CAPITULO III

CIENCIAS DE LA

TIERRA

ISSN2007-9516 CD ROM 402

CONCRETO ECOLÓGICO A BASE DE HULE GRANULADO: TÉCNICA DE CONSTRUCCIÓN COMO OPCIÓN PARA LA MEJORA DEL MEDIO AMBIENTE

Gómez Hidalgo, Esaú1; Cruz Morales, Alvaro

1; Cruz Salazar, Carlos Elmer

1; Diaz Mendez, José

Manuel1; Calderón Juarez, Aurora del Carmen

1; Martínez Ruiz,Sagrario

1; Zárate Ramos, José

Roberto1; Santos Martínez, Luis Fernando

1

1Instituto Tecnológico Superior de Cintalapa, Carretera Panamericana KM. 995, Cintalapa

Chiapas.

echaugh@hotmail.com

Resumen— La gran cantidad de neumáticos usados y la dificultad para darles el

tratamiento adecuado constituye uno de los graves problemas medioambientales de los

últimos años en todo el mundo. La elaboración de concreto ecológico a base de hule

granulado busca disminuir aspectos contaminantes que afectan al medio ambiente,

generando un trato amigable con el mismo, por medio de técnicas han demostrado ser

una excelente opción para construir debido que cumplen con todas las especificaciones

que las normas oficiales requieren.

Palabras clave: Concreto, neumáticos, hule granulado.

Abstract— The large quantity of used tires and the difficulty to give proper treatment is one of the

serious environmental problems in recent years worldwide . The development of specific ecological

based crumb rubber seeks to reduce pollution issues affecting the environment , creating a friendly

deal with it, by techniques have proven to be an excellent choice to build due to meet all

specifications standards official require .

Keywords: Concrete, tires, crumb rubber.

ISSN2007-9516 CD ROM 403

Introducción

Uno de los principales problemas que afectan

y desequilibran a la ecología del planeta

tierra, es el aumento del parque automotor

creciendo cada año y el mal reciclaje de

neumáticos usados.

Se calcula que, al año, se consume un

promedio de 4,5 y 5, 5 millones de de llantas

en el país, de las cuales se recicla por

incineración y en rellenos sanitarios un 72

por ciento, se reencaucha un 17 por ciento, el

6 por ciento tiene un destino artesanal y a un

5 por ciento se le da otros usos, como el

'regrabado', de acuerdo con las cifras que

maneja Mundo Limpio, empresa recicladora

de neumáticos.

La magnitud del problema se ve reflejada en

que sólo Estados Unidos genera por año más

de 240 millones de neumáticos usados y la

Unión Europea otros 120 millones.

El reciclaje constituye una alternativa para

atenuar, al menos parcialmente la

problemática señalada respecto a los

neumáticos usados, y consiste en la

reconversión de los desechos sólidos en

materia prima original, para generar el mismo

producto, que en esta investigación en

particular se reutilizara el hule obtenido de

los neumáticos viejos obtenido de las calles,

basureros u otro lugar donde se encuentre

dicho material.

La gran cantidad de neumáticos usados y la

dificultad para darles el tratamiento adecuado

constituye uno de los graves problemas

medioambientales de los últimos años en

todo el mundo.

Un neumático necesita mucho tiempo para

ser degradado provocando de esta manera

cantidades alarmantes de desechos los

cuales si no son convenientemente

reciclados generan una gran contaminación

ambiental al formar parte de los basureros

incontrolados.

Problemática

El municipio de Cintalapa de Figueroa,

Chiapas genera una cantidad de 60

toneladas los días lunes y un promedio de

250 toneladas el resto de la semana.

Los residuos que a diario se recolectan en

las calles de la ciudad en distintos horarios

del día son trasladados al basurero municipal

del mismo siendo estos almacenados por

zonas dependiendo su tipo (residuos sólidos,

animales muertos, neumáticos, etc.) a los

cuales mensualmente se le realiza un

proceso de encarpentamiento que consta de

la distribución de los residuos en el terreno

que ocupa el basurero municipal y

recubriéndolo con material producto de

excavaciones y/o cortes. El cual conlleva un

lapso de 2 a 3 días con maquinaria pesada

(retroexcavadora) representando esto un

gasto excesivo para el municipio.

Un porcentaje de desechos muy significativo

y que en muchas ocasiones no se le da la

debida importancia en el municipio debido al

desconocimiento que se tiene del gran

problema que estos generan al medio

ambiente son la acumulación de neumáticos

usados los cuales se pueden encontrar en

zonas tales como:

Talacheras ubicadas en toda la

carretera panamericana y en el

boulevard Dr. Rodulfo Figueroa.

Viviendas del municipio

Basurero municipal

ISSN2007-9516 CD ROM 404

Figura No. 1 Fotografía de la zona de acumulación de neumáticos en el basurero municipal del municipio de Cintalapa de Figueroa, Chiapas.

Al ser acumulados estos neumáticos en

estos puntos importantes, se genera una

gran proliferación de mosquitos los cuales

son causantes de enfermedades tales como

Dengue y Chikungunya, también se generan

contaminación del suelo y del agua y también

se pueden llegar a provocar inundaciones

pluviales por el asolvamiento de las mismas.

Concreto ecológico

El concreto ecológico es un concreto que

busca disminuir aspectos contaminantes que

afectan al medio ambiente, generando un

trato amigable con el mismo, en la actualidad

han salido a la luz distintas técnicas para la

elaboración de concreto de ecológico los

cuales han demostrado ser una excelente

opción para construir debido que cumplen

con todas las especificaciones que las

normas oficiales requieren.

El concreto ecológico a base de hule

granulado es una opción importante para

disminuir la gran cantidad de neumáticos

usados que se pueden encontrar en los

distintos puntos de las ciudades, estos

neumáticos son de degradación lenta

generando de esta manera contaminación

continua debido al gran número de parque

automotor que hacen uso de ellas.

El concreto ecológico a base de hule

granulado ofrece las siguientes ventajas:

Reducción de focos de infección en

lugares de almacenamiento de

llantas

Aportar a la reducción de emisiones

de carbono por la quema de llanta

Liberación de áreas de almacenaje

nocivas e insalubres dedicadas a las

llantas

Factibilidad de utilizar la llanta en

concreto dando un beneficio a la

comunidad

Este concreto cuenta con

características sustentables

Al mismo tiempo ofrece beneficios como:

Medioambientales: Elimina los focos de

infección al almacenar agua de lluvia,

evitando la proliferación de mosquitos.

Económicos: Al convertirse en un agregado

de fácil adquisición y procedimiento, el

concreto ecológico a base de hule granulado

resulta factible en la construcción de

andadores, pisos, ciclovías etc.

Han sido varias las investigaciones

referentes a este tema algunos denominados

como “realización de ensayos de hormigon

con caucho procedente de neumáticos fuera

de uso” de la Universidad Politécnica de

Catalunya, de igual forma “evaluación

mecánica de concreto y de corrosión en

mortero con partículas de neumático

reciclado” del Centro de Investigación y

estudios de Posgrado de la Facultad de

Ingeniería de San Luis Potosí.

Propuesta de solución

Se da solución al problema latente del mal

manejo de los neumáticos usados al elaborar

una mezcla idónea de concreto ecológico a

base de hule obtenido de neumáticos usados

el cual alcanzará una resistencia a la

compresión de 150 kg/cm2 especial para la

construcción de pisos, andadores y

estructuras que no sufrirán carga excesiva.

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Este concreto ecológico disminuirá en gran

medida la acumulación de los neumaticos y

al mismo tiempo disminuirá la proliferación de

mosquitos, la generación de enfermedades,

la contaminación del medio ambiente y

evitara las inundaciones.

Materiales y Métodos

Recolección de la materia prima

Para poder solucionar el problema de la

acumulación de neumáticos se realizó un

proceso de reciclado por medio de un

descacharramiento manual los cuales fueron

colocados en un lugar estratégico y cubiertos

adecuadamente para evitar acumulación de

agua dentro de ellas.

Figura 2. Descacharramiento manual realizado en el municipio de Cintalapa de Figueroa,

Chiapas.Procesamiento de la materia prima

Se realizó el corte y triturado de los

neumáticos de manera manual para poder

alcanzar el tamaño de partícula adecuado

para ser utilizado como agregado en la

elaboración de concreto ecológico.

Figura 3. Neumático triturado almacenado en recipientes libres de impuresas.

Elaboración del concreto

Se elaboró el concreto ecológico con ayuda

de revolvedora utilizando todos los elementos

necesarios (cemento, agua, arena, grava y

partículas de neumáticos)

Figura 4. Proceso de elaboración de concreto ecológico con revolvedora.

Se utilizaron 4 especímenes con distintas proporciones para la elaboración del concreto.

Tabla de Dosificación de

materiales

Material Cantidad

Cemento 25 kg

hule 2 x1.5cm ½ lata

Arena 3 latas

Grava 1 ½

Agua 1 lata

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Tabla 1. Dosificación del espécimen 1

Tabla de Dosificación de

materiales

Material Cantidad

Cemento 12.5 kg

hule fino ½ lata

Arena ½ lata

Grava 1 ½ lata

Agua ½ lata

Tabla 2. Dosificación del espécimen 2

Tabla de Dosificación de

materiales

Material Cantidad

Cemento 12.5 kg

hule 2x1.5cm 1 lata

Arena 1 lata

Grava ½ lata

Agua ½ lata

Tabla 3. Dosificación del espécimen 3

Tabla de Dosificación de

materiales

Material Cantidad

Cemento 6.25 kg

hule 2x1.5cm ½ lata

Arena ½ lata

Grava ¼ lata

Agua ¼ lata

Tabla 4. Dosificación del espécimen

Pruebas de revenimiento

Antes de comenzar con el colado de los especímenes, a cada mezcla se le realizo una prueba de revenimiento o de consistencia del concreto. La prueba consistió en extraer parte del concreto que había sido mezclado por la revolvedora y con ayuda de un cucharon rellenar el cono especial para la prueba, lentamente en forma de 3 capaz, y con ayuda de una varilla a cada uno se le dieron 25 golpes en forma espiral (de la orilla hacia el centro). Una vez enrazado el cono este se levanta midiéndose con un flexómetro la distancia que este decae.

Figura 4. Prueba de revenimiento

Pruebas de resistencia del concreto

Una vez realizado el concreto se elaboraron

los cilindros de concreto para su posterior

prueba en el laboratorio para comprobar su

capacidad de carga máxima que este es

capaz de soportar.

Figura 5. Tronado de cilindros

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Resultados y Discusión

Los resultados obtenidos fueron los

siguientes.

En la prueba de revenimiento:

PRUEBA DE

REVENIMIENTO

Espécimen Revenimiento

1 28.5 de 30 cm

2 28 de 30 cm

3 29.7 de 30 cm

4 20.6 de 30 cm

Tabla 5. Tabla comparativa por espécimen en la prueba de revenimiento

Prueba de resistencia:

Fuerza

aplicad

a (kg)

Peso

de la

muestr

a (kg)

Área

(cm2)

Resisten

cia

obtenida

(kg/cm2)

1 48000 11.450 176.72 271.62

2 26550 11.425 176.72 150.24

3 23000 11.410 176.72 130.15

4 20000 10.997 176.72 113.17

Tabla 6. Tabla comparativa por espécimen en la prueba de resistencia a la compresión.

Referencias

1. Neville, A.M. y Brooks, J.J. Tecnología del

Concreto. Editorial Trillas. México D.F. 1998.

2. Normas Técnicas Complementarias para el Diseño

y Construcción de estructuras de concreto.

3. Instituto Tecnológico de la Unam (1994) “Manual

de Tecnología de Concreto” Limusa, México D,F

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CONCRETO POROSO: UNA ALTERNATIVA ECOLÓGICA.

Cruz Morales, Álvaro1; López Ángel, Lexi Javivi

1; Munguía Ballinas, Carlos Martin

1; Rodríguez

Hernández, Ludwi1; Cruz Salazar, Carlos Elmer

1; Díaz Méndez, José Manuel

1; Camacho

Fernández, Cesar Alberto1; Calderón Juárez, Aurora

1; Martínez Ruiz, Sagrario

1; Gómez

Hidalgo, Esaú1; Espinoza Vázquez, Luis Eduardo

1; Ríos Velázquez, Horacio

1.

1Instituto Tecnológico Superior de Cintalapa, Carretera Panamericana KM. 995, Cintalapa

Chiapas.

al.cm7@hotmail.com

Resumen—Las exigencias de diseño y la innovación de los procesos constructivos,

provocan la diversificación en el dosificado de las mezclas de concreto. El concreto es

una mezcla de cuatro ingredientes básicos: arena, grava, cemento y agua, en este

proceso una cierta cantidad de aire se mezcla en el concreto, estos espacios huecos se

atan entre si creando lo que se llama porosidad. Esta porosidad es la que condiciona el

comportamiento posterior del concreto para absorber líquidos (permeabilidad),

permitiendo la filtración de un fluido, a través de sus espacios interconectados. Estas

propiedades permiten utilizar el concreto permeable en áreas de estacionamiento,

canchas deportivas, parques y pavimentos de bajo volumen.

Palabras clave: concreto, permeable, poroso, ecologico.

Abstract—The demands of design and innovation of construction processes, cause

diversification in the dosed concrete mixtures. Concrete is a mixture of four basic

ingredients: sand, gravel, cement and water, in this process a certain amount of air is

mixed in the concrete, these cavities are attached to each other creating what is called

porosity. This porosity is what conditions the subsequent behavior of the concrete to

absorb liquids (permeability), enabling the filtration of a fluid through spaces

interconnected. These properties allow the use of pervious concrete parking areas,

sports fields, parks and pavements of low volume.

Keywords: Concrete, permeable, porous, ecological.

Introducción

El crecimiento inmoderado y fuera de

control de la población, la alta densidad

demográfica de algunos lugares; así como

el asentamiento humano en zonas

naturales, crean cada año nuevos

problemas, la escasez de agua es una de

las más grandes preocupaciones que

enfrentan los habitantes, no solo de zonas

suburbanas, sino de todo el país,

contraponiéndose con las inundaciones

cada vez más frecuentes en los suburbios y

esta problemática se agrava aún más por la

pavimentación desordenada de caminos,

andadores, estacionamientos y áreas que

rodean las edificaciones; con concreto

impermeable, provocando aumento en la

escorrentía superficial.

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La realidad se refleja en la actualidad, con

la falta de un sistema de drenaje optimo en

las ciudades, ocasionando la acumulación

de las aguas en la superficie de los

pavimentos y dificultades del tránsito en las

calles.

De lo anterior y como el agua pasa a través

del concreto poroso (permeable), la sub-

base y el suelo, actúan como un filtro

natural, removiendo materiales indeseables

como aceites, grasas y otros

contaminantes dañinos; de ahí que la

aplicación del concreto poroso se presente

como una solución atractiva a la

recuperación de mantos freáticos, evitar

encharcamientos e inundaciones,

aprovechamiento del agua pluvial,

mantener limpio el drenaje y los problemas

asociados.

Según el informe 522R-10, del American Concrete Institute sobre Concreto permeable, define al concreto permeable (poroso) como: “una combinación de cemento Portland, agregado grueso, poquísimo contenido o casi nulo de finos, aditivos y agua, diseñada para producir una mezcla de concreto con revenimiento cero”. La mezcla de estos compuestos producirá un concreto endurecido con poros de diámetros aproximados de 2 a 12 mm que permiten que el agua lo atraviese fácilmente. El contenido de vacíos es variable, la tasa de drenaje del concreto poroso varía de acuerdo al tamaño del agregado.

Materiales y Métodos

Marco Teórico

La consistencia del concreto poroso se

sustenta del cemento Portland, definido por

la NMX-C-414-ONNCCE: “es un material

inorgánico finamente pulverizado, que al

agregarle agua, ya sea solo o mezclado

con arena y grava, asbesto u otros

materiales similares tiene la propiedad de

fraguar y endurecer, incluso bajo el agua,

en virtud de reacciones químicas durante la

hidratación y que, una vez endurecido,

conserva su resistencia y estabilidad.”

Debido a sus características especiales del

concreto poroso, decimos que es un

concreto hidráulico y permeable, cuyas

características físicas principales son la

presencia de un alto contenido de vacíos,

en comparación al concreto convencional,

cuyas propiedades están dadas

principalmente por agregados finos,

agregados gruesos, agua y cemento.

La propiedad de porosidad se obtiene por el alto contenido de vacíos interconectados, que varían en tamaño aproximado de 2 a 8 mm. El concreto permeable tiene 15-25% de estructura vacío, lo que permite el paso aproximado de 120-320 litros de agua a través de cada metro cuadrado, con una tasa de flujo típica de 3.4 mm/s (200L/m2 /min) o más. El contenido de vacíos puede variar de 15% a 35%, y se pueden alcanzar resistencias a la compresión entre 25 a 250 kg/cm2, normalmente este tipo de concreto contiene poco o nada de agregados finos y una mayor cantidad de pasta cemento, con el fin de cubrir las partículas de agregado grueso y sin perder la interconectividad de vacíos. En concordancia con el Instituto mexicano del cemento y del concreto, 2008 “La capacidad de drenaje de un pavimento de concreto permeable varia con el tamaño del agregado y la densidad de la mezcla, pero generalmente varía en el rango de 81 a 730 L/min/m2”.

Mezclado y elaboración de cilindros

El concreto poroso se conforma de los

mismos componentes que un concreto

convencional, destacando únicamente la

ausencia parcial o total del agregado fino, y

considerando la distribución del tamaño del

agregado grueso seleccionado, sin

embargo el procedimiento de diseño del

concreto poroso (permeable) difiere con

relación al concreto convencional en la

relación agua/cemento o la resistencia del

ISSN2007-9516 CD ROM 410

concreto a la compresión, para el concreto

poroso lo más importante es el porcentaje

de vacíos y el volumen de la pasta, el

primero determinara la velocidad de

infiltración es decir la capacidad de

permeabilidad del concreto poroso, y el

segundo proporcionara la capacidad de

adherencia entre las partículas del

agregado grueso.

Figura 1. Elaboración del concreto poroso.

En la dosificación de las mezclas de

concreto poroso, las variables que

afectaron la permeabilidad y adherencia

son: granulometría, cemento, relación

agua–material cementante.

Una mayor dosis de cemento generó un

concreto poroso más resistente, pero

demasiado cemento disminuyó el

porcentaje de vacíos interconectados en el

concreto, perdiendo este su capacidad

de infiltración.

Una cantidad insuficiente de agua dio lugar

a una mezcla sin consistencia y con baja

resistencia, una cantidad excesiva de agua,

generó una pasta que selló los vacíos de la

mezcla y que además lavó el cemento de la

superficie del agregado.

Figura 2. Mezcla de concreto poroso, para pruebas.

Para este trabajo se diseñaron 12 mezclas

con agregados pétreos de la región valle

zoque de Chiapas, usando normativa

ASTM desarrollada para concreto

convencional, considerando que para el

concreto poroso; lo más importante es el

porcentaje de vacíos y el volumen de

pasta, lo primero determina la velocidad de

infiltración, en consecuencia la

permeabilidad del concreto y la pasta la

adherencia de las partículas del agregado

grueso. En comparativa con el concreto

convencional que se base de la relación

agua/cemento y/o la resistencia del

concreto.

Las mezclas fueron identificadas como

MZP-YY, donde YY corresponde a la

numeración desde 01 hasta 12, colocadas

en orden cronológico. Se elaboraron 3

cilindros de 15 cm x 30 cm para pruebas a

la compresión y 3 cilindros de 15 cm x 30

cm y placas con secciones de 30 x 60 cm

para determinar la permeabilidad

Figura 3. Encofrado de cilindros de 30x15 cm.

ISSN2007-9516 CD ROM 411

Agregado grueso: tamaño máximo, forma y

procedencia.

Se analizó la cantidad de pasta, del

concreto convencional y el concreto

poroso; identificando que esta cantidad de

pasta es menor en el concreto poroso, en

base a lo anterior, la resistencia del

concreto depende del contacto entre los

agregados.

Agregados lisos y redondeados disminuyen

la cantidad de vacíos en comparación a las

mezclas donde se utilizó agregados con

terminaciones angulares y menos lisos; por

esa razón la resistencia del concreto

aumentó.

Agregado grueso/cemento.

Relaciones altas de agregado

grueso/cemento, provocó un menor

porcentaje de pasta; lo cual fue capaz de

proporcionar el enlace suficiente entre las

partículas del agregado provocando una

mayor permeabilidad; sin embargo esta

disminución considerada de pasta implicó

que los espacios vacíos no se rellenaran en

la totalidad, provocando disminuciones en

la resistencia del concreto.

Resistencia a la compresión de cilindros.

Las pruebas de resistencia a la compresión

en cilindros de concreto, son

fundamentales para determinar si la mezcla

de concreto que se ha suministrado en un

proyecto, cumple con las especificaciones y

requerimientos de resistencia.

Para determinar la resistencia a la

compresión de las probetas de concreto

poroso, se ensayó de acuerdo a ASTM C39

“Método estándar de prueba de resistencia

a la compresión de probetas cilíndricas de

concreto”

Para que la distribución de la carga;

durante el ensayo fuera uniforme, los

cilindros se cabecearon con azufre, en

apego a ASTM C 617. Como se muestra en

la figura 4.

Figura 4. Cabeceo de cilindros

Análisis del porcentaje de vacíos

La permeabilidad del concreto poroso

aumenta con el porcentaje de vacíos,

mientras que la resistencia a la compresión

disminuye.

El porcentaje de vacíos que presentan las mezclas de concreto permeable varía según la energía de compactación, la granulometría del agregado utilizado, la relación agua/cemento y el contenido de material cementante utilizado (ACI 522-06, 2006). Según el National Concrete Pavement Technology Center (2006) tanto la resistencia a la compresión uniaxial como el peso unitario de las mezclas de concreto poroso presentan una variación lineal con respecto al porcentaje de vacíos. En el caso de la permeabilidad, su variación es de forma exponencial con respecto al contenido de vacíos.

Resultados y Discusión

Con la investigación realizada, se pudo

comprobar la viabilidad de los agregados

pétreos de la región valle zoque de

Chiapas; para ser utilizados en la

elaboración de concreto poroso. Estos

agregados fueron extraídos de ríos

adyacentes al municipio de Cintalapa de

Figueroa Chiapas.

ISSN2007-9516 CD ROM 412

Las mezclas elaboradas con agregados

angulares uniformes de ½ “, resultaron más

eficientes en cuanto a permeabilidad y

resistencia a la compresión; que los

agregados angulares con tamaño de ¾”.

Entre los resultados obtenidos,

provenientes de las 12 mezclas diseñadas

y elaboradas se destacan los siguientes

datos obtenidos de la mezcla número 10.

Prueba de cono invertido: mayor a

10 cm.

Resistencia a la compresión: 125

kg/cm2

La permeabilidad se encuentra en

un rango de 130 L/min/m2.

La evolución de la resistencia a la

compresión a los 7, 14 y 28 días en

promedio es de 65%70% para los 7 días y

85%-90% para 14 días, comparado con el

concreto convencional presenta un

comportamiento similar.

El concreto poroso diseñado, puede ser utilizado para la construcción de andadores, banquetas, estacionamientos, patios, canchas deportivas, ciclo vías, parques y pavimentos de tráfico ligero, ya que este poroso ofrece resistencias tanto a compresión y tensión para estas solicitaciones conservando una alta permeabilidad, la cual permitirá la infiltración del agua evitando encharcamientos y accidentes, al mismo tiempo que se reactivan los mantos acuíferos.

Referencias

1. ACI.522R-06. (2006). Pervious Concrete. Farmington Hills: American Concrete Institute.

2. ACI-211.3R. (2000). Diseño y

Proporcionamiento de Mezcla. American Concrete Institute.

3. American Society for Testing and

Materials. ASTM C 39-01: Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. Pennsylvania: ASTM. 2002.

4. National Concrete Pavement Technology Center.Mix design development for pervious concrete in cold weather. United States: Center for Transportation, Iowa State University. 2006.

5. ASTM_C127. (1993). Standard Test

Method for Specific Gravity and Absorption of Coarse Aggregate. USA: ASTM International.

6. ASTM_C131. (1996). Standard Test Method

for Resistance to Degradation of Small-Size Coarse Aggregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine. USA: ASTM International.

7. ASTM_C136. (1996). Standard Test Method

for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates.USA: ASTM International.

8. Concreto Permeable: alternativas

sustentables. Construcción y Tecnología en Concreto, 2010. Instituto Mexicano del cemento y del concreto, A.C.

9. Neville, A.M. y Brooks, J.J. Tecnología del

Concreto. Editorial Trillas. México D.F. 1998.