Influencia
de la adición del 0.2%, 0.3% y 0.4% de tereftalato de polietileno en las
propiedades de resistencia y permeabilidad de pavimento de concreto
Influence
of the improvement of 0.2%, 0.3% and 0.4% of polyethylene terephthalate on the strength
and permeability properties of concrete pavement
Jazmin Alejandra Solórzano Ordinola [1], Marco Antonio Cerna Vasquez Junior [2]
Recibido: Febrero 2022 Aceptado:
Mayo 2022
Resumen. - El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del uso del PET reciclado en la elaboración de concreto para pavimentos, con la finalidad de promover su uso racional en lugar de desecharlo y disminuir la contaminación ambiental que representa el plástico PET. En esta investigación se comparó el concreto con agregado patrón diseñado para una resistencia de f'c=280 kg/cm2 con adiciones al 3%, 4% y 5% de PET en los ensayos de permeabilidad, compresión axial y flexión. Los resultados muestran que el PET en un 0.3% mejora la resistencia a la compresión, mientras que en un 0.4% de PET mejora la flexión y permeabilidad. Se concluye que si se busca la mayor resistencia se utilice menor dosificación de PET y si se busca mayor flexión y permeabilidad se utilice mayor porcentaje de PET. Este estudio demostró que el PET si influye significativamente en las propiedades físico-mecánicas del concreto permeable en pequeñas adiciones.
Palabras clave: Pet, Concreto, Compresión, Flexión, Permeabilidad.
Summary.
- The objective of the
research is to determine the effect of the use of recycled PET on the
permeability, compressive strength, and flexure of the permeable pavement
f'c=280 kg/cm2. The methodology is applied type, experimental design, and
quantitative approach. Permeable concrete is a type of porous pavement that
seeks to solve the problems of traditional pavements, since traditional
pavements, by not having an adequate gutter, tend to accumulate rainwater
causing various accidents due to lack of inertia and decrease in pavement life.
PET is a material that is found everywhere as waste, this material tends to
resist tensile loads. The results show that 0.3% PET improves compressive
strength, while 0.4% PET improves flexing and permeability. It is concluded
that if the greatest resistance is sought, a lower dosage of PET is used and if
greater flexing and permeability is sought, a higher percentage of PET is used.
This study showed that PET does have a significant influence on the compressive
strength, flexural strength, and permeability of pervious concrete.
Keywords: Pet, Concrete, Compression, Bending, Permeability.
1. Introducción. - A nivel mundial, el
problema más conocido en la costa, países altos y zonas silvestres es el
anegamiento de las carreteras provocado por las altas precipitaciones. Esto
implica que la superficie de rodaje es de los puntos críticos conllevando a que
se desintegre, al no tener una superficie permeable que permita dirigir el agua
a través de conductos o vacíos [1].
A lo largo de los
años, la necesidad del hombre de construir, lo ha obligado a añadir adiciones a
la tierra y al concreto, lo que se ha visto reflejado en innovaciones en la
ingeniería para dar solución a problemáticas sociales y técnicas [2].
Un dato muy
importante es que el principal problema en el Perú y en el mundo es la
contaminación ambiental proveniente del PET (tereftalato de polietileno). Esto
se refleja en las 844.000 toneladas cada año u 8,9 kg/individuo/año, por lo
cual, tratamos de darle un uso útil añadiéndolo al concreto [3].
La geografía peruana
es tan diversa que en varios lugares se presentan inconvenientes de acceso, lo
que ocasiona una sobreabundancia en zonas específicas, por lo que el estado
peruano ha encontrado la manera de disminuir este exceso ampliando la cantidad
de concesionarios [4]. Esta solución es importante pero no vital, ya que debe
ir de la mano con una correcta configuración de mezclas según las necesidades
requeridas según clima y geografía para pavimentos permeables [5].
En función a lo
indicado, se tiene como objetivo general el determinar el efecto del uso del
PET reciclado en la permeabilidad, resistencia a la compresión y flexión de un
pavimento permeable.
Según la explicación
de la problemática se plantea el siguiente problema general ¿Qué efecto tiene
el uso de PET reciclado en la permeabilidad, resistencia a la compresión y
flexión del pavimento permeable f'c=280 kg/cm2?
2. Marco Teórico. -
El
concreto permeable es un tipo especial de concreto con una alta porosidad,
usado para aplicación en superficies de concreto que permita el paso a través
de él de agua proveniente de precipitación y otras fuentes, reduciendo la
escorrentía superficial de un sitio y recargando los niveles de agua
subterránea [1].
En lo que respecta
al diseño del pavimento de concreto permeable, se debe abordar desde un punto
de vista estructural para garantizar la capacidad de absorber los esfuerzos y
mantener su integridad durante la vida de diseño. Y, por otro lado, desde un
punto de vista hidráulico para así validar la capacidad de gestionar el agua
del evento máximo de lluvia para el cual ha sido diseñado [2].
El procedimiento
constructivo de un sistema de pavimento de concreto permeable es diferente al
empleado en la creación de pavimentos de concreto convencional; además, su
criterio de aceptación no está basado en la resistencia a compresión, sino en
la porosidad y permeabilidad, por lo tanto, tiene una perspectiva diferente
[3].
La estructura de
los pavimentos permeables consiste por lo general en tres capas: a) una
superficie de rodamiento que permite la entrada del agua, que puede ser de
diferentes materiales como asfalto, concreto (pavimentos porosos), arcilla,
grava, pasto, b) una capa de base de material granular fino, la cual permite
una instalación adecuada de la superficie de rodamiento y c) una capa compuesta
por una matriz de material granular de gran tamaño o por módulos o geo-células
plásticas donde el agua se almacena (sub-base) [4] .
En cuanto a cómo
probar el concreto permeable, este debe ser diseñado para obtener una
resistencia a la compresión entre 400 psi y 4000 psi (2.8 y 28 MPa), sin
embargo, no se especifica o acepta en base a la resistencia. Un punto más
importante es el contenido de vacíos. La aceptación se basa normalmente en la
densidad (peso unitario) del pavimento en el sitio. Una tolerancia aceptable es
de más o menos 80 kg/m3 de la densidad de diseño [1].
3. Metodología.
- En el experimento se
elaboraron 04 diseños de mezclas de concreto con diferentes porcentajes de PET
reciclado (0%, 0.2%, 0.3%, 0.4%). Se moldearon un total de 48 probetas
cilíndricas y 36 vigas, siendo las variables de evaluación que se midieron la
resistencia a la compresión axial (ASTM C 39), resistencia a la flexión (ASTM C
78) y permeabilidad o Infiltración de Agua (ACI 522R-10). Para estos
especímenes se consideraron tiempos de curado de 7, 14 y 28 días.
Para la fabricación del concreto se consideró cemento
portland tipo I con una resistencia de diseño de 280kg/cm2. Se utilizaron
gradación de agregados de 3/8” y 1/2” de la cantera Tres Tomas. En la presente
tabla se presentan las principales propiedades de los agregados utilizados.
|
Tipo de agregado |
Agregado Grueso (3/8") |
Agregado Grueso (1/2") |
|
Peso
específico (seca) |
2.58
gr/cm3 |
2.61
g/cm3 |
|
Peso
específico (aparente) |
2.69
gr/cm3 |
2.71
g/cm3 |
|
%
Absorción |
1.61% |
1.53% |
|
Peso
unitario suelto |
1486
kg/m3 |
1365
kg/m3 |
|
Peso
unitario compactado |
1695
kg/m3 |
1543
kg/m3 |
|
%
Humedad |
0.85% |
0.16% |
|
%
Vacíos |
12.10% |
17.90% |
Tabla I. Propiedades físicas de los agregados
utilizados.
Las mezclas fueron dosificadas sin
considerar agregado fino para cumplir con los parámetros de la norma ACI 522R
para concretos permeables; en la tabla siguiente se presentan la dosificación
utilizada para la fabricación del concreto.
|
Materiales |
Peso 1m3 |
Proporciones en
volumen |
|
Cemento |
372.28 |
1 |
|
Agregado
grueso |
1573.24 |
4.23 |
|
Agua |
151.51 |
17.30 |
Tabla II. Diseño de mezcla para agregado de 1/2’’
|
Materiales |
Peso 1m3 |
Proporciones en
volumen |
|
Cemento |
372.28 |
1 |
|
Agregado
grueso |
1705.06 |
4.58 |
|
Agua |
143.05 |
16.33 |
Tabla III. Diseño de mezcla para agregado de 3/8’’
4. Resultados
y discusión. -
4.1.
Resistencia a la compresión axial. - Se evaluaron 03 muestras de cada probeta cilíndrica de concreto con y
sin PET reciclado para edades de curado de 7, 14, 28 días. Se presentó fractura
de lados en la parte superior e inferior. Los resultados obtenidos cumplieron
los requerimientos de la NTP 339.034 y se muestran a continuación:
|
Adición de PET Reciclado |
Resistencia a la compresión axial (Kg/cm2) |
||
|
07
días |
14
días |
28
días |
|
|
0 % |
193.52 |
251.68 |
281.68 |
|
0.2% |
194.02 |
252.92 |
282.78 |
|
0.3% |
194.63 |
253.28 |
283.64 |
|
0.4% |
193.08 |
251.14 |
281.03 |
Tabla IV. Resistencia a la comprensión axial
En cuanto a la resistencia a
compresión axial de probetas de concreto, los resultados son constantes para
las adiciones 0.2%, 0.3% y 0.4% investigadas. En comparación con [6] se observa
que, el concreto logró una mejoría al adicionar el PET en un 0.5%, ya que la
resistencia a la compresión aumentó en un 12.33% a comparación de su diseño
patrón, por ello coincidimos en que el PET si influye positivamente. Es
importante resaltar que los resultados de [7], nos indican que para porcentajes
mayores a 0.5% se presentan disminuciones considerables en esta propiedad del
concreto.
4.2.
Resistencia a la flexión. - Se
evaluaron 03 vigas de concreto para cada condición de adición de PET reciclado
para edades de curado de 7, 14, 28 días. A continuación, se presentan los
resultados promedios:
|
Adición de PET Reciclado |
Resistencia a la flexión (Kg/cm2) |
||
|
07
días |
14
días |
28
días |
|
|
0 % |
22.99 |
30.77 |
36.50 |
|
0.2% |
23.72 |
32.16 |
38.59 |
|
0.3% |
24.70 |
34.34 |
40.83 |
|
0.4% |
25.64 |
36.09 |
43.62 |
Tabla V. Resistencia a la flexión
Para el caso de la resistencia a la flexión, todas las
adiciones estudiadas mejoraron esta propiedad. Pero, se obtuvo un incremento
máximo del 19.51% al adicionarse 0.4% de PET reciclado. Estos resultados son
similares con lo indicado por [8], que al adicionar PET al 0.50% se incrementa
un valor de 14.04%. Con ello se demuestra que a mayor cantidad de PET se mejora
la resistencia a la flexion del concreto dándole la calidad adecuada.
4.3.
Permeabilidad. - Para el
tiempo de 28 días se evaluaron 03 muestras cilindras para cada condición de
adición de PET reciclado. Se indican los valores promedios:
|
Adición de PET Reciclado |
Permeabilidad (cm/s) |
|
28
días |
|
|
0 % |
0.53 |
|
0.2% |
0.56 |
|
0.3% |
0.60 |
|
0.4% |
0.63 |
Tabla VI. Permeabilidad del concreto
Para el caso de la permeabilidad, se evidencia que a
mayor cantidad de adición PET, se incrementó la permeabilidad de manera
proporcional. Cabe mencionar que los resultados cumplen lo dispuesto por el ACI
522R-10, en cuanto al coeficiente de permeabilidad del concreto permeable que
debe estar dentro del rango de 0.1582 cm/s a 1.22 cm/s. Es importante indicar
que todo lo mencionado se consolida con lo indicado por (6), que menciona que
los valores más altos obtenidos se debieron a elaborar un diseño de mezclas que
solo posee agregado grueso y por ende tiene más volumen de vacíos, lo cual
drena el agua a través de su estructura.
4.4.
Comparativo. - En función a
las figuras I y II, si se busca mejorar la resistencia a la compresión, flexión
y permeabilidad, el porcentaje más adecuado es 0.3% de PET. Esto se considera
bajo las condiciones de diseño, tipo de agregados y proporción del PET.
|
|
|
Figura I. Gráfica de Resistencia a la
compresión Vs Permeabilidad. |
|
|
|
Figura II. Gráfica de Resistencia a la
flexión Vs Permeabilidad. |
5. Conclusiones
y recomendaciones. - De
acuerdo con los resultados de este estudio, en los concretos fabricados con PET
reciclado se aprecia un comportamiento más favorable para un mayor porcentaje
de PET. Tenemos para cada caso, en resistencia a la compresión para el 0.3% y
resistencia a la flexión y permeabilidad al 0.4%.
Como conclusión, se puede establecer el uso del PET en
pavimentos permeables tiene efectos importantes tanto estructural y
económicamente.
Se recomienda utilizar el PET en diversos porcentajes
y medidas ya que su aplicación en la construcción seria vital desde un punto de
vista ambiental porque habría una disminución de la contaminación, mejorar la
calidad de vida y plantear nuevas técnicas de construcción.
6. Referencias
[1] M. Espinoza Perez y L. Quispe Rimache,
«Comportamiento mecánico del concreto con incorporación del PET para canales de
riego erosionables del distrito de Nueva Cajamarca, 2020,» Moyobamba, 2020.
[2] National Ready Mixed Concrete Association
- NRMCA, «Concreto Permeable,» El concreto en la práctica: ¿Qué, por qué y
comó?, nº CIP 38, p. 2, 2020.
Available: http://transparencia.mtc.gob.pe/idm_docs/normas_legales/1_0_2819.pdf
[3] S. Arango, «360 en concreto,» [En línea].
Available: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/concreto-permeable-desarrollo-urbano-de-bajo-impacto [Último acceso: 10 Marzo 2022].
[4] C. Aire,
«Instituto Mexicano del Concreto y Cemento,» [En línea].
Available: https://www.imcyc.com/revistacyt/jun11/arttecnologia.htm.
[Último
acceso: 10 Marzo 2022].
[5] E. Cárdenas, Á. Albiter y J. Jaimes,
«Pavimentos permeables. Una aproximación convergente en la construcción de
vialidades urbanas y en la tenían del recurso agua,» CIENCIA ergo-sum, Revista
Científica Multidisciplinaria de Prospectiva, vol. 24, nº 2, 2017.
[6] A. Bautista Pereda, «DISEÑO DE PAVIMENTO
RÍGIDO PERMEABLE PARA LA EVACUACIÓN DE AGUA PLUVIALES SEGÚN LA NORMA ACI
522R-10,» Lima, 2018.
[7] I. Reyes Montoya, «Diseño de un concreto
con fibras de Polietileno Tereftalato (pet) reciclado para la ejecución de
losas en el asentamiento humano Amauta - Ate - Lima Este,» Lima, 2018.
[8] A. Ghadafi y C. Kankam,
«Strength Characteristics of Recycled Polyethylene Fibre Reinforced Concrete,»
Journal of Materials Science Research and Reviews, vol. 7, nº 3, pp. 33-41,
2021.