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Adoqu�n vehicular de capacidad drenante con concha de manglar: un innovador material de construcci�n

 

Vehicular paver with drainage capacity with mangrove shell: an innovative construction material

 

Pavimentadora veicular com capacidade de drenagem com mangue: um material de constru��o inovador

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: cvalerof@ulvr.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 27 de julio de 2022

 

       I.          Ingeniero Civil, Magister en Arquitectura menci�n Planificaci�n territorial y Gesti�n ambiental, Magister en Ingenier�a Civil menci�n Construcci�n Civil Sustentable, Maestrando en Salud y Seguridad Ocupacional menci�n en Prevenci�n de Riesgos Laborales, Doctorando en Administraci�n Gerencial, Investigador Nacional acreditado y categorizado por la SENESCYT, Consultor Privado, Docente Investigador y Coordinador de Investigaci�n en la Facultad de Ingenier�a, Industria y Construcci�n de la Universidad Laica VICENTE ROCAFUERTE de Guayaquil, Evaluador par ciego de Yachana Revista Cient�fica.

      II.          Ingeniera Civil, graduada de la Universidad Laica VICENTE ROCAFUERTE de Guayaquil, Investigadora independiente.

    III.          Ingeniero Civil, graduado de la Universidad Laica VICENTE ROCAFUERTE de Guayaquil, Investigador independiente.

Resumen

En la actualidad, debido a la importancia que posee la utilizaci�n de los recursos no renovables, se hace relevante la necesidad de la fabricaci�n de nuevos materiales que minimicen el impacto al ecosistema. Esta investigaci�n tiene como objetivo utilizar agregados a partir de la concha de manglar para la elaboraci�n de un adoqu�n vehicular con caracter�sticas drenantes para la ciudad de Guayaquil. Para lo cual, se realiz� un tamizaje previo en la elaboraci�n de diez muestras para la fabricaci�n del adoqu�n. Este material ecol�gico fue sometido a pruebas de laboratorio de compresi�n e infiltraci�n, estas diez muestras contienen inicialmente variaciones porcentuales que van del 10% al 100% de contenido de concha, en el peso total usado para cada muestra, tanto para las pruebas de resistencia, as� como para infiltraci�n, del referido procedimiento se prosigui� a redimensionar los porcentajes a escalas del 0.1% de contenido de concha para el cumplimento de las normas establecidas. Los resultados obtenidos demuestran que este noble material natural se inscribe en el cumplimiento de la Norma NTE INEN 1488 en el caso de la compresi�n exigida, as� como en el caso de la Norma ASTM C1701 para la infiltraci�n.

Palabras Clave: Recursos renovables; ecosistema; materiales ecol�gicos de construcci�n; adoqu�n; concha de manglar; resistencia del adoqu�n a compresi�n.

 

Abstract

Currently, due to the importance of the use of non-renewable resources, the need to manufacture new materials that minimize the impact on the ecosystem becomes relevant. The objective of this research is to use aggregates from the mangrove shell for the elaboration of a vehicular paver with drainage characteristics for the city of Guayaquil. For which, a preliminary screening was carried out in the preparation of ten samples for the manufacture of the cobblestone. This ecological material was subjected to compression and infiltration laboratory tests, these ten samples initially contain percentage variations ranging from 10% to 100% of shell content, in the total weight used for each sample, both for resistance tests, as well as for infiltration, the aforementioned procedure continued to resize the percentages to scales of 0.1% of shell content for compliance with the established standards. The results obtained show that this noble natural material is in compliance with the NTE INEN 1488 Standard in the case of the required compression, as well as in the case of the ASTM C1701 Standard for infiltration.

Keywords: renewable resources; ecosystem; ecological building materials; cobble; mangrove shell; paver resistance to compression.

 

Resumo

Atualmente, devido � import�ncia do uso de recursos n�o renov�veis, torna-se relevante a necessidade de fabrica��o de novos materiais que minimizem o impacto no ecossistema. O objetivo desta pesquisa � utilizar agregados da concha de mangue para a elabora��o de uma pavimentadora veicular com caracter�sticas de drenagem para a cidade de Guayaquil. Para isso, foi realizada uma triagem preliminar na prepara��o de dez amostras para a fabrica��o do paralelep�pedo. Este material ecol�gico foi submetido a testes laboratoriais de compress�o e infiltra��o, essas dez amostras inicialmente cont�m varia��es percentuais que variam de 10% a 100% do teor de casca, no peso total utilizado para cada amostra, tanto para testes de resist�ncia, quanto para infiltra��o, o referido procedimento continuou a redimensionar os percentuais para escalas de 0,1% de teor de casca para atendimento aos padr�es estabelecidos. Os resultados obtidos mostram que este nobre material natural est� em conformidade com a norma NTE INEN 1488 no caso da compress�o necess�ria, bem como no caso da norma ASTM C1701 para infiltra��o.

Palavras-chave: Recursos Renov�veis; ecossistema; materiais de constru��o ecol�gicos; godo; concha de mangue; resist�ncia � compress�o da pavimentadora.

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Introducci�n

La historia del adoqu�n est� ligada directamente con el crecimiento de las ciudades y el desarrollo vial que estas llegan a tener, viene del �rabe ad-dukk�n y su traducci�n es �piedra escuadrada�. El concreto utilizado para la elaboraci�n del adoqu�n consta de una mezcla de cemento, �ridos, agua y aditivos de ser necesarios, siguiendo el dise�o de la mezcla seg�n la normativa INEN 152 (INEN, 1986). Para su composici�n puede ser usado un solo tipo de concreto o varios, cuando el adoqu�n presenta una cara con alg�n dise�o, bien sea color o textura.

En la actualidad, la utilizaci�n de recursos no renovables y su incidencia en el impacto ambiental es algo que preocupa a la poblaci�n, por ello, se evidencia la innovaci�n en la fabricaci�n de nuevos materiales, que permita una minimizaci�n en el consumo de estos recursos limitados, esto ha provocado la necesidad de orientar esta b�squeda hacia nuevas tecnolog�as y metodolog�as de trabajo en la utilizaci�n de componentes reutilizables, por cuanto el uso de estos incide en la reducci�n de costos, tanto ambientales como financieros, por consiguiente, constituye una soluci�n para el manejo de desechos derivados de la concha de manglar (Valero, 2021).

El sector de fabricaci�n de bloques y adoquines es parte de la industria de la construcci�n. Se pudo observar que esta industria tuvo su pico m�s alto en el a�o 2014 con una producci�n de $7062 millones de d�lares, para el a�o 2016 se contrajo en un 10.5%, alcanzando una producci�n de $6324 millones de d�lares (Superintendencia de Control del Poder de Mercado, 2017).

Se conoce que la utilizaci�n de la concha de manglar es una opci�n viable, ya que b�sicamente la influencia de su concentraci�n incide en las propiedades mec�nicas del adoqu�n vehicular, una vez establecidos los par�metros �ptimos para su fabricaci�n, proceder a la comparaci�n con las mezclas tradicionales. De esta manera, se pueden determinar especificaciones y propiedades mec�nicas, especialmente la capacidad drenante de este material para aplicaciones de tr�nsito vehicular liviano; si bien es cierto la utilizaci�n� de la concha de manglar permite el aprovechamiento de un subproducto con valor agregado; que trae consigo ventajas socioecon�micas para la fabricaci�n de adoquines, es necesario que los par�metros determinados sigan los lineamientos establecidos por las normativas que rigen este tipo de aplicaciones, con la finalidad de establecer su idoneidad.

Aunque la utilizaci�n de las conchas puede darse de diferentes maneras, por ejemplo, su uso como �rido ligado a los morteros (con cemento, cal o arcilla, ligantes acordes con los principios de bioconstrucci�n), hormigones (orientado al uso en cimentaciones, zonas portuarias, pavimentos articulados porosos) y tambi�n mezclas bituminosas (Gonz�lez, et al., 2017), se desconoce su durabilidad a largo plazo en lugares donde no implementen su correcta utilizaci�n o mantenimiento ya que se trata de algo innovador que requiere constante cuidado.

En pa�ses desarrollados como Estados Unidos, M�xico, entre otros se utilizan con mucho �xito concretos permeables o porosos que constituyen una atractiva alternativa de construcci�n en ciudades potencialmente sostenibles; un pavimento poroso consiste en la infiltraci�n de grandes vol�menes de agua hacia el subsuelo en lapsos de tiempo muy cortos. La caracterizaci�n de estos materiales porosos implica la realizaci�n de ensayos de compresi�n y permeabilidad de acuerdo con las normas ACI y ASTM (Campuzano et.al, 2016). En la actualidad, los sistemas de drenaje sostenibles (SUDS) son un elemento fundamental para la ingenier�a civil que es el desarrollo sostenible y su aplicaci�n en el sector de la construcci�n.

Los SUDS se enmarcan b�sicamente en el uso de las t�cnicas de gesti�n de aguas pluviales y planeamiento urbano que apuntan a reproducir y/o restituir los procesos hidrol�gicos previos al desarrollo urban�stico (infiltraci�n, filtraci�n, almacenamiento, laminaci�n, evapotranspiraci�n), minimizando estrat�gicamente los impactos en cuanto a la cantidad y calidad de escorrent�a en el paisaje urbano (Fundaci�n CONAMA, 2018).

El objetivo de esta investigaci�n es elaborar un adoqu�n vehicular por medio de la incorporaci�n de concha de manglar como agregado, para el incremento de su capacidad drenante. Esto genera en el mercado una opci�n de material de construcci�n moderno e innovador, que supera lo convencional y apunta a tener mejores beneficios, as� como tambi�n; reducir el impacto sobre el medio ambiente.

 

3.               Materiales y M�todos

Las t�cnicas adoptadas consisten en la experimentaci�n a partir de ensayos de laboratorio, mediante los cuales se manipula el contenido de las mezclas que conforman el adoqu�n vehicular, para poder determinar el comportamiento de las propiedades mec�nicas y filtrantes de las muestras resultantes. Entre los ensayos propuestos se tienen la determinaci�n de la resistencia (kg/) y la determinaci�n de la infiltraci�n de los adoquines con adici�n de concha de manglar (mL/s). La metodolog�a para los ensayos de compresi�n se ilustra en la figura 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1. Metodolog�a de la elaboraci�n del adoqu�n y sometimiento a ensayos.

 

La poblaci�n objeto de estudio est� constituida de 10 muestras de adoqu�n, las cuales poseen una variaci�n porcentual en el peso del contenido de concha de manglar triturada y tambi�n el peso de la piedra. Es necesario acotar que la ponderaci�n del contenido de piedra y concha de manglar parte de la composici�n de piedra, cuya composici�n se muestra en la tabla 1. Es necesario recalcar que la relaci�n de cemento y piedra es de 1:4 y el peso de la muestra de cemento es de 934 g y de piedra corresponde a 1132 g.

 

 

Tabla 1: Relaci�n en el peso de la dosificaci�n del adoqu�n

 

A partir de esta composici�n se procede a calcular el porcentaje, tanto de piedra como de concha de manglar para su posterior ensayo, las composiciones de dichas muestras dise�adas para los diferentes ensayos, que contienen diferente porcentaje de piedra y concha de manglar triturada, se proponen a continuaci�n en la tabla 2.

 

Tabla 2: Dise�o de las mezclas con variaci�n en su peso para los ensayos

 

Para la realizaci�n de los ensayos de infiltraci�n, se realizaron ensayos de forma manual, en la cual se establece el tiempo de medici�n de referencia y la cantidad de agua a la cual fue sometido el adoqu�n, Los ensayos de infiltraci�n se realizaron en base a criterios contemplados en la norma (ASTM C1701, 2017). Los valores de referencia se detallan en la tabla 3:

 

 

 

 

Tabla 3: Tiempo y volumen de agua establecidos

 

 

4.               An�lisis y discusi�n de� los Resultados

5.                      Resultados preliminares de los ensayos de compresi�n

 

Los resultados de la resistencia a la compresi�n, expresada en kg/�, que est�n definidas como funci�n del porcentaje de concha de manglar presente en el adoqu�n, se obtienen a partir de los ensayos respectivos los cuales se tabulan en la tabla 4, donde claramente se muestra la tendencia de la resistencia del adoqu�n como el resultado directo de la variaci�n del porcentaje de concha.

 

Tabla 4: Resistencia del adoqu�n vehicular resultante

 

El comportamiento o tendencia de la resistencia del adoqu�n vehicular se la puede observar a trav�s de la figura 2, donde se verifica la relaci�n directa entre el porcentaje de concha de manglar y la resistencia.

 

Figura 2. Representaci�n de la resistencia del adoqu�n como funci�n del porcentaje (peso) de concha.

 

3.2������ Resultados preliminares de los ensayos de infiltraci�n

La infiltraci�n producida en los adoquines, la cual est� dada en mL/s, se la define como una funci�n directa del porcentaje de cocha contenida en el adoqu�n. En dichos resultados se puede observar el comportamiento de la infiltraci�n como producto de la variaci�n del porcentaje presente en la mezcla, lo cual se detalla a continuaci�n en la tabla 5.

 

 

 

Tabla 5: Infiltraci�n del adoqu�n vehicular resultante

 

 

Figura 3. Gr�fica de la infiltraci�n del adoqu�n como funci�n del porcentaje de concha.

 

El comportamiento observado en la infiltraci�n del adoqu�n vehicular como resultado de la variaci�n del porcentaje de concha de manglar presente en el adoqu�n, se representa en la figura 3.

Debido a que no se obtuvo de forma exacta la proporci�n en la cantidad de concha de manglar que produzca los niveles de resistencia e infiltraci�n necesarios, se procede a obtener dichos valores por medio de la extrapolaci�n a partir de la curva obtenida mediante la expresi�n matem�tica calculada, en base de regresiones tanto logar�tmica en el caso de la resistencia, as� como de regresi�n lineal para el caso de la infiltraci�n, para lo cual se plantea el an�lisis matem�tico:

Variable independiente � x: % concha

Variable dependiente 1� �y1: Resistencia

Variable dependiente 2 � y2: Infiltraci�n

Donde se tiene que y1 = f(x); y2 = f(x)

A partir de los valores obtenidos de los ensayos experimentales, y mediante regresiones logar�tmicas y lineales, as� como de aproximaciones, se tienen las expresiones para la resistencia e infiltraci�n respectivamente:

y1 = -42*Ln (x) + 236.17 ��[kg/] (1)����������������������������������������������������������������� �����������

y2 = 1.2664*x + 79.398 �����[mL/s]�� ����������� (2)����������������������������������������������������� �����������������������

Por medio de las expresiones (1) y (2), se pueden calcular nuevos valores de resistencia, as� como de infiltraci�n seg�n el valor de x (porcentaje de concha) elegido.

Para los ensayos preliminares se usaron muestras que iban desde el 10% hasta el 100% de contenido de concha en el peso total de la muestra, se procede a obtener nuevos valores de y1 (resistencia), as� como de y2 (infiltraci�n) pero ahora desde el 1% hasta el 10% del peso total de la muestra, los cuales se tabulan a continuaci�n:

 

Tabla 6: Valores de y1 y y2 a partir de valores de x con porcentajes del 1% del peso total de la muestra

Se procede a representar gr�ficamente las tendencias tanto de la resistencia, as� como de la infiltraci�n, ambas como una funci�n del porcentaje de concha en el total del peso de la muestra, dichas gr�ficas se muestran a continuaci�n en las figuras 4 y 5 respectivamente.

 

Figura 4. Resistencia del adoqu�n como funci�n del peso porcentual de la concha en el total de la muestra

 

 

Figura 5. Infiltraci�n del adoqu�n como funci�n del porcentaje del peso de la concha contenido en la muestra

 

 

Una vez analizado el comportamiento de las variables y1 y y2, se puede observar que el punto de inter�s se encuentra pr�ximo al 1% del peso de concha contenido en la muestra (Tabla 6), por lo que se procede nuevamente a calcular, pero ahora desde el 0.1% hasta el 1%, dichos valores se detallan en la tabla 7.

 

Tabla 7: Valores de y1 y y2 a partir de valores de x con porcentaje del 0.1%

Se puede observar que los valores correspondientes tanto a la resistencia, as� como a la infiltraci�n, son obtenidos con una mejor exactitud, debido al valor proporcionado por la variable independiente (0.1 % de concha), la tendencia de dichas din�micas se representa en las figuras 6 y 7.

Figura 6. Resistencia del adoqu�n en funci�n del porcentaje del peso de la concha con valores del 0.1%.

Figura 7. Infiltraci�n del adoqu�n como funci�n del porcentaje del peso de la concha con valores del 0.1%.

 

 

6.               Discusi�n

Los resultados muestran una relaci�n directamente proporcional entre el porcentaje de concha de manglar y la velocidad de infiltraci�n proporcionada en mililitros de agua por segundo (mL/s), este comportamiento permiti� establecer la din�mica de la infiltraci�n� producida por medio de una aproximaci�n lineal, lo que permite no s�lo establecer los valores �ptimos dentro del estudio, sino de interpolar los resultados para determinar el� nivel de infiltraci�n requerida por medio del porcentaje de concha de manglar necesitado para tal efecto (ver figura 8).

En vista de que no se obtuvieron los resultados deseados, debidos principalmente a la exactitud de los valores obtenidos a partir de los ensayos, se procedi� a la extrapolaci�n de la curva antes descrita en la secci�n 3.3, por medio de �sta se construye una nueva tabla de resultados, entre los cuales se pudo llegar a los valores deseados (tabla 7), lo que permiti� establecer el valor �ptimo de la infiltraci�n para el adoqu�n basado en concha de manglar.

 

Figura 8. Aproximaci�n del comportamiento drenante del adoqu�n de concha de manglar.

 

El valor contemplado para el l�mite de compresi�n y que se encuentra establecido en la Norma (NTE INEN 1488, 1987) se detalla en la Tabla 8 a continuaci�n, en la misma se especifica el valor correspondiente a la compresi�n exigida para un adoqu�n vehicular tradicional.

 

Tabla 8: Clasificaci�n de tr�nsito y tipo de adoqu�n

����������� ������Nota: 1 MPa = 10 kg/cm² aproximadamente

 

Como se puede observar en la tabla 8, el valor exigido para la compresi�n de un adoqu�n vehicular corresponde a 30 MPa (306.3 kg/cm²), y lo obtenido por la extrapolaci�n en la curva dise�ada para el efecto, resulta en 332.88 Kg/ cm², que corresponde a una concentraci�n de concha de manglar del 0,1% en el peso total de la muestra.

La concentraci�n del 0.1 % del peso del adoqu�n, de concha de manglar presente en el adoqu�n vehicular equivale a la resistencia de compresi�n de 32.6 MPa, que se aproxima a lo que exige la Norma (NTE INEN 1488, 1987), se realiza la comparaci�n entre el adoqu�n obtenido en el laboratorio con los adoquines comerciales ya sea el de tipo holand�s o Rocafuerte, lo antes descrito se resume en la tabla a continuaci�n:

 

Tabla 9: Comparaci�n entre adoquines vehiculares tradicionales vs. Adoqu�n basado en concha de manglar

�������������� Nota: 1 MPa = 10.21 kg/cm²

����������� ���� Fuente: NORMA INEN 1488

 

7.               Conclusiones

Se logr� elaborar un adoqu�n vehicular con capacidad drenante al incorporar la concha de manglar como agregado, residuo que; al ser usado como material de construcci�n, reduce cargas de contaminaci�n en el medio ambiente.

 

Se evidenci� que existe un comportamiento inversamente proporcional entre el aumento de la capacidad drenante por el uso de la concha de manglar y la resistencia del adoqu�n vehicular, sin embargo; se determin� un punto de equilibrio entre estas dos caracter�sticas.

Se realiz� una comparaci�n entre la propuesta con el adoqu�n tradicional dando como resultado que, al incorporar concha de manglar en 0.1% del peso de la muestra como agregado, no se perjudican las caracter�sticas mec�nicas; puesto que se cumple lo especificado en la norma NTE INEN 1488, resistencia a compresi�n de 32.6 MPa.

Se comprob� que el 0.1% del peso de concha de manglar en el adoqu�n vehicular es el porcentaje optimo, este incrementa la velocidad de infiltraci�n dada en unidad de mililitros de agua por segundo (mL/s), debido a que la relaci�n de vac�os aumenta y con ella la porosidad.

Se reconoce que la capacidad drenante del adoqu�n vehicular por la concha de manglar, reducir�a los estancamientos de aguas lluvias a nivel de calzada en v�as adoquinadas, al tiempo que; incrementar�a los niveles de servicio en dichas v�as; todo esto en aras de un bienestar socio-medioambiental. �

 

Referencias

1.               ASTM Internacional. (2017). M�todo de prueba est�ndar para la tasa de infiltraci�n. Recuperado de https://swmpave.com/wp-content/uploads/2017/08/ASTM-1701.pdf

2.               Campusano, L., S�nchez, C., Medina, Y., Feijoo, E., Guaman, F., Quezada, S., Jaramillo, L. y Mar�n, B. (2016). Concreto poroso: la morfolog�a y granulometr�a apropiada de los agregados que brinde una adecuada relaci�n permeabilidad y resistencia. En K. Lozano (Ed.), Segundo Congreso Internacional de Ciencia y Tecnolog�a (p. 56), Machala, Ecuador: Ediciones UTMACH. Recuperado de https://investigacion.utmachala.edu.ec/es/wp-content/uploads/2017/07/congreso-2016-1.pdf

3.               CONAMA (2018). Agua y ciudad sistemas urbanos de drenaje sostenible. Recuperado de http://www.conama.org/conama/download/files/conama2018/STs%202018/10_preliminar.pdf

4.               Fern�ndez, H. y Trapote, A. (2019). Sistemas urbanos de drenaje sostenible. Aplicaci�n a una zona urbana de Alicante. En J. Melgarejo (Ed.), Congreso nacional del agua Orihuela (pp. 1619-1635), Alicante, Espa�a: Edici�n Universidad de Alicante. Recuperado de https://doi.org/10.14198/Congreso-Nacional-del-Agua-Orihuela-2019

5.               Gonz�lez, B., Carro, D., Mart�nez, F., Mart�nez, C., Seara, G., P�rez, J., y Recarey, M. (4 de mayo de 2017). Valorizaci�n de las conchas de bivalvos gallegas en al �mbito de la construcci�n (BIOVALVO). Recuperado de https://proyectobiovalvo.wordpress.com/

6.               NTE INEN (1987). Adoquines: Requisitos. Recuperado de https://archive.org/details/ec.nte.1488.1987/page/n3/mode/2up

7.               Prefabricados de la Jara (21 de enero de 2019). Historia de los adoquines. La evoluci�n del pavimento [Mensaje en un Blog]. Recuperado de https://www.prefabricadosjara.com/historia-de-los-adoquines-la-evolucion-del-pavimento/

8.               Superintendencia de Control del Poder de Mercado. (2017). Informe Especial de Bloques y Adoquines. Recuperado de https://www.scpm.gob.ec/sitio/wp-content/uploads/2019/03/Estudio-Adoquines-Versin-Pblica.pdf

9.               Valero Fajardo, C. L. (2021). Gesti�n del riesgo de inundaci�n para el ordenamiento territorial del cant�n Vinces (Master's thesis, Guayaquil: ULVR, 2021.). https://scholar.google.es/citations?view_op=view_citation&hl=es&user=wyNMhn8AAAAJ&citation_for_view=wyNMhn8AAAAJ:W7OEmFMy1HYC

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).