Utilización de fibras de acero reciclado para
mejorar el comportamiento estructural del
pavimento rígido
Resumen: En el Perú tanto en la capital como en sus diferentes departamentos, presentan dificultades en
sus vías, las cuales complican el flujo vehicular. El presente estudio tiene como objetivo determinar la
utilización de fibras de acero reciclado para el mejoramiento estructural del pavimento rígido. Los resultados
del estudio muestran que el concreto incrementó su resistencia a la compresión con la incorporación de
fibras de acero reciclado, con proporciones de 2%, 4% y 6% resultando un aumento de 9.25%, 11.38% y
14.28%con respecto a la resistencia de un concreto patrón de 221.43 kg/cm2, y con la aplicación del método
AASTHO 93 se obtuvo un espesor de losa de 19.00 cm y una sub base de 20.00 cm. Concluyendo que
adicionándole fibras de acero reciclado al concreto, este aumenta su resistencia a la compresión y por ende
mejora el comportamiento estructural del pavimento rígido.
Palabras clave: Pavimento rígido, fibra de acero reciclado, mayor resistencia.
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Abstract.- In Peru, both in the capital and its different departments, they present difficulties on their roads,
complicating vehicular flow. This study aims to determine the use of recycled steel fibers for the structural
improvement of rigid pavement. The results of the study show that the concrete increased its compressive
strength with the incorporation of recycled steel fibers, with proportions of 2%, 4%, and 6%, resulting in an
increase of 9.25%, 11.38%, and 14.28% concerning the resistance of a standard concrete of 221.43 kg/cm2,
and with the application of the AASTHO 93 method, a slab thickness of 19.00 cm and a sub-base of 20.00 cm
were obtained. Adding recycled steel fibers to the concrete increases its compressive strength and improves
the rigid pavement's structural behavior.
Keywords: Rigid flooring, recycled steel fiber, higher resistance.
Use of recycled steel fibers to improve the structural behavior of rigid pavement
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Recibido (27/03/2023), Aceptado (11/07/2023)
https://doi.org/10.47460/uct.v27i120.727
Paul D. Juarez Viera
https://orcid.org/0000-0002-2850-3000
pdjuarez@ucvvirtual.edu.pe
Universidad Cesar Vallejo
Sullana, Perú
Eddie G. Sánchez Zapata
https://orcid.org/0000-0002-3029-5888
egsanchez@ucvvirtual.edu.pe
Universidad Cesar Vallejo
Sullana, Perú
Sleyther A. De La Cruz Vega
https://orcid.org/0000-0003-0254-301X
sdelacruzv@ucv.edu.pe
Universidad Cesar Vallejo
Barranca, Perú
I. INTRODUCCIÓN
En muchos países del mundo es muy común la presencia de diferentes daños en sus pavimentos
ocasionados por diferentes factores, a causa de esto es que algunos países vienen realizando muchas
modificaciones al diseño y a la armadura de los pavimentos, en los países de Argentina y Chile aplican fibras
de acero en sus pavimentos, siendo Chile el país que utiliza esta fibra de acero en muchos proyectos de
construcción [1]. La presencia temprana de patologías es el principal problema al realizar un diseño de
pavimentos, ya que estas son tomadas en cuenta en los diseños cuando se usan modelos que no consideran
las condiciones del suelo que se presentan en el país, lo cual es más complicado precisar con exactitud
cuando el pavimento va a fallar [2].
En el norte del país se presenta la necesidad de obras como las de pavimentaciones que beneficie en las
condiciones sociales y económicas, en la ciudad de Sullana las calles de pavimentaciones de concreto se
encuentran con varias fallas estructurales que son muy notorias al transitar por cada una de estas, por ende
este estudio se fundamenta en la adición de fibras de acero reciclado en el diseño del pavimento rígido en la
calle amotape, para lograr mejorar sus propiedades físicas mecánicas, ya que esta vía de acceso es transitada
constantemente y es tomada como un acceso alterno para descongestionar el tránsito de una de las
principales avenidas conectoras de la localidad de Sullana.
En el área de la construcción los caminos o vías necesitan cumplir con las comodidades y las necesidades
que requieren los usuarios, por ello se vienen buscando alternativas que mejoren la duración de los
pavimentos. Según [3] un pavimento está constituido por capas que son capaces de soportar todas las cargas
y los esfuerzos, que luego estas son distribuidas directamente suelo. El pavimento rígido según [4] se
compone de una losa de concreto que reposa encima de la subbase, el grosor de esta puede variar de
acuerdo al uso del concreto quien tiene la función de transmitir las cargas al suelo. según [5] el problema más
frecuente en este tipo de pavimento es generado por un incremento constante de las cargas de tránsito, el
cual ocasiona la descomposición del pavimento y rotura en la losa con la aparición de distintas fallas, por ello
es importante realizar un buen diseño con el fin de evitar estas futuras anomalías.
Actualmente se viene presentando una mayor importancia por reutilizar materiales de desperdicios y
subproducto extraídos del concreto, con el propósito de cuidar nuestro medio ambiente, una de las
alternativas para adicionar a la mezcla de concreto es usando desperdicios de acero, estos podrían
reemplazar en una mayor parte al agregado, pues como resultado se tendría mejoras en las propiedades
físico mecánicas [6], sin embargo escasos estudios se han realizado para evaluar la mejora del concreto con la
adición de residuos de acero, pues existen muchas probabilidades de volver a utilizar aquellos metales y
comprobar si el concreto logra mejorar su comportamiento estructural, así mismo dar una solución ambiental
al utilizar este tipo de aditivo reciclado [7].
En el sector de la construcción uno de los elementos más utilizados es el concreto, es por ello que en su
campo se tiene a muchos investigadores y expertos trabajando a través de sus experiencias buscando nuevas
alternativas que ayuden a obtener un concreto con mejor calidad y duración [8]. Una mezcla de concreto se
realiza mediante una buena elección de los materiales y de una determinación adecuada de las proporciones
para así lograr las propiedades del concreto optimo [9]. Uno de los componentes principales del concreto es
el agregado grueso, pues este conforma el 70% y 80% del mismo, por ello es importante conocer sus
características y cómo influyen sus propiedades del concreto al mejorar este árido [10].
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El concreto en su estado fresco tiene como propiedad más notable a la trabajabilidad esta determina con
qué facilidad se puede trabajar una mezcla de concreto, asimismo se toma en cuenta la granulometría,
dosificación y las propiedades de los materiales [11]. Mediante el asentamiento se evalúa la consistencia y la
trabajabilidad del concreto, se mide el descenso que presenta la mezcla y se determina la fluidez de esta, a
través del cono de Abrams. Según [12] la resistencia a la compresión es una propiedad del concreto en su
estado endurecido que permite soportar las cargas de aplastamiento y el que nos da la información acerca de
las características mecánicas de su comportamiento es el ensayo a compresión.
El acero es un material muy usado dentro de la construcción, al final de la vida útil de las distintas obras, este
material se puede reutilizar obteniendo acero reciclado, el cual es cortado en pequeñas longitudes para ser
usado en los diseños de concreto con la finalidad de incrementar la resistencia a la compresión. Según [13]
señala que las propiedades del concreto logran mejorar con la incorporación de fibras de acero, además que
logra incrementar su conservación y aporta a la mitigación de la contaminación del medio ambiente, estos
concretos pueden ser utilizados en diversas obras de construcción, estas pueden ser losas de pavimentos,
edificaciones entre otras.
La fibra de acero es un pequeño alambre estirado en frío de una longitud de 60 milímetros su forma es
alargada y tiene ganchos en cada uno de sus extremos para un mejor desempeño en el refuerzo del concreto,
asimismo se fijan los extremos de los ganchos para obtener una mezcla de concreto rápida, fácil y
homogénea [14]. Las Fibras de acero reciclado son filamentos metálicos, estos pueden tener diferente origen,
siendo los más comunes el acero comercial y forjado, Sin embargo, también se pueden conseguir estas fibras
de los elementos reciclados de productos manufacturados, como chatarra al terminar su vida útil [15]. Según
[16]menciona que la adición de fibras de metal recicladas en un concreto presenta grandes mejoras en sus
propiedades tales como la resistencia a la compresión, flexión y tracción.
II. DESARROLLO
El presente estudio consistió en la elaboración de un diseño de pavimento con el fin de mejorar su
comportamiento estructural, para ello se realizó un estudio de suelos, tomándose muestras de tres calicatas,
las cuales fueron llevadas a un laboratorio para su respectivo análisis, así mismo se hizo un estudio de tráfico
recopilando la información a través de formatos del MTC. La información obtenida de ambos estudios fueron
llevados a gabinete y procesando los datos a través de hojas de cálculo en el programa Microsoft Excel se
obtuvieron los espesores de las capas del pavimento.
Para el análisis del concreto, los agregados obtenidos para el desarrollo de los ensayos de laboratorio fueron
adquiridos de canteras reconocidas (Sojo y Cerro Mocho), dichos materiales fueron de alta calidad y
contribuyeron en los resultados finales.
En este proyecto se considera a las fibras metálicas como el material esencial para el desarrollo del
pavimento rígido, creándose una mezcla de concreto patrón y otras con la adición de fibras de acero reciclado
en porcentajes de 2%, 4%, y 6% los cuales hicieron un total de 24 probetas, pasando estas por diferentes
etapas para su diseño.
Los resultados adquiridos del laboratorio fueron favorables para el concreto con la añadidura de fibras de
metal reciclado, mediante un trabajo de gabinete se logró plasmar de manera adecuada los valores
obtenidos, concluyendo que se alcanzó un concreto estructural beneficioso y que además de favorecer a la
infraestructura vial aporta a la conservación del medio ambiente.
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III. METODOLOGÍA
La metodología de este proyecto fue de tipo aplicada, ya que generó conocimientos sobre las dificultades en
esta sociedad, como la necesidad y déficit de las vías, el diseño de esta investigación fue experimental, pues
para validar el estudio se realizaron diferentes ensayos experimentales en un laboratorio, donde se
determinaron las propiedades físicas y mecánicas con respecto al concreto y su impacto que genera
añadiendo fibras de acero donde se medió su trabajabilidad y resistencia a la compresión, la muestra
analizada fue un total de 24 probetas de concreto a ensayar, siendo 6 muestras sin fibra de acero y 18
muestras con adición de la fibra de acero.
Para la selección de la información de este estudio se utilizó la técnica de la observación participante para la
recopilación de datos, aquellos que fueron desarrollados a través de observaciones en el campo y laboratorio,
utilizándose para ello cuadernos de campo, formatos de laboratorio y para el estudio vehicular formatos del
MTC.
IV. RESULTADOS
En la tabla 1 se muestra los datos obtenidos luego del proceso de tamizado del agregado grueso realizado
en laboratorio.
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Tabla 1. Resultados de la Granulometría del agregado Grueso.
En la figura 1 se muestra la representación del análisis granulométrico del agregado grueso.
Fig. 1. Resultados de la Granulometría del agregado Grueso.
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Los resultados obtenidos de la granulometría por tamizado que se le realizó al agregado grueso
determinaron que este cumple con los limites inferior y superior de acuerdo al HUSO #67, ya que nos da un
tamaño máximo nominal de 3/4” y un tamaño máximo de 1/2" y presenta un porcentaje de humedad de 0.36
%., con estos resultados positivos el material está clasificado y es apto para que sea usado en el diseño del
concreto.
En la tabla 2 se muestra los datos obtenidos luego del proceso de tamizado del agregado fino realizado en
laboratorio.
Tabla 2. Resultados de la Granulometría del agregado Grueso.
En la figura 2 se muestra la representación del análisis granulométrico del agregado fino
El análisis granulométrico realizado agregado fino nos da como resultado que, cumple con las normas
especificadas en la NTP 400.012, ya que el índice que pasó el tamiz N° #200 es de 3% lo cual es lo permisible y
un módulo de finura es de 2.91 %, este está incluido en los límites normados para la elaboración de un
concreto y además presenta un porcentaje de humedad de 1.39%., el agregado satisface el requisito
granulométrico del porcentaje que pasa según lo obtenido en el tabla 2 indicado en el Manual de Carreteras
del MTC EG 2013.
En la tabla 3 muestra el Slump o asentamiento de un concreto normal y tres con la incorporación de fibra de
acero reciclado.
Fig. 2. Curva granulométrica del agregado fino.
Tabla 3. Slump del concreto normal y con incorporación de la fibra de acero.
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En la figura 3 se muestra la representación gráfica del asentamiento de las cuatro muestras de concreto.
Fig. 3. Asentamiento de muestras realizadas
Del ensayo Slump realizado a un concreto normal (Figura 4) obtuvimos como resultado un asentamiento de
3.7” y para un concreto con fibras de acero reciclado en dosificaciones de 7.62 kg/m3 (2%), 15.24 kg/m3(4) y
22.86 kg/m3 (6%), se obtuvo asentamientos de 2.70”, 2.42” y 1.98” respectivamente, lo cual es evidente la
disminución del Slump respecto a la muestra patrón, para la muestra con mayor adición de acero (6%),
presento una mezcla de consistencia seca y poco trabajable dando así una variación de 46.49% respecto al
concreto normal.
Tabla 4. Ensayo de Slump realizado a un concreto normal.
En la tabla 5 se muestra la resistencia a la compresión de un concreto patrón en diferentes edades
Tabla 5. Ensayo de compresión en probetas cilíndricas de concreto patrón.
En la figura 4 se muestra un gráfico con las resistencias promedio de un concreto patrón.
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Fig. 4. Gráfico de barras de diseño de un concreto patrón.
Los ensayos realizados a las 6 probetas elaboradas de un concreto patrón sin la adición de algún elemento,
en los 7, 14 y 28 días se obtuvo resistencias promedio de 170.47 kg/cm2 ,185.59 kg/cm2 y 221.43 kg/cm2.
En la tabla 5 se muestra la resistencia a la compresión de un concreto patrón con la adición de 2% de fibras
de acero en diferentes edades.
En la figura 5 se muestra un gráfico con las resistencias promedio de un concreto patrón y otro con la
incorporación de 2% de fibras de acero.
Fig. 5. Gráfico de barras de diseño de concreto con 7.62 kg/m3 (2%) de fibras de acero reciclado.
Los resultados que se obtuvieron de los ensayos de compresión de un concreto patrón más la incorporación
de 7.62 kg/cm2 (2%) de fibras de acero reciclado en los 7, 14 y 28 días, fueron resistencias promedio de
176.51kg/cm2 ,194.88 kg/cm2 y 241.92 kg/cm2, en el gráfico se muestra que ha presentado un aumento
respecto al concreto patrón y la mayor resistencia obtenida es a los 28 días de curado.
En la tabla 6 se muestra la resistencia a la compresión de un concreto patrón con la adición de 4% de fibras
de acero en diferentes edades.
Tabla 6. Ensayo de compresión en probetas cilíndricas de concreto patrón.
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En la figura 6 se muestra un gráfico con las resistencias promedio de un concreto patrón y otro con la
incorporación de 4% de fibras de acero.
Fig. 6. Gráfico de barras de Diseño de concreto con 15.24 kg/m3 (4%) de fibras de acero reciclado.
El diseño de concreto realizado con 15.24 kg/cm2 (4%) de adición de fibras de acero reciclado para el ensayo
de comprensión en el laboratorio dio como resultado resistencias promedio en los días 7, 14 y 28 de 181.44
kg/cm2, 198.97 kg/cm2 y 246.62 kg/cm2, visualizándose en el gráfico que la resistencia ha presentado un
incremento respecto a un concreto normal pero aún no supera la resistencia requerida. En la tabla 7 se
muestra la resistencia a la compresión de un concreto patrón con la adición de 6% de fibras de acero en
diferentes edades.
Tabla 7. Ensayo de compresión de concreto patrón + 6% fibra de acero.
En la figura 7 se muestra un gráfico con las resistencias promedio de un concreto patrón y otro con la
incorporación de 6% de fibras de acero.
Fig. 7. Gráfico de barras de diseño de concreto con 22.86 kg/m3 (6%) de fibras de acero reciclado.
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Los resultados obtenidos en el laboratorio sobre el ensayo a compresión de un concreto con 22.86 kg/cm2
(6%) de incorporación de fibras de acero reciclado en los 7, 14 y 28 días fueron resistencias promedias de
187.41 kg/cm2 ,202.97 kg/cm2 y 253.04 kg/cm2, en el gráfico se puede evidenciar que se sigue presentando
un incremento en la resistencia a compresión respecto al concreto patrón, asimismo en los 28 días se puede
observar que se alcanzó la resistencia requerida para este proyecto.
En la figura 8 muestra gráficamente el aumento de la resistencia a la compresión en diferentes concretos.
Fig. 8. Gráfico de las resistencias a la compresión
En el gráfico de puede evidenciar los resultados obtenidos en el laboratorio sobre los ensayos de
compresión realizados a un concreto patrón y a los concretos patrones más las incorporaciones de 2%, 4% y
6% de fibras de acero reciclado, el cual se fueron obteniendo mayores resistencias conforme se adicionaba
más porcentaje de estas fibras, alcanzando mayores resistencias en los 28 días de curado, siendo la muestra
de 6% de fibras de acero, la que alcanzo 253.04 kg/cm2 cumpliendo con la resistencia que se quería logar.
CONCLUSIONES
1. El diseño del pavimento rígido incorporando fibras de acero reciclado obtuvo una resistencia a la
compresión final de 253.04 kg/cm2, y con el método AASTHO 93 se obtuvo un espesor de 19.00 cm de losa y
20.00 cm para la sub base, diseñado para 20 años de vida útil.
2. Se concluye que las propiedades físico mecánicas de los agregados son las adecuadas para el diseño de
mezclas, en cuanto al agregado grueso cumple con los limites inferior y superior del HUSO #67 y para el
agregado fino que obtuvo un módulo de finura de 2.91 de sus porcentajes retenidos en los tamices lo cual ha
cumplido con los parámetros que estipula la Norma Técnica Peruana 400.012.
3. El uso de fibras de acero reciclado en el concreto diseñado en dosificaciones de 7.62 kg/m3, 15.24
kg/m3 y 22.86 kg/m3 ha presentado una reducción en su trabajabilidad, el cual resultó un Slump de 2.70”,
2.42” y 1.98” y un Slump de 3.7” en la muestra normal, siendo el Slump de 1.98” el menos favorable por ser de
consistencia seca y poco trabajable, por lo que su variación de asentamiento es de 46.49% respecto a
muestra normal.
4. Al incorporar fibras de acero reciclado a un concreto normal en proporciones de 2%, 4% y 6% mejora la
resistencia a la compresión, los incrementos de resistencias obtenidos fueron de 241.92 kg/cm2, 246.62
kg/cm2 y la más favorable fue de 253.04 kg/cm2 respectivamente, a la edad de 28 días y respecto al concreto
patrón alcanzo un incremento de 14.28 %.
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LOS AUTORES
Sleyther Arturo De La Cruz Vega, Ingeniero civil con Maestria en ecología y gestión
ambiental. Es docente universitario, asesor de tesis y proyectos de investigación.
Paul D. Juarez Viera, Bachiller en Ingeniería civil. Estudiante del taller de titulación
de la Universidad Cesar Vallejo
Eddie G. Sanchez Zapata, Bachiller en Ingeniería civil. Estudiante del taller de
titulación de la Universidad Cesar Vallejo.
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