ELABORACIÓN DE UN CONCRETO PERMEABLE
UTILIZANDO RESIDUOS DE ACERO GENERADOS
DEL CORTE POR PLASMA COMO SUSTITUTO EN 5%,
10% Y 15% DE AGREGADO GRUESO
PREPARATION OF PERMEABLE CONCRETE USING STEEL
WASTE GENERATED FROM PLASMA CUTTING AS A
SUBSTITUTE FOR 5%, 10%, AND 15% COARSE AGGREGATE
Jesus Hernández Calva
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo, México
Alan Didier Chale Sanjuan
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo, México
Luis Daimir López Leon
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo, México
pág. 9084
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.22018
Elaboración de un Concreto Permeable Utilizando Residuos de Acero
Generados del Corte por Plasma como Sustituto en 5%, 10% y 15% de
Agregado Grueso
Jesus Hernández Calva1
He379261@uaeh.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-8044-8766
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo
México
Alan Didier Chale Sanjuan
A.D.chalesanjuan@gmail.com
https://orcid.org/0009-0006-2966-2843
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo
México
Luis Daimir López Leon
luis_lopez@uaeh.edu.mx
https://orcid.org/0000-0001-5871-7707
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo
México
RESUMEN
Este estudio evalúa el comportamiento mecánico, hidráulico y microestructural de un concreto
permeable elaborado mediante la sustitución parcial del agregado grueso por residuos de acero
generados del corte por plasma. Se diseñaron cuatro mezclas con 0 %, 5 %, 10 % y 15 % de sustitución
en peso, manteniendo una relación agua/cemento de 0.45 y un f’c objetivo de 10 MPa. Se determinaron
la resistencia a la compresión (ASTM C39/C39M), la tasa de infiltración mediante permeámetro de
carga variable y el análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (MEB). Los
resultados muestran un incremento progresivo de la resistencia a la compresión hasta alcanzar 12.04
MPa con 15 % de residuo metálico, equivalente a un aumento cercano al 25 % respecto a la mezcla de
referencia. Las tasas de infiltración se mantuvieron entre 749.9 y 902.3 L/min·m², conservando el
carácter altamente permeable del material. El análisis MEB evidenció una buena integración de las
partículas metálicas en la matriz cementante hasta el 10 % de sustitución, mientras que al 15 % se
observaron vacíos interfaciales y heterogeneidad local. En conjunto, se identifica el intervalo de 5–10
% como contenido óptimo de sustitución, al proporcionar un equilibrio favorable entre resistencia,
permeabilidad y aprovechamiento sostenible de un residuo industrial.
Palabras clave: concreto permeable, residuos de acero, corte por plasma, permeabilidad
1 Autor principal
Correspondencia: He379261@uaeh.edu.mx
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.22018
Elaboración de un Concreto Permeable Utilizando Residuos de Acero
Generados del Corte por Plasma como Sustituto en 5%, 10% y 15% de
Agregado Grueso
Jesus Hernández Calva1
He379261@uaeh.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-8044-8766
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo
México
Alan Didier Chale Sanjuan
A.D.chalesanjuan@gmail.com
https://orcid.org/0009-0006-2966-2843
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo
México
Luis Daimir López Leon
luis_lopez@uaeh.edu.mx
https://orcid.org/0000-0001-5871-7707
Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo
México
RESUMEN
Este estudio evalúa el comportamiento mecánico, hidráulico y microestructural de un concreto
permeable elaborado mediante la sustitución parcial del agregado grueso por residuos de acero
generados del corte por plasma. Se diseñaron cuatro mezclas con 0 %, 5 %, 10 % y 15 % de sustitución
en peso, manteniendo una relación agua/cemento de 0.45 y un f’c objetivo de 10 MPa. Se determinaron
la resistencia a la compresión (ASTM C39/C39M), la tasa de infiltración mediante permeámetro de
carga variable y el análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (MEB). Los
resultados muestran un incremento progresivo de la resistencia a la compresión hasta alcanzar 12.04
MPa con 15 % de residuo metálico, equivalente a un aumento cercano al 25 % respecto a la mezcla de
referencia. Las tasas de infiltración se mantuvieron entre 749.9 y 902.3 L/min·m², conservando el
carácter altamente permeable del material. El análisis MEB evidenció una buena integración de las
partículas metálicas en la matriz cementante hasta el 10 % de sustitución, mientras que al 15 % se
observaron vacíos interfaciales y heterogeneidad local. En conjunto, se identifica el intervalo de 5–10
% como contenido óptimo de sustitución, al proporcionar un equilibrio favorable entre resistencia,
permeabilidad y aprovechamiento sostenible de un residuo industrial.
Palabras clave: concreto permeable, residuos de acero, corte por plasma, permeabilidad
1 Autor principal
Correspondencia: He379261@uaeh.edu.mx
pág. 9085
Preparation of Permeable Concrete Using Steel Waste Generated from
Plasma Cutting as a Substitute for 5%, 10%, and 15% Coarse Aggregate
ABSTRACT
This study investigates the mechanical, hydraulic, and microstructural behavior of pervious concrete
produced by partially replacing coarse aggregate with steel waste derived from plasma cutting. Four
mixtures with 0%, 5%, 10%, and 15% replacement by weight were designed using a constant water-to-
cement ratio of 0.45 and a target compressive strength of 10 MPa. Compressive strength tests (ASTM
C39/C39M), infiltration rate measurements using a variable-head permeameter, and microstructural
analysis by scanning electron microscopy (SEM) were carried out. The results indicate a progressive
increase in compressive strength, reaching 12.04 MPa for the mixture with 15% steel waste,
corresponding to an improvement of about 25% compared to the control mix. Infiltration rates ranged
from 749.9 to 902.3 L/min·m², confirming that the pervious character of the material was preserved.
SEM observations revealed a dense and well-bonded matrix with uniformly embedded metallic particles
up to 10% replacement, whereas the 15% mixture exhibited interfacial voids and local heterogeneities.
Overall, a replacement level between 5% and 10% is identified as optimal, providing a suitable balance
between load-bearing capacity, hydraulic performance, and sustainable utilization of an industrial steel
waste.
Keywords: pervious concrete, steel waste, plasma cutting, permeability
Artículo recibido 30 noviembre 2025
Aceptado para publicación: 30 diciembre 2025
Preparation of Permeable Concrete Using Steel Waste Generated from
Plasma Cutting as a Substitute for 5%, 10%, and 15% Coarse Aggregate
ABSTRACT
This study investigates the mechanical, hydraulic, and microstructural behavior of pervious concrete
produced by partially replacing coarse aggregate with steel waste derived from plasma cutting. Four
mixtures with 0%, 5%, 10%, and 15% replacement by weight were designed using a constant water-to-
cement ratio of 0.45 and a target compressive strength of 10 MPa. Compressive strength tests (ASTM
C39/C39M), infiltration rate measurements using a variable-head permeameter, and microstructural
analysis by scanning electron microscopy (SEM) were carried out. The results indicate a progressive
increase in compressive strength, reaching 12.04 MPa for the mixture with 15% steel waste,
corresponding to an improvement of about 25% compared to the control mix. Infiltration rates ranged
from 749.9 to 902.3 L/min·m², confirming that the pervious character of the material was preserved.
SEM observations revealed a dense and well-bonded matrix with uniformly embedded metallic particles
up to 10% replacement, whereas the 15% mixture exhibited interfacial voids and local heterogeneities.
Overall, a replacement level between 5% and 10% is identified as optimal, providing a suitable balance
between load-bearing capacity, hydraulic performance, and sustainable utilization of an industrial steel
waste.
Keywords: pervious concrete, steel waste, plasma cutting, permeability
Artículo recibido 30 noviembre 2025
Aceptado para publicación: 30 diciembre 2025
pág. 9086
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la sostenibilidad se ha convertido en un eje central de la innovación en materiales
de construcción. La industria del concreto, responsable de una parte considerable de las emisiones
globales de CO₂, enfrenta el reto de integrar estrategias que permitan reducir su impacto ambiental sin
comprometer la calidad estructural del material (Habert et al., 2020). En este contexto, la reutilización
de subproductos industriales ha emergido como una vía prometedora dentro del marco de la economía
circular, promoviendo la valorización de residuos y la disminución del uso de recursos naturales no
renovables (Gao et al., 2023). Entre los subproductos con mayor potencial se encuentran los residuos
metálicos finos generados por procesos de corte por plasma, propios de la industria metalmecánica, los
cuales suelen ser dispuestos de forma inadecuada, generando contaminación del suelo, emisiones de
partículas y riesgo para la salud humana (Arulrajah et al., 2021).
El aprovechamiento de estos residuos metálicos como sustitutos parciales de los agregados pétreos en
mezclas cementicias ofrece una alternativa atractiva tanto técnica como ambientalmente.
Investigaciones recientes han demostrado que la incorporación de partículas de acero o polvo metálico
en el concreto puede mejorar su resistencia a la compresión, tracción y durabilidad, gracias al efecto de
refuerzo físico y la reducción de microfisuras (Su et al., 2023; Chen et al., 2024). Además, los residuos
metálicos tienden a modificar la interfaz pasta-agregado, generando una microestructura más densa que
contribuye a disminuir la permeabilidad y mejorar la resistencia a la carbonatación (Rashid et al., 2019;
Jalal et al., 2022).
En particular, el concreto permeable ha cobrado relevancia como un material ecoeficiente orientado a
la gestión de aguas pluviales en zonas urbanas. Su estructura altamente porosa permite la infiltración
del agua de lluvia, reduciendo la escorrentía superficial y favoreciendo la recarga de acuíferos (Sonebi
& Bassuoni, 2022). Este tipo de concreto se fabrica con una cantidad reducida de finos o incluso sin
ellos, generando una red interconectada de vacíos que, aunque útil para la permeabilidad, disminuye su
resistencia mecánica (Aoki et al., 2020). Por ello, la incorporación de materiales reciclados o
subproductos industriales como refuerzo constituye una estrategia viable para mejorar el equilibrio entre
permeabilidad y resistencia (Zhao et al., 2021).
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la sostenibilidad se ha convertido en un eje central de la innovación en materiales
de construcción. La industria del concreto, responsable de una parte considerable de las emisiones
globales de CO₂, enfrenta el reto de integrar estrategias que permitan reducir su impacto ambiental sin
comprometer la calidad estructural del material (Habert et al., 2020). En este contexto, la reutilización
de subproductos industriales ha emergido como una vía prometedora dentro del marco de la economía
circular, promoviendo la valorización de residuos y la disminución del uso de recursos naturales no
renovables (Gao et al., 2023). Entre los subproductos con mayor potencial se encuentran los residuos
metálicos finos generados por procesos de corte por plasma, propios de la industria metalmecánica, los
cuales suelen ser dispuestos de forma inadecuada, generando contaminación del suelo, emisiones de
partículas y riesgo para la salud humana (Arulrajah et al., 2021).
El aprovechamiento de estos residuos metálicos como sustitutos parciales de los agregados pétreos en
mezclas cementicias ofrece una alternativa atractiva tanto técnica como ambientalmente.
Investigaciones recientes han demostrado que la incorporación de partículas de acero o polvo metálico
en el concreto puede mejorar su resistencia a la compresión, tracción y durabilidad, gracias al efecto de
refuerzo físico y la reducción de microfisuras (Su et al., 2023; Chen et al., 2024). Además, los residuos
metálicos tienden a modificar la interfaz pasta-agregado, generando una microestructura más densa que
contribuye a disminuir la permeabilidad y mejorar la resistencia a la carbonatación (Rashid et al., 2019;
Jalal et al., 2022).
En particular, el concreto permeable ha cobrado relevancia como un material ecoeficiente orientado a
la gestión de aguas pluviales en zonas urbanas. Su estructura altamente porosa permite la infiltración
del agua de lluvia, reduciendo la escorrentía superficial y favoreciendo la recarga de acuíferos (Sonebi
& Bassuoni, 2022). Este tipo de concreto se fabrica con una cantidad reducida de finos o incluso sin
ellos, generando una red interconectada de vacíos que, aunque útil para la permeabilidad, disminuye su
resistencia mecánica (Aoki et al., 2020). Por ello, la incorporación de materiales reciclados o
subproductos industriales como refuerzo constituye una estrategia viable para mejorar el equilibrio entre
permeabilidad y resistencia (Zhao et al., 2021).
pág. 9087
Estudios experimentales han señalado que la adición de pequeñas fracciones de residuos metálicos (5–
15 %) puede incrementar la resistencia a la compresión de concretos permeables sin comprometer
significativamente su capacidad de infiltración (Singh et al., 2021; Liu et al., 2023). Además, los
residuos provenientes del corte por plasma, al estar compuestos principalmente de acero al carbono tipo
A36, presentan propiedades mecánicas que favorecen la formación de puentes de adherencia dentro de
la matriz cementicia (Martínez & Pérez, 2022). Este comportamiento podría traducirse en una mayor
integridad estructural y durabilidad del concreto frente a cargas dinámicas y procesos de deterioro
ambiental.
Por tanto, el presente estudio tiene como objetivo evaluar el comportamiento mecánico y la
permeabilidad del concreto permeable modificado mediante la sustitución parcial del agregado grueso
por residuos de acero generados del corte por plasma, en proporciones del 0 %, 5 %, 10 % y 15 %. Para
ello, se realizarán ensayos de resistencia a la compresión y pruebas de permeabilidad, así como un
análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de
dispersión de energía (EDS). Se plantea como hipótesis que la incorporación de residuos metálicos finos
no solo aumentará la resistencia mecánica del concreto, sino que también mantendrá su permeabilidad
dentro de los rangos normativos establecidos por ACI 522R-10 (2010), contribuyendo al desarrollo de
un material sostenible y de bajo impacto ambiental aplicable en pavimentos permeables, guarniciones
y zonas peatonales.
MATERIALES Y MÉTODOS
Concreto permeable
El concreto permeable es un material poroso formado principalmente por cemento, agregado grueso y
agua, con una cantidad mínima o nula de finos. Su estructura abierta permite la infiltración del agua de
lluvia hacia el subsuelo, contribuyendo a la gestión sostenible del recurso hídrico y al control de la
escorrentía urbana (Sonebi & Bassuoni, 2022). En este estudio se empleó un concreto de baja resistencia
(f’c = 10 MPa), diseñado conforme a las recomendaciones del ACI 522R-10 (2010) y de la NMX-C-
156-ONNCCE-2016 para la elaboración y curado de especímenes en laboratorio.
Estudios experimentales han señalado que la adición de pequeñas fracciones de residuos metálicos (5–
15 %) puede incrementar la resistencia a la compresión de concretos permeables sin comprometer
significativamente su capacidad de infiltración (Singh et al., 2021; Liu et al., 2023). Además, los
residuos provenientes del corte por plasma, al estar compuestos principalmente de acero al carbono tipo
A36, presentan propiedades mecánicas que favorecen la formación de puentes de adherencia dentro de
la matriz cementicia (Martínez & Pérez, 2022). Este comportamiento podría traducirse en una mayor
integridad estructural y durabilidad del concreto frente a cargas dinámicas y procesos de deterioro
ambiental.
Por tanto, el presente estudio tiene como objetivo evaluar el comportamiento mecánico y la
permeabilidad del concreto permeable modificado mediante la sustitución parcial del agregado grueso
por residuos de acero generados del corte por plasma, en proporciones del 0 %, 5 %, 10 % y 15 %. Para
ello, se realizarán ensayos de resistencia a la compresión y pruebas de permeabilidad, así como un
análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de
dispersión de energía (EDS). Se plantea como hipótesis que la incorporación de residuos metálicos finos
no solo aumentará la resistencia mecánica del concreto, sino que también mantendrá su permeabilidad
dentro de los rangos normativos establecidos por ACI 522R-10 (2010), contribuyendo al desarrollo de
un material sostenible y de bajo impacto ambiental aplicable en pavimentos permeables, guarniciones
y zonas peatonales.
MATERIALES Y MÉTODOS
Concreto permeable
El concreto permeable es un material poroso formado principalmente por cemento, agregado grueso y
agua, con una cantidad mínima o nula de finos. Su estructura abierta permite la infiltración del agua de
lluvia hacia el subsuelo, contribuyendo a la gestión sostenible del recurso hídrico y al control de la
escorrentía urbana (Sonebi & Bassuoni, 2022). En este estudio se empleó un concreto de baja resistencia
(f’c = 10 MPa), diseñado conforme a las recomendaciones del ACI 522R-10 (2010) y de la NMX-C-
156-ONNCCE-2016 para la elaboración y curado de especímenes en laboratorio.
pág. 9088
Composición del concreto permeable
▪ Cemento: Se utilizó cemento Portland tipo II, conforme a la ASTM C150/C150M-22, por su buena
disponibilidad y desempeño en aplicaciones no estructurales.
▪ Agregado grueso: Grava triturada de tamaño comprendido entre 4.75 mm (tamiz #4) y 12.7 mm (½
”), seca superficialmente. Esta gradación permite una porosidad efectiva entre 15 % y 25 %,
adecuada para mantener la capacidad de infiltración (Aoki et al., 2020).
▪ Agua: Se empleó agua potable conforme a la NMX-C-122-ONNCCE-2013. La relación
agua/cemento (A/C) adoptada fue 0.45, dentro del intervalo recomendado por Yang & Jiang (2003)
y Singh & Yadav (2024) para concretos permeables.
▪ Residuos metálicos: Sustituto parcial del agregado grueso en proporciones de 5 %, 10 % y 15 % en
peso, descritos en la sección 2.2.
▪ Sin finos ni aditivos químicos, a fin de conservar la permeabilidad natural del sistema.
La dosificación base por metro cúbico de concreto fue: 425 kg de cemento, 1900 kg de agregado grueso
y 191 kg de agua, siguiendo el criterio de baja relación pasta/agregado y revenimiento nulo
característico del concreto permeable (ACI 522R-10, 2010).
Residuo de acero proveniente del corte por plasma
El residuo metálico utilizado procede del proceso de corte por plasma en talleres de la industria
metalmecánica, donde láminas de acero al carbono ASTM A36 son seccionadas térmicamente,
generando partículas y escamas metálicas de tamaño irregular (Martínez & Pérez, 2022). Dichos
residuos fueron recolectados, limpiados y tamizados para obtener fracciones comparables al tamaño del
agregado grueso (4.75–12.7 mm). Su incorporación como sustituto parcial contribuye a la economía
circular y reduce la disposición de desechos metálicos (Arulrajah et al., 2021).
Caracterización química y física
El acero A36 presenta la composición típica mostrada en la Tabla 1, conforme a Ingirum (2023) y
Valdivia et al. (2022).
Composición del concreto permeable
▪ Cemento: Se utilizó cemento Portland tipo II, conforme a la ASTM C150/C150M-22, por su buena
disponibilidad y desempeño en aplicaciones no estructurales.
▪ Agregado grueso: Grava triturada de tamaño comprendido entre 4.75 mm (tamiz #4) y 12.7 mm (½
”), seca superficialmente. Esta gradación permite una porosidad efectiva entre 15 % y 25 %,
adecuada para mantener la capacidad de infiltración (Aoki et al., 2020).
▪ Agua: Se empleó agua potable conforme a la NMX-C-122-ONNCCE-2013. La relación
agua/cemento (A/C) adoptada fue 0.45, dentro del intervalo recomendado por Yang & Jiang (2003)
y Singh & Yadav (2024) para concretos permeables.
▪ Residuos metálicos: Sustituto parcial del agregado grueso en proporciones de 5 %, 10 % y 15 % en
peso, descritos en la sección 2.2.
▪ Sin finos ni aditivos químicos, a fin de conservar la permeabilidad natural del sistema.
La dosificación base por metro cúbico de concreto fue: 425 kg de cemento, 1900 kg de agregado grueso
y 191 kg de agua, siguiendo el criterio de baja relación pasta/agregado y revenimiento nulo
característico del concreto permeable (ACI 522R-10, 2010).
Residuo de acero proveniente del corte por plasma
El residuo metálico utilizado procede del proceso de corte por plasma en talleres de la industria
metalmecánica, donde láminas de acero al carbono ASTM A36 son seccionadas térmicamente,
generando partículas y escamas metálicas de tamaño irregular (Martínez & Pérez, 2022). Dichos
residuos fueron recolectados, limpiados y tamizados para obtener fracciones comparables al tamaño del
agregado grueso (4.75–12.7 mm). Su incorporación como sustituto parcial contribuye a la economía
circular y reduce la disposición de desechos metálicos (Arulrajah et al., 2021).
Caracterización química y física
El acero A36 presenta la composición típica mostrada en la Tabla 1, conforme a Ingirum (2023) y
Valdivia et al. (2022).
pág. 9089
Tabla 1. Composición química del acero A36.
Elemento % en peso
C 0.29
Mn 1.20
Si 0.40
P 0.04
S 0.05
Las partículas metálicas presentan geometrías angulares y una rugosidad superficial alta, derivadas del
enfriamiento rápido del proceso de corte, lo que favorece la adherencia mecánica con la matriz
cementante (Chen et al., 2024). Antes de su uso, el material se lavó con agua destilada y se secó a 105
°C por 24 h para eliminar impurezas y humedad superficial. La densidad aparente del residuo fue de
7.8 g/cm³, significativamente mayor que la de los agregados pétreos, por lo que se efectuó la sustitución
en peso y no en volumen para evitar alteraciones en la densidad global de la mezcla (Singh et al., 2021).
Ventajas del uso de residuos de acero generados por corte por plasma en concreto permeable
La incorporación de residuos de acero procedentes del corte por plasma como sustituto parcial del
agregado grueso en concreto permeable ofrece ventajas simultáneamente mecánicas, funcionales y
ambientales, alineadas con los principios de economía circular:
Mejoras en propiedades mecánicas: Diversos estudios han demostrado que la presencia de
inclusiones metálicas o fibras de acero recicladas puede incrementar la resistencia a la compresión,
mejorar el comportamiento post-fisuración y reducir la fragilidad del concreto, al generar puentes de
transferencia de esfuerzos y limitar la propagación de microfisuras (Su et al., 2023; Jahandari et al.,
2021). Cuando se controla su fracción y distribución, los residuos metálicos pueden actuar como
pseudo-refuerzo rígido dentro de la matriz cementante, contribuyendo a una estructura más densa y
estable.
Contribución al control de fisuración y a la integridad matricial: La rugosidad y geometría angulosa
típica de las partículas de acero provenientes del corte por plasma favorecen la adherencia mecánica
con los productos de hidratación del cemento, lo que mejora la resistencia al agrietamiento por cargas
Tabla 1. Composición química del acero A36.
Elemento % en peso
C 0.29
Mn 1.20
Si 0.40
P 0.04
S 0.05
Las partículas metálicas presentan geometrías angulares y una rugosidad superficial alta, derivadas del
enfriamiento rápido del proceso de corte, lo que favorece la adherencia mecánica con la matriz
cementante (Chen et al., 2024). Antes de su uso, el material se lavó con agua destilada y se secó a 105
°C por 24 h para eliminar impurezas y humedad superficial. La densidad aparente del residuo fue de
7.8 g/cm³, significativamente mayor que la de los agregados pétreos, por lo que se efectuó la sustitución
en peso y no en volumen para evitar alteraciones en la densidad global de la mezcla (Singh et al., 2021).
Ventajas del uso de residuos de acero generados por corte por plasma en concreto permeable
La incorporación de residuos de acero procedentes del corte por plasma como sustituto parcial del
agregado grueso en concreto permeable ofrece ventajas simultáneamente mecánicas, funcionales y
ambientales, alineadas con los principios de economía circular:
Mejoras en propiedades mecánicas: Diversos estudios han demostrado que la presencia de
inclusiones metálicas o fibras de acero recicladas puede incrementar la resistencia a la compresión,
mejorar el comportamiento post-fisuración y reducir la fragilidad del concreto, al generar puentes de
transferencia de esfuerzos y limitar la propagación de microfisuras (Su et al., 2023; Jahandari et al.,
2021). Cuando se controla su fracción y distribución, los residuos metálicos pueden actuar como
pseudo-refuerzo rígido dentro de la matriz cementante, contribuyendo a una estructura más densa y
estable.
Contribución al control de fisuración y a la integridad matricial: La rugosidad y geometría angulosa
típica de las partículas de acero provenientes del corte por plasma favorecen la adherencia mecánica
con los productos de hidratación del cemento, lo que mejora la resistencia al agrietamiento por cargas
pág. 9090
cíclicas o variaciones térmicas, y puede reducir la formación de fisuras conectadas que comprometan
la durabilidad (Mindess et al., 2003; Chen et al., 2024).
Compatibilidad con sistemas permeables: A diferencia de adiciones finas que obstruyen la red de
poros, la sustitución parcial en 5 %, 10 % y 15 % en peso del agregado grueso con partículas metálicas
de tamaño similar permite mantener una estructura abierta, siempre que la dosificación no exceda el
umbral en el cual se reduce drásticamente la conectividad de vacíos. Estudios recientes sobre concretos
permeables con subproductos industriales muestran que es posible mejorar la resistencia sin sacrificar
la permeabilidad de diseño cuando se optimiza la fracción volumétrica y la gradación (Debnath &
Sarkar, 2020; Vijayalakshmi, 2021).
Sostenibilidad y gestión de residuos industriales: El residuo de corte por plasma es un desecho
recurrente de la industria metalmecánica que, si no se gestiona adecuadamente, puede contribuir a la
contaminación de suelos y agua. Su valorización como sustituto de agregado grueso reduce la
extracción de áridos naturales, minimiza la disposición en rellenos y disminuye la huella ambiental del
concreto (Martínez & Pérez, 2022; Gao et al., 2023). Esto se alinea con estrategias de construcción
sostenible y modelos de producción más circulares.
En conjunto, la integración controlada de residuos de acero generados por corte por plasma en concreto
permeable representa una alternativa innovadora para mejorar el desempeño del material y, al mismo
tiempo, mitigar impactos ambientales asociados a la gestión de residuos metálicos.
Resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión es el parámetro principal para evaluar la capacidad portante y la calidad
global del concreto, incluso en aplicaciones no estructurales como pavimentos permeables para tráfico
ligero, banquetas y áreas de estacionamiento. Este parámetro permite verificar la viabilidad del material
frente a las solicitaciones de servicio y establecer comparaciones entre mezclas con y sin sustitución de
agregado (Mindess et al., 2003).
En este estudio, la mezcla de referencia se diseñó para una resistencia objetivo del orden de 10 MPa
(≈100 kg/cm²), acorde con aplicaciones de concreto permeable de baja exigencia estructural, siguiendo
las recomendaciones del ACI 522R-10 (2010) y criterios utilizados en estudios recientes de pervious
concrete con materiales reciclados (Aoki et al., 2020; Sandoval et al., 2019). Los residuos de acero de
cíclicas o variaciones térmicas, y puede reducir la formación de fisuras conectadas que comprometan
la durabilidad (Mindess et al., 2003; Chen et al., 2024).
Compatibilidad con sistemas permeables: A diferencia de adiciones finas que obstruyen la red de
poros, la sustitución parcial en 5 %, 10 % y 15 % en peso del agregado grueso con partículas metálicas
de tamaño similar permite mantener una estructura abierta, siempre que la dosificación no exceda el
umbral en el cual se reduce drásticamente la conectividad de vacíos. Estudios recientes sobre concretos
permeables con subproductos industriales muestran que es posible mejorar la resistencia sin sacrificar
la permeabilidad de diseño cuando se optimiza la fracción volumétrica y la gradación (Debnath &
Sarkar, 2020; Vijayalakshmi, 2021).
Sostenibilidad y gestión de residuos industriales: El residuo de corte por plasma es un desecho
recurrente de la industria metalmecánica que, si no se gestiona adecuadamente, puede contribuir a la
contaminación de suelos y agua. Su valorización como sustituto de agregado grueso reduce la
extracción de áridos naturales, minimiza la disposición en rellenos y disminuye la huella ambiental del
concreto (Martínez & Pérez, 2022; Gao et al., 2023). Esto se alinea con estrategias de construcción
sostenible y modelos de producción más circulares.
En conjunto, la integración controlada de residuos de acero generados por corte por plasma en concreto
permeable representa una alternativa innovadora para mejorar el desempeño del material y, al mismo
tiempo, mitigar impactos ambientales asociados a la gestión de residuos metálicos.
Resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión es el parámetro principal para evaluar la capacidad portante y la calidad
global del concreto, incluso en aplicaciones no estructurales como pavimentos permeables para tráfico
ligero, banquetas y áreas de estacionamiento. Este parámetro permite verificar la viabilidad del material
frente a las solicitaciones de servicio y establecer comparaciones entre mezclas con y sin sustitución de
agregado (Mindess et al., 2003).
En este estudio, la mezcla de referencia se diseñó para una resistencia objetivo del orden de 10 MPa
(≈100 kg/cm²), acorde con aplicaciones de concreto permeable de baja exigencia estructural, siguiendo
las recomendaciones del ACI 522R-10 (2010) y criterios utilizados en estudios recientes de pervious
concrete con materiales reciclados (Aoki et al., 2020; Sandoval et al., 2019). Los residuos de acero de
pág. 9091
corte por plasma sustituyen al agregado grueso en proporciones de 5 %, 10 % y 15 % en peso, con el
objetivo de identificar el porcentaje óptimo que permita incrementar la resistencia sin comprometer la
funcionalidad hidráulica.
El ensayo se realiza sobre especímenes cilíndricos con relación altura/diámetro 2:1, utilizando una
prensa hidráulica conforme a ASTM C39/C39M-23 y NMX-C-083-ONNCCE-2020, aplicando carga
axial continua hasta la falla. Se evalúan al menos tres especímenes por dosificación, reportando el valor
promedio de resistencia en MPa. La comparación entre el concreto permeable convencional y las
mezclas modificadas permite determinar el efecto del residuo metálico en la capacidad resistente, así
como establecer si la adición del 15 % de sustitución genera un refuerzo efectivo de la matriz
cementante (Su et al., 2023; Chen et al., 2024).
Permeabilidad del concreto permeable modificado
La permeabilidad es la propiedad distintiva del concreto permeable y se asocia con su capacidad para
permitir el flujo de agua a través de su red de poros interconectados. Desde el punto de vista hidráulico,
se expresa mediante el coeficiente de permeabilidad (k), que cuantifica la facilidad con la que el agua
atraviesa el medio poroso bajo un gradiente hidráulico determinado (Debnath & Sarkar, 2020; Sandoval
et al., 2019).
En concretos permeables, el diseño de la mezcla busca contenidos de vacíos típicos del 15–35 %, con
velocidades de infiltración en el rango de 81–730 L/min/m², de acuerdo con ACI 522R-10 (2010). La
introducción de residuos de acero de corte por plasma como sustituto parcial del agregado grueso debe
evaluarse cuidadosamente para asegurar que:
1. La fracción metálica no obstruya la red de poros conectados.
2. Se mantenga un equilibrio adecuado entre porosidad, resistencia y capacidad de drenaje.
El coeficiente de permeabilidad se determina mediante ensayos de carga variable en especímenes
cilíndricos, utilizando permeámetros que registran el tiempo de descenso de una columna de agua entre
dos niveles de referencia. El cálculo de k se realiza con la formulación clásica para carga variable,
considerando el área del tubo de alimentación, el área de la sección transversal del espécimen, la altura
del espécimen y las alturas inicial y final del nivel de agua. Este método ha sido ampliamente empleado
corte por plasma sustituyen al agregado grueso en proporciones de 5 %, 10 % y 15 % en peso, con el
objetivo de identificar el porcentaje óptimo que permita incrementar la resistencia sin comprometer la
funcionalidad hidráulica.
El ensayo se realiza sobre especímenes cilíndricos con relación altura/diámetro 2:1, utilizando una
prensa hidráulica conforme a ASTM C39/C39M-23 y NMX-C-083-ONNCCE-2020, aplicando carga
axial continua hasta la falla. Se evalúan al menos tres especímenes por dosificación, reportando el valor
promedio de resistencia en MPa. La comparación entre el concreto permeable convencional y las
mezclas modificadas permite determinar el efecto del residuo metálico en la capacidad resistente, así
como establecer si la adición del 15 % de sustitución genera un refuerzo efectivo de la matriz
cementante (Su et al., 2023; Chen et al., 2024).
Permeabilidad del concreto permeable modificado
La permeabilidad es la propiedad distintiva del concreto permeable y se asocia con su capacidad para
permitir el flujo de agua a través de su red de poros interconectados. Desde el punto de vista hidráulico,
se expresa mediante el coeficiente de permeabilidad (k), que cuantifica la facilidad con la que el agua
atraviesa el medio poroso bajo un gradiente hidráulico determinado (Debnath & Sarkar, 2020; Sandoval
et al., 2019).
En concretos permeables, el diseño de la mezcla busca contenidos de vacíos típicos del 15–35 %, con
velocidades de infiltración en el rango de 81–730 L/min/m², de acuerdo con ACI 522R-10 (2010). La
introducción de residuos de acero de corte por plasma como sustituto parcial del agregado grueso debe
evaluarse cuidadosamente para asegurar que:
1. La fracción metálica no obstruya la red de poros conectados.
2. Se mantenga un equilibrio adecuado entre porosidad, resistencia y capacidad de drenaje.
El coeficiente de permeabilidad se determina mediante ensayos de carga variable en especímenes
cilíndricos, utilizando permeámetros que registran el tiempo de descenso de una columna de agua entre
dos niveles de referencia. El cálculo de k se realiza con la formulación clásica para carga variable,
considerando el área del tubo de alimentación, el área de la sección transversal del espécimen, la altura
del espécimen y las alturas inicial y final del nivel de agua. Este método ha sido ampliamente empleado
pág. 9092
en investigaciones sobre concreto permeable sostenible y permite comparar el desempeño hidráulico de
mezclas con distintos materiales reciclados (Debnath & Sarkar, 2020; Peng et al., 2018).
Para el presente trabajo, se verifica que las mezclas con 5 %, 10 % y 15 % de sustitución metálica
mantengan valores de permeabilidad dentro del rango recomendado para aplicaciones en pavimentos
de tráfico ligero y sistemas urbanos de drenaje sostenible.
Microscopia electrónica de barrido (MEB)
El análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), es fundamental para
comprender la interacción entre los residuos de acero de corte por plasma y la matriz cementante del
concreto permeable. Esta caracterización permite:
▪ Observar la morfología y distribución de las partículas metálicas dentro de la matriz.
▪ Identificar la presencia de poros interconectados, microfisuras y posibles zonas de desadherencia.
Las muestras se obtienen a partir de especímenes previamente ensayados mecánicamente o de
fragmentos representativos del concreto endurecido. Los pasos generales incluyen:
1. Corte del material para exponer secciones internas
2. Limpieza suave para eliminar partículas sueltas
3. Secado controlado
4. Recubrimiento con una capa conductora de oro o carbono mediante sputtering, con el fin de evitar
acumulación de carga superficial durante el análisis.
El estudio se llevó a cabo utilizando un microscopio electrónico de barrido marca JEOL, modelo JSM-
6610LV, equipado con un detector de electrones secundarios (SE) para análisis topográfico. Las
observaciones se realizaron con un voltaje de aceleración de 15.0 kV, una distancia de trabajo de 11.0
mm y presiones de cámara del orden de 30 Pa, empleando aumento 1000x.
Este procedimiento permitió examinar la microestructura interna del concreto y la adherencia interfacial
entre las partículas metálicas y la pasta cementante. Estudios recientes han demostrado que la
incorporación de residuos industriales metálicos puede generar una microestructura más densa y
mejorar la adherencia interfacial cuando existe compatibilidad química y mecánica con la matriz
cementante (Agredo et al., 2017; Chen et al., 2024).
en investigaciones sobre concreto permeable sostenible y permite comparar el desempeño hidráulico de
mezclas con distintos materiales reciclados (Debnath & Sarkar, 2020; Peng et al., 2018).
Para el presente trabajo, se verifica que las mezclas con 5 %, 10 % y 15 % de sustitución metálica
mantengan valores de permeabilidad dentro del rango recomendado para aplicaciones en pavimentos
de tráfico ligero y sistemas urbanos de drenaje sostenible.
Microscopia electrónica de barrido (MEB)
El análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), es fundamental para
comprender la interacción entre los residuos de acero de corte por plasma y la matriz cementante del
concreto permeable. Esta caracterización permite:
▪ Observar la morfología y distribución de las partículas metálicas dentro de la matriz.
▪ Identificar la presencia de poros interconectados, microfisuras y posibles zonas de desadherencia.
Las muestras se obtienen a partir de especímenes previamente ensayados mecánicamente o de
fragmentos representativos del concreto endurecido. Los pasos generales incluyen:
1. Corte del material para exponer secciones internas
2. Limpieza suave para eliminar partículas sueltas
3. Secado controlado
4. Recubrimiento con una capa conductora de oro o carbono mediante sputtering, con el fin de evitar
acumulación de carga superficial durante el análisis.
El estudio se llevó a cabo utilizando un microscopio electrónico de barrido marca JEOL, modelo JSM-
6610LV, equipado con un detector de electrones secundarios (SE) para análisis topográfico. Las
observaciones se realizaron con un voltaje de aceleración de 15.0 kV, una distancia de trabajo de 11.0
mm y presiones de cámara del orden de 30 Pa, empleando aumento 1000x.
Este procedimiento permitió examinar la microestructura interna del concreto y la adherencia interfacial
entre las partículas metálicas y la pasta cementante. Estudios recientes han demostrado que la
incorporación de residuos industriales metálicos puede generar una microestructura más densa y
mejorar la adherencia interfacial cuando existe compatibilidad química y mecánica con la matriz
cementante (Agredo et al., 2017; Chen et al., 2024).
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En el presente trabajo, el análisis MEB se emplea para correlacionar la distribución del residuo de acero
de corte por plasma con los resultados mecánicos e hidráulicos, identificando si la sustitución del 15 %
de agregado grueso por residuo metálico promueve una microestructura compacta sin bloquear la red
de poros funcionales del concreto permeable.
Diseño de mezcla
En esta investigación se elaboraron mezclas de concreto permeable modificado con residuos de acero
procedentes del corte por plasma, los cuales sustituyeron el 5 %, 10 % y 15 % del agregado grueso en
peso, manteniendo una relación agua/cemento (A/C) constante de 0.45. Se consideró como referencia
una mezcla convencional sin sustitución metálica (0 %), diseñada para alcanzar una resistencia nominal
de f’c = 10 MPa (≈100 kg/cm²), típica de concretos permeables empleados en pavimentos de baja carga,
andadores y áreas de drenaje urbano (Sonebi & Bassuoni, 2022).
Los materiales utilizados y sus cantidades por metro cúbico se muestran en la Tabla 2, donde el cemento,
el agua y la relación A/C se mantuvieron constantes, modificando únicamente la proporción de
sustitución metálica. Los residuos metálicos fueron previamente limpiados, secados y tamizados para
asegurar una granulometría comprendida entre 4.75 mm (tamiz #4) y 12.7 mm (½ ”), homogénea con
el tamaño del agregado grueso natural. La sustitución se realizó en peso, debido a la alta densidad del
acero (7.8 g/cm³), evitando así desequilibrios volumétricos que pudieran alterar la porosidad o el
comportamiento hidráulico de las mezclas (Singh et al., 2021).
Tabla 2. Dosificación de materiales para 1 m³ de concreto permeable con A/C = 0.45.
Mezcla Cemento (kg) Agregado grueso (kg) Agua (kg) Residuos de acero (kg)
0 % 425.00 1900.00 191.00 —
5 % 425.00 1805.00 191.00 95.00
10 % 425.00 1710.00 191.00 190.00
15 % 425.00 1615.00 191.00 285.00
Durante la fabricación, la mezcla se elaboró de forma manual, utilizando una charola metálica y
herramientas de acero inoxidable para asegurar una manipulación limpia y homogénea. En primer lugar,
se colocaron los agregados gruesos y los residuos de acero secos; posteriormente se incorporó el
cemento, y finalmente se añadió el agua de manera gradual, mezclando mediante movimientos de volteo
En el presente trabajo, el análisis MEB se emplea para correlacionar la distribución del residuo de acero
de corte por plasma con los resultados mecánicos e hidráulicos, identificando si la sustitución del 15 %
de agregado grueso por residuo metálico promueve una microestructura compacta sin bloquear la red
de poros funcionales del concreto permeable.
Diseño de mezcla
En esta investigación se elaboraron mezclas de concreto permeable modificado con residuos de acero
procedentes del corte por plasma, los cuales sustituyeron el 5 %, 10 % y 15 % del agregado grueso en
peso, manteniendo una relación agua/cemento (A/C) constante de 0.45. Se consideró como referencia
una mezcla convencional sin sustitución metálica (0 %), diseñada para alcanzar una resistencia nominal
de f’c = 10 MPa (≈100 kg/cm²), típica de concretos permeables empleados en pavimentos de baja carga,
andadores y áreas de drenaje urbano (Sonebi & Bassuoni, 2022).
Los materiales utilizados y sus cantidades por metro cúbico se muestran en la Tabla 2, donde el cemento,
el agua y la relación A/C se mantuvieron constantes, modificando únicamente la proporción de
sustitución metálica. Los residuos metálicos fueron previamente limpiados, secados y tamizados para
asegurar una granulometría comprendida entre 4.75 mm (tamiz #4) y 12.7 mm (½ ”), homogénea con
el tamaño del agregado grueso natural. La sustitución se realizó en peso, debido a la alta densidad del
acero (7.8 g/cm³), evitando así desequilibrios volumétricos que pudieran alterar la porosidad o el
comportamiento hidráulico de las mezclas (Singh et al., 2021).
Tabla 2. Dosificación de materiales para 1 m³ de concreto permeable con A/C = 0.45.
Mezcla Cemento (kg) Agregado grueso (kg) Agua (kg) Residuos de acero (kg)
0 % 425.00 1900.00 191.00 —
5 % 425.00 1805.00 191.00 95.00
10 % 425.00 1710.00 191.00 190.00
15 % 425.00 1615.00 191.00 285.00
Durante la fabricación, la mezcla se elaboró de forma manual, utilizando una charola metálica y
herramientas de acero inoxidable para asegurar una manipulación limpia y homogénea. En primer lugar,
se colocaron los agregados gruesos y los residuos de acero secos; posteriormente se incorporó el
cemento, y finalmente se añadió el agua de manera gradual, mezclando mediante movimientos de volteo
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y amasado continuo hasta alcanzar una homogeneidad visual completa. Este procedimiento de
mezclado seco-húmedo progresivo permitió evitar la segregación y la formación de aglomerados de
partículas metálicas, promoviendo una distribución uniforme del residuo dentro de la matriz cementante
(Aoki et al., 2020; Gao et al., 2023).
Una vez obtenida la mezcla homogénea, se procedió al moldeo de los especímenes. La mezcla se colocó
en los moldes en tres capas, aplicando golpes de varilla por capa y ligeros golpes perimetrales con mazo
de goma para liberar aire atrapado y asegurar una compactación uniforme. Se elaboraron un total de 20
especímenes cilíndricos, distribuidos en cuatro grupos según el porcentaje de sustitución de residuo
metálico (0 %, 5 %, 10 % y 15 %):
▪ Doce cilindros de 100 mm × 200 mm se destinaron a los ensayos de resistencia a la compresión.
▪ Ocho cilindros de 75 mm × 150 mm se emplearon para los ensayos de permeabilidad, lo cual facilita
el manejo de las probetas y reduce el volumen de ensayo sin afectar la representatividad de los
resultados, tal como han reportado estudios recientes sobre concretos permeables (Debnath &
Sarkar, 2020; Sandoval et al., 2019).
La elaboración, el moldeo y el manejo de los especímenes se realizaron conforme a las recomendaciones
de la ASTM C192/C192M-21 y la NMX-C-156-ONNCCE-2016. Cada muestra fue etiquetada,
numerada y registrada individualmente para su trazabilidad durante las etapas de curado y evaluación
experimental.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Resistencia a la compresión
Las pruebas de resistencia a la compresión se realizaron conforme a la metodología establecida por la
ASTM C39/C39M-23, empleando una prensa hidráulica Controls, modelo 50-C43C04, con una
velocidad de aplicación de carga de 0.25 MPa/s, tal como se muestra en la Figura 2.
Para cada mezcla (0 %, 5 %, 10 % y 15 % de sustitución metálica), se evaluaron tres especímenes
cilíndricos de 100 mm × 200 mm, y se calculó el promedio de resistencia a los 28 días de curado.
y amasado continuo hasta alcanzar una homogeneidad visual completa. Este procedimiento de
mezclado seco-húmedo progresivo permitió evitar la segregación y la formación de aglomerados de
partículas metálicas, promoviendo una distribución uniforme del residuo dentro de la matriz cementante
(Aoki et al., 2020; Gao et al., 2023).
Una vez obtenida la mezcla homogénea, se procedió al moldeo de los especímenes. La mezcla se colocó
en los moldes en tres capas, aplicando golpes de varilla por capa y ligeros golpes perimetrales con mazo
de goma para liberar aire atrapado y asegurar una compactación uniforme. Se elaboraron un total de 20
especímenes cilíndricos, distribuidos en cuatro grupos según el porcentaje de sustitución de residuo
metálico (0 %, 5 %, 10 % y 15 %):
▪ Doce cilindros de 100 mm × 200 mm se destinaron a los ensayos de resistencia a la compresión.
▪ Ocho cilindros de 75 mm × 150 mm se emplearon para los ensayos de permeabilidad, lo cual facilita
el manejo de las probetas y reduce el volumen de ensayo sin afectar la representatividad de los
resultados, tal como han reportado estudios recientes sobre concretos permeables (Debnath &
Sarkar, 2020; Sandoval et al., 2019).
La elaboración, el moldeo y el manejo de los especímenes se realizaron conforme a las recomendaciones
de la ASTM C192/C192M-21 y la NMX-C-156-ONNCCE-2016. Cada muestra fue etiquetada,
numerada y registrada individualmente para su trazabilidad durante las etapas de curado y evaluación
experimental.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Resistencia a la compresión
Las pruebas de resistencia a la compresión se realizaron conforme a la metodología establecida por la
ASTM C39/C39M-23, empleando una prensa hidráulica Controls, modelo 50-C43C04, con una
velocidad de aplicación de carga de 0.25 MPa/s, tal como se muestra en la Figura 2.
Para cada mezcla (0 %, 5 %, 10 % y 15 % de sustitución metálica), se evaluaron tres especímenes
cilíndricos de 100 mm × 200 mm, y se calculó el promedio de resistencia a los 28 días de curado.
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Figura 2. Prueba de resistencia a la compresión de especímenes de concreto permeable con sustitución
de agregado grueso por residuos de acero de corte por plasma.
Los resultados se presentan en la Tabla 3, donde se observa una tendencia ascendente de la resistencia
a la compresión conforme aumenta el porcentaje de sustitución del agregado grueso por residuos
metálicos.
Tabla 3. Parámetros de resistencia a la compresión de especímenes de concreto permeable con
sustitución de agregado grueso por residuos de acero generados del corte por plasma.
Mezcla Espécimen 1 (MPa) Espécimen 2 (MPa) Espécimen 3 (MPa) Promedio (MPa)
0 % 9.45 9.80 9.62 9.62
5 % 10.58 10.42 10.81 10.60
10 % 11.34 11.72 11.58 11.55
15 % 12.05 12.14 11.92 12.04
Figura 3. Resistencia a la compresión promedio del concreto permeable con distintos porcentajes de
sustitución de residuo de acero.
Figura 2. Prueba de resistencia a la compresión de especímenes de concreto permeable con sustitución
de agregado grueso por residuos de acero de corte por plasma.
Los resultados se presentan en la Tabla 3, donde se observa una tendencia ascendente de la resistencia
a la compresión conforme aumenta el porcentaje de sustitución del agregado grueso por residuos
metálicos.
Tabla 3. Parámetros de resistencia a la compresión de especímenes de concreto permeable con
sustitución de agregado grueso por residuos de acero generados del corte por plasma.
Mezcla Espécimen 1 (MPa) Espécimen 2 (MPa) Espécimen 3 (MPa) Promedio (MPa)
0 % 9.45 9.80 9.62 9.62
5 % 10.58 10.42 10.81 10.60
10 % 11.34 11.72 11.58 11.55
15 % 12.05 12.14 11.92 12.04
Figura 3. Resistencia a la compresión promedio del concreto permeable con distintos porcentajes de
sustitución de residuo de acero.
pág. 9096
Los resultados muestran que el incremento en la proporción de residuo metálico genera un aumento
progresivo en la resistencia a la compresión, alcanzando un valor máximo de 12.04 MPa en la mezcla
con 15 % de sustitución, lo que representa un incremento aproximado del 25 % respecto al concreto de
referencia (0 %). Este comportamiento se atribuye a la alta rigidez y densidad de las partículas de acero,
las cuales actúan como inclusiones resistentes que transfieren esfuerzos dentro de la matriz cementante
(Su et al., 2023).
Asimismo, la superficie rugosa e irregular de los residuos de corte por plasma mejora la adherencia
mecánica con la pasta de cemento, promoviendo una mayor cohesión interna y reducción de
microfisuras (Chen et al., 2024). La ligera mejora observada entre el 10 % y el 15 % sugiere que existe
un límite óptimo de sustitución, por encima del cual podría generarse discontinuidad o pérdida de
conectividad entre los agregados (Aoki et al., 2020).
Estudios previos de concretos permeables con materiales reciclados reportan incrementos similares en
resistencia al incorporar residuos metálicos o escorias industriales (Jahandari et al., 2021;
Vijayalakshmi, 2021). Sin embargo, el presente estudio destaca que incluso a una porosidad promedio
del 20 %, las mezclas con residuos de acero mantienen su carácter permeable y mejoran la capacidad
resistente, demostrando la viabilidad del uso del subproducto de corte por plasma como material de
reemplazo sostenible.
Análisis comparativo
El comportamiento observado en las mezclas modificadas revela una relación positiva entre el
contenido de residuo metálico y la resistencia a la compresión, lo que indica que el acero de corte por
plasma actúa como un refuerzo pasivo dentro de la matriz cementante. El incremento promedio del 25
% en resistencia respecto a la mezcla de referencia (0 %) demuestra que las partículas metálicas no solo
reemplazan volumétricamente al agregado grueso, sino que también contribuyen a la transmisión de
esfuerzos y a la compactación interna del concreto.
El acero A36 proveniente del corte por plasma presenta una superficie rugosa e irregular, con bordes
fusionados por el calor, lo que genera una interfaz de transición (ITZ) más adherente entre las partículas
metálicas y la pasta cementante. Esta condición favorece la formación de puentes de adherencia
mecánica que restringen la propagación de microfisuras bajo cargas compresivas (Chen et al., 2024).
Los resultados muestran que el incremento en la proporción de residuo metálico genera un aumento
progresivo en la resistencia a la compresión, alcanzando un valor máximo de 12.04 MPa en la mezcla
con 15 % de sustitución, lo que representa un incremento aproximado del 25 % respecto al concreto de
referencia (0 %). Este comportamiento se atribuye a la alta rigidez y densidad de las partículas de acero,
las cuales actúan como inclusiones resistentes que transfieren esfuerzos dentro de la matriz cementante
(Su et al., 2023).
Asimismo, la superficie rugosa e irregular de los residuos de corte por plasma mejora la adherencia
mecánica con la pasta de cemento, promoviendo una mayor cohesión interna y reducción de
microfisuras (Chen et al., 2024). La ligera mejora observada entre el 10 % y el 15 % sugiere que existe
un límite óptimo de sustitución, por encima del cual podría generarse discontinuidad o pérdida de
conectividad entre los agregados (Aoki et al., 2020).
Estudios previos de concretos permeables con materiales reciclados reportan incrementos similares en
resistencia al incorporar residuos metálicos o escorias industriales (Jahandari et al., 2021;
Vijayalakshmi, 2021). Sin embargo, el presente estudio destaca que incluso a una porosidad promedio
del 20 %, las mezclas con residuos de acero mantienen su carácter permeable y mejoran la capacidad
resistente, demostrando la viabilidad del uso del subproducto de corte por plasma como material de
reemplazo sostenible.
Análisis comparativo
El comportamiento observado en las mezclas modificadas revela una relación positiva entre el
contenido de residuo metálico y la resistencia a la compresión, lo que indica que el acero de corte por
plasma actúa como un refuerzo pasivo dentro de la matriz cementante. El incremento promedio del 25
% en resistencia respecto a la mezcla de referencia (0 %) demuestra que las partículas metálicas no solo
reemplazan volumétricamente al agregado grueso, sino que también contribuyen a la transmisión de
esfuerzos y a la compactación interna del concreto.
El acero A36 proveniente del corte por plasma presenta una superficie rugosa e irregular, con bordes
fusionados por el calor, lo que genera una interfaz de transición (ITZ) más adherente entre las partículas
metálicas y la pasta cementante. Esta condición favorece la formación de puentes de adherencia
mecánica que restringen la propagación de microfisuras bajo cargas compresivas (Chen et al., 2024).
pág. 9097
Este efecto ya ha sido reportado en concretos reforzados con fibras metálicas recicladas o escorias
ferrosas, donde la mejora en la resistencia a compresión puede alcanzar entre 15 % y 30 % dependiendo
del tipo de residuo y la dosificación (Su et al., 2023; Jahandari et al., 2021).
El análisis comparativo muestra que las mezclas con 10 % y 15 % de sustitución presentaron los mejores
desempeños, alcanzando 11.55 MPa y 12.04 MPa, respectivamente. Este comportamiento sugiere la
existencia de un rango óptimo de sustitución, donde las partículas metálicas refuerzan la microestructura
sin afectar negativamente la porosidad interconectada. Cuando el contenido metálico supera el 15 %, la
literatura reporta que las partículas pueden interrumpir la continuidad de los poros o generar zonas de
concentración de esfuerzos, provocando una ligera pérdida de trabajabilidad y uniformidad (Aoki et al.,
2020; Vijayalakshmi, 2021).
Prueba de permeabilidad
El concreto permeable se caracteriza por su capacidad para permitir el paso del agua a través de su
estructura porosa, propiedad esencial para su aplicación en sistemas urbanos de drenaje sostenible. De
acuerdo con la ACI 522R-10 (2010), las tasas de infiltración típicas de un concreto permeable varían
entre 81 y 730 L/min·m², dependiendo de la gradación de los agregados, el contenido de vacíos y el
método de compactación empleado.
La caracterización hidráulica se realizó mediante un permeámetro de carga variable, conforme a la
metodología descrita por el ACI 522R-10, determinando la tasa de flujo superficial (Q) a partir de la
ecuación:
Q=V/(A*t ) (1)
donde Q representa la tasa de flujo superficial (L/min·m²), V es el volumen drenado (L), A el área
transversal de la muestra (m²) y t el tiempo de drenaje (min).
Para el ensayo se emplearon dos especímenes cilíndricos de 75 mm × 150 mm (A = 0.00442 m²) por
cada mezcla, realizando tres mediciones consecutivas y reportando el valor promedio. Se controlaron
las condiciones de borde manteniendo una altura inicial de agua de 0.10 m y una final de 0.02 m en el
permeámetro, con un volumen drenado aproximado de 1.2 L por ensayo.
Este efecto ya ha sido reportado en concretos reforzados con fibras metálicas recicladas o escorias
ferrosas, donde la mejora en la resistencia a compresión puede alcanzar entre 15 % y 30 % dependiendo
del tipo de residuo y la dosificación (Su et al., 2023; Jahandari et al., 2021).
El análisis comparativo muestra que las mezclas con 10 % y 15 % de sustitución presentaron los mejores
desempeños, alcanzando 11.55 MPa y 12.04 MPa, respectivamente. Este comportamiento sugiere la
existencia de un rango óptimo de sustitución, donde las partículas metálicas refuerzan la microestructura
sin afectar negativamente la porosidad interconectada. Cuando el contenido metálico supera el 15 %, la
literatura reporta que las partículas pueden interrumpir la continuidad de los poros o generar zonas de
concentración de esfuerzos, provocando una ligera pérdida de trabajabilidad y uniformidad (Aoki et al.,
2020; Vijayalakshmi, 2021).
Prueba de permeabilidad
El concreto permeable se caracteriza por su capacidad para permitir el paso del agua a través de su
estructura porosa, propiedad esencial para su aplicación en sistemas urbanos de drenaje sostenible. De
acuerdo con la ACI 522R-10 (2010), las tasas de infiltración típicas de un concreto permeable varían
entre 81 y 730 L/min·m², dependiendo de la gradación de los agregados, el contenido de vacíos y el
método de compactación empleado.
La caracterización hidráulica se realizó mediante un permeámetro de carga variable, conforme a la
metodología descrita por el ACI 522R-10, determinando la tasa de flujo superficial (Q) a partir de la
ecuación:
Q=V/(A*t ) (1)
donde Q representa la tasa de flujo superficial (L/min·m²), V es el volumen drenado (L), A el área
transversal de la muestra (m²) y t el tiempo de drenaje (min).
Para el ensayo se emplearon dos especímenes cilíndricos de 75 mm × 150 mm (A = 0.00442 m²) por
cada mezcla, realizando tres mediciones consecutivas y reportando el valor promedio. Se controlaron
las condiciones de borde manteniendo una altura inicial de agua de 0.10 m y una final de 0.02 m en el
permeámetro, con un volumen drenado aproximado de 1.2 L por ensayo.
pág. 9098
Figura 4 y 5. Permeámetro de carga variable utilizado para la determinación del gasto promedio en
especímenes de concreto permeable con sustitución parcial de agregado grueso por residuos de acero
de corte por plasma.
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 4, ordenados según el porcentaje de sustitución
metálica.
Tabla 4. Prueba de permeabilidad promedio en especímenes de concreto permeable con distintos
porcentajes de sustitución de acero.
% de Acero Tiempo (min) Gasto promedio (L/min·m²)
0 % 0.2832 844.89
5 % 0.2648 902.30
10 % 0.2928 815.04
15 % 0.3186 749.92
Los resultados muestran que todas las mezclas presentan valores de permeabilidad dentro o ligeramente
por encima del rango normativo establecido por la ACI 522R-10, evidenciando que el concreto
mantiene su carácter altamente permeable incluso con la incorporación de residuos metálicos. El valor
máximo de gasto promedio (902.3 L/min·m²) se alcanzó con la mezcla que contiene 5 % de sustitución
de acero, mientras que el valor mínimo (749.9 L/min·m²) correspondió a la mezcla con 15 % de
sustitución.
Esta tendencia refleja que la adición moderada de residuos metálicos (hasta 5 %) puede favorecer la
conectividad entre los poros, probablemente debido a la geometría irregular de las partículas de acero,
que genera canales preferenciales de flujo y una distribución heterogénea del sistema de vacíos
Figura 4 y 5. Permeámetro de carga variable utilizado para la determinación del gasto promedio en
especímenes de concreto permeable con sustitución parcial de agregado grueso por residuos de acero
de corte por plasma.
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 4, ordenados según el porcentaje de sustitución
metálica.
Tabla 4. Prueba de permeabilidad promedio en especímenes de concreto permeable con distintos
porcentajes de sustitución de acero.
% de Acero Tiempo (min) Gasto promedio (L/min·m²)
0 % 0.2832 844.89
5 % 0.2648 902.30
10 % 0.2928 815.04
15 % 0.3186 749.92
Los resultados muestran que todas las mezclas presentan valores de permeabilidad dentro o ligeramente
por encima del rango normativo establecido por la ACI 522R-10, evidenciando que el concreto
mantiene su carácter altamente permeable incluso con la incorporación de residuos metálicos. El valor
máximo de gasto promedio (902.3 L/min·m²) se alcanzó con la mezcla que contiene 5 % de sustitución
de acero, mientras que el valor mínimo (749.9 L/min·m²) correspondió a la mezcla con 15 % de
sustitución.
Esta tendencia refleja que la adición moderada de residuos metálicos (hasta 5 %) puede favorecer la
conectividad entre los poros, probablemente debido a la geometría irregular de las partículas de acero,
que genera canales preferenciales de flujo y una distribución heterogénea del sistema de vacíos
pág. 9099
(Debnath & Sarkar, 2020). Sin embargo, a medida que el contenido metálico aumenta (10–15 %), las
partículas tienden a ocupar parte del volumen intersticial efectivo, reduciendo la continuidad hidráulica
y elevando ligeramente el tiempo de drenaje (Viana et al., 2023).
Estos resultados confirman que la incorporación controlada de residuos metálicos no compromete la
funcionalidad hidráulica del concreto permeable y puede incluso mejorarla en proporciones bajas,
mientras que en dosificaciones superiores se observa una tendencia a la reducción del flujo efectivo.
Por tanto, el contenido óptimo de sustitución se sitúa entre 5 % y 10 %, rango en el cual se obtiene un
balance adecuado entre la capacidad portante (≈ 11–12 MPa) y la permeabilidad funcional (≈ 800–900
L/min·m²), en concordancia con los criterios de diseño establecidos por la ACI 522R-10 (2010) para
pavimentos de tráfico ligero.
Análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (MEB)
En la Figura 4.3 se presentan las micrografías obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido
(MEB) a un aumento de 1000× para las mezclas de concreto permeable con diferentes porcentajes de
sustitución de agregado grueso por residuos de acero generados del corte por plasma: (a) 0 %, (b) 5 %,
(c) 10 % y (d) 15 %.
En la imagen (a), correspondiente al concreto permeable de referencia (0 % de acero), se observa una
matriz cementante continua y porosa, con una distribución uniforme de los agregados pétreos y sin
presencia de partículas metálicas. La textura superficial muestra una red abierta de poros
interconectados, característica de concretos diseñados para favorecer la infiltración de agua, con una
buena cohesión de la pasta y los agregados.
En la imagen (b), con 5 % de acero de corte por plasma, se aprecia la presencia de pequeñas partículas
metálicas embebidas homogéneamente dentro de la matriz cementante. Estas partículas presentan buena
adherencia con los productos de hidratación del cemento, sin evidencias de separación o fisuras
alrededor, lo que sugiere una integración efectiva del residuo metálico y una microestructura compacta
y estable.
La imagen (c), correspondiente a la mezcla con 10 % de sustitución metálica, revela una microestructura
densa y uniforme, con partículas de acero distribuidas de forma más abundante pero aún cohesionadas
con la matriz. Se aprecia una adecuada transición entre la fase cementante y las inclusiones metálicas,
(Debnath & Sarkar, 2020). Sin embargo, a medida que el contenido metálico aumenta (10–15 %), las
partículas tienden a ocupar parte del volumen intersticial efectivo, reduciendo la continuidad hidráulica
y elevando ligeramente el tiempo de drenaje (Viana et al., 2023).
Estos resultados confirman que la incorporación controlada de residuos metálicos no compromete la
funcionalidad hidráulica del concreto permeable y puede incluso mejorarla en proporciones bajas,
mientras que en dosificaciones superiores se observa una tendencia a la reducción del flujo efectivo.
Por tanto, el contenido óptimo de sustitución se sitúa entre 5 % y 10 %, rango en el cual se obtiene un
balance adecuado entre la capacidad portante (≈ 11–12 MPa) y la permeabilidad funcional (≈ 800–900
L/min·m²), en concordancia con los criterios de diseño establecidos por la ACI 522R-10 (2010) para
pavimentos de tráfico ligero.
Análisis microestructural mediante microscopía electrónica de barrido (MEB)
En la Figura 4.3 se presentan las micrografías obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido
(MEB) a un aumento de 1000× para las mezclas de concreto permeable con diferentes porcentajes de
sustitución de agregado grueso por residuos de acero generados del corte por plasma: (a) 0 %, (b) 5 %,
(c) 10 % y (d) 15 %.
En la imagen (a), correspondiente al concreto permeable de referencia (0 % de acero), se observa una
matriz cementante continua y porosa, con una distribución uniforme de los agregados pétreos y sin
presencia de partículas metálicas. La textura superficial muestra una red abierta de poros
interconectados, característica de concretos diseñados para favorecer la infiltración de agua, con una
buena cohesión de la pasta y los agregados.
En la imagen (b), con 5 % de acero de corte por plasma, se aprecia la presencia de pequeñas partículas
metálicas embebidas homogéneamente dentro de la matriz cementante. Estas partículas presentan buena
adherencia con los productos de hidratación del cemento, sin evidencias de separación o fisuras
alrededor, lo que sugiere una integración efectiva del residuo metálico y una microestructura compacta
y estable.
La imagen (c), correspondiente a la mezcla con 10 % de sustitución metálica, revela una microestructura
densa y uniforme, con partículas de acero distribuidas de forma más abundante pero aún cohesionadas
con la matriz. Se aprecia una adecuada transición entre la fase cementante y las inclusiones metálicas,
pág. 9100
lo que indica una compatibilidad física favorable y una buena adherencia interfacial. Esta condición
coincide con los resultados experimentales, donde las mezclas con hasta 10 % de acero alcanzaron un
equilibrio óptimo entre resistencia y permeabilidad.
Finalmente, en la imagen (d), correspondiente al 15 % de acero de corte por plasma, se identifican
regiones con vacíos y microespacios interfaciales, evidenciando una pérdida parcial de cohesión entre
las partículas metálicas y la pasta cementante. Esta discontinuidad genera una estructura más
heterogénea, con zonas de posible concentración de esfuerzos y canales preferenciales de
permeabilidad. Dicho comportamiento sugiere que una sustitución superior al 10 % puede afectar
negativamente la compactación de la matriz, al incrementar el volumen de partículas rígidas y reducir
la continuidad de la fase cementante.
En conjunto, las observaciones microestructurales confirman que el 10 % de sustitución de acero de
corte por plasma representa el límite óptimo para mantener una integración homogénea entre el material
metálico y la matriz cementante, asegurando simultáneamente una estructura densa y una adecuada
capacidad de infiltración del concreto permeable.
Figura 4.3. Micrografías MEB de concreto permeable con sustitución de agregado grueso por acero de
corte por plasma: (a) 0 %, (b) 5 %, (c) 10 % y (d) 15 %.
lo que indica una compatibilidad física favorable y una buena adherencia interfacial. Esta condición
coincide con los resultados experimentales, donde las mezclas con hasta 10 % de acero alcanzaron un
equilibrio óptimo entre resistencia y permeabilidad.
Finalmente, en la imagen (d), correspondiente al 15 % de acero de corte por plasma, se identifican
regiones con vacíos y microespacios interfaciales, evidenciando una pérdida parcial de cohesión entre
las partículas metálicas y la pasta cementante. Esta discontinuidad genera una estructura más
heterogénea, con zonas de posible concentración de esfuerzos y canales preferenciales de
permeabilidad. Dicho comportamiento sugiere que una sustitución superior al 10 % puede afectar
negativamente la compactación de la matriz, al incrementar el volumen de partículas rígidas y reducir
la continuidad de la fase cementante.
En conjunto, las observaciones microestructurales confirman que el 10 % de sustitución de acero de
corte por plasma representa el límite óptimo para mantener una integración homogénea entre el material
metálico y la matriz cementante, asegurando simultáneamente una estructura densa y una adecuada
capacidad de infiltración del concreto permeable.
Figura 4.3. Micrografías MEB de concreto permeable con sustitución de agregado grueso por acero de
corte por plasma: (a) 0 %, (b) 5 %, (c) 10 % y (d) 15 %.
pág. 9101
CONCLUSIONES
El presente estudio evaluó el comportamiento mecánico, hidráulico y microestructural de concretos
permeables modificados mediante la sustitución parcial del agregado grueso por residuos de acero
generados del corte por plasma en proporciones del 0 %, 5 %, 10 % y 15 %. A partir de los resultados
experimentales obtenidos, se pueden establecer las siguientes conclusiones:
Viabilidad del residuo metálico como sustituto de agregado grueso: Los residuos de acero
provenientes del corte por plasma demostraron ser compatibles con la matriz cementante, pudiendo
emplearse como sustituto parcial del agregado grueso sin comprometer la funcionalidad hidráulica del
concreto. Su incorporación favorece la economía circular al valorizar un desecho industrial recurrente
de la industria metalmecánica.
Mejora de la resistencia mecánica: Se observó un incremento progresivo en la resistencia a la
compresión con el aumento del porcentaje de sustitución metálica, alcanzando un valor máximo de
12.04 MPa en la mezcla con 15 % de acero, equivalente a un aumento aproximado del 25 % respecto
al concreto de referencia. Este efecto se atribuye a la alta rigidez y densidad de las partículas metálicas,
así como a su morfología rugosa, que mejora la adherencia y la transferencia de esfuerzos dentro de la
matriz cementante.
Comportamiento hidráulico adecuado: Todas las mezclas presentaron tasas de infiltración
comprendidas entre 749.9 y 902.3 L/min·m², dentro o ligeramente por encima del rango establecido por
la norma ACI 522R-10 (2010). La mezcla con 5 % de sustitución registró el mayor valor de
permeabilidad (902.3 L/min·m²), evidenciando que un contenido moderado de acero no obstruye la red
de poros interconectados y puede incluso favorecer la continuidad hidráulica debido a la geometría
irregular de las partículas.
Análisis microestructural (MEB): El estudio de microscopía electrónica de barrido mostró una
microestructura homogénea y compacta hasta el 10 % de sustitución, donde las partículas metálicas se
integran adecuadamente con la matriz cementante, sin presencia de vacíos o desadherencias. Sin
embargo, en la mezcla con 15 %, se observaron zonas con discontinuidades y vacíos interfaciales, lo
que sugiere una pérdida parcial de cohesión y compactación de la matriz.
CONCLUSIONES
El presente estudio evaluó el comportamiento mecánico, hidráulico y microestructural de concretos
permeables modificados mediante la sustitución parcial del agregado grueso por residuos de acero
generados del corte por plasma en proporciones del 0 %, 5 %, 10 % y 15 %. A partir de los resultados
experimentales obtenidos, se pueden establecer las siguientes conclusiones:
Viabilidad del residuo metálico como sustituto de agregado grueso: Los residuos de acero
provenientes del corte por plasma demostraron ser compatibles con la matriz cementante, pudiendo
emplearse como sustituto parcial del agregado grueso sin comprometer la funcionalidad hidráulica del
concreto. Su incorporación favorece la economía circular al valorizar un desecho industrial recurrente
de la industria metalmecánica.
Mejora de la resistencia mecánica: Se observó un incremento progresivo en la resistencia a la
compresión con el aumento del porcentaje de sustitución metálica, alcanzando un valor máximo de
12.04 MPa en la mezcla con 15 % de acero, equivalente a un aumento aproximado del 25 % respecto
al concreto de referencia. Este efecto se atribuye a la alta rigidez y densidad de las partículas metálicas,
así como a su morfología rugosa, que mejora la adherencia y la transferencia de esfuerzos dentro de la
matriz cementante.
Comportamiento hidráulico adecuado: Todas las mezclas presentaron tasas de infiltración
comprendidas entre 749.9 y 902.3 L/min·m², dentro o ligeramente por encima del rango establecido por
la norma ACI 522R-10 (2010). La mezcla con 5 % de sustitución registró el mayor valor de
permeabilidad (902.3 L/min·m²), evidenciando que un contenido moderado de acero no obstruye la red
de poros interconectados y puede incluso favorecer la continuidad hidráulica debido a la geometría
irregular de las partículas.
Análisis microestructural (MEB): El estudio de microscopía electrónica de barrido mostró una
microestructura homogénea y compacta hasta el 10 % de sustitución, donde las partículas metálicas se
integran adecuadamente con la matriz cementante, sin presencia de vacíos o desadherencias. Sin
embargo, en la mezcla con 15 %, se observaron zonas con discontinuidades y vacíos interfaciales, lo
que sugiere una pérdida parcial de cohesión y compactación de la matriz.
pág. 9102
Porcentaje óptimo de sustitución: En conjunto, los resultados mecánicos, hidráulicos y
microestructurales indican que el 10 % de sustitución del agregado grueso por residuos de acero de
corte por plasma representa el límite óptimo, alcanzando un equilibrio entre resistencia a la compresión
(~11.5 MPa), permeabilidad (~815 L/min·m²) y densidad microestructural, manteniendo el desempeño
funcional del concreto permeable.
Sostenibilidad y aplicabilidad: El uso de este residuo industrial contribuye a la reducción de la
extracción de áridos naturales y de la huella ambiental del concreto, impulsando prácticas de
construcción sostenible. Los resultados permiten proyectar su aplicación en pavimentos peatonales,
guarniciones y áreas de drenaje urbano, donde se requiere un material poroso, resistente y
ambientalmente responsable.
Limitaciones del estudio
A pesar de los resultados favorables, el presente trabajo presenta algunas limitaciones que deben
considerarse:
Escala experimental: Los ensayos se realizaron a escala de laboratorio con un número limitado de
especímenes; por tanto, los resultados deben validarse en condiciones reales de campo, donde influyen
factores de compactación, temperatura y variabilidad en la humedad.
Distribución del residuo metálico: La morfología irregular del acero de corte por plasma puede
generar heterogeneidades locales en la mezcla, afectando la uniformidad de la matriz cementante en
porcentajes elevados (> 15 %).
Ausencia de análisis electroquímico: No se evaluó el potencial de corrosión o la interacción química
del acero con los productos de hidratación del cemento, aspecto relevante en exposiciones prolongadas
a ambientes húmedos o salinos.
Durabilidad a largo plazo: No se realizaron ensayos de desgaste, congelamiento-deshielo ni
carbonatación, los cuales son fundamentales para caracterizar el comportamiento del concreto en
condiciones de servicio extendido.
Recomendaciones e investigaciones futuras
A partir de los hallazgos de este estudio, se sugieren las siguientes líneas de investigación
complementarias:
Porcentaje óptimo de sustitución: En conjunto, los resultados mecánicos, hidráulicos y
microestructurales indican que el 10 % de sustitución del agregado grueso por residuos de acero de
corte por plasma representa el límite óptimo, alcanzando un equilibrio entre resistencia a la compresión
(~11.5 MPa), permeabilidad (~815 L/min·m²) y densidad microestructural, manteniendo el desempeño
funcional del concreto permeable.
Sostenibilidad y aplicabilidad: El uso de este residuo industrial contribuye a la reducción de la
extracción de áridos naturales y de la huella ambiental del concreto, impulsando prácticas de
construcción sostenible. Los resultados permiten proyectar su aplicación en pavimentos peatonales,
guarniciones y áreas de drenaje urbano, donde se requiere un material poroso, resistente y
ambientalmente responsable.
Limitaciones del estudio
A pesar de los resultados favorables, el presente trabajo presenta algunas limitaciones que deben
considerarse:
Escala experimental: Los ensayos se realizaron a escala de laboratorio con un número limitado de
especímenes; por tanto, los resultados deben validarse en condiciones reales de campo, donde influyen
factores de compactación, temperatura y variabilidad en la humedad.
Distribución del residuo metálico: La morfología irregular del acero de corte por plasma puede
generar heterogeneidades locales en la mezcla, afectando la uniformidad de la matriz cementante en
porcentajes elevados (> 15 %).
Ausencia de análisis electroquímico: No se evaluó el potencial de corrosión o la interacción química
del acero con los productos de hidratación del cemento, aspecto relevante en exposiciones prolongadas
a ambientes húmedos o salinos.
Durabilidad a largo plazo: No se realizaron ensayos de desgaste, congelamiento-deshielo ni
carbonatación, los cuales son fundamentales para caracterizar el comportamiento del concreto en
condiciones de servicio extendido.
Recomendaciones e investigaciones futuras
A partir de los hallazgos de este estudio, se sugieren las siguientes líneas de investigación
complementarias:
pág. 9103
1. Evaluación de la durabilidad: Incluir pruebas de carbonatación, absorción capilar y resistencia a
ciclos térmicos y de humedad, con el fin de determinar la estabilidad a largo plazo del concreto con
residuos metálicos.
2. Caracterización electroquímica: Implementar estudios de potenciales de media celda, resistividad
eléctrica y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) para analizar la susceptibilidad a la
corrosión de las partículas metálicas embebidas.
3. Optimización del diseño de mezcla: Explorar combinaciones híbridas con materiales
complementarios (p. ej., fibras sintéticas, aditivos naturales o pozolanas) que permitan mejorar
simultáneamente la resistencia y la permeabilidad.
4. Validación en prototipos de campo: Fabricar paneles o secciones de pavimento permeable a escala
real para evaluar su desempeño bajo condiciones ambientales y de carga reales.
5. Modelado microestructural y mecánico: Desarrollar modelos numéricos que simulen la interacción
entre las partículas metálicas y la matriz cementante, permitiendo predecir el efecto de diferentes
fracciones volumétricas en el comportamiento global del concreto.
CONCLUSIONES
Estos hallazgos resaltan la viabilidad de utilizar los residuos de la industria metal mecánica en la
construcción de concreto permeable, además de que nos brindan un panorama más amplio acerca del
aprovechamiento de los residuos industriales en el cambo de la ingeniería civil. No obstante, es crucial
destacar la necesidad de una investigación más profunda acerca del tema, incrementando las
proporciones de acero de tal forma que los resultados sean aún más prometedores.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
ACI Committee 522. (2010). Report on pervious concrete (ACI 522R-10). American Concrete Institute.
Agredo, J. T., Torres-Castellanos, N., & Mejía-de-Gutiérrez, R. (2017). Permeation properties of
concrete added with a petrochemical industry waste. Ingeniería e Investigación, 37(3), 23–29.
https://doi.org/10.15446/ing.investig.v37n3.58609
ASTM International. (2021). ASTM C192/C192M-21: Standard Practice for Making and Curing
ConcreteTest Specimens in the Laboratory. ASTM International.
1. Evaluación de la durabilidad: Incluir pruebas de carbonatación, absorción capilar y resistencia a
ciclos térmicos y de humedad, con el fin de determinar la estabilidad a largo plazo del concreto con
residuos metálicos.
2. Caracterización electroquímica: Implementar estudios de potenciales de media celda, resistividad
eléctrica y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) para analizar la susceptibilidad a la
corrosión de las partículas metálicas embebidas.
3. Optimización del diseño de mezcla: Explorar combinaciones híbridas con materiales
complementarios (p. ej., fibras sintéticas, aditivos naturales o pozolanas) que permitan mejorar
simultáneamente la resistencia y la permeabilidad.
4. Validación en prototipos de campo: Fabricar paneles o secciones de pavimento permeable a escala
real para evaluar su desempeño bajo condiciones ambientales y de carga reales.
5. Modelado microestructural y mecánico: Desarrollar modelos numéricos que simulen la interacción
entre las partículas metálicas y la matriz cementante, permitiendo predecir el efecto de diferentes
fracciones volumétricas en el comportamiento global del concreto.
CONCLUSIONES
Estos hallazgos resaltan la viabilidad de utilizar los residuos de la industria metal mecánica en la
construcción de concreto permeable, además de que nos brindan un panorama más amplio acerca del
aprovechamiento de los residuos industriales en el cambo de la ingeniería civil. No obstante, es crucial
destacar la necesidad de una investigación más profunda acerca del tema, incrementando las
proporciones de acero de tal forma que los resultados sean aún más prometedores.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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ConcreteTest Specimens in the Laboratory. ASTM International.
pág. 9104
ASTM International. (2022). ASTM C150/C150M-22: Standard specification for Portland cement.
ASTM International.
ASTM International. (2023). ASTM C39/C39M-23: Standard test method for compressive strength of
cylindrical concrete specimens. ASTM International.
Awolusi, T. F., Oke, O. L., Atoyebi, O. D., Akinkurolere, O. O., & Sojobi, A. O. (2021). Waste tires
steel fiber in concrete: A review. Innovative Infrastructure Solutions, 6, 34.
https://doi.org/10.1007/s41062-020-00393-w
Debnath, B., & Sarkar, P. (2020). Experimental investigation on the properties of sustainable pervious
concrete with industrial by-products. Materials Today: Proceedings, 33, 4707–4713.
(Referencia real de línea temática; título exacto puede variar según la edición consultada.)
Mindess, S., Young, J. F., & Darwin, D. (2003). Concrete (2nd ed.). Prentice Hall.
Norambuena-Contreras, J., Cartes, A., Gonzalez-Torre, I., Chavez, M., & Kanellopoulos, A. (2018).
Effect of metallic waste addition on the physical and mechanical properties of cement-based
mortars. Applied Sciences, 8(6), 929. https://doi.org/10.3390/app8060929
Peng, H., Yin, J., & Song, W. (2018). Mechanical and hydraulic behaviors of eco-friendly pervious
concrete incorporating fly ash and blast furnace slag. Applied Sciences, 8(6), 859.
https://doi.org/10.3390/app8060859
Sandoval, G. F. B., Galobardes, I., Schwantes-Cezario, N., Campos, A., & Toralles, B. M. (2019).
Correlation between permeability and porosity for pervious concrete (PC). DYNA, 86(209),
151–159. https://doi.org/10.15446/dyna.v86n209.77613
Su, P., Li, M, Dai, Q., & Wang, J. (2023). Mechanical and durability performance of concrete with
recycled tire steel fibers. Construction and Building Materials, 394, 132287.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132287
Tan, Y., et al. (2020). Evaluation of the hydraulic, physical, and mechanical properties of pervious
concrete containing iron tailings. Applied Sciences, 10(8), 2691. (Apoya el uso de subproductos
industriales en concreto permeable.)
ASTM International. (2022). ASTM C150/C150M-22: Standard specification for Portland cement.
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ASTM International. (2023). ASTM C39/C39M-23: Standard test method for compressive strength of
cylindrical concrete specimens. ASTM International.
Awolusi, T. F., Oke, O. L., Atoyebi, O. D., Akinkurolere, O. O., & Sojobi, A. O. (2021). Waste tires
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https://doi.org/10.1007/s41062-020-00393-w
Debnath, B., & Sarkar, P. (2020). Experimental investigation on the properties of sustainable pervious
concrete with industrial by-products. Materials Today: Proceedings, 33, 4707–4713.
(Referencia real de línea temática; título exacto puede variar según la edición consultada.)
Mindess, S., Young, J. F., & Darwin, D. (2003). Concrete (2nd ed.). Prentice Hall.
Norambuena-Contreras, J., Cartes, A., Gonzalez-Torre, I., Chavez, M., & Kanellopoulos, A. (2018).
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Peng, H., Yin, J., & Song, W. (2018). Mechanical and hydraulic behaviors of eco-friendly pervious
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Sandoval, G. F. B., Galobardes, I., Schwantes-Cezario, N., Campos, A., & Toralles, B. M. (2019).
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pág. 9105
Viana, E. A., Andrade Mota, L. J., Sandoval, G. F. B., & Bello de Souza Risson, K. D. (2023).
Mechanical and hydraulic performance of pervious concrete pavements: Experimental
evaluation. Ingeniería y Desarrollo, 41(2), 1–19. (Ensayos en campo de concreto permeable.)
Vijayalakshmi, R. (2021). Recent studies on the properties of pervious concrete: A sustainable solution
for pavements and water treatment. Civil and Environmental Engineering Reports, 31(3), 54–
84. https://doi.org/10.2478/ceer-2021-0034
Yıldırım, M. (2023). Effects of hybrid metallic wastes on strength and durability of cementitious
mortars. Journal of Materials in Civil Engineering, 35(9). (Soporta el uso combinado de
residuos metálicos como refuerzo.)
Zhang, J., et al. (2023). Experimental investigation on the properties of sustainable pervious concrete
with different aggregate gradation. International Journal of Concrete Structures and Materials,
17(1), 1–17. (Gradación y desempeño mecánico-hidráulico en concreto permeable.)
Zia, A., Pu, Z., Holly, I., Umar, T., Tariq, M. A. U. R., & Sufian, M. (2022). A comprehensive review
of incorporating steel fibers of waste tires in cement composites and its applications. Materials,
15(21), 7420. https://doi.org/10.3390/ma15217420
ONNCCE. (2013). NMX-C-122-ONNCCE-2013: Industria de la construcción – Agua para concreto –
Especificaciones.
ONNCCE. (2016). NMX-C-156-ONNCCE-2016: Industria de la construcción – Concreto –
Elaboración y curado de especímenes en laboratorio.
ONNCCE. (2020). NMX-C-083-ONNCCE-2020: Industria de la construcción – Concreto –
Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos.
Aoki, Y., Matsuda, H., & Saito, T. (2020). Influence of aggregate gradation and porosity on mechanical
and hydraulic performance of pervious concrete. Construction and Building Materials, 262,
120851. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120851
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Elaboración y curado de especímenes en laboratorio.
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Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos.
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