Evaluación de las propiedades de sortividad y su
relación con la durabilidad del concreto con
inclusión de PET
(Assestment of the sortivity properties and the ratio
with durability of the concrete with PET included)
Billy Mariscal
. Facultad de Ingenieria Civil
Universidad Peruana de Ciencias
Aplicadas
Lima, Perú
u201518110@upc.edu.pe
Resumen—El presente artículo desarrolla la propiedad de
durabilidad del concreto con plástico reciclado como reemplazo
parcial del agregado fino. El plástico usado es el polietileno de
tereftalato (PET), uno de los más usados en todo el mundo. Esta
investigación representa una evaluación del comportamiento de
durabilidad a partir del estudio de otras propiedades del
concreto como la porosidad, absorción superficial,
permeabilidad al agua y permeabilidad a los cloruros. En base
a la relación de las propiedades mencionadas con la durabilidad,
se procederá a deducir un comportamiento consecuente y
analizar el efecto de estas en la misma. De esta manera, se
realizará una predicción del comportamiento para el mortero
de resistencia de 175 kg/cm2 con un reemplazo parcial del 20 %
del agregado fino por partículas PET recicladas. Las
investigaciones previas estudiadas servirán como delimitantes
de la inducción del desarrollo de la durabilidad.
Palabras claves—Durabilidad, PET, propiedades, concreto,
plásticos, desecho plástico, medio ambiente
Abstract—This document presents the study of the
development and performance of the durability of eco-friendly
concrete, which includes polyethylene terephthalate residues,
better known as PET, as a partial replacement for fine
aggregate. This article represents an evaluation of the durability
behavior from the study of other concrete properties: porosity
and surface absorption, water permeability and chloride
permeability. Based on the relationship of the properties
mentioned with durability, we will proceed to deduce a
consequent behavior and analyze the effect of these on it. In this
way, a performance prediction for the resistance mortar of 175
kg/cm2 shall be made with a partial replacement of 20 % of the
fine aggregate by recycled PET particles. The previous
researches studied will serve as delimiters of the induction of the
development of durability.
Keywords—Durability, PET, properties, concrete, plastics,
plastic waste, environment
I. INTRODUCCIÓN
El sector de la construcción es uno de los principales
responsables del 40% aproximadamente de las emisiones de
dióxido de carbono, debido a que es responsable de consumir
XXX-X-XXXX-XXXX-X/XX/$XX.00 ©20XX IEEE
Vania Valverde
. Facultad de Ingenieria Civil
Universidad Peruana de Ciencias
Aplicadas
Lima, Perú
u201823769@upc.edu.pe
un gran volumen de recursos naturales y de generar residuos
tóxicos para el medio ambiente (en la producción de cemento,
realizar demoliciones, escoria, escombros, etc.)
Además, el problema del desecho de residuos plásticos se
ha vuelto uno de los principales ambientales en los últimos
años. La producción de este material incrementa diariamente;
según Statista, en el año 2019 se produjeron más de 360
millones de toneladas de plástico a nivel mundial. La mayoría
de los tipos de plástico no son biodegradables por lo que son
considerados químicamente reactivos con el entorno
ambiental. Asimismo, los desperdicios plásticos son
considerados universalmente como una de las causas
fundamentales de polución.
Por ello, el empleo de los desechos plásticos en el concreto
representa una estrategia fundamental para la administración
de residuos químicos a nivel mundial. Uno de los tipos de
plásticos más comunes, el cual es usado en una gran variedad
de productos contenedores de bebidas, es el polietileno
tereftalato o también conocido como PET. A partir de la
mayor demanda anual por este tipo de productos, el problema
de polución empeora con el rápido descarte de las botellas de
plástico.
Varias investigaciones sobre la incorporación de residuos
y la reutilización de restos de PET como adición, material de
reemplazo parcial de agregados o incluso, como fibras usadas
en la mezcla de concreto, han sido realizadas para reducir la
huella de carbono que genera la construcción. Estos estudios
que se presentan en el siguiente párrafo han determinado que
la inclusión de este plástico mejora la resistencia al
agrietamiento, porosidad, permeabilidad y ductilidad.
Según Awoyera et al. (2020) (1) el plástico puede ser
usado en pavimentos ya sea de concreto como reemplazo de
agregado fino y/o grueso o también en la mezcla de asfalto,
además de ser usado en bloques de concreto, en placas para
carteles, geotextiles, fibras como adición, acabados, etc. Por
lo que hay una gran variedad en sus usos
Jaivingnes et al. (2016) (2) realizó un concreto de 30 MPA
y la dosificación óptima que obtuvo se encontraba entre el
rango de 9-17%, obteniendo una ligera pero viable reducción
de la resistencia a la compresión y tracción, pero con una
mejora en la resistencia a heladas y conservación por ataque
de sulfato.
En la investigación de Alani et al. (2019) (3) se concluyó
la adición de PET como fibras redujo la porosidad, la
absorción superficial inicial, la permeabilidad de gas y la
permeabilidad de agua, la permeabilidad rápida de cloruros.
Además, la investigación de Jason (2019) (4), también
compara los resultados del concreto con diferentes tipos de
plástico, entre el plástico PET, HDLP, PP y policarbonato,
obteniendo una dosificación óptima de 10% con un tamaño de
partículas de 0.025 y 0.026 pulgadas y mostrando un mejor
comportamiento con el plástico PP.
Por último, la investigación de Faraj et al. (2020) (5) en la
cual se utilizó plástico reciclado en un concreto
autocompactante con fibras se obtuvo que el reemplazo de las
fibras compensa la reducción que genera el plástico, el
plástico mejora la frescura del concreto autocompactante, la
dosificación del plástico tiene una influencia significativa en
las propiedades del concreto y que su uso en este tipo de
concretos es viable. Se puede observar que el plástico en el
concreto es un tema que se ha ido desarrollando cada vez más
con los años, por lo que aún queda muchas más
investigaciones por realizar
Frente a esta situación en la presente investigación se
plantea realizar una evaluación a estudios previos de la
inclusión del polietileno tereftalato en el diseño de mezcla de
concreto y deducir el comportamiento de las propiedades de
porosidad, absorción superficial, permeabilidad al agua,
permeabilidad rápida a los cloruros y permeabilidad a los
gases.
Este documento resaltará los resultados de estudios
anteriores y los puntos más importantes para llegar a una
conclusión con respecto al comportamiento y desarrollo de las
propiedades de porosidad y absorción superficial,
permeabilidad al agua, permeabilidad rápida a cloruros y
permeabilidad a los gases con la influencia de PET en el
hormigón. Además, se estudiará la relación de estas últimas
propiedades con respecto a la durabilidad del concreto
grueso, fino, se realiza las correcciones por humedad y
finalmente se obtiene las proporciones finales. Las tablas ACI
serán empleadas para todo el procedimiento del diseño de
mezcla.
Los agregados y la mezcla deben ser ensayados para ver si
cumplen con la calidad mínima necesaria mostrada por la
Normativa Técnica Peruana. Estos ensayos son la
granulometría el cual mide el módulo de finesa y muestra que
tan bien distribuido esta el tamaño de las partículas del
agregado y que cantidad de finos se tiene, también el ensayo
de contenido de humedad y porcentaje de absorción, para
poder ver que cantidad de agua contienen los agregados y
cuánto pueden absorber, para así poder realizar las
correcciones por humedad del diseño ACI, también otro
ensayo que se puede realizar es la del cono de Abraham el
cual muestra el Slump de la mezcla fresca, él cual refleja que
tan trabajable es la mezcla.
Frente a esta situación en la presente investigación se plantea
realizar una evaluación a estudios previos de la inclusión del
polietileno tereftalato en el diseño de mezcla de concreto y
deducir el comportamiento de las propiedades de porosidad,
absorción superficial, permeabilidad al agua, permeabilidad
rápida a los cloruros y permeabilidad a los gases.
Este documento resaltará los resultados de estudios anteriores
y los puntos más importantes para llegar a una conclusión con
respecto al comportamiento y desarrollo de las propiedades
de porosidad y absorción superficial, permeabilidad al agua,
permeabilidad rápida a cloruros y permeabilidad a los gases
con la influencia de PET en el hormigón. Además, se
estudiará la relación de estas ultimas propiedades con
respecto a la durabilidad del concreto
III. MATERIALES
3.1 Materiales a usar para el concreto
II. MÉTODO Y METODOLOGÍA
Para poder analizar la influencia del plástico reciclado en las
propiedades de durabilidad del concreto, se debe usar una
dosificación de estos como reemplazo del agregado ya sea
fino o grueso. El plástico debe pasar por un procedimiento
físico o químico para que pueda ser usado en el diseño de
mezcla, debido a que el tamaño de sus partículas y el tipo de
plástico tiene una influencia directa con los resultados. El
presente artículo usará el procedimiento físico el cual consta
de triturar las partículas de plástico PET hasta tener el tamaño
necesario, lavar, secar, centrifugar y homogenizar para así
evitar impurezas que perjudiquen la mezcla.
El diseño de mezcla seguirá el procedimiento ACI 218 a
diferencia de que un porcentaje del agregado fino será
reemplazado por plásticos PET. El método ACI parte por el
cálculo de la resistencia promedio, procede por determinar el
contenido de aire por tamaño máximo Nominal del agregado,
después determina la relación agua cemento por resistencia,
luego se calcula el contenido de cemento, peso de agregado
El cemento Portlland ordinario cuenta con una gravedad
específica de 3.15 kg/m3 y de manera general debe cumplir
con los requerimientos ASTM C150. El agregado fino
seleccionado tiene una gravedad específica de 2.696 g/cm3 y
el agregado grueso tiene 2.776 g/cm3 como su densidad
específica.
Por otro lado, el PET utilizado fue adquirido de una
recolección propia en la ciudad de Lima y el proceso de
trituración y transformación a agregado fue hecho por la
empresa San Miguel. El proceso al cual fue sometido consiste
en un lavado inicial del material para luego ser peletizado
(proceso termoplástico para moldear) y, por último, cortado
por lo que se obtendrá un agregado reciclado a base de PET
con una textura lisa y con apariencia cilíndrica. Este agregado
de PET reciclado presentará una mala gradación, dado que el
tamaño de las partículas es prácticamente homogéneo (2.36
mm) y con una densidad de 1.38 g/cm3
Una de las partes se encuentra sumergida en una solución de
cloruro de sodio y la otra, en hidróxido de sodio. La carga
traspasada servirá como relación de la resistencia del concreto
a la penetración de iones de cloruro. Otro factor importante en
la prueba será el tiempo y las condiciones de curado.
4.4 Prueba de permeabilidad a los gases
*Nota: Se observa en la imagen la comparación de arena
(2.36mm) y el agregado reciclado de PET
IV. PROPIEDADES A EVUALUAR
4.1 Porosidad y absorción superficial inicial (ISAT)
Esta prueba tendrá que ser realizada para determinar el efecto
del agregado PET sobre la porosidad inicial del concreto
original. En el estudio de Alani et al. (2019) (*),la prueba de
porosidad fue realizada usando una saturación al vació como
método desarrollado por RILEM CP113 en un concreto de
55mm de diámetro x 40 mm de grosor. El ISAT fue probado
en un concreto cúbico de 100mm según BS 1881 y la
porosidad (P) fue calculada según la siguiente ecuación:
Donde W2 es la masa de la muestra en condiciones
generales; W3 es la masa del ejemplo en agua y W4 es la masa
de la muestra secada a horno.
4.2 Permeabilidad al agua
La prueba de permeabilidad fue realizada a especímenes
cilíndricos de concreto con un diámetro de 55mm y una altura
40mm. Los procedimientos de este test requieren que el gua
penetre desde la superficie sobrepuesta y fluya a través de la
muestra bajo una presión aplicada de 5 bars. El coeficiente de
permeabilidad fue calculado usando la siguiente ecuación
Donde de es la profundidad de penetración del agua en
metros. T es el tiempo de penetración en segundo, h es la
presión aplicada y m es el total de la porosidad en fracción.
La porosidad (v) fue calculada usando la siguiente ecuación:
Donde m la masa en kg, A es el área seccionada del
espécimen y p la densidad del agua (1000kg/m3)
4.3 Prueba rápida de permeabilidad de los cloruros
(RCPT)
ASTM C 1202, conocido como el método de ensayo
estandarizado para la indicación eléctrica de la capacidad del
concreto para resistir la penetración del ion cloruro, se ha
vuelto es el más popular para determinar la permeabilidad del
concreto. La prueba consiste en monitorear la cantidad de
corriente eléctrica que pasa de una muestra de 2 pulgadas de
grosor a una de 4 pulgadas de grosor en un periodo de 6 horas.
En esta investigación, se realiza la comparación de
resultados de la prueba de permeabilidad de gas a partir de un
ensayo desarrollado por Cabrera y Linsdale (1988). Los
testigos para esta prueba determinan tener 55mm de diámetro
y 40 mm de grosor. Las muestras fueron puestas en una celda
de permeabilidad durante diez minutos y bajo un gas a presión
de 5 bars. El coeficiente de permeabilidad es determinado
usando la ecuación modificada de Darcy, la cual fue
recomendada por Grube y Lawrence (*)
Donde K es la permeabilidad intrínseca en metros
cuadrados, es la viscosidad del gas (Ns/m2), Q es radio del
flujo de volumen (m3/s), L es el grosor de la muestra en
metros, Pin es la presión interna (bar), A es el área seccional
de la muestra (m2) y Pout=1 bar la presión atmosférica.
4.5 Durabilidad del concreto
Según Mindness et al. (*) el parámetro que tiene mayor
influencia en la propiedad de durabilidad es la relación aguacemento (a/c). La permeabilidad del concreto, así como la
permeabilidad de la pasta decae mientras la relación a/c
disminuya. Es decir, una relación baja conlleva a una baja
permeabilidad y por consiguiente menor cantidad de vacíos,
lo cual significa que es más difícil para el agua u otros agentes
corrosivos de penetrarlo.
V. RESULTADOS
5.1 Porosidad y absorción superficial inicial (ISAT)
En el estudio de Alani et al. se observó La porosidad
disminuyó a 31%, 2,8% y 1,9% a los 7 días; y a los 14 días a
2,8%, 2,5% y 1,5%; y posteriormente, disminuyó a 2,56%,
2,1% y 1,4% a la edad de 28 días el contenido registró la
reducción más grande de la porosidad con el período más
largo del curado del agua. La mejora en la unión entre la fibra
de PET y las partículas de hormigón de acuerdo con la alta
inclusión puzolánica proporcionada por El contenido de
UPOFA aumentó la cantidad de gel C-S-H, lo que mejoró la
matriz de pasta, y en consecuencia, la microestructura de
hormigón. Esta reducción se atribuyó a la característica
hidrofóbica de las fibras de PET.
Según Bhogaya et al (*) el l ingreso del agua en el hormigón
fue reducido en la gama de 8-14% y de 10-20% en la
dosificación entre 0% a 1% para las fibras del tipo B y del
tipo C MPW respectivamente, mientras que las fibras de
tipo A proporcionaron una reducción en el rango del 13% al
28% con la misma dosis del 1%.
Según Cárdena- Pulido et al. la fracción de volumen de
fibras PET de 0,42% (dosificación de fibra 5,33 kg/m3 )
logra reducciones importantes de 22% y 26% en la
porosidad y absorción al agua respectivamente pudieron ser
logradas.
Nibudey et al. estudiaron la relación entre la resistencia a la
compresión y las propiedades de sortividad de dos diseños de
mezcla de concreto, nombradas M-20 y M-30.
Ambos se reforzaron con fibra de PET y se agregaron fibras
de botella PET residual de dos tipos de relaciones entre la
longitud y el diámetro de la fibra, cuyo cociente es llamado
relación de aspecto, y las más favorables fueron 35 y 50, en
una proporción de 0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2,0 %, 2,5 % y 3
% por volumen en la mezcla. La absorción de agua
disminuyó hasta un 1 % en la proporción de fibras y aumentó
en porcentajes más altos para ambos diseños de concreto y
ambos tipos de fibras de PET. Se vieron mejores resultados
en las pruebas realizadas en el concreto M-20, donde la
sortividad inicial y secundaria con un 1 % de fibra de
relación de aspecto 50 se reduce en un 11,85 % y un 16,83
%, respectivamente. La adición de fibras de PET en el
concreto tiende a restringir la propagación del agua en el
concreto, lo cual provoca una reducción de la capacidad de
absorción
5.2 Permeabilidad al agua
Los resultados obtenidos muestran que mientras exista una
mayor cantidad de plástico reciclado en la mezcla habrá mayor
permeabilidad del agua. En una investigación publicada por
Coppola, se realizó 3 concretos con dosificaciónes de 10%,
25% y 50% obteniendo como resultados que la permeabilidad
del diseño de 10% era el más óptimo, sin embargo la
dosificación del 50% mostró un aumento en la permeabilidad
de un 117%. Esto sucede debido a que la porosidad que
aumenta al ser usado plástico en la mezcla. Además, la
investigación de Ruiz Herrero demostró resultados similares.
Al realizar un concreto con dosificación de 20% de plásticos
de polietileno reciclado se obtuvo un aumento de un 140% la
permeabilidad de la mezcla.
A continuación, se presenta un gráfico con investigaciones
similares con dosificaciones y con el porcentaje de agua que
pasa por la mezcla.
Por otra partem Saxena et al. (*) observaron que la
profundidad de penetración del agua para una relación de 0:45
a/c sin residuos de PET después de 28 días de curado era de
24 mm y aumentaba con el incremento de residuos PET en el
concreto. También observaron que eran de 24 mm, 28 mm, 42
mm, 71 mm y 105 mm en remplazos del 0 %, 5 %, 10 %, 15
% y 20 % de agregado. Los autores atribuyen este aumento en
la profundidad de penetración del agua al hecho de que los
residuos de PET aumentan en la zona de transición interfacial,
lo que puede actuar como un puente entre los poros,
provocando un aumento del número de huecos en la estructura
del concreto. Los residuos de PET, debido a la forma irregular
y la menor adherencia con la pasta de cemento, aumentan
todavía más el número de huecos en el concreto, lo que resulta
en una mayor permeabilidad al agua.
5.3 Prueba rápida de permeabilidad de los cloruros
(RCPT)
Los resultados obtenidos en la mejora de la permeabilidad
a los cloruros del concreto con plástico reciclado son
ambiguos e influye considerablemente la cantidad que se usa
de estos. Una investigación realizada por Alqahtani demostró
que la entrada de los cloruros al concreto con plástico
disminuye comparado con un concreto convencional, sin
embargo, este concreto tenía un 100% de agregados plásticos
gruesos y una relación de agua cemento de 0.5 y 0.6
obteniendo una mejora respectiva de 15% y 12%,
demostrando que la mejora es más considerable cuando se usa
menor cantidad de agua.
Ademaás, Kou realizo un estudio en el cual obtuvo
resultados similares. Para esta prueba se realizó el ensayo
rápido de permeabilidad del cloruro, en el cual la carga en
Columbios superó los 4000. Se realizarón 5 diseños con
dosificaciones de 0%, 5%, 15%, 30% y 45% y los resultados
obtenidos fueron los siguientes.
También, la investigación de Soroushian demostró que al
existir una mayor cantidad de vaciós en la mezcla hay un
mayor ingreso de cloruros a la mezcla. Soroushian realizó un
concreto adicionando 5% de plástico reciclado y demostró que
existe una mejora a la permeabilidad del cloruro, sin embargo
el curado del concreto se vuelve menos óptimo.
example, write the quantity “Magnetization”, or
“Magnetization, M”, not just “M”. If including units in the
label, present them within parentheses. Do not label axes only
with units. In the example, write “Magnetization (A/m)” or
“Magnetization {A[m(1)]}”, not just “A/m”. Do not label axes
with a ratio of quantities and units. For example, write
“Temperature (K)”, not “Temperature/K”.
Won et al. (*) Dedujo que al agregar PET en la mezcla de
concreto como reemplazo parcial al 1% por volumen, la
permeabilidad a los cloruros obtuvo un mejor desempeño
ACKNOWLEDGMENT (Heading 5)
En un estudio del concreto con inclusión de polietileno
tereftalato, Silva et al. (*) se observó que la permeabilidad de
ion de cloro y la migración de sus coeficientes del concreto
con PET fueron más altos que el concreto de referencia.
5.4 Prueba de permeabilidad a los gases
Alani et al (*) mostró que la incorporación de PET fue
capaz de proveer una estructura en forma de red y reducir la
permeabilidad como la formación del concreto. Además se
mostró que la fibra podía producir una gran resistencia a la
penetración de los iones de cloruro a los 7 días luego del
curado e incluso una extremadamente alta resistencia a los 28
días.
En el estudio de Bhogaya et al. los resultados de las pruebas
de permeabilidad de oxígeno revelaron que la fibra MPW
redujo la difusión de oxígeno en la masa endurecida en el
rango de 16%, 35% y 27% a una dosis dada de fibra MPW
tipo A. La permeabilidad se redujo aún más en el rango de
12%, 27% y 18% y 10%, 16% y 9% para fibras de tipo B y
tipo C respectivamente en una dosis dada
Alani et al. la presencia de UPOFA como un material
puzolánico con partículas de finura podría afectar en dos fases:
por reacción puzolánica que mejora la instancia de pasta en la
mezcla de hormigón, y físicamente como relleno entre los
componentes de hormigón y disminuir el volumen de microvacíos dentro de la matriz de microestructura de hormigón.
Además, el contenido de fibra de PET restringió el desarrollo
de micro-grietas en la mezcla de hormigón mediante la
formación de puentes
Finalmente, el estudio de Kakooi et al. Demostró que las
muestras con inclusión de PET tuvieron una menor
permeabilidad en comparación a las que no tenían. Esto
debido a que las fibras de PET previenen el agrietamiento
formando puentes de conexión entre sus componentes. El
concreto con fibras de polypropileno en cantidades de , y 2
kg/m3 tienen un coeficiente de permeabilidad más favorable a
comparación de sus pares.
The preferred spelling of the word “acknowledgment” in
America is without an “e” after the “g”. Avoid the stilted
expression “one of us (R. B. G.) thanks ...”. Instead, try “R.
B. G. thanks...”. Put sponsor acknowledgments in the
unnumbered footnote on the first page.
REFERENCES
The template will number citations consecutively within
brackets [1]. The sentence punctuation follows the bracket [2].
Refer simply to the reference number, as in [3]—do not use
“Ref. [3]” or “reference [3]” except at the beginning of a
sentence: “Reference [3] was the first ...”
Number footnotes separately in superscripts. Place the
actual footnote at the bottom of the column in which it was
cited. Do not put footnotes in the abstract or reference list. Use
letters for table footnotes.
Unless there are six authors or more give all authors’
names; do not use “et al.”. Papers that have not been
published, even if they have been submitted for publication,
should be cited as “unpublished” [4]. Papers that have been
accepted for publication should be cited as “in press” [5].
Capitalize only the first word in a paper title, except for proper
nouns and element symbols.
For papers published in translation journals, please give
the English citation first, followed by the original foreignlanguage citation [6].
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Abbreviations and Acronyms
Define abbreviations and acronyms the first time they are
used in the text, even after they have been defined in the
abstract. Abbreviations such as IEEE, SI, MKS, CGS, sc, dc,
and rms do not have to be defined. Do not use abbreviations
in the title or heads unless they are unavoidable.
A. Units
 Use either SI (MKS) or CGS as primary units. (SI units
are encouraged.) English units may be used as
[7]
G. Eason, B. Noble, and I. N. Sneddon, “On certain integrals of
Lipschitz-Hankel type involving products of Bessel functions,” Phil.
Trans. Roy. Soc. London, vol. A247, pp. 529–551, April 1955.
(references)
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Annual Conf. Magnetics Japan, p. 301, 1982].
M. Young, The Technical Writer’s Handbook. Mill Valley, CA:
University Science, 1989.
IEEE conference templates contain guidance text for
composing and formatting conference papers. Please
ensure that all template text is removed from your
conference paper prior to submission to the
conference. Failure to remove template text from
your paper may result in your paper not being
published