales

t Oscilaciones cíclicas de largo período en los precios de mercado,

generalmente ligadas a cambios tecnológicos

t Menores necesidades de inversión inicial

Page 7: Materiales Utilizados Como Aridos

Usos generales de las RMIUsos generales de las RMI

t Áridos

t Piedra natural

t Cementos

t Otros aglomerantes

t Cerámica

t Vidrio

t Refractarios

t Abrasivos

t Lubricantes

t Aislantes

t Fertilizantes

t Correctores de suelos

t Cargas

t Fundentes

t Materias primas para nuevas

tecnologías

Page 8: Materiales Utilizados Como Aridos

Rocas y minerales industrialesRocas y minerales industriales

t Materias primas minerales que se usan en la industria por sus

características físicas o químicas, no por su riqueza metalúrgica

t Son las materias primas minerales del siglo XXI

t En los países desarrollados, son las primeras materias primas

minerales en volumen y las segundas en valor económico

t Son muy interesantes para países en desarrollo

Page 9: Materiales Utilizados Como Aridos

Desarrollo SostenibleDesarrollo Sostenible

t Se entiende por Desarrollo Sostenible aquel que permite abastecer

las necesidades del PRESENTE sin comprometer a las generaciones

FUTURAS

Existe una gran diferencia en lo que se entiende por desarrollo

sostenible en países desarrollados y en vías de desarrollo.

Page 10: Materiales Utilizados Como Aridos

Crecimiento de la población y Crecimiento de la población y desarrollo económico desarrollo económico (ONU, 1992)(ONU, 1992)

0

2

4

6

8

10

12

1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050

Población países en desarrollo, miles de millones

Población países desarrollados, miles de millones

Page 11: Materiales Utilizados Como Aridos

Crecimiento de la población y Crecimiento de la población y demanda de recursos demanda de recursos minerales minerales (FAO, 1996)(FAO, 1996)

25

5,617

37

15,5

66

53

26,5

153

1950 1970 1990Año

Población, cientos de millones

Tractores, millones

Fertilizantes, millones de toneladas métricas

Page 12: Materiales Utilizados Como Aridos

Importancia de las rocas y Importancia de las rocas y minerales industriales en el minerales industriales en el desarrollodesarrollo

t Volúmenes muy grandes, bajo precio unitario, alto valor añadido

t Transportes cortos, consumo local

t Baja incidencia en el PIB, alto valor estratégico

t Menores exigencias de capital y tecnificación

t Menor impacto ambiental que la minería metálica o energética

t En ocasiones, necesidad de explotaciones a nivel regional

Page 13: Materiales Utilizados Como Aridos

Producción minera de Producción minera de españa españa ((en tonelaje)en tonelaje)

Page 14: Materiales Utilizados Como Aridos

Producción minera de España Producción minera de España ((en valoren valor ))

Page 15: Materiales Utilizados Como Aridos

Concepto de áridoConcepto de árido

t Materiales minerales, sólidos inertes, que, con las granulometrías

adecuadas, se usan para fabricación de productos artificiales

resistentes, mediante adición con aglomerantes hidráulicos o

ligantes bituminosos

t Por extensión, materiales granulares sueltos de aplicación en

carreteras, taludes, vías férreas o escolleras

t Tamaño de grano: desde 60 micras a varios metros

Page 16: Materiales Utilizados Como Aridos

Tipos de áridosTipos de áridos

1.- Áridos naturales y artificiales

2.- Áridos naturales (en España) y de trituración o machaqueo

ÁRIDOS NATURALES (en general)

Los que se usan tras haber sufrido únicamente una conminución mecánica para adaptarse a las exigencias de su utilización en obra

ÁRIDOS NATURALES (en España)

Los que se usan tras haber sufrido exclusivamente una clasificación por granulometrías (es decir, los procedentes de graveras y areneras)

Page 17: Materiales Utilizados Como Aridos

Áridos artificialesÁridos artificiales

t Subproductos de procesos industriales o urbanos que reúnen

las condiciones para su utilización como áridos:

• Estériles de explotaciones mineras

• Cenizas volantes de centrales térmicas

• Residuos de incineración de residuos urbanos

• Materiales de demolición

• Escorias de procesos siderúrgicos o metalúrgicos

Page 18: Materiales Utilizados Como Aridos

Impacto de los áridos en el Impacto de los áridos en el desarrollo sostenibledesarrollo sostenible

t Necesidad de su extracción

t Grandes volúmenes extraídos (> 10 t/h)

t Escasez de suelo

t Problemas de restauración

t Afectación al nivel freático

Page 19: Materiales Utilizados Como Aridos

SolucionesSoluciones

t Explotaciones planificadas hasta la restauración • Equipos multidisciplinares• Banqueo descendente

t Coordinación con el ordenamiento territorialt Creatividad técnica y empresarialt Un ejemplo: La gravera y planta de “EL PORCAL”

(ARIPRESA – Grupo PORTLAND VALDERRIVAS)

Page 20: Materiales Utilizados Como Aridos

El ejemplo de la CAMEl ejemplo de la CAM

t Aumento de los áridos de machaqueo (>70%)

t Disminución de los áridos granulares

t Tendencia al crecimiento de los áridos artificiales (o secundarios)

t Dificultad en la apertura de nuevas explotaciones y limitaciones a las

existentes

Page 21: Materiales Utilizados Como Aridos

Propiedades de los áridosPropiedades de los áridos

t Las propiedades de los productos finales elaborados con áridos

dependen de las proporciones de la mezcla, del aglomerante

utilizado y de la naturaleza y propiedades del árido

t Los ensayos de áridos tienen por finalidad:

• Atender a su correcta dosificación

• Anticipar su comportamiento en servicio

Page 22: Materiales Utilizados Como Aridos

Propiedades más Propiedades más importantes de los áridosimportantes de los áridos

t Naturaleza petrológica (mineralogía y textura)

t Resistencia a la compresión, choque y rozamiento (calidad

mecánica)

t Textura superficial de las partículas

t Compacidad (absorción de agua y de ligante)

t Actividad superficial de las partículas (reactividad potencial)

Page 23: Materiales Utilizados Como Aridos

Clasificación de los áridos por Clasificación de los áridos por su utilización industrialsu utilización industrial

t Áridos para hormigones y morteros

t Áridos para aglomerados asfálticos

t Áridos para carreteras

t Balasto y Escollera

t Áridos para aplicaciones industriales

t Áridos ligeros

Page 24: Materiales Utilizados Como Aridos

Áridos para hormigonesÁridos para hormigones

t Los áridos constituyen aproximadamente el 80% del volumen del

hormigón

t Tienen una gran influencia en sus propiedades

t Se consideran materiales resistentes e inertes, pero no siempre lo

son (influencia en la durabilidad del hormigón)

t Su conocimiento es esencial para determinar las características del

hormigón

t Consideración reciente de su importancia

Page 25: Materiales Utilizados Como Aridos

influencia de la litología en los influencia de la litología en los áridos para hormigonesáridos para hormigones

t Problemas de resistencia al desgaste (granitos en Galicia)

t Limpieza de los finos (Presencia de arcillas en las arenas)

t Reactividad con los otros componentes (agua, cemento) debido a la

presencia de ciertas sustancias minerales (Sulfuros oxidables,

Sílices microcristalinas)

Page 26: Materiales Utilizados Como Aridos

áridos para carreterasáridos para carreteras

t El porcentaje de los áridos en las diversas capas que constituyen los

firmes de las carreteras supera el 90%

t Existen fuertes limitaciones económicas, por lo que las distancias de

aporte son muy restringidas

t Suele haber problemas de homogeneidad, por los elevados

volúmenes que se mueven

Page 27: Materiales Utilizados Como Aridos

Influencia de la Litología en los Influencia de la Litología en los áridos para carreterasáridos para carreteras

t Las calizas no se suelen usar como árido grueso en capas de

rodadura, por ser excesivamente pulimentables. Tienen buena

adhesividad con mezclas bituminosas y buena afinidad con

cementos

t Los áridos silíceos proceden de machaqueo de gravas naturales.

Tienen buena resistencia mecánica, pero pueden presentar

problemas de adhesividad a los ligantes. Es necesario garantizar un

número mínimo de caras de fractura

t Los áridos ígneos y metamórficos son especialmente adecuados

para capas de rodadura. Tienen buena resistencia al pulimento

Page 28: Materiales Utilizados Como Aridos

Áridos para BalastoÁridos para Balasto

t Deben presentar una muy buena resistencia al desgaste por

abrasión (ensayo Micro Deval)

t Los elementos del agregado han de ser resistentes y angulosos

t Igualmente, deben tener buena resistencia al impacto (ensayo Los

Ángeles)

t Es importante la exclusión de finos la homogeneidad y estabilidad

dimensional

Page 29: Materiales Utilizados Como Aridos

influencia de la litología en los influencia de la litología en los áridos para balasto de áridos para balasto de ferrocarril (requisitos)ferrocarril (requisitos)

t Se precisan materiales compactos, duros y densos

t Las rocas ígneas y metamórficas no alteradas son idóneas

(Basaltos, Ofitas)

t No es conveniente el uso de rocas carbonatadas

Page 30: Materiales Utilizados Como Aridos

áridos ligerosáridos ligeros

t Clasificación RILEM:

• Materiales naturales no tratados (lapilli, diatomitas)

• Materiales naturales preparados (arcillas y pizarras expandidas)

• Residuos industriales no tratados (escorias de horno alto)

• Residuos industriales preparados (cenizas volantes expandidas)

• Materiales orgánicos (cáscaras de cereales, fibras de madera)

Densidad Densidad ≤≤ 22

Page 31: Materiales Utilizados Como Aridos

áridos para filtradoáridos para filtrado

t Suponen un volumen total pequeño, pero tienen una importancia

grande en la industria

t Sus tres aplicaciones principales son:

• Filtrado de aguas para el consumo

• Tratamiento de aguas residuales

• Filtros de drenaje en obras de ingeniería civil

t Cada aplicación tiene sus especificaciones concretas

t Normalmente, son arenas, gravas, rocas trituradas y agregados

artificiales (escorias de alto horno)

Page 32: Materiales Utilizados Como Aridos

Parámetros a considerar en la Parámetros a considerar en la valoración previa de un valoración previa de un yacimiento de áridosyacimiento de áridos

t A.- Parámetros geométricos (forma y volumen del material,

variaciones de espesor, límites naturales, recubrimiento)

t B.- Parámetros hidrogeológicos (nivel freático, afecciones a la

calidad)

t C.- Parámetros del material extraíble (Caracterización)

Page 33: Materiales Utilizados Como Aridos

características intrínsecas y características intrínsecas y extrínsecas de un yacimiento extrínsecas de un yacimiento de áridosde áridos

t Características intrínsecas:

• Naturaleza del afloramiento, posición topográfica, cobertera, nivel

freático,composición, estabilidad química y mineralógica, friabilidad,

materia orgánica, características mecánicas

t Características extrínsecas:

• Distancia al centro de consumo, instalación de clasificación y trituración,

impacto ambiental, red de carreteras, presencia de viviendas humanas

Page 34: Materiales Utilizados Como Aridos

caracterización de áridoscaracterización de áridos

CARACTERÍSTICAS GENERALES

PROPIEDADES GEOMÉTRICAS

PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

PROPIEDADES QUÍMICAS

ALTERABILIDAD

Page 35: Materiales Utilizados Como Aridos

ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades generalesgenerales

t Análisis mineralógico (DRX) y Petrológico (Descripción

petrográfica)

t Métodos de muestreo y reducción de muestras

Page 36: Materiales Utilizados Como Aridos

ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades geométricasgeométricas

t Análisis granulométrico

t Coeficiente de forma

t Contenido en finos

• Equivalente de arena

• Azul de metileno

t Caras de fractura

Page 37: Materiales Utilizados Como Aridos

ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades físicas y mecánicasfísicas y mecánicas

t Friabilidad (ensayo Micro Deval)

t Desgaste “Los Ángeles”

t Determinación de densidad y

coeficiente de absorción

t Pulimento acelerado

Page 38: Materiales Utilizados Como Aridos

ensayos de alterabilidadensayos de alterabilidad

t Hielo-deshielo

t Resistencia al sulfato magnésico

Page 39: Materiales Utilizados Como Aridos

ensayos sobre propiedades ensayos sobre propiedades químicasquímicas

t Cloruros

t Materia orgánica

t Compuestos de azufre

t Reactividad árido-álcali

(3 Métodos)

Page 40: Materiales Utilizados Como Aridos

Problemas de reactividadProblemas de reactividad

t Algunos sulfuros (pirita, marcasita,

pirrotina) se oxidan a sulfatos en

contacto con el aire atmosférico

t En contacto con la portlandita puede

transformarse a sulfato cálcico

t Los sulfatos reacccionan con el

aluminato tricálcico del cemento

portland, dando lugar a la formación

de etringita expansiva

(3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O)

Oxidación de áridos sulfurososOxidación de áridos sulfurosos

Page 41: Materiales Utilizados Como Aridos

reacción áridoreacción árido--álcali (RAA)álcali (RAA)

t Ciertos tipos de áridos + álcalis de la solución de poro de la pasta de cemento

à gel de sílice (R) o productos de la reacción del carbonato.

t En presencia de humedad el gel se expande, manifestándose con

agrietamiento y movimientos diferenciales

t 1. álcalis + sílice reactivaà gel

t 2. Gel + humedadà expansión

t Por ejemplo, la expansión del hormigón de plantas hidroeléctricas y presas,

debido a RAA, puede originar:

• Deformaciones excesivas y agrietamiento de presas

• Descuadre de puertas de aliviaderos

• Distorsión de las partes mecánicas

Problemas de reactividadProblemas de reactividad

Page 42: Materiales Utilizados Como Aridos

Reacción álcali Reacción álcali -- sílice (RAS)sílice (RAS)

t Reacción de los álcalis con áridos con formas de sílice pobremente cristalinas: ópalo, calcedonia,tridimita, cristobalita y vidrio volcánico.

t Los áridos son peligrosos cuando éstos minerales se presentan en cantidades entre 1 y 5 %.(Efecto pésimo)

t La expansión del hormigón es relativamente rápida; el agrietamiento de las estructuras se observa dentro de los 10 años posteriores a su construcción.

Page 43: Materiales Utilizados Como Aridos

Reacción álcali Reacción álcali -- sílice sílice -- silicato silicato ((rassrass),),o de expansión lentao de expansión lenta

t Reacción de los álcalis con áridos con cuarzo deformado o subgranulado

(grauwacas, cuarcitas, gneis, granito, filita, arcosa, arenisca).

t Los porcentajes minerales peligrosos son difíciles de establecer ya que

dependen del grado de deformación del cuarzo.à Cuarzo con extinción

ondulante.

t La expansión del hormigón es lenta; el agrietamiento de las estructuras

puede no hacerse evidente hasta 20 años después de su construcción.

Page 44: Materiales Utilizados Como Aridos

reacción álcali reacción álcali -- carbonato carbonato ((RacRac) (1)) (1)

t Reacción de los álcalis con áridos de composición caliza dolomítica, caracterizados por una matriz de calcita fina con romboedros dedolomita.• CaMg(CO3)2 + 2MeOH à Mg(OH)2 + CaCO3 + Me2CO3

• Me2CO3 + Ca(OH)2à CaCO3 + 2Me(OH) (Me= K+,Na+,Li+)La expansión puede ser debida al crecimiento de los productos de la reacción (especialmente brucita)

Page 45: Materiales Utilizados Como Aridos

reacción álcali reacción álcali -- carbonato (carbonato (racrac) ) (2)(2)

t Los porcentajes minerales peligrosos son difíciles de establecer ya

que parámetros texturales parecen incidir significativamente.

• Contenido en arcilla o residuo insoluble 5 a 25%

• Relación calcita/dolomita 1/1

t La expansión del hormigón es temprana, el agrietamiento de las

estructuras puede mostrarse dentro de los 5 años posteriores a su

construcción.

Page 46: Materiales Utilizados Como Aridos

Acciones respecto a problemas Acciones respecto a problemas de reactividadde reactividad

t Adecuada caracterización previa

• Muestreo bien realizado

• Selección de materiales adecuada

t En la construcción, evitar el exceso de humedad

t En caso de necesidad utilizar adiciones (humo de sílice)

t Ante la detección de un problema, llevar a cabo un diagnóstico

correcto

Page 47: Materiales Utilizados Como Aridos

Residuos de construcción y Residuos de construcción y demolicióndemolición

t Respuesta a un doble problema:

Enfoque medioambientalEnfoque medioambiental

Dificultad en la apertura de Dificultad en la apertura de nuevas explotacionesnuevas explotaciones

Escasez de suelo para Escasez de suelo para vertederos de RCDvertederos de RCD

Reutilización de RCD como áridos reciclados

Page 48: Materiales Utilizados Como Aridos

plan nacional de residuos de plan nacional de residuos de construcción y demolición construcción y demolición 2001 2001 -- 2006 (1)2006 (1)

t Objetivos principales:

• Correcta gestión y recogida controlada de un 90 % de RCD en 2006

• Reciclaje o reutilización de un 40 % de RCD en 2005

• Reciclaje o reutilización de un 60 % de RCD en 2006

Page 49: Materiales Utilizados Como Aridos

plan nacional de residuos de plan nacional de residuos de construcción y demolición construcción y demolición 2001 2001 -- 2006 (2)2006 (2)

t Instrumentos:

• Normativa específica de gestión de RCD (demolición selectiva,

deconstrucción)

• Elaboración de normativa específica

• Reducción de la eliminación RCD mediante cánones (tasa mínima de

vertido) o estímulos (prima en la licitación pública del uso de materiales

reciclados)

• Ayudas a la I+D y a la construcción de plantas de tratamiento de RCD

Page 50: Materiales Utilizados Como Aridos

materiales reciclados. materiales reciclados. aplicacionesaplicaciones

APRODUCCIÓN DE RESIDUOS

DE DEMOLICIÓN

BPRODUCCIÓN

DE ÁRIDOS RECICLADOS

CUTILIZACIÓN DE ÁRIDOS

RECICLADOS

DVERTIDO DE

RESIDUOS DE DEMOLICIÓN

Demolición selectiva

Vertedero controlado

o no controlado

I

• Consolidación del terreno

• Vertedero• Corrección de terrenos

IV

• Gravilla para hormigón

• Hormigón para carreteras

V

Planta trituradora regional

(Alta tecnología)

Material de

carretera

II

Planta trituradora regional

(Baja tecnología)

Material de

carretera de relleno

III

Planta móvil

LUGAR DE DEMOLICIÓN

Demolición no selectiva

Page 51: Materiales Utilizados Como Aridos

Líneas de InvestigaciónLíneas de Investigación

Page 52: Materiales Utilizados Como Aridos

Madrid, 18 de Marzo de 2003Madrid, 18 de Marzo de 2003