2025
262
10022025
20052025
Artículos Científicos
Recepción: 10/02/2025
Aprobación: 20/05/2025
DOI: https://doi.org/10.51372/gacetatecnica262.7
Resumen: El objetivo del estudio fue evaluar la incidencia del extracto de aloe-vera como inhibidor de óxido inducido por carbonatación en el concreto; así mismo, el estudio adoptó una metodología aplicada y un diseño experimental, en el que se evaluó el concreto con diferentes dosificaciones de extracto de aloe vera en el cual las concentraciones utilizadas para la incorporación del aloe vera en el concreto fueron 0,75%, 1,30% y 1,7%. Además, los resultados indican que la incorporación de aloe vera en el concreto afecta de manera diversa sus propiedades, dependiendo de la concentración, donde se destacó que con concentraciones bajas de 0,75% se observó un leve aumento en la zona carbonatada y una ligera mejora en la resistencia a la compresión (5%), sin alterar significativamente la consistencia ni la resistencia a flexión. Sin embargo, a concentraciones más altas como 1,30% y 1,70%, los efectos fueron menores o incluso negativos, sugiriendo que un exceso de aloe vera podría afectar negativamente la estructura del concreto.
Palabras clave: propiedades mecánicas del concreto, carbonatación en el concreto, inhibidor aloe vera de óxido.
Abstract: The objective of the study was to evaluate the incidence of aloe vera extract as an inhibitor of carbonation-induced rust in concrete. Likewise, the study adopted an applied methodology and an experimental design, in which concrete was evaluated with different dosages of aloe vera extract in which the concentrations used for the incorporation of aloe vera in the concrete were 0,75%, 1,30% and 1,7%. In addition, the results indicate that the incorporation of aloe vera in concrete differently affects its properties, depending on the concentration. It was highlighted that at low concentrations of 0,75%, a slight increase in the carbonated zone and a slight improvement in compressive strength (5%) were observed, without significantly altering the consistency or flexural strength. However, at higher concentrations such as 1,30% and 1,70%, the effects were minor or even negative, suggesting that an excess of aloe vera could negatively affect the structure of the concrete.
Keywords: mechanical properties of concrete, carbonation in concrete, aloe vera rust inhibitor.
1. INTRODUCCIÓN
En el ámbito internacional, la industria de la construcción utiliza el concreto, una mezcla de cemento, agua y agregados, cuya producción requiere una gran cantidad de recursos y energía, lo que genera impactos ambientales significativos [1]. En los últimos 30 años, la demanda de concreto se ha cuadruplicado, lo que ha exacerbado la escasez de arena y aumentado las emisiones de CO₂ [2] que actualmente ascienden a 24 mil millones de toneladas anuales y se estima que alcanzarán los 39 mil millones para 2025 [3]. La fabricación de concreto es uno de los principales factores de estas emisiones, representando el 8% de las de CO₂ en la producción de cemento [4]. Este panorama ha llevado a países como China, el Reino Unido y Estados Unidos a comprometerse con la neutralidad de carbono para 2050-2060 [5].
En Perú, el concreto es un material compuesto por agregados, cemento, agua y aditivos, reconocido por su alta resistencia y utilizado ampliamente en la construcción de edificaciones, túneles, puentes y carreteras [6]. Así mismo, el concreto representa el 51,7% de las viviendas, lo que ha impulsado un aumento en la demanda de materiales como agregados, ladrillo y acero [7]. En términos generales, el concreto es fundamental en la construcción, con un consumo anual que alcanza los 4200 millones de toneladas [8]. Sin embargo, la industria de la construcción, clave en las economías emergentes, es responsable de aproximadamente el 30% de las emisiones globales de CO2. El cemento, aunque económico, contribuye con un 7% de esas emisiones y representa entre el 10% y 15% del concreto [9]. Además, la extracción de materiales de las canteras para la producción de concreto consume grandes cantidades de recursos y energía, generando significativas emisiones de CO2, que representan entre el 55% y el 74% del consumo energético y entre el 47% y el 71% de las emisiones de CO2 durante su producción [10].
La investigación propone usar extracto de aloe vera como sustituto parcial del agua en la producción de concreto para mejorar sus propiedades mecánicas y su capacidad para inhibir la corrosión por carbonatación, contribuyendo a la sostenibilidad y al avance tecnológico en la ingeniería civil, alineándose con el noveno Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) (11, 21).
2. DESARROLLO
Aunque el concreto es un material resistente y adecuado para infraestructuras, puede ser vulnerable a problemas como la carbonatación [12, 11], que ocurre cuando el CO2 penetra en el concreto y reacciona con los álcalis, formando carbonato y agua [13, 12], el cual este proceso disminuye la alcalinidad del concreto, lo que destruye la protección de las armaduras y provoca corrosión, expansión, tensiones, grietas y pérdida del recubrimiento [14, 13]. Esto debido a factores como la composición, porosidad, relación agua-cemento y las condiciones ambientales [15, 14], así como la exposición a humedad, temperatura y otros agentes corrosivos, el cual reducen la durabilidad del concreto, favoreciendo la aparición de grietas y la pérdida de adherencia [16, 15].
Por otro lado, los contaminantes ambientales también afectan negativamente la durabilidad del concreto en Perú, causando, entre otros problemas, ataques ácidos que generan fisuras y grietas [17, 16], ante ello el problema más común es la carbonatación, un proceso en el cual el concreto absorbe dióxido de carbono (CO2), lo que debilita el material y acelera la corrosión de las barras de refuerzo [18, 17]. Este fenómeno ocurre cuando el CO2 reacciona con el hidróxido de calcio en el concreto, formando carbonato de calcio. Este proceso reduce la alcalinidad del concreto, lo que afecta al gel de silicato cálcico y, como consecuencia, disminuye su durabilidad [19, 18]. Además, se pueden observar eflorescencias, depósitos blancos que resultan de la reacción de las sales de calcio con el CO2 presente en el aire [20, 19]. Por tanto, es fundamental utilizar concreto de alta durabilidad y baja permeabilidad para prevenir la formación de grietas y huecos, lo que contribuye a prolongar la vida útil de las estructuras [21, 20].
Diversos estudios se han destinado a evaluar la incidencia en las propiedades mecánicas del concreto al incorporar aditivos en la mezcla. Por ejemplo, en una investigación realizada tuvo como objetivo evaluar la mezcla de cemento Portland inducido con quitosana optimizaran las cualidades mecánicas y microestructurales, como población de estudio se tuvo 81 probetas que fueron puestos a prueba a los 7, 28 y 90 días. Como hallazgos se mencionaron que a los 28 días de maduración la mezcla estándar presento un esfuerzo de 41,46 MPa y con las dosis de 0.1%, 0.3% y 0.4% el esfuerzo incrementó en un 42,05, 44,47 y 42,51 MPa, por otra parte, a los 90 días, la muestra sin adición mostró un esfuerzo de 47,25 MPa y al adicionar 0,1% el esfuerzo aumentó a un 48,78 MPa y al incorporar 0,3 y 0,4 el esfuerzo decreció a 44,83 y 43,00 MPa consecuentemente [22].
En otro estudio se evaluó el procedimiento de deterioro del elemento constituido por concreto, donde fue causado por el efecto de microorganismos que produjeron ácido sulfúrico como material de su desintegración, la población estuvo constituido por toda la mezcla con agregados tratados con fenolftaleína, que es un itinerario de ácido/base incoloro que modifica de tono a violeta a pH superior a 9 (alcalino), donde realizaron pruebas de carbonatación en la muestra de concreto y se extrajeron cuatro núcleos cilíndricos para someterse a pruebas de esfuerzo a la compresión. Los descubrimientos al quitar la capa no adherente de aproximadamente 8 cm alrededor del muro del pozo recién construido, se pudo observar que el concreto presentaba corrosión, ya que no cambiaba de color al aplicar fenolftaleína. Subsiguientemente se realizó un agujero de 5 cm, verificando que la zona más profunda del concreto aún presenta alcalinidad, para el esfuerzo a compresión se determinó que el grupo sin adición llegó a un esfuerzo de 59,70 MPa y la muestra K2, K3 y K4 presentaron un esfuerzo de 58,3, 57,7 y 59,5 MPa [23].
En otra investigación se tuvo como finalidad plantear e indagar el aumento de las cualidades mecánicas del bloque de concreto aumentando las dosis de aditivos reciclables, en donde se efectuaron una muestra con una totalidad de 9 adiciones y se realizaron varios tipos de mezclas con diferentes combinaciones de aditivos reciclados. Por otra parte, se tuvo como hallazgos donde la muestra con una dosis de residuos reciclados al 6,66% y concreto estándar derivaron en un esfuerzo de 24,95 MPa a los 56 días, lo cual es semejante a una mezcla de concreto al 100%. En referencia a la flexión, se exhibió que todas las mezclas formuladas exhibieron un módulo de ruptura superior al del concreto tradicional, pero la mezcla con 90% de concreto y 10% de residuos (M1) obtuvo el mayor esfuerzo a flexión con 8,5 MPa [24].
Por tanto, se guía la presente investigación a emplear extracto de aloe vera como sustituto parcial del agua en la producción de concreto, a fin de mejorar sus propiedades mecánicas y su capacidad para inhibir la corrosión por carbonatación.
3. METODOLOGÍA
El estudio presento diferentes métodos para ejecutar pruebas de:
· Carbonatación como se especifica en UNE-EN 13295:2005 [25]
· Asentamiento dispuesto en ASTM C143/C143M-20 [26]
· Resistencia a compresión de acuerdo a ASTM C39/C39M-21 [27]
· Resistencia a flexión dispuesto en ASTM C78/C78M-22 [28],
Se clasificó como tipo de investigación aplicada, diseño cuasiexperimental, nivel explicativo y un enfoque cuantitativo. Así mismo la población estuvo constituida por 12 probetas de 4”x8” para el patrón y 36 unidades para los grupos experimentales, así mismo se efectuaron 9 vigas para el patrón y 27 vigas de 15x15x50cm para los experimentales, donde las probetas con aditivos estuvieron constituidas por dosificaciones del extracto de aloe-vera en 0,75; 1,3 y 1,7%.
3.1. Diseño de la Mezcla
En la Tabla 1 se exhibe todas las mezclas, la cantidad de cemento se mantiene constante en 42,57 kg, donde la cantidad de agua disminuye ligeramente conforme aumenta el porcentaje de aloe vera, pasando de 34,23 litros en el concreto patrón (CP) a 30,37 litros con 1,7% de aloe vera, debido a que el aloe-vera reemplaza parte del agua.
3.2. Clasificación del Extracto de Aloe-
Vera
Revisión del PH del aloe vera.
En la Tabla 2 se presenta el pH del aloe vera, que es de 4,0, en el cual este nivel de acidez podría agravar la carbonatación del concreto al reducir aún más su pH, comprometiendo la protección del acero de refuerzo, además, considerando la acidez del aloe vera podría interferir en la formación del gel de silicato de calcio hidratado (C-S-H).
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. Ensayo de Corrosión por Carbonatación
La Tabla 3 muestra los efectos de diferentes concentraciones de extracto de aloe vera sobre la carbonatación en comparación con el concreto patrón (CP).
Se puede concluir, el extracto de aloe vera tiene un leve efecto sobre la carbonatación, pero no mejora significativamente la resistencia del concreto a la corrosión.
4.2. Ensayo de Asentamiento
En la Figura 1 se exhibe los resultados de la consistencia del concreto, donde el patrón (CP) tuvo un asentamiento promedio de 4 pulgadas, así mismo al agregar 0,75% y 1,3% de extracto de aloe vera (CE1 y CE2), no se observaron cambios significativos en la fluidez. Sin embargo, con 1,7% de aloe vera (CE3), el asentamiento aumentó un 12,5%, mejorando la fluidez sin afectar la resistencia ni durabilidad.
4.3. Ensayo Resistencia a Compresión
La Figura 2 muestra la resistencia a compresión a los 7, 14 y 28 días, donde a los 7 días el CP tiene la mayor resistencia, mientras que las mezclas con aloe vera, especialmente el CE3 se reducen hasta un 18,8%, debido a la hidratación de la mezcla; así mismo a los 14 días CP sigue siendo el grupo con mejor resistencia, por otro lado, a los 28 días CE1 y CE2 superan al CP con aumentos del 5% y 1% respectivamente, mientras que CE3 disminuye su resistencia.
4.3. Ensayo Resistencia a Flexión
La Figura 3 muestra la resistencia a flexión 7, 14 y 28 días, donde a los 7 días el CP presenta la mayor resistencia, mientras que las mezclas con aloe vera disminuyen, especialmente CE3 que se reduce en un 32%, lo que sugiere un retraso en el desarrollo inicial, también a los 14 días CP sigue siendo el mejor grupo, por otro lado, a los 28 días CE1 y CE2 superan al CP en 5% y 1%, respectivamente, mientras que CE3 disminuye en un 2%.
4.3. Análisis Estadístico para Corrosión por Carbonatación
Test de normalidad de los datos
La Tabla 4 muestra el test de Shapiro-Wilk, que evalúa si los datos siguen una distribución normal, requisito para aplicar pruebas estadísticas paramétricas. Los valores de significancia (Sig.) para todas las muestras son mayores a 0,05, lo que indica que no hay evidencia suficiente para rechazar la normalidad, sugiriendo que las distribuciones de las muestras se ajustan adecuadamente a una curva normal.
Prueba de Homogeneidad de Varianzas
La Tabla 5 muestra los resultados de la prueba de homogeneidad de varianzas
En la prueba basada en la media, el estadístico de Levene es 0,342 y el p-valor es 0,796, lo que indica varianzas homogéneas entre los grupos. Así mismo ocurre en las pruebas basadas en la mediana y con grados de libertad ajustados, con estadísticos de 0,240 y p-valores de 0,866, sugiriendo homogeneidad.
Análisis de varianza
La Tabla 6 muestra el resultado del test ANOVA, que determinó si existen diferencias significativas entre las medias de los grupos, donde el valor de significancia (Sig.) fue 0,930, mucho mayor a 0,05, lo que indica que no hay diferencias estadísticamente significativas en los niveles de carbonatación entre los grupos.
Prueba Post-Hoc de HSD Tukey
La Tabla 7 muestra la prueba Post-Hoc, que compara las medias entre todos los pares de grupos. Ninguna de las comparaciones presenta un valor de significancia (Sig.) menor a 0,05, lo que confirma que no hay diferencias significativas entre los grupos. Además, todos los intervalos de confianza incluyen el 0, lo que refuerza la conclusión de que las diferencias observadas son mínimas y no significativas.
Subconjunto de las medias de Tukey
La Tabla 8 presenta los valores promedio de carbonatación para cada grupo CP (concreto patrón) 2,1667 cm, CE1 (0,75%) 2,4667 cm, CE2 (1,3%) 2,6667 cm y CE3 (1,7%) 2,8333 cm.
Aunque hay un ligero aumento en la carbonatación con mayores concentraciones de aloe vera, las diferencias no son significativas, por lo que todos los grupos están en el mismo subconjunto.
4.4. Análisis Estadístico para Asentamiento
Test de normalidad de los datos
La Tabla 9 presenta los resultados del test de Shapiro-Wilk, que evalúa la normalidad de los datos. Los valores de p (Sig.) para todas las muestras (CP, CE1, CE2, y CE3) son mayores a 0,05 (p = 0,780), lo que indica que no hay evidencia suficiente para rechazar la hipótesis nula, sugiriendo que los datos siguen una distribución normal.
Prueba de Homogeneidad de Varianzas
La Tabla 10 muestra los resultados de la prueba de homogeneidad de varianzas. En la prueba basada en la media, el estadístico de Levene es 0,169 y el p-valor es 0,915, sugiriendo varianzas homogéneas. En la prueba basada en la mediana y en la prueba con grados de libertad ajustados, los estadísticos y p-valores son 0,048 y 0,985 reforzando esta conclusión.
Análisis de varianza
La Tabla 11 presenta los resultados del ANOVA, utilizado para determinar discrepancias significativas entre las medias de los grupos, donde la significancia (Sig.) fue de 0,000, lo que indica una diferencia significativa en al menos uno de los grupos en cuanto al asentamiento del concreto, donde el porcentaje de extracto de aloe vera tiene un efecto significativo sobre el asentamiento.
Prueba Post-Hoc de HSD Tukey
La Tabla 12 muestra el análisis post hoc de Tukey.
Revela que no hay diferencias significativas entre el concreto patrón (CP) y los grupos con 0,75% (CE1) y 1,3% (CE2) de extracto de aloe vera. Sin embargo, se encuentran diferencias significativas entre CP y CE3 (1,7%) (p = 0,000), con una diferencia media de -0.,00, así como entre CE1 y CE2 respecto a CE3, donde esto sugiere que un mayor contenido de aloe vera (CE3) afecta significativamente el asentamiento del concreto, mientras que CE1 y CE2 no muestran diferencias con el CP.
Subconjunto de las medias de Tukey
En la Tabla 13 se exhiben el análisis de subconjuntos de Tukey, que revela que las muestras de CP, CE1 y CE2 tienen medias de asentamiento de 4”, mientras que el grupo CE3 (1,7% de aloe vera) presenta una media significativamente mayor de 4,5”, por tanto, esto refuerza la conclusión de que, con el incremento de la concentración de aloe vera, el asentamiento del concreto también aumenta significativamente.
4.5. Resistencia a Compresión
Test de normalidad de los datos
La Tabla 14 presenta los resultados del test de Shapiro-Wilk, que evalúa la distribución normal de los valores, donde los valores p (Sig.) para todas las muestras son mayores a 0,05, lo que indica que los datos se distribuyen normalmente. Así mismo los valores p fueron 0,637 para CP, 0,554 para CE1, 0,450 para CE2 y 0,372 para CE3, lo que confirma que los datos presentan normalidad.
Prueba de Homogeneidad de Varianzas
La Tabla 15 presenta los resultados de la prueba de homogeneidad de varianzas, que indican que no se rechaza la hipótesis nula de igualdad de varianzas en todas las pruebas. Así mismo el estadístico de Levene para la prueba basada en la media es 2,176 con un p-valor de 0,169, en la prueba basada en la mediana el p-valor es 0,584, en la prueba con grados de libertad ajustados el p-valor es 0,596, y en la prueba basada en la media recortada el p-valor es 0,188.
Análisis de varianza
La Tabla 16 muestra los resultados de la prueba ANOVA, utilizada para comparar las medias de los grupos (CP, CE1, CE2, y CE3) y evaluar diferencias en la resistencia a la compresión. El valor de significancia es 0,001, mucho menor a 0,05, lo que sugiere discrepancias significativas entre al menos uno de los grupos en cuanto a la resistencia a la compresión del concreto.
Esto indica que el extracto de aloe vera influye significativamente en la resistencia a la compresión y que su concentración impacta esta propiedad.
Prueba Post-Hoc de HSD Tukey
La Tabla 17 muestra el análisis post hoc de Tukey, donde se encuentran diferencias significativas entre el concreto patrón (CP), CE1 (0,75% aloe-vera) (p = 0.001), entre CP y CE3 (1,7% aloe-vera) (p = 0.015), pero no entre CP y CE2 (1.3% aloe-vera) (p = 0,909). Se concluye que la concentración del 1,7% (CE3) tiene el mayor efecto negativo en la resistencia a la compresión, mientras que el 0,75% (CE1) tiene un efecto positivo.
Subconjunto de las medias de Tukey
La Tabla 18 presenta el análisis de subgrupos de Tukey HSD, donde se muestra que CE3 (1,7% aloe-vera) tiene la media más baja (26,43), seguida de CP (27,19) y CE2 (27,32). Esto indica que CE1 tiene un rendimiento significativamente superior en términos de resistencia, en comparación con el concreto patrón y las concentraciones más altas de aloe vera.
4.6. Resistencia a Flexión
Test de normalidad de los datos
La Tabla 19 muestra los resultados de la prueba de Shapiro-Wilk, que evaluó la dispersión normal de los datos, esenciales para el ANOVA. Así mismo los valores de p (Sig.) para CP, CE1, CE2 y CE3 fueron 0,363; 0,554, 1,000 y 0,637, todos mayores que 0,05, lo que indica que los datos siguen una dispersión normal.
Prueba de homogeneidad de varianzas
La Tabla 20 muestra la prueba de homogeneidad de varianzas, donde los resultados sugieren una posible tendencia hacia diferencias en las varianzas en la prueba basada en la media (p = 0,088), mientras que en las pruebas basadas en la mediana (p = 0,506), grados de libertad ajustados (p = 0,534) y media recortada (p = 0,102), no se encuentran diferencias significativas.
Análisis de varianza
La Tabla 21 muestra el ANOVA, que compara las medias de los grupos (CP, CE1, CE2, CE3) en términos de resistencia a flexión. El valor de p (Sig.) es 0,000, mucho menor que 0.05, lo que indica diferencias significativas entre al menos uno de los grupos, sugiriendo que la adición de extracto de aloe vera tiene un efecto significativo sobre la resistencia a flexión del concreto.
Prueba Post-Hoc de HSD Tukey
La Tabla 22 presenta el test Post Hoc de Tukey, que muestra una diferencia significativa entre el concreto patrón (CP) y el CE1 (p = 0,002), pero no entre CP y CE2 (p = 0,551) ni entre CP y CE3 (p = 0,202). En conclusión, la concentración de 0,75% de aloe vera (CE1) mejora significativamente la resistencia a la flexión en comparación con el concreto patrón, mientras que la concentración de 1,3% (CE2) no presenta diferencias significativas y la de 1,7% (CE3) reduce la resistencia en relación con el CP.
La Tabla 23 muestra el análisis de subconjuntos de Tukey HSD, donde CE1 (0,75%) tiene la media más alta en resistencia a flexión (4,83), seguida de CE2 (1,3%) con 4.65, CP (4,59) y CE3 (1,7%) con 4,49. Estos resultados indican que CE1 (0,75%) tiene el mejor desempeño, mientras que CE3 (1,7%) presenta la menor resistencia.
5. CONCLUSIONES
Los resultados indican que agregar extracto de aloe vera aumenta ligeramente la zona carbonatada, aunque la diferencia con el concreto estándar es pequeña. El efecto es más notorio en concentraciones bajas (0,75%), sin grandes diferencias entre las concentraciones probadas. En cuanto a la consistencia, la adición de aloe vera no altera significativamente el asentamiento del concreto, manteniéndose similar al concreto estándar, con un leve incremento en las muestras de mayor concentración.
El concreto con aloe vera mostró una resistencia a la compresión un poco superior al concreto estándar con una concentración de 0,75% (aumento del 5%). Así mismo con 1,3%, la resistencia fue similar, pero a 1,7% se redujo, lo que sugiere que concentraciones altas pueden afectar negativamente la estructura. No se observó una mejora significativa en la resistencia a flexión, pero con la concentración del 0,75% hubo un aumento del 5% en comparación con el concreto estándar.
6. FINANCIAMIENTO
La investigación que ha dado origen a este artículo no ha recibido el aporte financiero de ninguna fuente.
7. AGRADECIMIENTOS
Agradecimiento a la Universidad César Vallejo por el respaldo brindado a la presente investigación, contribuyendo al desarrollo del campo de la ingeniería civil.
8. CONFLICTOS DE INTERÉS
Los autores declaran no tener ningún conflicto de interés.
9. CONTRIBUCIÓN DE LOS AUTORES
J.A.G.L. dirigió la investigación sobre el uso de extractos en el concreto para inhibir la carbonatación, coordinó ensayos y supervisó el análisis estadístico. J.S.L.C. recopiló información sobre aditivos naturales en el concreto y su impacto en la carbonatación, ayudó en los ensayos y el análisis de resultados. J.R.O. analizó los datos sobre el efecto del aloe vera en el concreto, contribuyó a la metodología y revisó el artículo final. A.E.S.T. apoyó en la recolección de datos sobre el aloe vera y su resistencia a la carbonatación, contribuyó en la redacción y organización del artículo. F.Y.P.P. recopiló datos sobre el efecto del aloe vera, creó gráficos y colaboró en la redacción e interpretación de los resultados.
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