Recibido: 6 julio 2021
Aceptado: 25 enero 2022
Disponible: 01 marzo 2022
El objetivo de la presente revisión fue recopilar y discutir literatura científica sobre metodologías empleadas para la producción y elaboración del concreto innovador “concreto permeable”, como alternativa de diseño en pavimentos, con el remplazo parcial de agregado grueso por agregados reciclados, como látex de caucho al 5 % y 8 % por peso de cemento, ceniza volante entre el 0 % y el 70 % por volumen del cemento, y fibra de carbono al 0.27 % y 0.4 % por peso de agregado grueso. Esta revisión de literatura implicó seleccionar las publicaciones más relevantes, para los períodos del 2015 al 2021 en bases de datos indexadas Scopus, Scielo, ScienceDirect, y Latindex; enfocándose en múltiples parámetros como: “materiales residuales, coeficiente de permeabilidad, concreto permeable, grado de porosidad y ensayos de laboratorio para el concreto permeable”. Los resultados muestran que la resistencia a la compresión varía entre 0.5 MPa y 97.3 MPa, resistencia a la tracción entre 1.6 MPa y 5.29 MPa y la permeabilidad entre 4.63 mm/s y 10.2 mm/s, donde el porcentaje idóneo del uso de ceniza volante para la obtención óptima de concreto permeable es hasta el 20 %, que, excediendo este porcentaje, afecta negativamente sus propiedades mecánicas. En conclusión, el “concreto permeable” se sitúa dentro de los rangos establecidos según normativa: 17.5 MPa, 2.6 MPa, 6.1 mm/s, respectivamente; por ende, adquiere un valor sustancial, contribuyendo con la mejora del nivel microestructural y mayor durabilidad, siendo ventajoso y útil en los tiempos modernos.
Palabras clave: Concreto permeable, ensayos de laboratorio, materiales residuales, permeabilidad, porosidad.
The objective of this literature review was to compile and discuss the scientific literature on methodologies used to produce and manufacture pervious concrete, an innovative design alternative in pavements. In pervious concrete, coarse aggregates are partially replaced with recycled aggregates; for instance, rubber latex at 5 % and 8 % by weight of cement, fly ash between 0 % and 70 % by volume of cement, and carbon fiber at 0.27 % and 0.4 % by weight of coarse aggregate. For this literature review, we selected the most relevant publications from 2015 to 2021 indexed in the Scopus, Scielo, ScienceDirect, and Latindex databases using keywords such as “residual materials”, “coefficient of permeability”, “pervious concrete”, “degree of porosity”, and “laboratory tests for pervious concrete”. The results show that the compressive strength of this material varies between 0.5 MPa and 97.3 MPa; its tensile strength, between 1.6 MPa and 5.29 MPa; and its permeability, between 4.63 mm/s and 10.2 mm/s. The desirable percentage of fly ash to optimize pervious concrete is up to 20 %; higher values negatively affect its mechanical properties. In conclusion, pervious concrete presents parameters within the ranges established by regulations: compressive strength, 17.5 MPa; tensile strength, 2.6 MPa; and permeability, 6.1 mm/s. Therefore, it has significant value because it contributes to microstructural level enhancement and greater durability, which makes it an advantageous and useful product in modern times.
Keywords: Pervious concrete, laboratory tests, residual materials, permeability, porosity.
Actualmente, existen problemas causados por la escorrentía excesiva de aguas pluviales, así como la carencia de sistemas de drenaje en muchas ciudades, inundaciones repentinas en áreas urbanas, contaminación de mantos acuíferos, escases de agua, aumento de agua contaminada y afectaciones ambientales [
El concreto permeable de cemento Portland (CPCP) es revolucionario e innovador, tanto para la parte académica, como constructiva, por sus ventajas medioambientales, económicas y sociales [
Recomendado, para reducir el ruido en zonas urbanas, agregar a la mezcla cáscara de semilla de palma aceitera y cáscara de berberecho, produciendo pavimentos de concreto más limpios y permeables [
Este concreto permeable, al igual que el concreto convencional, es una mezcla de agregados de pasta de cemento, aditivos y poros de aire [
Por lo tanto, el espesor del recubrimiento de la pasta en la superficie del agregado y el contenido de poros del agregado están influenciados en la compactación aplicada; no obstante, actualmente se desconoce el nivel de compactación requerido para lograr la densidad y la resistencia deseadas en campo [
Pero el concreto permeable debe ser diseñado evaluando sus propiedades mecánicas; por ende, la incorporación de nanosílice, acompañadas de cenizas volantes como un reemplazo parcial del cemento, mejora su resistencia a la compresión del concreto sin afectar la permeabilidad [
En este orden de ideas, el reemplazo de AR a la mezcla que sustituye al agregado grueso genera una mezcla con mayor porosidad obteniendo grandes ventajas para el drenaje de aliviaderos, pero también con deficiencias que afectan la resistencia mecánica, originando algunos riesgos en la estructura [
Otro material que mejora la resistencia a la compresión, siendo una propiedad del concreto permeable, es el metacaolín, utilizado como complemento después de la sustitución de agregados naturales por agregados reciclados [
Por lo tanto, las metodologías de diseño consultadas buscan la obtención de un concreto con una permeabilidad al agua y resistencia a la congelación-descongelación adecuada para poder emplearse en pavimentos [
Para obtener el concreto permeable se realizaron tres métodos: infiltración de anillo único de cabeza constante, infiltración de anillo único de cabeza descendente e infiltración de anillo doble [
El interés de este manuscrito es utilizar los residuos en la producción de concreto permeable para obtener beneficios técnico-ambientales, utilizando cáscara de almendra de palma aceitera, cáscara de berberecho y ladrillos de arcilla triturado incrementando el coeficiente de permeabilidad, sin dejar al lado las cenizas volantes y el dióxido de titanio que incrementan la resistencia a la compresión sin afectar la propiedad de permeabilidad del concreto, donde la escorrentía excesiva de aguas pluviales es un problema para el pavimento, siendo una alternativa sostenible el uso de agregados grueso reciclados con una porosidad varía de 15 % a 35 % según el tipo y tamaño, para el cual la eficacia del concreto permeable se evalúa de acuerdo a la permeabilidad, estabilidad y resistencia mecánica; por lo tanto, la relación A/C y reposición de agregado grueso interviene sobre las propiedades del concreto permeable, tanto físicas, como mecánicas. Siendo un desafío crítico para el ingeniero equilibrar la permeabilidad y resistencia del concreto, generan oportunidades en el sector de la construcción, y mayor expansión e interés en la aplicación metodológica en la producción para concreto permeable.
Las propuestas metodológicas para la elaboración y revisión se orientaron en la literatura más prestigiosa y de acuerdo con el tema de estudio, lo cual implicó seleccionar las publicaciones más relevantes para los períodos del 2015 al 2021. Para los criterios de búsqueda se elaboró una bitácora considerando cuatro de las principales bases de datos indexadas, como Scopus, Scielo, ScienceDirect, y Latindex, donde las palabras clave usadas son: materiales residuales u agregados reciclados para el concreto permeable, coeficiente de permeabilidad del concreto, concreto permeable, concreto poroso, dosificación y usos del concreto permeable, grado de porosidad del concreto, ensayos de laboratorio para el concreto permeable y propiedades del concreto permeable, donde clasificaron un total de 77 artículos.
Se formaron dos matrices; en la primera, se analizaron los criterios de búsqueda y selección de artículos, en la cual se observa: palabras clave, total de documentos encontrados según base de datos, los años de búsqueda según base de datos, la cantidad de documentos filtrados según año de búsqueda, aplicación de ecuación de búsqueda según áreas (ingeniería, artículo científicos y artículos de revisión con acceso abierto), obteniendo mejores resultados con los filtros y así, finalmente, obtener los artículos esenciales para esta investigación. Para mayor detalle, en la Tabla 1 se muestra el motor de búsqueda y elección de artículos usados en la investigación.
Base de datos | Palabra clave | Total de documentos | Año de búsqueda | Cantidad de documentos | Ecuación de la búsqueda | Resultado final con filtro | Artículos elegidos | |||||||
Scopus | Pervious concrete | 1274 | 2015-2021 | 835 | All Open Access + Engineering + Article. | 71 | 12 | |||||||
Porpous concrete | 5245 | 2016-2021 | 2070 | All Open Access + Engineering + Article. | 211 | 20 | ||||||||
Recycled aggregates for concrete | 8020 | 2015-2021 | 5329 | All Open Access + Engineering + Article. | 595 | 8 | ||||||||
Coefficient of permeability of concrete | 1530 | 2015-2021 | 751 | All Open Access + Engineering + Article. | 86 | 4 | ||||||||
Dosage and uses of pervious concrete | 8 | 2017-2021 | 7 | Engineering + Article. | 3 | 0 | ||||||||
Degree of porosity of concrete | 567 | 2015-2021 | 276 | All Open Access + Engineering + Article. | 37 | 1 | ||||||||
Tests for pervious concrete | 435 | 2015-2021 | 303 | All Open Access + Engineering + Article. | 29 | 1 | ||||||||
Scielo | Pervious concrete | 14 | 2015-2021 | 13 | Enginnering + Civil + Article. | 10 | 3 | |||||||
Porous concrete | 14 | 2016-2021 | 5 | Enginnering + Civil+ Article. | 4 | 1 | ||||||||
Recycled aggregates for concrete | 72 | 2015-2021 | 45 | Enginnering + Civil+ Article. | 43 | 6 | ||||||||
Coefficient of permeability of concrete | 9 | 2017-2021 | 6 | Enginnering + Civil+ Article | 4 | 1 | ||||||||
Dosage and uses of pervious concrete | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ||||||||
Degree of porosity of concrete | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ||||||||
Tests for pervious concrete | 6 | 2018-2021 | 6 | Enginnering + Civil+ Article | 4 | 1 | ||||||||
ScienceDirect | Pervious concrete | 2459 | 2015-2021 | 1425 | Review articles + Engineering. | 53 | 9 | |||||||
Porous concrete | 43178 | 2017-2020 | 12259 | Review articles + Engineering. | 409 | 9 | ||||||||
Recycled aggregates for concrete | 19235 | 2015-2020 | 9462 | Review articles + Engineering. | 354 | ---- | ||||||||
Coefficient of permeability of concrete | 21496 | 2016-2021 | 10338 | Review articles + Engineering. | 397 | 1 | ||||||||
Dosage and uses of pervious concrete | 290 | 2016-2021 | 227 | Review articles + Engineering. | 22 | ---- | ||||||||
Degree of porosity of concrete | 24369 | 2016-2021 | 12586 | Review articles + Engineering. | 491 | ---- | ||||||||
Properties of permeable concrete | 362324 | 2015-2021 | 179884 | Review articles + Engineering. | 635 | 3 | ||||||||
Tests for pervious concrete | 1983 | 2015-2020 | 1206 | Review articles + Engineering. | 51 | ---- | ||||||||
Latindex | Revista en línea | 11695 | Ciencias de la Ingeniería + Revista de Investigación Científica + Acceso abierto | 250 | Ciencias de la Ingeniería + Revista de Investigación Científica + Acceso abierto + Tecnología. | 97 | 3 | |||||||
Revista en línea | 11695 | Ciencias de la Ingeniería + Revista de Investigación Científica + Acceso abierto | 250 | Ciencias de la Ingeniería + Revista de Investigación Científica + Acceso abierto + Ingeniería de materiales. | 20 | 3 | ||||||||
Total | 515918 | 237533 | 3626 | 83 | ||||||||||
Luego de pasar por filtros en la segunda matriz se detalla la cantidad de artículos extraídos por año de publicación de las diferentes bases de datos indexadas, conformando un subtotal por año 10 en el 2021, 21 en el 2020, 16 en el 2019, 8 en el 2018, 4 en el 2017, 9 en el 2016 y 4 en el 2015, para un total de 72 artículos seleccionados. Para mayor detalle, en la Tabla 2 se muestra los artículos distribuidos para cada base de datos indexados y publicación por año.
Año | Base de datos | Total | |||
Scielo | Scopus | Latindex | SciencieDirect | ||
2015 | 1 | 1 | 1 | 1 | 4 |
2016 | 1 | 3 | 5 | 9 | |
2017 | 3 | 1 | 4 | ||
2018 | 1 | 4 | 1 | 2 | 8 |
2019 | 2 | 10 | 2 | 3 | 17 |
2020 | 5 | 15 | 1 | 7 | 28 |
2021 | 10 | 3 | 13 | ||
Total | 10 | 46 | 6 | 21 | 83 |
3.1 Métodos
La investigación se basa en el aprovechamiento de agregados reciclados para el estudio de concreto permeable con la finalidad de realizar diferentes ensayos a base de agregados reciclados (AR) [
Entonces, con grava natural de 1/4” a 3/8”, cemento Portland y látex de caucho de estireno butadieno (SBR), se produjo concreto permeable con dosificación de cemento-agregado (1: 4.5) con 0 % de polímeros, utilizando 400 kg de cemento por metro cubico de concreto, 1800 kg agregado grueso por metro cubico de concreto, con relación A/C entre 0.30 y 0.35, también dos porcentajes de SBR de 5 % y 8 % por peso de cemento [
Mostrando que las casaras de conchas marinas trituradas influyen en la durabilidad del concreto permeable con el reemplazando del 60 % de la masa de los agregados naturales [
En la Figura 1 se presentan los diferentes tipos de agregados reciclados utilizados para la elaboración del concreto permeable según la relación A/C desde 0.23 hasta 0.40 y los porcentajes de sustitución del agregado grueso por agregados reciclados desde el 0 % hasta el 70 %, donde los resultados difieren en cada investigación, por ejemplo: [
Pero también se realizó un estudio con la probabilidad de poder usar un pavimento de concreto permeable en la clarificación de aguas residuales; se utilizaron dos tamaños de grava G1 agregado entre 1/4”- 3/8, G2 agregado entre 3/8”- 3/4” con tres relaciones A/C de 0.28, 0.30 y 0.33, donde la resistencia máxima a la compresión fue de 17.75 MPa con la grava de G1 y la relación A/C más alta [
3.2 Métodos y ensayos para el concreto permeable
La determinación precisa de la permeabilidad en campo es una base importante para evaluar el desempeño y mantenimiento del pavimento de concreto permeable, precisando tres métodos de prueba de permeabilidad de campo: infiltración de anillo único con cabezal constante (CH-SRI), infiltración de anillo único con cabezal descendente (FH-SRI) e infiltración de anillo doble (DRI) [
Por lo tanto, para evaluar la resistencia a la comprensión utilizaron probetas de 100 mm y 200 mm en un tiempo correlativo de 3 y 5 minutos; para la prueba a la flexión se utilizaron prismas de 200 mm, 400 mm y 70 mm, el varillado se dio de 25 veces con varilla de apisonamiento de 10 mm de diámetro, todas las muestras fueron desmoldadas a la edad de 24 horas [
El método de diseño para obtener la porosidad deseada es mediante la incorporación de un aditivo modificador de la reología, mostrando mejorías en la densificación y fluidez de la mezcla, donde la disminución de la relación A/C no influye en la resistencia a la compresión, pero incrementa la resistencia a la tracción por flexión [
En la Figura 2 se muestra los diferentes métodos utilizados en la producción de concreto permeable para determinar la permeabilidad y la variedad de ensayos realizados al concreto permeable con sus valores respectivos.
Los resultados de los ensayos difieren en cada investigación, por ejemplo: [
Ambiental: el uso del concreto permeable resuelve eficazmente el problema de la contaminación del agua siendo un material de construcción ecológico importante, que se ajusta al concepto de "ciudad esponja" [
Las aplicaciones a gran escala de pavimentos permeables podrían ayudar a mitigar los impactos de las “islas de calor urbano” [
Económico: se sabe que la cantidad de cemento utilizado en la producción de concreto permeable es menor que la de concreto común, lo que reduce el consumo de energía y la emisión de CO2 [
A partir de la información recabada durante esta investigación, se plasma el estudio de diferentes sustituciones de materiales a base de agregados reciclados, para la elaboración de un concreto permeable, concluyendo lo siguiente:
La utilización de algunas metodologías para la producción de concreto permeable, a base de agregados reciclados, con relación de A/C desde 0.23 a 0.40, generan un buen comportamiento de la mezcla.
La relación A/C, y el uso de agregados reciclados parcialmente, influyen en el aumento del contenido de vacíos y coeficiente de permeabilidad del concreto, limitando su utilización en pavimentos de bajo tránsito, veredas y ciclovías.
Asimismo, la relación A/C superior a 0.50 en combinación con agregado reciclados de tamaño máximo nominal de 3/8”, genera una obstrucción de la estructura porosa interna del concreto, perdiendo su funcionalidad.
En cuanto a la elaboración del concreto permeable se sustituye parcialmente el agregado grueso, por diferentes agregados reciclados como: látex de caucho, fibras de carbono, escoria de hierro, cenizas volantes adheridas en frío y ladrillos de arcilla triturado.
El incremento de la granulometría del agregado aumenta la porosidad de la mezcla, pero genera disminución en la resistencia del concreto. Para revertir esta situación es recomendable: utilizar látex de caucho en cantidades menores al 8 %, asimismo la introducción de nanosílice en la mezcla.
Para aumentar la resistencia a la tracción indirecta se debe remplazar el 5 % del cemento con metacaolín, pero utilizando geopolímeros tienden a disminuir la resistencia a la tracción indirecta y las cenizas volantes, por encima del 20 %, afectan las propiedades mecánicas del concreto permeable.
Unos de los materiales reciclables son las conchas marinas que afectan la resistencia a la compresión del concreto permeable, disminuyendo de 42 MPa a 11 MPa; por otro lado, tienen sus ventajas de aumentar la porosidad de 5.2 % a 27.2 %.
La utilización de agregado reciclado genera un aumento inicial de la resistencia del concreto permeable en un rango del 15 % al 20 %, independientemente del tipo de cemento o agregado empleado en su elaboración.
Para obtener una resistencia superior de 16.4 % a la comprensión, será necesario adicionar un 35 % de caliza comercial molida en el concreto con una relación A/C desde 0.44 a 0.49.
Para finiquitar con la investigación, se concluye que la producción de concreto permeable es una buena opción para el desarrollo de ciclovías, aceras y pavimentos en estas épocas modernas, cuya tendencia es la búsqueda del desarrollo sostenible debido a la utilización de materiales reciclados durante su producción y la disminución en los costos de elaboración.
Agradecemos a la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad Señor de Sipán por habernos facilitado el acceso a las bases indexadas para poder hacer la búsqueda de los artículos. Es un proyecto que no está financiado por ninguna institución.
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Todos los autores contribuyeron, de igual manera, a la compilación y análisis de la información, así como con la redacción y discusión sobre el tema. Específicamente:
Rosario Dolores Cornejo Ramos concibió la idea del artículo y se centró en la elaboración de los vínculos entre las diferentes estructuras con aspectos de innovación.
Jhon Emanuel Ayala López contribuyó en el diseño de la investigación, desarrollando la argumentación para los filtros de las búsquedas iniciales y técnicas de análisis.
Elmer Gil Ahumada acompañó la argumentación, análisis de los resultados y revisión crítica del artículo.
Sócrates Pedro Muñoz Pérez realizó la validación del procedimiento, el análisis de los resultados y la redacción de la versión final del artículo.