Análisis de resistencia a la compresión en columnas de hormigón armado elaborado con materiales reciclados
Date
2025
Authors
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Publisher
Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera Ingeniería Civil
Abstract
This experimental study aimed to evaluate the structural behavior of reinforced concrete columns incorporating recycled materials, specifically by partially replacing fine aggregate with 5% spent fluid catalytic cracking catalyst (FCC) and coarse aggregate with 20% recycled coarse aggregate (RCA). The performance of these columns was then compared to columns made with conventional aggregates. A quantitative approach was developed through three main phases: physical characterization of the materials (sand, gravel, RCA, and FCC), design and fabrication of reinforced concrete columns with three types of mixtures (conventional, with RCA, and with FCC), and compression testing of the columns. The specimens were designed as columns measuring 15×15×100 cm, reinforced with four longitudinal steel bars of 7 mm diameter and 4 mm stirrups. The design considered the 20-ton capacity limit of the testing machine under axial compression. The characterization results indicated that the natural aggregates met normative requirements, whereas the RCA showed a lower density (2241.99 kg/m³) and higher water absorption (2.64%), attributed to its porosity. The FCC also presented high porosity but with acceptable particle size distribution. To ensure the quality of the concrete, control cylinders were prepared and tested at 7 and 28 days. These samples reached an average compressive strength of 252.74 kg/cm², within the expected experimental margin (±5%) for a target design strength of 240 kg/cm². The nominal axial strength of the designed column section was calculated at 53.37 Tn, with a design strength of 27.30 Tn, indicating that failure would not occur during testing due to equipment limitations. Under testing, the maximum load applied by the compression machine was 20 Tn. The measured strain values were 0.005 mm/mm for the natural aggregate columns, 0.003 mm/mm for those with 5% FCC, and 0.002 mm/mm for those with 20% RCA. These results show reduced ductility for the recycled material columns, as lower strain corresponds to more brittle behavior. It was concluded that the incorporation of FCC and RCA tends to reduce ductility despite increasing strain capacity. Therefore, further research using more robust testing equipment is recommended to validate the feasibility of applying recycled aggregates in reinforced concrete columns with greater reliability
Description
El presente trabajo experimental tuvo como objetivo evaluar el comportamiento estructural de columnas de hormigón armado elaborados con materiales reciclados, mediante el reemplazo parcial del agregado fino por un 5% de catalizador agotado de craqueo catalítico fluidizado (FCC) y del agregado grueso convencional por un 20% de agregado grueso reciclado (AGR), comparándolas con columnas fabricadas con agregados convencionales. Se desarrolló un enfoque cuantitativo mediante tres fases principales: caracterización física de los materiales utilizados (arena, ripio, AGR y FCC), diseño y fabricación de columnas de hormigón armado con tres tipos de mezcla (convencional, con AGR y con FCC), y ensayos a compresión de las columnas. Se dimensionaron columnas de 15x15x100 cm con cuatro barras longitudinales de 7 mm y estribos de 4 mm, según restricciones de carga impuestas por la máquina de ensayo con un límite de carga axial de 20 Tn a compresión. Los resultados de la caracterización mostraron que los agregados naturales cumplieron con los requisitos normativos, mientras que el AGR presentó una densidad real más baja con un valor de (2241.99 kg/m3) y una capacidad de absorción de (2.64%) debido a su porosidad. El FCC también mostró alta porosidad, pero su granulometría fue aceptable. También se realizó una calidad del hormigón utilizado, para ello se elaboraron cilindros ensayados a los 7 y 28 días, los cilindros alcanzaron una resistencia promedio de 252.74 kg/cm2, lo cual está dentro del rango experimental (±5%) ya que el hormigón se elaboró para una resistencia de 240 kg/cm2. Como parámetro mecánico se ha calculado la resistencia nominal máxima de la sección de columna, la cual indico una resistencia nominal de 53.37 Tn y una resistencia de diseño de 27.30 Tn, la cual nos indica que las columnas no llegaran a su fallo en los ensayos de compresión de las mismas. En las pruebas de las columnas, la carga máxima alcanzada por la maquina fue de 20 Tn previamente mencionada, a nivel de deformaciones unitarias, se registraron 0.005 mm/mm para las columnas con agregados naturales, 0.003 mm/mm para las columnas con 5% de FCC y 0.002 mm/mm para las columnas con 20% AGR, presentado una baja ductilidad para las columnas que presentan menor deformación unitaria al utilizar materiales reciclados. Se concluye que la incorporación de FCC y AGR puede aumentar su deformación unitaria, pero a consecuencia de no deformarse la ductilidad del elemento es afectada, por lo que se recomienda realizar más estudios sobre columnas de hormigón armado con el equipo adecuado para obtener resultados más amplios y tener una conclusión certera para la aplicación del reemplazo de agregados reciclados en columnas.
Keywords
AGREGADO RECICLADO, CATALIZADOR AGOTADO, CRAQUEO CATALÍTICO FLUIDIZADO, ELEMENTOS A COMPRESIÓN, DEFORMACIÓN UNITARIA