ARTÍCULO
DE REVISIÓN
Uso de fibra de aguja de pino para mejorar las propiedades
mecánicas del hormigón: una revisión sistemática
Use of pinus needle fiber to
enhance the concrete mechanicals properties: a systematic review
Flor
Liliana del Rocío Llenque Galán 1,a
Filiación
institucional
1 Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo,
Chiclayo, Perú.
Grado
académico
a Estudiante de ingeniería.
Recibido:
04-11-23
Aprobado:
04-02-23
Publicado:
12-02-24
RESUMEN
Objetivo. Realizar una revisión sistemática sobre la fibra de agujas
pino agregadas para mejorar las propiedades mecánicas del hormigón. Métodos.
Se aplicó una revisión sistemática de 80 artículos distribuidos en las bases de
datos indexadas de la siguiente manera: 15 de Scopus,
30 de ProQuest, 11 de EBSCO, y 24 ScienceDirect,
donde se encontraron 32 artículos del 2017 al 2019 y 48 artículos del 2020 al
2022. Desarrollo. Para la búsqueda de los artículos fueron usadas las
siguientes palabras clave: fibras de pino, influencia de la fibra de pino,
propiedades del concreto con fibra, uso de la fibra de pino. Se tiene como
resultado que usando el 25 % y 50 % de fibras de pino mejora las propiedades
mecánicas del concreto, aumentado un 12,6 % y 15,60 % de la resistencia a la
compresión del hormigón. Conclusiónes. Se concluye que usar fibra de pino
en el concreto puede aumentar la resistencia a la compresión como también puede
aumentar su ductilidad y tenacidad, entre otras propiedades mecánicas.
Palabras
clave: fibras de pino;
influencia de la fibra de pino; propiedades del concreto con fibra; uso de la
fibra de pino.
ABSTRACT
Objective. Realizing a systematic review about pinus needle fiber added to enhance the mechanical
properties of concrete. Methods. A systematic review of 80 articles
distributed in indexed databases was applied as follows: 15 from Scopus, 30
from ProQuest, 11 from EBSCO, and 24 ScienceDirect,
where 32 articles from 2017 to 2019 and 48 articles from 2020 to 2022 were
found. Development. To the articles search were used the next words: pinus fibers, influence of pinus
fiber, properties of concrete with fiber, use of pinus
fiber. It is found that using 25 % and 50 % of pinus
fibers improves the mechanical properties of concrete, increasing by 12.6 % and
15.60 % the compressive strength of concrete. Conclusion. It is
concluded that using pinus fiber in concrete can
increase the compressive strength as well as increase its ductility and toughness,
among other mechanical properties.
Keywords: pinus fibers; influence of pinus fiber; properties of concrete with fiber; use of pinus fiber.
Citar
como: Llenque,
F. (2024). Uso de fibra de aguja de pino para mejorar las propiedades mecánicas
del hormigón: una revisión sistemática. Revista Científica De Ingeniería,
Diseño y Arquitectura Contemporánea, 1(1):41-9.
https://doi.org/10.37711/idac.2024.1.1.6
Introducción
Según
Sanjeev y Nitesh (2020), el
hormigón es el material de construcción preferido en el área de la ingeniería
civil en todo el mundo debido a sus ventajas; como el bajo costo, el fácil
acceso al material y la durabilidad, por lo cual, los materiales utilizados
deben presentar un comportamiento dúctil y una alta absorción de energía. Sin
embargo, Merta y Schegg
(2015) mencionan que el hormigón es un material quebradizo debido a su baja
resistencia a la tracción (RT) y a la flexión (RF), así como a sus pobres
propiedades de tenacidad; además, la contaminación ambiental está aumentando
con el aumento en el uso del cemento.
De acuerdo con Mustafa (2022), los
estudios para el progreso de las propiedades mecánicas del hormigón, al limitar
el uso de cemento, van en aumento; uno de los cuales apunta a agregar fibra de
aguja de pino al concreto, ya que es uno de los métodos efectivos para aumentar
las propiedades mecánicas del hormigón. Esto también se relaciona con lo
mencionado por Oraimi y Seibi
(2017), quienes manifiestan que agregar fibra al concreto no es un tema nuevo,
dado que en la actualidad se han llevado a cabo numerosos estudios sobre el
hormigón reforzado con fibras de pino.
Por su parte, Coutts (2017)
expresa que uno de los primeros estudios en utilizar fibras naturales para
aumentar las propiedades mecánicas del concreto fue una la investigación
australiana donde Tioua et al. (2017) señalan que una
de las investigaciones fue el uso de fibras de agujas de pino, las cuales han
utilizadas como sustituto del asbesto en productos de fibrocemento, de modo que
el hormigón reforzado con fibra de agujas de pino tiene mejor flexibilidad y
resistencia que el hormigón ordinario.
Desde el punto de vista de Sanjeev
y Sai Nitesh, (2019), las
grietas en el concreto con niveles de daño avanzados provocan pérdidas de
resistencia y una disminución de la tenacidad por la cual las fibras actúan
como pararrayos y aumentan las propiedades mecánicas como la ductilidad, la
tenacidad y la resistencia al impacto después del agrietamiento. Como también
afirman Sanjay et al. (2017), las fibras de agujas de
pino tienen propiedades únicas como lo son el bajo costo, baja densidad, reciclabilidad, biodegradabilidad
y sostenibilidad en términos de recursos y disponibilidad abundante; lo que las
hacen ser consideradas como los materiales de elección. Además, en cuanto a la
preparación de fibras naturales, este es un proceso fácil que requiere poco
equipo; además, los métodos de preparación utilizados no generan gases nocivos,
lo que mitiga la contaminación ambiental.
Métodos
Este
documento utilizó como fuentes de información varias bases de datos de
referencias bibliográficas como bases de información como Scopus,
ProQuest, EBSCO y ScienceDirect.
Para la selección de fuentes fueron incluidas las miradas más pertinentes para
los períodos de 2017 a 2022. Así mismo, para la indagación de los artículos
fueron usadas las siguientes palabras clave: fibras de pino, influencia de la
fibra de pino, propiedades del concreto con fibra, uso de la fibra de pino,
pudiendo recopilarse una suma de 80 artículos.
Desarrollo y discusión
Fueron
elaboradas dos matrices; la primera examinó las normas de búsqueda y la
determinación de los artículos en los que Se observó lo siguiente: las palabras
clave, la cantidad de registros vistos según el tiempo de búsqueda, el uso de
la condición de búsqueda, los resultados con el canal, para adquirir finalmente
los artículos fundamentales para la exploración. Para dar un detalle superior,
en la Tabla 1 se visualizan los artículos utilizados de acuerdo con la base de
información y los largos períodos de distribución.
Después de pasar por los filtros en la segunda matriz
posterior se detalla la cantidad de artículos retirados cada año, en la cual se
hallaron 80 artículos indexados y repartidos de la siguiente manera: 15 de Scopus, 30 de ProQuest, 11 de
EBSCO y 24 ScienceDirect. Respecto de la
temporalidad, se encontraron 32 artículos del 2017 al 2019 y 48 artículos del
2020 al 2022. Para mayor detalle la Tabla 2 muestra los artículos difundidos
para cada base de información ordenada y la distribución por año.
Ensayo
de resistencia a la compresión utilizando fibras de agujas de pino
Según
Prakash et al. (2020), los resultados de la prueba de
compresión presentan que el uso de fibra con longitudes de 30 y 40 mm
incrementó la resistencia a la compresión (RC); sin embargo, según Abdelsamie et al. (2021) las fibras de 50 mm de longitud
disminuyeron la RC en comparación con la muestra de referencia. Zhu et al. (2021) describen que en el uso de fibra de 40 mm
de longitud la RC aumentó en 8,65 %, 10,45 %, 9,92 % y 9,14 % en las muestras
con contenido de fibra de 0,25 %, 0,50 %, 0,75 % y 1,00 %, respectivamente.
En la
Tabla 3 se visualiza la comparación de la RC del concreto patrón o normal con
el concreto con reemplazo parcial de las fibras de agujas de pino.
Ensayo
de la resistencia a la flexión usando fibras de pino al concreto
Según
Libre et al. (2017), los efectos del ensayo de resistencia a la flexión (RF) de
las muestras del uso de la fibra de pino en el concreto, con un aumento en la
cantidad de fibra hasta un 0,50 %, aumenta la RF. Por otra parte, Meng et al. (2020) manifiestan que el uso de más del 0,50 %
de fibra de pino reduce ligeramente la resistencia.
Por otro lado, Amin et al. (2022)
argumentan que el aumento de la longitud de las fibras de pino en el concreto
disminuyó la RF del hormigón, debido a lo cual, la RF del hormigón con adición
de fibra de 30 mm varía entre 21,95 y 22,46 MPa,
dependiendo del contenido de fibra. Por otra parte, Tolga
y Uzun (2021) dan a conocer que la RF del hormigón
con adición de fibra de 40 mm varía entre 21,14 y 21,63 MPa,
dependiendo del contenido de fibra.
En la Tabla 4 se visualizan los resultados de RF comparando
la resistencia del concreto patrón con la resistencia agregando fibra de agujas
de pino.
Trabajabilidad de la fibra de agujas de pino en concreto
Según
Waqas et al. (2020), la trabajabilidad
con fibra de pino y sus compuestos aumentan la filtración del recurso hídrico,
en el caso de los compuestos cementosos. Esto a su vez reduce la disponibilidad
de agua para la lubricación del cemento, lo que resulta en una disminución de
la trabajabilidad. Como también lo hacen notar Paricaguán et al., (2017), quienes describen que
incorporando al concreto 0, 20, 50, 75 y 100 % de fibras de pino que se retiene
la malla N.º 200, la cual se sustituye de arena un 20 % de fibra de pino que
pasa la malla N.º 200 actuando como remplazante del cemento Portland ordinario
y una relación a/c de 0,55, donde se vieron las caídas de 73, 92, 76, 53 y 37
mm para las incorporación de 0, 20, 50, 75 y 100 % de fibras de agujas de pino,
dando así como resultado una mejor trabajabilidad al
25 % para el reemplazo del 20 % de fibra de pino y una decrecimiento de la
misma para el reemplazo de hasta el 100 % de fibra de pino. En la Tabla 5 se
muestra la trabajabilidad del concreto utilizando
diferentes porcentajes de fibras de pino.
Absorción
de agua agregando la fibra de pino al concreto
Saravanan
y Buvaneshwari (2018) mencionan que la absorción de
agua aumenta con la adición en el contenido de fibra de agujas de pino, siendo
atribuido ese aumento a los vacíos inducidos en la matriz por las fibras. Por
otra parte, según Huyen et al. (2020) manifiestan que, de acuerdo con los
resultados de RC y la velocidad de pulso ultrasónico (UPV), las fibras
vegetales son propensas a una alta absorción de agua, lo que cuestiona el uso
de fibras de agujas de pino en materiales compuestos. Como hacen notar también Zhou et al. (2017), la filtración del recurso hídrico de
los componentes de fibra de pino aumenta con un aumento en el contenido de
fibra.
Velocidad
de pulso ultrasónico (UPV)
De
acuerdo con Mengual et al. (2017), el UPV de las
muestras se reduce con la adición del contenido de fibra en una longitud
particular de las fibras. Por otra parte, Smita et
al. (2017) declaran que el UPV de la muestra de control es de 4,36 km/s,
mientras que la velocidad máxima alcanzada es con las fibras más largas, y es
de 4,2 km/s con una dosis del 1 %. Según Sandeep et
al. (2019), el efecto de las fibras de pino en el UPV del concreto, encontrando
una disminución en el UPV con un aumento en el contenido de fibra.
Densidad
del concreto agregando fibras de pino
De
otra parte, Krayushkina et al. (2019) obtuvieron que
la densidad seca con 20 % de FP (rango de 2450-2225 kg/m3) es aproximadamente 7
% y 9,5 % más baja que el mismo porcentaje con las fibras de agujas de pino
(rango de 2300 - 2475 kg/m3).
Según Mejias et al. (2017) el uso
de la fibra de pino al concreto disminuye su densidad con un aumento en la
cantidad de fibra de agujas de pino; sin embargo, se incrementa con un aumento
en la longitud de la fibra a la misma dosis. Por otra parte, Kuqo y Mai (2021) manifiestan que
agregando al concreto el 1 % de fibra de pino este tendrá una densidad promedio
en comparación con los demás. Sin embargo, Bin Young
y Kai (2019) describen que, agregando fibras de
agujas de pino al concreto, con el 2 % de fibra, este tiene la densidad más
baja.
El
asentamiento en el concreto usando fibras de pino
Desde
la posición de Shereen et al. (2022), cuanto mayor
sea el porcentaje de fibra de pino en la mezcla, menor será el valor de
asentamiento. Por otra parte, Ahmed et al. (2021) manifiestan que las tasas de
reducción del asentamiento en comparación con la muestra de referencia fueron
28,6 %, 52,7 % y 84,6 % en proporciones de fibras de pino de 0,25 %, 0,5 % y 1
%, respectivamente.
Resistencia
a la abrasión
Según
Zsigmond et al. (2021), se observó un aumento de la
resistencia a la abrasión del 6 % al 7 % al usar fibras de agujas de pino de 12
mm de longitud. Por otro lado, Tolga Cogurcu (2022) refiere el aumento de la resistencia a la
abrasión del 13 % al 16 % al usar fibra de pinos de 12 mm de longitud para
hormigón con RC en el rango de 18–38 MPa (W/C se
cambió de 0,7 a 0,5).
Por su parte, Ahmed Shaikh (2017)
muestra que la profundidad de agotamiento fue de 0,27 mm, 0,32 mm, 0,33 mm,
0,38 mm y 0,42 mm con 0 %, 5 %, 10 %, 15 % y 20 % de sustituciones con fibras
de pino. Además, Meza y Siddique (2019) expresaron
que la profundidad de la erosión fue de 0,23 mm a 0,42 mm, 0,31 mm, 0,26 mm,
0,25 mm y 0,23 mm con porcentajes de 0 % a 20 % de sustitución total gruesa.
Esto implica que la obstrucción por desgaste aumenta con la expansión en la
sustitución de total fino y total grueso por fibras de pino
Ensayo
de resistencia a la tracción
Según
Rabiaa et al. (2020) fueron utilizadas fibras de
agujas de pino con longitudes de 12 y 22 mm y los resultados demostraron que
las fibras de agujas de pino acompañadas de una mayor longitud conducían a una
gran mejora de la resistencia a la tracción. Por otra parte, como menciona Zhensheng et al. (2018), los resultados mostraron que, en
comparación con el con el concreto normal, el aumento máximo a los 3, 7 y 28
días para la resistencia a la tracción agregando fibras de pino al concreto fue
del 20 %, 27 % y 18 %, respectivamente. En la Tabla 6 visualizamos los
resultados de la resistencia a la tracción añadiendo fibras de agujas de pino
al concreto para luego comparar con la resistencia patrón a la tracción del
concreto.
Propiedades
térmicas del hormigón con el uso de fibras de agujas de pino
Según
Ahn et al. (2017), la utilización de fibras de agujas
de pino puede funcionar en la obstrucción caliente; usando las fibras de agujas
de pino adquiere mejoras en la obstrucción caliente del cemento. Como también
mencionan Ryu et al. (2020), la temperatura se
incrementará en general con el rasgo primario del cemento a la luz del hecho de
que tal oposición provocará una mayor conductividad cálida y espesor,
permitiendo posteriormente el movimiento del calor.
Así mismo, Álvarez et al. (2020) muestran que al observar
una mayor resistencia al cizallamiento y límite de carga con respecto a la
infiltración del suelo al añadir 1,5 %, 2,5 % y 3,5 % de fibras de agujas de
pino expresa que la unión de la combinación se expandió y el punto de erosión
interior disminuyó como para el suelo regular.
Durabilidad
Los
resultados de una investigación sobre la robustez de la fibra de agujas de pino
de Nematzadeh et al. (2020) evidenciaron que, a pesar
de mostrar una gran oposición a la dispersión de partículas corrosivas y de
cloruro, el pilar de construcción implantado en el hormigón con fibra de pino
era extremadamente propenso a la erosión en contraste con la barra de refuerzo
en el hormigón de control.
Los resultados demuestran que los totales obtenidos de las
fibras de agujas de pino disminuyen la resistencia mecánica de los modelos,
pero trabajan en la flexibilidad y la durabilidad de los materiales. En ese
sentido, Saucedo et al. (20021) lograron obtener los siguientes resultados para
la solidez de la sustancia integrando fibras de pino: la combinación con un
1,00 % de fibras de pino y una proporción de perspectiva de 0,45 funciona tanto
en la agresión corrosiva como en la de cloruro.
Tenacidad
De
acuerdo con Eisa et al. (2020), el impacto de la
fusión de un 10 % de fibras de agujas de pino, donde se trabajó en las
propiedades de maleabilidad y durabilidad de la sustancia, y mostrando que
agregar fibras de pino mejora la tenacidad del concreto. Por otra parte, según Xiaoyan et al. (2020), al mezclar 1 % de fibras de agujas
de pino hubo una mejora en la presentación de la apariencia sustancial que, al
agregar fibra de pino como sustitución de los totales finos al 5 % y 10 %,
muestra grandes propiedades mecánicas, ampliando la resistencia en 6 % y 5 %.
Además, Junwei et al. (2022) mencionan que la adición
de fibras de agujas de pino al hormigón mejora la tenacidad y la capacidad de
amortiguación del hormigón en aproximadamente un 20,4 %.
Conclusiones
Se concluye
por tanto que el uso de fibras de pino de 30 mm y 40 mm de longitud mejoró la
RC y la RF del hormigón. Sin embargo, el uso de fibra de 50 mm de longitud
disminuyó la RC y mejoró la RF en comparación con la muestra de referencia. Es
factible incorporar fibras de agujas de pino en el hormigón, dando como
resultado una nueva clase de material integrado de hormigón revestido con
fibra. Ya que, después de las diferentes revisiones literarias, agregar fibra
de pino al concreto puede aumentar la RC como también puede aumentar su
ductilidad y tenacidad entre otras propiedades mecánicas.
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Fuentes
de financiamiento
La
investigación fue autofinanciada por los autores.
Conflictos
de interés
La
autora declara no tener conflictos de interés.
Correspondencia:
Flor Liliana del Rocío Llenque Galán E-mail: florllenque20@gmail.com