Municipal solid waste
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PAIDEIA XXI
PAIDEIA XXI
Vol. 11, Nº 2, Lima, julio-diciembre 2021, pp. 369-382
ISSN Versión Impresa: 2221-7770; ISSN Versión Electrónica: 2519-5700
REVIEW ARTICLE / ARTÍCULO DE REVISIÓN
RESISTANCE TO COMPRESSION OF CONCRETE
REINFORCED WITH POLYPROPYLENE FIBER
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE
HORMIGONES REFORZADOS CON FIBRA DE
POLIPROPILENO
ABSTRACT
doi:10.31381/paideia.v11i2.4039
http://revistas.urp.edu.pe/index.php/Paideia
Humberto Obando-Guillermo1; Zully Carranza-Muñoz1; Janina Díaz-Quepuy1; Diego
Serrano-Otoya1 & Sócrates Muñoz-Perez1,
1
Universidad Señor de Sipán. Campus Universitario, km. 5 Carretera Pimentel. Chiclayo, Perú.
* Corresponding author: msocrates@crece.uss.edu.pe
Obando Guillermo-Humberto: https://orcid.org/0000-0002-1324-9812
Carranza Muñoz-Zully: https://orcid.org/0000-0002-9377-4798
Díaz Quepuy-Janina: https://orcid.org/0000-0003-1960-9222
Serrano Otoya-Diego: https://orcid.org/0000-0001-9315-8410
Muñoz Pérez-Sócrates: https://orcid.org/0000-0003-3182-8735
The qualities of polypropylene bers accompanied by ideal materials such as
concrete, have brought solid and resistant structures to all types of construction
such as pavements, tunnels, roads, among others. The purpose of this paper
is to examine the behavior of concrete reinforced with different types of ber,
including polypropylene ber, in order to know its reaction to mechanical
processes. A review of 50 articles was carried out between 2010 and 2021,
including Scopus, Scielo, ScienceDirect and EBSCO databases, analyzing the
effects of bers and their in uence on the compressive strength of concrete. In
order to know the improvements in the strength of concrete using polypropylene
ber, the results obtained with different dosages of this ber are presented. We
conclude that the use of polypropylene ber generates the following changes in
the properties of the concrete: 1) Increase in its tensile capacity; 2) Decrease in
the workability of the concrete and, 3) Increased ductility of the concrete.
Keywords: Compressive strength – concrete – polypropylene bers
Obando-Guillermo et al.
370
PAIDEIA XXI
RESUMEN
Las cualidades de las bras de polipropileno acompañadas de materiales
ideales como hormigón, ha traído consigo estructuras sólidas y resistentes a
todo tipo de construcción como pavimentos, túneles, carreteras, entre otros.
El presente documento tiene como objetivo examinar el comportamiento del
hormigón reforzado con distintos tipos de bra incluyendo la bra de polipropileno,
con la nalidad de conocer su reacción frente a procesos mecánicos. Se realizó
la revisión de 50 artículos entre los años 2010 al 2021, entre las que destaca
las bases de datos de Scopus, Scielo, ScienceDirect y EBSCO, analizando los
efectos de las bras y la inuencia que tiene en la resistencia a la compresión
de hormigones. Con la intensión de conocer las mejoras en la resistencia del
concreto utilizando bra de polipropileno, se presentan los resultados obtenidos
con diferentes dosicaciones de esta bra. Concluimos con que el uso de la bra
de polipropileno genera los siguientes cambios en las propiedades del concreto:
1) aumento en su capacidad a tracción; 2) disminución de la trabajabilidad del
hormigón, y 3) mayor ductilidad en el concreto.
Palabras clave: Fibras de polipropileno – hormigones – resistencia a la
compresión
INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas han sur-
gido elementos que refuerzan los
materiales frágiles para estructuras
homogéneas y resistentes a todo tipo
de procedimientos de construcción
reforzados con bra (Meza de Luna et
al., 2014; Arráez et al., 2018). Dando
como resultado las características de
materiales aglomerantes en presenta-
ción de hormigones o morteros, con-
virtiéndolo en pieza clave para un ade-
cuado uso estructural.
Las bras más empleadas para el
refuerzo de hormigón son: bras de
acero, de vidrio, sintéticas (carbón,
nylon, polipropileno, etc.) y bras na-
turales de origen distinto (Flor et al.,
2019, Martín, 2020).
En nuestro caso, ha sido necesa-
rio estudios para conocer el compor-
tamiento dinámico del hormigón re-
forzado con bra de polipropileno en
cargas de impacto para su diseño y
aplicación. (Lei et al., 2020). Los hor-
migones de muy alta resistencia po-
seen propiedades mecánicas mucho
más elevadas que las que presenta un
hormigón convencional (García & Her-
nández, 2017; Cifuentes et al., 2020;
Zycinski et al., 2020).
Cabe mencionar,
que los hormigo-
nes con bras de polipropileno deberán
cumplir las normativas determinadas,
Resistance to compression of concrete
371
PAIDEIA XXI
además de pasar por el estricto control
de fabricación establecida en las Nor-
mas UNE 83500-2.1989 (CTE, Código
Técnico de la Edicación, 2020). Entre
las principales ventajas se encuentran:
la alta resistencia a la corrosión, fuerte
estabilidad química y alta resistencia
al impacto (Li et al., 2020).
Una de los principales limitaciones
p
ara la utilización del hormigón arma-
do con bras es el alto costo que posee,
especícamente en América Latina, no
obstante, su rendimiento mecánico y
utilidad en la construcción de estruc-
turas de hormigón armado, llega a re-
sultar bastante económico el uso de las
bras de acero en el concreto porque
al añadir las bras de acero reducen
los tiempos de construcción brindando
mayor refuerzo por cortante y tenaci-
dad en los muros de concreto (Carrillo
& Páramo, 2016; Muñoz et al., 2021).
En la actualidad, existen dos tipos
principales de FRC, respectivamente,
FRC de módulo elástico alto y bajo co-
rrespondientes al hormigón reforzado
con bra de acero (SFRC) y al hormi-
gón reforzado con bra de polipropile-
no (PFRC) (Huang et al., 2020).
Por lo tanto, será de suma impor-
tancia analizar el tipo de bra idóneo
para el hormigón desde sus diferentes
aspectos a considerar, teniendo como
bases diversas para comprender las
propiedades y la relación del hormigón
reforzado con bra.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se utilizaron 50 artículos para obte-
ner la información pertinente en el es-
tudio. Las principales fuentes o base de
datos fueron los artículos cientícos y
revistas cientícas de: Scopus, Scielo,
ScienceDirect, EBSCO, entre otros. Los
años en que se publicaron los artículos
son cuatro del año 2010 al 2013, 10 del
año 2014 al 2017 y 36 del año 2018 al
2021. Para la búsqueda de los artículos
se emplearon palabras claves tanto en
español como en inglés: “resistencia a
la comprensión de hormigones”, “hor-
migones reforzados con bra de poli-
propileno” y “bra de polipropileno”.
A continuación, se observa la tabla
1 de acuerdo a la base de datos y el
año de la publicación de la revista.
Tabla 1. Artículos usados, según base de datos y año de publicación.
Base de datos Año de publicación Total
2010-2013 2014-2017 2018-2021
Scopus 0 1 15 16
Scielo 2 1 6 9
ScienceDirect 1 5 0 6
EBSCO 0 0 9 9
Latindex 0 0 1 1
Redalyc 1 0 1 2
IIETA 0 0 1 1
ProQuest 0 3 3 6
Total 4 10 36 50
Obando-Guillermo et al.
372
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Las fuentes consideradas han sido
esenciales para vericar y plasmar la
información correcta y adecuada en
la revisión sistemática del uso de las
bras de polipropileno en la resistencia
del hormigón. Posteriormente, los
resultados fueron compilados en una
bitácora de búsqueda, creada en
una hoja de cálculo para luego ser
organizadas con Mendeley.
Aspectos éticos
Los autores maniestan que se
cumplieron con los principios y nor-
mativas éticas nacionales e interna-
cionales para poder realizar la presen-
te investigación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Un resumen de los resultados bási-
cos obtenidos de los artículos investiga-
dos se presenta en la Tabla 2 y 3
.
Tabla 2. Comparación de la resistencia a la compresión con diferentes
bras al concreto.
Tipo de bra
Contenido
de
cemento
(kg/m3)
Relación
agua
cemento
(a/c)
Tipo de
cemento
Conte-
nido de
bra (kg/
m3) (%)
Resis-
tencia
a
los 28
días f’c
(Mpa)
Referencia
Vidrio
resistente
a alcalis
(ARGF) +
Polipropileno
(PPF)
300 0,42
Cemento
Portland
tipo I
26.8 de
mezcla
(80%
ARFG +
20%
PPF)
32
(Otunyo &
Odebiyi,
2018)
Basalto
(dispersión
de haz) 388 0,5 Cemento
Portland
8 40 (Branston
et al.,
2016)
Basalto
(minibares) 8 39
Vegetal 384 0,6 Cemento
Portland 1,92 34,11
(Nascentes
et al.,
2019)
Basalto
ND 0,2
Cemento
Portland
Ordinario
0,5
67,4
(Yan et al.,
2021)
Polipropileno 72,6
Vidrio 75,5
Metálica
383 0,5
Cemento
Portland
Ordinario
0,5 26,43 (Vairagade
& Kene,
2013)
Sintética 0,4 26,03
Continúa Tabla 2
Resistance to compression of concrete
373
PAIDEIA XXI
Vidrio 321 0,58
Cemento
Portland
Ordinario
0,8 24,2 (Subandi et
al., 2019)
Polipropileno 380 Cemento
Portlan 4,32 44 (Lu, 2013)
Acero
383 0,5
Cemento
Portland
Ordinario
11,74 35,8 (Vairagade
& Kene,
2013)
Polipropileno 1,53 35,4
Polipropileno 512 0,3
Cemento
Protland
tipo II
8 66,9 (Shen et
al., 2020)
ND: No denido.
Tabla 3. Comparación de la resistencia a la compresión con diferentes bras
al concreto.
Tipo de
bra
Conte-
nido de
ce-
mento
(kg/m3)
Rela-
ción
agua
cemen-
to (a/c)
Tipo de
cemento
Contenido
de bra
(kg/m3) (%)
Resis-
tencia
a los
28
días
f’c
(Mpa)
Referencia
Polipro-
pileno 350 0,4 Cemento
Portland 0,35% 5,92 (Hatami et al.,
2020)
Cabello
humano 365 0,55
Cemento
Portland
Ordinario
3% 38 (Santos et al.,
2020)
Carbono 496 0,4
Cemento
Sulfoalu-
minato
12,48 50 (Zhou et al.,
2013)
Vidrio 390 0,55
Cemento
Portlanjd
Ordinario
6,5 41,6 (Ali & Qureshi,
2018)
Yute
320 0,3
Cemento
Portland
Ordinario
0,35 31,82 (Deb et al.,
2020)
Polipro-
pileno 3 32,45
Continúa Tabla 2
Continúa Tabla 3
Obando-Guillermo et al.
374
PAIDEIA XXI
Acero 321 0,58
Cemento
Portland
tipo I
60 38,7 (Carrillo et al.,
2017)
Carbono 360 0.45
Cemento
Portland
CEM
17,6 69 (Kizilkanat,
2016)
Basalto
670 0,28
Cemento
Portland
CEM I
54 119,8 (Smarzewski,
2018)
Polipro-
pileno 9 104,6
Fibra de Polipropileno.
Según la investigación de Yang
et al. (2019) y Liang et al. (2020)
el hormigón ordinario tiene una
resistencia de soporte baja, se agrieta
fácilmente y es propenso a fallar por
fragilidad, mientras que el hormigón
reforzado con bra de polipropileno
tiene un buen efecto inhibidor sobre
la propagación de la grieta y puede
mejorar notablemente el rendimiento
posterior a la suración y la tenacidad
del hormigón. Igualmente, Mendoza
et al. (2011) expresan que el uso de
bra de polipropileno con dosicación
de 3 kg·m-³ de concreto reduce
considerablemente el agrietamiento
por contracción plástica.
La bra de polipropileno es un ma-
terial sintético orgánico y en su com-
posición el material principal es resina
de polipropileno modicado (Zerbino,
2020). La bra de polipropileno tiene
características tanto de bra sintética
como de bra de acero (Armas, 2016).
Las principales características
de la bra de polipropileno incluyen
(Yang et al., 2019):
1. Fuerte tenacidad y daños muy pe-
queños e incluso insignicantes en
las herramientas de mezcla y las
herramientas de transporte.
Continúa Tabla 3
2. Resistencia a ácidos y álcalis hasta
más del 98% y buena prevención
de la oxidación.
3. Maquillaje muy ligero y no, un
diámetro de 0,8 – 1,0 mm, y fácil
transporte y mezcla con concreto
de apariencia na, color similar
al cemento y color sutil cuando se
mezcla con concreto.
4. Un alto factor de seguridad sin pe-
ligros de ningún tipo.
Los resultados demuestran que
conforme va aumentando la cantidad
de bra, aumenta la resistencia a la
compresión, pero el aumento es muy
pequeño. Este cambio se realiza con-
siderando el promedio de resistencia a
la compresión con valores de Cemen-
to Portland con ceniza volante (CEM
II/B-V 42,5R).
Por otro lado, el promedio de resis-
tencia a compresión de Cemento sin
adiciones con gran reserva alcalina
(CEM I/52.5) evidencia que con la adi-
ción de bras se logra una caída de
resistencia inicial y conforme se va
añadiendo cantidades de bra mayor
se produce un aumento en la resisten-
cia según lo mostrado en la tabla 4.
Resistance to compression of concrete
375
PAIDEIA XXI
Tabla 4. Porcentaje de incremento a la compresión según dosis de bra de po-
lipropileno (Armas, 2016).
f`c Dosis Fibra
g·m-3 F`c 28 días %incremento de
resistencia
175
0 181,82 0,00
200 183,29 0,81
300 186,6 2,63
400 187,23 2,97
0,00 209,95 0,00
210
200,00 211,75 0,86
300,00 215,68 2,73
400,00 216,31 3,03
0,00 298,82 0,00
280
200,00 301,68 0,96
300,00 306,93 2,71
400,00 307,93 3,05
En la Figura 1 se muestra la varia-
ción en la resistencia a la compresión
del concreto según la cantidad de bra
adicionada por m3 de concreto en don-
de se muestra que la cantidad óptima
de bra es de 400 g·m3 aumenta la re-
sistencia en un promedio de 3,02 %
para los concretos de resistencia a la
compresión de 175, 210 y 280 kg·cm2.
Esto demuestra que, si bien hay un
efecto en el aumento de la resistencia
a la exo-tracción conforme al porcen-
taje de polipropileno, esta variación va
disminuyendo en la resistencia para
las amasadas en CEM I/52,5 y va-
ría el incremento para la amasada de
CEMII/B 42,5.
Al analizar el ensayo de compre-
sión, en el caso de la amasada con
CEM II/B-V 42,5 demuestra que con-
forme va aumentando la cantidad de
bra adicionada, aumenta la resisten-
cia a la compresión. Sin embargo, en
la amasa con CEM I/52,5 R nos indica
que con la adición de bra se obtie-
ne una caída de resistencia inicial y
conforme se va agregando cantidades
de bra mayor se logra un incremento
en la resistencia. Se va aumentando
el porcentaje de bra de polipropile-
no, esta variación es considerable dis-
minuyendo para las amasadas CEM
II/B-V 42,5.
Obando-Guillermo et al.
376
PAIDEIA XXI
0
50
100
150
200
250
300
350
0 7 14 21 28
Resistencia a la compresión kg/cm2
Edad de concreto en días
175 kg/cm2 + 0 gr/m3
175 kg/cm2 + 200 gr/m3
175 kg/cm2 + 300 gr/m3
175 kg/cm2 + 400 gr/m3
210 kg/cm2 + 0 gr/m3
210 kg/cm2 + 200 gr/m3
210 kg/cm2 + 300 gr/m3
210 kg/cm2 + 400 gr/m3
280 kg/cm2 + 0 gr/m3
280 kg/cm2 + 200 gr/m3
280 kg/cm2 + 300 gr/m3
280 kg/cm2 + 400 gr/m3
Figura 1. Resistencia a la compresión del concreto según el incremento en g·m
-3
de bra de polipropileno. Método de curado en cámara húmeda (Armas, 2016).
Por otro lado, si bien hay un efec-
to en el aumento de la resistencia a la
compresión conforme
El análisis de la resistencia a la
compresión de todas las bras de-
muestra que en el caso de la bra de
acero demuestran que el concreto pre-
senta un excelente comportamiento a
la compresión en un promedio de 28
días, mientras que con el uso de 50
kg·m3 con bras de acero, la resisten-
cia a la compresión pasa el 2% respec-
to a la resistencia con una dosicación
de 60 kg·m-3.
Considerando al hormigón como el
material más utilizado en la construc-
ción, es necesario conocer el comporta-
miento del concreto en eventos extraor-
dinarios como por ejemplo en el caso
de un incendio y dependiendo del siste-
ma estructural, el daño que se produce
puede ser parcial o en la totalidad de la
estructura (Muriel, 2018).
Para el caso de las bras de poli-
propileno, para Días et al. (2020), la
resistencia de las probetas después
de estar expuestas a una tempera-
tura de 200 ºC en el momento del
horneado, el concreto patrón presentó
una resistencia de 24,6 + 0,9 MPa
con un aumento de 0,5 + 0,9 MPa de
resistencia a la compresión, de igual
modo Xargay et al. (2018) realizan la
compar
ación entre hormigón simple y
hormigón reforzado con bra, expues-
tos ambos a una temperatura de 600 °C
en la que se determinó que ambos dis-
minu
yeron en 75% su resistencia a la
compresión relativa, pero un gran in-
cremento en su resistencia residual a
la tracción por compresión diametral y
en su resistencia a la exión.
Además, Pina & Sémelas (2011)
sostienen que las bras sintéticas no
sufren oxidación, químicamente son
más estables frente a cualquier tipo de
Resistance to compression of concrete
377
PAIDEIA XXI
ataques, garantizando así la conserva-
ción de las propiedades del hormigón
con respecto a su vida útil.
En las bras de vidrio, uno de los
autores observó que con una dosica-
ción de 6,5 kg·m-3 de bras de vidrio en
el concreto, la resistencia a la compre-
sión aumentó en 28 días a 1,3% res-
peto a la mezcla en comparación con
la dosicación de 13 kg·m-3. Esto de-
muestra la disminución en la densidad
del concreto a medida que aumenta su
porcentaje. Corroborando con lo que
evidencia Coronado & Zevallos (2020)
al analizar la resistencia del concreto
con diferentes dosicaciones de bra
de vidrio, llegando a la conclusión que,
a mayor porcentaje de bra, la resis-
tencia disminuye, iniciando con una
dosicación de 0,025% de bra ob-
teniendo una resistencia de 6,65% y
culminando con una dosicación de
0,125% obteniendo una resistencia de
1,26% de resistencia del concreto.
Para las bras de cabello, demues-
tra que la resistencia a la compresión
mejoró en un 8,1% al 1% de bras de
cabello, pero la resistencia a la com-
presión sufría una baja al aumen-
tar el contenido de bra capilar. En
las bras de carbono, Gonzáles et al.
(2017), las dosis óptimas de 10mm de
largo al ser incorporada al concreto de
0,24% aumenta un 17,7% la resisten-
cia a la compresión. Los resultados de
bra de basalto, demuestran que lo
que dio mejor resultado fue la disper-
sión de haz, con una dosicación de
0,31 aumentando la resistencia a la
compresión en un 4,5%
De acuerdo a los resultados encon-
trados, se observó que los agregados
a las bras de polipropileno represen-
tan un referente a las propiedades del
hormigón según al porcentaje de bra
utilizado. Briones et al. (2020) arma-
ron que su aporte sería favorable por
sus características de peso liviano, las
propiedades químicas en relación a la
resistencia química que posee frente a
solventes más utilizados en la obra.
Además, el uso de estas bras de
polipropileno como elemento consti-
tuyente del hormigón no es tan bene-
cioso como se esperaba, lo cual fue
comprobado en un análisis de ensayo.
Sin embargo, para Cifuentes (2010)
y Días et al. (2020), en sus estudios
determinaron la ecacia de este com-
ponente y su resistencia, por su com-
portamiento en las altas prestaciones.
Esta diferencia se basa principalmen-
te por su óptima estabilidad en las
temperaturas más altas.
Con respecto a la comparación en-
tre la bra de polipropileno y la bra
de acero, se encontró favorable em-
plear la bra de polipropileno consi-
deraría mejores resultados por sus
cualidades al momento de realizar
una obra. Lo cual guarda concordan-
cia con lo estudiado por Da Silva et al.
(2019), quien demostró que una de las
composiciones más utilizadas es un
enlace de polipropileno con bras, lo
que da como resultado la formación de
un nuevo material, con características
diferentes a sus constituyentes. La re-
sistencia a la tracción aumenta con el
aumento de la cantidad de carga de -
bra. Estirando por otro lado, tracción,
disminuye.
Se concluye que a medida que se
va agregando bras de polipropileno,
Obando-Guillermo et al.
378
PAIDEIA XXI
se van presentando un conjunto de
resultado referentes a las propiedades
del hormigón, una de ellas es la reduc-
ción de la trabajabilidad. Conforme lo
indican Altalabani et al. (2020), se va
aumentando el porcentaje de bra de
polipropileno al hormigón y la traba-
jabilidad en la mezcla disminuye. Así
como también lo constatan Sarikaya
& Susurluk (2019) y Prakash et al.
(2020), en el que deducen que el uso
de bra de polipropileno en hormigón
uido provoca disminución en el asen-
tamiento teniendo en cuenta que esta
es una característica importante del
concreto freso aun considerando un
efecto negativo en la trabajabilidad.
Con respecto a los usos de bras
de polipropileno como parte del hor-
migón, nos demuestra el comporta-
miento desfavorable del uso de bras
de polipropileno como elemento inte-
grado al hormigón, siendo corrobora-
da a través del análisis de ensayos en
la que mayor pérdida se adquiere en la
disminución de la resistencia al exo-
tracción de los hormigones.
Asimismo, demuestra que en el
hormigón reforzado con bras de po-
lipropileno no mejora ningún aspecto
con relación a su capacidad mecánica
del hormigón. Sin embargo, en la ro-
tura de probetas en el ensayo a exo-
tracción la rotura es menos frágil en
las que contienen bras de polipro-
pileno, logrando al hormigón obtenga
mayor ductilidad.
Para Ortega & Gil (2019), al usar
bras de Delaware aserrín, las mues-
tras obtenidas con este tipo de bras
presenta menos resistencia a la com-
presión a medida que se aumenta su
dosicación en la mezcla pero indica
que aún después de haber fallado,
logran mantener su núcleo intacto,
esto nos indica que tienen un mejor
comportamiento post falla gracias a la
morfología brosa del aserrín, por el
contrario Pourali et al. (2019), conclu-
ye que el uso de bras de polipropileno
logran proporcionar una mayor resis-
tencia a la tracción en comparación
con la resistencia a la compresión en
la que el aumento es relativamente pe-
queño.
Chavarry et al. (2020), analizó
aparte de la bra de polipropileno a
la bra de vidrio y de acero, logrando
resultados mucho más favorables con
la bra de vidrio, superior a la bra de
polipropileno, con un sinfín de atribu-
tos en el hormigón considerándose in-
clusive poseer inuencia en el aumen-
to de la resistencia a la exo-tracción
en el hormigón.
A su vez, según Gómez et al. (2020),
debemos tener en cuenta que el uso de
bras en la producción de hormigón
proporciona ciertas características en
la construcción como aislación de vi-
braciones y sonido.
En el caso de la bra de acero po-
see cualidades similares a la bra de
polipropileno, sin embargo, cuenta
con características que marcan la di-
ferencia como el peso y la dicultad de
la puesta en obra. Demostrando que
la bra de polipropileno es superior en
comparación con la bra de acero.
Resistance to compression of concrete
379
PAIDEIA XXI
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Received March 8, 2021
Accepted May 28, 2021.
