Análisis de la Influencia de la Adición de Fibras de Polipropileno en el Hormigón Permeable

Resumen

Objetivo – Este estudio tiene como objetivo investigar la influencia de la adición de fibras de polipropileno en las propiedades mecánicas y funcionales de los hormigones permeables que contienen un 10% de sílice activa, con el fin de evaluar su potencial para su aplicación en pavimentos urbanos sostenibles. Para ello, se analiza la influencia de la incorporación de diferentes contenidos de fibras (1, 2, 3 y 4 kg/m³) en la permeabilidad, el índice de vacíos y las resistencias mecánicas (compresión axial, compresión diametral y tracción en flexión). Además, se busca comprender la variación del módulo de elasticidad y la capacidad de deformación post-pico, comparando los resultados obtenidos con la mezcla de referencia para verificar la viabilidad del uso de estas composiciones en infraestructura urbana.

Metodología – El estudio se llevó a cabo en laboratorio y siguió un enfoque experimental para evaluar los efectos de la adición de fibras de polipropileno en hormigones permeables con un 10% de sílice activa. Inicialmente, se seleccionaron los materiales constituyentes, incluyendo cemento Portland, agregados, sílice activa y fibras de polipropileno. Las mezclas se prepararon con diferentes contenidos de fibras (1, 2, 3 y 4 kg/m³), además de una mezcla de referencia sin fibras para comparación. Se moldearon los especímenes y se sometieron a ensayos para determinar sus propiedades físicas y mecánicas. Se evaluaron la masa específica, la permeabilidad y el índice de vacíos para caracterizar la estructura porosa del hormigón. La resistencia mecánica se analizó mediante ensayos de compresión axial, compresión diametral y tracción en flexión. También se investigaron el módulo de elasticidad y la capacidad de deformación post-pico para comprender el comportamiento estructural de las muestras. Los resultados se compararon entre las diferentes mezclas, permitiendo evaluar la influencia de la incorporación de fibras en la resistencia mecánica y la funcionalidad del hormigón permeable. Los hallazgos contribuyen al desarrollo de pavimentos urbanos más sostenibles y duraderos.

Originalidad/Relevancia – La creciente urbanización ha intensificado problemas como la impermeabilización del suelo, el aumento de la escorrentía pluvial y el efecto de isla de calor urbano, lo que exige soluciones sostenibles para el drenaje urbano. En Brasil, el drenaje urbano prioriza la eficiencia hidráulica, con frecuencia en detrimento de los impactos ambientales. El hormigón permeable surge como una alternativa viable, ya que contribuye a la reducción de la escorrentía superficial y mejora la calidad del agua. Sin embargo, su alta porosidad compromete la resistencia mecánica, limitando su aplicación en áreas de tráfico vehicular. Estudios recientes han explorado modificaciones en los compuestos cementosos para superar esta limitación, como el uso de sílice y fibras poliméricas. No obstante, existe una laguna en la literatura sobre el impacto de la incorporación de fibras de polipropileno en hormigones permeables que contienen sílice activa, especialmente en lo que respecta al equilibrio entre permeabilidad, resistencia mecánica y comportamiento post-fisuración. Así, este estudio contribuye al avance del conocimiento al investigar diferentes dosificaciones de fibras de polipropileno (1, 2, 3 y 4 kg/m³) en hormigones permeables con un 10% de sustitución de cemento por sílice activa, evaluando su influencia en el desempeño mecánico y funcional. Los resultados pueden respaldar el desarrollo de hormigones más resistentes y duraderos, ampliando su aplicación práctica en infraestructura urbana sostenible.

Resultados – Los resultados obtenidos demostraron que la adición de fibras de polipropileno impactó significativamente las propiedades físicas y mecánicas del hormigón permeable. La adición de fibras redujo la masa específica y aumentó la permeabilidad y el índice de vacíos, evidenciando una mayor conectividad entre los poros. En los ensayos mecánicos, la resistencia a la compresión axial y a la compresión diametral no presentaron variaciones significativas entre las diferentes dosificaciones de fibras. Sin embargo, la resistencia a la tracción en flexión aumentó con la adición de 1 kg/m³ de fibras, lo que sugiere un efecto positivo en la capacidad del hormigón para resistir esfuerzos de flexión. Con mayores contenidos de fibras (2, 3 y 4 kg/m³), se observó una ligera reducción en la resistencia a la flexión, posiblemente debido al aumento de la porosidad y a la dificultad de lograr una dispersión homogénea de las fibras en la matriz cementosa.

Contribuciones teóricas/metodológicas – Este estudio contribuye a la literatura científica al profundizar en la comprensión sobre el impacto de la adición de fibras de polipropileno en hormigones permeables modificados con sílice activa. El análisis detallado de las propiedades físicas y mecánicas del material, especialmente en relación con la permeabilidad, la resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad, llena un vacío en la investigación sobre la viabilidad estructural de este tipo de hormigón en aplicaciones de infraestructura urbana. Desde el punto de vista metodológico, la investigación se destaca por su enfoque experimental sistemático, evaluando diferentes contenidos de fibras (1, 2, 3 y 4 kg/m³) y comparando su efecto en la estructura porosa y el comportamiento mecánico del hormigón permeable. El uso combinado de ensayos de resistencia, módulo de elasticidad y capacidad de deformación post-pico proporciona una visión más amplia sobre la interacción entre las fibras y la matriz cementosa, permitiendo una comprensión más precisa de las condiciones óptimas para el refuerzo del material.

Además, los resultados de este estudio ofrecen una base metodológica para futuras investigaciones que busquen optimizar hormigones permeables con refuerzos poliméricos, contribuyendo al desarrollo de materiales más eficientes y sostenibles para el sector de la construcción.

Contribuciones sociales y ambientales – El uso de hormigón permeable con fibras de polipropileno contribuye a la sostenibilidad urbana, reduciendo la escorrentía superficial, ayudando en el control de inundaciones y mejorando la recarga de los acuíferos. Además, su aplicación puede minimizar el efecto de isla de calor urbano, promoviendo un mayor confort térmico. Socialmente, la adopción de este material favorece ciudades más resilientes, reduciendo la necesidad de infraestructura de drenaje convencional y sus costos de mantenimiento. Este estudio fomenta el desarrollo de tecnologías sostenibles en la construcción civil, alineadas con los principios de sostenibilidad.