Para la elaboración de especímenes de prueba, se diseñaron nueve mezclas de concreto de acuerdo con el método de volúmenes absolutos del Instituto Americano del Concreto (ACI) 211.1, 1985, considerando remplazos de cemento portland de 0%, 10% y 20% por ceniza de bagazo de caña de azúcar (CBCA) y sustituciones de agregado grueso convencional por 0%, 50% y 100% de agregado reciclado de arcilla termoexpandida (ARAT) (Figura 3). Dichas mezclas comprendieron una mezcla control y el resto se organizaron en dos categorías principales: cuatro combinaciones binarias (CBI), que consistieron en mezclas con remplazos de Cemento-ARAT y cemento-CBCA. Y cuatro combinaciones ternarias (CTE), que representaron mezclas con la combinación de Cemento-ARAT y CBCA. Se llevaron a cabo tres réplicas para cada tipo de mezcla, generando un total de 81 especímenes de concreto. Todas las mezclas mantuvieron una relación agua/materiales cementantes (w/cm) de 0.50. Para proporcionar una visión detallada de las proporciones utilizadas en las nueve mezclas, se presenta la información correspondiente en la Figura 4.

Figura 3 Fuente: Fotografía de los autores.

Figura 4 Fuente: Elaboración propia.

Durante la fase experimental se evaluaron las propiedades mecánicas de los concretos a edades de 7,14 y 28 días. Previo a su evaluación, todos los especímenes se sumergieron en agua a una temperatura de 21 ± 2 °C hasta la edad de prueba. La resistencia a la compresión se ensayó en cubos de 100 mm x 100 mm x 100 mm, de acuerdo con la norma NMX-C-083-ONNCCE-2014. Para obtener índices de resistencia a tensión indirecta (prueba brasileña) se emplearon cilindros de 100 mm x 200 mm, los cuales se sometieron a compresión diametral de acuerdo con la norma NMX-C-163-ONNCCE-2019. Finalmente, para las pruebas de flexión, se manufacturaron 27 vigas de concreto de 50 mm x 50 mm x 200 mm, de acuerdo con la norma NMX-C-191-ONNCCE-2015. Los detalles, dimensiones de los especímenes, normativa utilizada y configuración de las pruebas mecánicas, se muestran en las Figuras 5 y 6, respectivamente.

Figura 5 Fuente: elaboración propia.

Figura 6 Fuente: fotografías de los autores.

Los resultados derivados de las pruebas de resistencia a la compresión de los concretos elaborados con combinaciones binarias (Cemento-ARAT y cemento-CBCA) y ternarias (Cemento-ARAT-CBCA), se muestran en la Figura 7 y 8, respectivamente.

Figura 7 Fuente: Elaboración propia.

Figura 8 Fuente: elaboración propia.

Como se observa en la Figura 7, en concretos con CBI se experimentó una disminución de resistencia a la compresión en todos los casos en comparación con la mezcla control (M1). Un análisis más detallado reveló que la muestras conteniendo 50% (M2) y 100% de sustitución de ARAT (M3) presentaron disminuciones de 7.53% y 12.48% respectivamente; por lo que, de acuerdo con las normativas mexicanas, se encuentran dentro de los parámetros considerados para concretos Clase I (NTC-RSEE), debido a que tuvieron resistencias a la compresión superiores a 250 kg/cm². Por su parte, las muestras elaboradas con un 10% de CBCA (M4) tuvieron reducciones del 20.23% con respecto al control (M1), mientras las que fueron elaboradas con el 20% de CBCA (M5) redujeron su resistencia en 24.95% al compararse con el control. Cabe destacar que las mezclas M3 y M5 alcanzaron valores de resistencia menores a 250 kg/cm² y superiores a 200 kg/cm², por lo que se encuentran dentro de los parámetros considerados como concretos Clase II de acuerdo con las normativas mexicanas (NTC-RSEE).

Con relación a los concretos elaborados con combinaciones ternarias (cemento-ARAT-CBCA), los resultados mostrados en la Figura 8 indican que cuando se utilizó 50% y 100% de ARAT en combinación con 10% de CBCA (M6 y M7) se presentaron disminuciones en la resistencia a la compresión de 20.39% y 33.23% con respecto al control (M1). De la misma manera, cuando se utilizó un remplazo de 20% de CBCA en combinación con 50% (M8) y 100% de ARAT (M9) se presentaron reducciones de 35.00% y 36.79% al compararse con el control (M1). Dichos resultados permiten concluir que el uso de CBCA en combinación de ARAT tiende a disminuir la resistencia a la compresión en mínimo 20%, y dicha tendencia fue más evidente a medida que se incrementó el contenido de estos materiales en el concreto. Resultados similares fueron encontrados por Abdulkadir, et al.,⁶ y Chindaprasirt, et al.,⁷ quienes evaluaron el uso de CBCA en porcentajes del 0%,10% y 20%, y del 0%, 20%, 40% y 60% respectivamente. Concluyendo que si bien existe una disminución de la resistencia mecánica a medida que se aumenta el porcentaje de sustitución de este CBCA, concluyeron que el porcentaje óptimo se encuentra en el 20% con respecto al peso del cemento.

Los resultados de las pruebas de tensión indirecta se presentan en la Figura 9. Como ahí se puede observar, los concretos elaborados con combinaciones binarias (CBI) experimentaron una disminución en la resistencia a la tensión en todos los casos en comparación con la mezcla control (M1). Un análisis más detallado permitió observar que, para concretos conteniendo remplazos de 50% (M2) y 100% de ARAT (M3), las disminuciones en la resistencia fueron de 0.52%, y 15.24%, respectivamente. Lo cual indica una clara tendencia a la baja en la resistencia a la tensión a medida que se incrementó el remplazo de agregado convencional. La misma tendencia se observó en concretos elaborados con remplazos de 10% de CBCA (M4), presentando disminuciones del 12.20% y reducciones de 27.32% para concretos elaborados con sustituciones de 20% de CBCA (M5).

Figura 9 Fuente: elaboración propia.

En lo que respecta a los concretos con combinaciones ternarias (CTE), los resultados presentados en el Figura 10 mostraron que la resistencia a la tensión a los 28 días de edad disminuyeron en todos los casos en comparación con la mezcla control (M1). Siendo estas reducciones del 14.00% para concretos elaborados con 50% de ARAT (M6) y de 6.64% para concretos conteniendo 100% (M7), ambos en combinación con 10% de CBCA en sustitución de cemento portland. Por su parte, aquellos concretos elaborados con 20% de CBCA, en combinación con 50% (M8) y 100% de ARAT (M9), disminuyeron en un 22.76% y 25.08%, respectivamente.

Figura 10 Fuente: elaboración propia.

Como se observa en la Figura 11, los resultados de resistencia a la flexión obtenidos de los concretos manufacturados con combinaciones binarias (cemento-ARAT y cemento-CBCA), a 7, 14 y 28 días de edad, revelaron una disminución de la resistencia a la flexión en todos los casos al compararlos con el control. Estas reducciones fueron del 4.61% y 19.08% para concretos conteniendo sustituciones de 50% (M2) y 100% de ARAT (M3). Por su parte, aquellos concretos conteniendo sustituciones de cemento por 10% de CBCA (M4) redujeron su resistencia en 21.05%, mientras aquellos conteniendo 20% de CBCA (M5) disminuyeron en un 29.43% con respecto a la mezcla control (M1).

Figura 11 Fuente: elaboración propia.

Similar a las mezclas binarias, en concretos con mezclas ternarias (CTE) se experimentó una disminución de resistencia a la flexión en comparación con la mezcla control. Como se observa en la Figura 12, para concretos conteniendo 50% de ARAT en combinación con 10% de CBCA (M6) disminuyeron su resistencia a la flexión con respecto al control (M1) en un 24.24%, y en mezclas elaboradas con 100% de ARAT en combinación con 10% de CBCA (M7) presentaron una disminución del 30.662%. Por su parte, aquellos concretos manufacturados con 50% de ARAT y 20% de CBCA (M8) redujeron su resistencia a la flexión en un 34.87% y las mezclas elaboradas con 100% de ARAT y 20% de CBCA (M9) disminuyeron su resistencia en un 26.97%, al compararse con la mezcla control (M1).

Figura 12 Fuente: elaboración propia.