1. Introducción

El manejo inadecuado y eliminación de los residuos sólidos es una de las actividades que más afecta al medio ambiente. De acuerdo con el Banco Mundial, en su informe de 2018 “What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050” se espera un aumento en la generación de desechos de hasta un 70% para 2050, de 2.01 mil millones de toneladas de desechos en 2016, se proyecta un total de 3.4 mil millones de toneladas de desechos anuales para el año 2050 (^{What a Waste 2.0, 2019}).

Especialmente, cuando provienen del caucho y los neumáticos de desecho, debido a su naturaleza y potencial contaminante, este tipo de desechos deben ser procesados y enterrados en rellenos sanitarios para su disposición final. Sin embargo, esto puede provocar la contaminación del suelo y subsuelo. Por ello, es importante encontrar formas de reutilizar total o parcialmente este residuo para transformar su potencial contaminante al final de su vida útil en una materia prima viable para la industria. Los neumáticos de desecho son uno de los materiales más contaminantes, debido a que el proceso de vulcanización es irreversible, lo que dificulta la creación de un plan de residuos. Para el tratamiento apropiado de este tipo de residuo, la industria cuenta con instalaciones especiales de reciclaje de las que se pueden obtener subproductos como fibras de reciclaje de llantas, caucho granulado, caucho en forma de chips, caucho en polvo, así como fibras de acero (^{Thomas et al., 2016}).

Una de las soluciones posibles es utilizar el caucho como materia prima (Pérez, 2015). En la actualidad, la comunidad científica ha reconocido el problema que esto representa, por lo que se han analizado y propuesto diferentes alternativas para el uso del caucho tanto de la industria de residuos como del reciclaje, así como su aplicación en algunas áreas de la ingeniería. Esto conlleva desarrollo económico, creación de empleos, así como el cumplimiento del objetivo primordial: la reducción de contaminantes en el medio ambiente (^{Al-Salem et al., 2009}; ^{Ghosh, 2019}; ^{Ruwona et al., 2019}; ^{Yang et al., 2018}).

Este análisis bibliométrico está basado en la búsqueda de los artículos más relevantes sobre el tema, así como en un análisis en profundidad de la literatura seleccionada, con el objetivo de recolectar datos sobre la importancia del estudio del caucho para la comunidad científica.

Este artículo tiene como objetivo realizar un análisis cuantitativo de cómo ha evolucionado el campo de estudio de la utilización del caucho en concretos, durante el período contemplado entre 1990-2020, con el propósito de recolectar los artículos de investigación más importantes para su análisis mediante el método bibliométrico Methodi Ordinatio ( ^{Pagani et al., 2015b}), con el fin de obtener los artículos más relevantes tomando en consideración el número de citas, el año de publicación, así como el factor de impacto de la revista en la que se publicó (^{de Campos et al., 2018}). Este artículo está dirigido a investigadores y profesionales del tema que requieran un análisis extenso de la literatura existente para trabajos futuros.

2. Procedimiento experimental

Para la realización de este trabajo, las bases de datos Scopus y Web of Science (WoS) fueron consideradas por ser de mayor relevancia (principalmente la de Scopus) en el desarrollo del análisis bibliométrico para la investigación de la literatura, contemplando un período de búsqueda entre enero de 1990 y noviembre de 2020. Una vez seleccionadas estas variables, se realizó una búsqueda exploratoria en las bases de datos utilizando la palabra clave “Rubberized concrete” como punto de partida. Se encontraron un total de 610 artículos en la base de datos Scopus y un total de 357 artículos en la Web of Science. A partir de los resultados, se seleccionaron las principales palabras clave.

Posteriormente se generó una base de datos en formatos de Valores Separados por Comas (CSV) y Archivo de Texto (TXT) para su subsecuente análisis en una herramienta de software para la construcción y visualización de redes bibliométricas denominada VOSviewer. La Figura 1 muestra el diagrama de palabras clave de la base de datos de Scopus y WoS en función de la frecuencia de repetición de las palabras.

Para el análisis bibliométrico se utilizó el método Methodi Ordinatio (^{Pagani et al., 2015a}), que consta de 9 etapas:

donde,

IF = Factor de impacto (JCR, CiteScore, SJR or SNIP)

∝ = Coeficiente (1 al 10) que evalua la importancia del año en que fue publicado el artículo

Research year = Año en la cual se está llevando a cabo la investigación

∑Ci = Número total de citas del artículo

Con el fin de considerar no solo las publicaciones gran trayectoria, se eligió un valor de alfa igual a siete (^{Pamplona Solis et al., 2019}). Un valor alfa cercano a uno (α = 1) genera portafolios con artículos clásicos, pero si los artículos recientes son más importantes para la investigación, entonces el valor de alfa debería estar más cerca de 10.

VOSviewer es un Software que está diseñado para complementar este tipo de metodologías. La información que puede generar es la frecuencia de ocurrencia de una palabra clave que se muestra en función del tamaño de los círculos en los mapas. Los más pequeños representan palabras clave que no son tan relevantes, mientras los mediano (y más grandes) representan las palabras clave relevantes en los diferentes artículos publicados. Por ejemplo, la palabra "caucho" es más relevante por razones obvias. Sin embargo, en algunos artículos con esta palabra clave podemos encontrar temas de interés como el pretratamiento del material o la interfaz caucho-cemento. En comparación con las “fibras de acero”, que son las fibras de acero extraídas de los neumáticos usados, hay poco interés de los investigadores en el tema debido a la escasa presencia de esta palabra clave. Esto deja en claro que este diagrama es útil para darnos una visión general de los temas que se han estudiado y no reflejan ningún resultado final, es un procedimiento previo al filtrado.

3. Resultados y discusión

El objetivo de la búsqueda fue encontrar artículos que contengan la palabra "rubberized concrete" en el título, el resumen o en las palabras clave en el período comprendido entre 1990 y 2020.

El tema principal elegido para el análisis bibliométrico fue el uso de caucho en concreto, por lo que la primera búsqueda de artículos se realizó considerando que debían contener la palabra clave inicial "rubberized concrete". Se dio prioridad a los artículos que se encontraron en idioma inglés, así como en la base de datos Scopus. Para el período de análisis, se han registrado 610 artículos en Scopus y 357 en WoS. La primera publicación registrada en la base de datos Scopus fue en 1990 por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM). El año de 2020 fue el de mayor producción científica con 125 artículos publicados en la base de datos Scopus y un total de 97 artículos en WoS. En la figura 2 se puede apreciar con mayor detalle cómo ha incrementado el estudio de este material para su aplicación en la construcción.

Los resultados obtenidos muestran la tendencia creciente del estudio del uso de caucho en mezclas de concreto en los últimos diez años y destacan los artículos más relevantes utilizando el índice InOrdinatio.

La Figura 2 muestra que la frecuencia del número de artículos publicados por año en el estudio del uso de caucho en concreto es algo inconsistente, sin embargo, en los últimos diez años los científicos han tomado este tema en sus trabajos de investigación con más frecuencia. Esto resultó en una mayor productividad de los artículos (aparentemente la tendencia seguirá en aumento en los próximos años) y actualmente se investiga como una alternativa para mitigar la contaminación global causada por el desecho de neumáticos.

De acuerdo con la base de datos Scopus, hay un total de 610 artículos publicados sobre el tema ‘rubberized concrete’ y un total de 1182 autores entre enero de 1990 y noviembre de 2020.

La Figura 3 demuestra que el año con mayor actividad científica fue el año 2020 con un total de 409 autores. La tendencia de investigación sobre el tema ha aumentado sustancialmente a lo largo de los años.

La Figura 4 muestra el ranking de los diez países con mayores contribuciones en el tema ‘rubberized concrete’, los primeros diez lugares han sido considerados en base a la cantidad de artículos por año.

El país con mayor productividad científica es China con 121 artículos publicados de acuerdo a Scopus y 64 en WoS, el segundo lugar es ocupado por Estados Unidos y Australia en tercer lugar.

Una vez definido el conjunto de artículos para el análisis de la literatura, se realizó la búsqueda tanto en Scopus como en Web of Science. Para ello, se utilizó las siguientes expresiones de búsqueda: ‘TITLE-ABS-KEY (rubberized AND concrete) AND PUBYEAR> 2009 AND PUBYEAR <2021’ en Scopus, y para el caso de Web of Science ‘TITLE-ABS-KEY (rubberized AND concrete) AND PUBYEAR> 1989 AND PUBYEAR <2021’. Para el caso de WoS se consideró la colección completa, mientras que para Scopus se consideró la totalidad de su base de datos.

El portafolio total está conformado por un total de 967 de artículos. En la figura 4 se muestra cómo durante la aplicación del método InOrdinatio los artículos fueron descartados por relevancia o que su valor InOrdinatio no fuera suficiente alto para ser tomado en cuenta en el portafolio final de documentos a analizar. En la tabla 1 se encuentran los artículos que cumplieron con los criterios establecidos para un valor alfa igual a 7. La cantidad de artículos a analizar generados por el orden InOrdinatio fue significativa, dado el reciente aumento de productividad en el tema, en comparación con la última década, sin embargo, los artículos cumplieron el valor mínimo o mayor. Esto, debido a diversos factores como el número insuficiente de citas o el bajo factor de impacto de la revista para alcanzar el valor propuesto.

A pesar de que la mayoría de los artículos analizados han sido publicados recientemente, esto afecta al portafolio final de artículos ya que la mayoría de ellos no tienen las citas suficientes para cumplir con un valor de InOrdinatio igual o superior a 75 (tabla 2). Sin embargo, esto no significa que no existan artículos que en el futuro serán un punto de referencia para el estudio del uso del caucho en la construcción, específicamente en el concreto estructural y no estructural. Un ejemplo es la interfaz caucho-cemento que, en el futuro, será de gran utilidad para el desarrollo de mezclas de concreto con adición de caucho a partir de este tema de investigación. Otros investigadores han aportado datos que serán útiles para investigaciones a largo plazo sobre el uso del caucho como aditivo en materiales compuestos y su eficiencia estructural (^{Ataria & Wang, 2019}). Los artículos más importantes de acuerdo a los criterios establecidos en este análisis se enumeran en Tabla 2.

Otros autores también han proporcionado un resumen de 30 años de investigación del caucho como material de construcción, proporcionando un análisis extenso sobre el pretratamiento, propiedades mecánicas, propiedades físicas y otros datos útiles (^{Roychand et al., 2020}).

Durante el análisis InOrdinatio, se analizaron un total de 967 artículos. Después de la aplicación del filtro número dos, un total de 382 artículos fueron considerados para el análisis final. La tabla 3 muestra las diez palabras clave más usadas en estudios de caucho en concreto, así como su frecuencia. Estos artículos fueron posteriormente analizados con el software VOSviewer, donde se puede apreciar que la palabra clave con mayor presencia en la mayoría de los artículos de estudios es ‘rubber’ con un total de 355 veces y la de menor frecuencia es “mechanical properties” con un total de 82 veces.

En la Figura 5 se puede observar que la prioridad de los investigadores es incorporar el caucho en la industria de la construcción, de acuerdo a la literatura. Debido a que se trata de un problema de contaminación mundial, esta tendencia se refleja en el uso de las distintas palabras clave que se presentan en la tabla antes mencionada. Asimismo, en el tema del concreto con caucho, uno de los problemas que los investigadores han tratado de mejorar a lo largo de los años es la resistencia a la compresión, ya que es una de sus principales funciones, por lo que el estudio de esta propiedad específica es prioritario. Por esta razón, su frecuencia es mayor en comparación con las propiedades mecánicas. Tenga en cuenta que se pueden encontrar diferencias al cambiar los comandos booleanos, por lo que los resultados pueden ser diferentes y más específicos.

Durante 30 años (1990-2021) de investigación en el tema del uso del caucho en el hormigón, 1,182 autores han participado en investigaciones del tema. Los autores con mayor número de citas y artículos publicados se enumeran en la Tabla 4. Sin embargo, fue hasta 2010 que el tema presentó un aumento considerable en la producción de artículos y documentos relacionados en los que diferentes estudios pretendían mejorar las propiedades del concreto con la adición de caucho en aplicaciones industriales.

En cuanto a productividad, tenemos a Mills J. E. con 414 citas y 20 documentos hasta 2020, siendo el autor con mayor productividad. Por otro lado, los autores Duarte A. P. C. y Julio E. con 8 documentos y 141 citas ocupan los dos últimos lugares. La Figura 6 representa gráficamente el comportamiento de los datos presentados en la tabla 4. Este diagrama tiene como objetivo mostrar la coautoría, que es reflejado en la productividad. Esto ayuda a proporcionar un punto de partida para saber qué autores consultar si se pretende realizar una investigación sobre el tema de concreto con caucho añadido.

Durante el período contemplado entre los años 1990-2020, considerado en este trabajo, desde la publicación del primer artículo según la base de datos Scopus en 1991, el número de artículos publicados por año ha sido inferior a 10 hasta 2007.

Durante el período de 1990 a 2020, se han publicado un total de 610 documentos según la base de datos Scopus. Se observa una tendencia inconsistente en las publicaciones hasta 2007, a partir de ese año, la productividad comenzó a aumentar significativamente hasta la actualidad. Para un mejor análisis, la figura 5 contiene los datos de los artículos publicados por año.

China, a pesar de ser el primer país con mayor productividad, es el noveno más citado. Mientras, el que ocupa el primer puesto es Irán con 482 citas, por lo que a pesar de su menor productividad ocupa el primer puesto (tabla 6). Esta tendencia puede deberse a que los artículos publicados por investigadores iraníes tienen un factor de impacto de revista más alto en comparación con los investigadores chinos que a pesar de su alta productividad, su factor de impacto no es tan alto. Un ejemplo de esto son ^{Su et al. (2015}b) y ^{Chen et al. (2019}) que a pesar de ser artículos antiguos pueden considerarse clásicos sobre el tema.

Australia y Estados Unidos tienen una relación productividad-citas similar. Siendo estos los países más importantes cuando se consideran ambas variables. Sin embargo, Irán presenta el mayor número de citas y el décimo lugar en productividad de documentos. La Figura 7 muestra una representación gráfica de la colaboración entre países y cómo están vinculados entre sí. Es un complemento al diagrama de la Figura 6, pero se centra en la colaboración entre países en un intento de especificar qué lugares del mundo tienen interés en el tema en términos de productividad científica.

La revista con mayor productividad es Construction and Building Materials con un factor de impacto de 4.69. Sin embargo, Journal of Cleaner Production tiene un factor de impacto de 7.10, estos valores de impacto son de acuerdo a Clarivate Analytics.

Los objetivos y el alcance de las revistas son principalmente construcción, ciencia de materiales y temas ambientales. En general, la mayor parte de la investigación se centra en la construcción sostenible (^{Su et al., 2015b}), materiales alternativos (^{Yang et al., 2018}) y, en algunos casos, análisis mecánico de estructuras (^{Ataria & Wang, 2019}) (Tabla 7).

Las tres revistas con mayor número de citas son Construction and Building Materials con 3739 citas, Journal of Cleaner Production con 1354 y Journal of Materials in Civil Engineering con 1291. Estas tres revistas son las de mayor productividad y cantidad de citas en el mundo (Tabla 7). La Figura 8 muestra gráficamente cómo se comportan los datos y proporciona una idea de cuáles son las revistas más importantes que los autores consideran para sus publicaciones. Es un complemento de la tabla 7 y nos brinda una representación visual de los datos presentados en esta tabla.

4. Revisión crítica de las principales contribuciones y necesidades actuales de hormigón con residuos de neumáticos

En investigaciones se pudo comprobar que el uso de microsilice mejora la resistencia mecánica del hormigón con la adición de caucho (hormigón de caucho). Solo se puede obtener un 14% de reducción en la resistencia a la compresión. Sin embargo, sería interesante investigar cómo se puede afectar o mejorar la resistencia a la compresión con el complemento de microsilice. El microsilice aporta una mejor interfaz entre el caucho y el cemento, por lo que se puede proponer para el diseño de mezclas de concreto con la adición de caucho como material cementoso para mejorar la interfaz entre el caucho y el cemento (^{Pelisser et al., 2011}).

Las propiedades mecánicas y dinámicas de autocompactación del concreto fueron investigadas, se utilizó caucho granulado como sustituto del agregado fino, agregado grueso y sustitución de ambos (agregado fino y grueso). Las propiedades mecánicas del hormigón con adición de caucho en este caso son suficientes para ser utilizado en un entorno real. Sin embargo, los resultados de las pruebas de propiedades dinámicas superaron los datos obtenidos en las pruebas realizadas sobre hormigón convencional. La continuidad de este trabajo puede realizarse realizando un análisis sísmico que pueda arrojar algo de luz sobre la aplicación de este material en elementos estructurales como cimentaciones (^{Najim & Hall, 2012}).

Investigaciones relacionadas con problemas de durabilidad en concreto con adición de caucho concluyeron que para un porcentaje de 7.5% se obtiene una menor penetración de cloruros en el material. En cuanto al ataque ácido, se observa una disminución de peso y resistencia a la compresión de la muestra. A su vez, la capacidad de disipación de energía del hormigón puede aumentar con la adición de caucho. Esta propiedad tiene una aplicación potencial en estructuras expuestas a terremotos. Se concluyó que la adición de caucho reduce la respuesta a las vibraciones (Tomas et al., 2016).

La influencia del tamaño de partícula de caucho en la adición también fue investigada. Se concluyó que la adición de caucho en el hormigón afecta la manejabilidad y la permeabilidad en comparación con un hormigón convencional. Específicamente, tamaños más grandes de partículas mejorarán las propiedades mencionadas anteriormente. Investigaciones más rigurosas deben ser realizadas para analizar la granulometría y determinar un tamaño de partícula óptimo de caucho para obtener mejores propiedades físicas con respecto a la norma ASTM C 33, lo que puede darnos un parámetro para una aplicación desde un punto de vista más técnico, así como que podría dar la pauta para crear un sistema de diseño para mezclas de concreto con la adición de caucho (^{Youssf et al., 2014}).

5. Conclusión

Este artículo tuvo como objetivo analizar los últimos 30 años de investigación sobre el caucho y su aplicación en hormigones estructurales y no estructurales a través del análisis Methodi Ordinatio. El análisis bibliométrico de la literatura mostró que, desde 2010 los científicos han considerado el impacto de la contaminación a nivel mundial provocada por los neumáticos de desecho, lo que lleva a la comunidad científica a buscar la forma de reducirla mediante la reutilización.

Durante estos 30 años, se han publicado 967 documentos sobre el uso del caucho en concreto estructurales y no estructurales durante el período 1990-2020, 1182 autores han contribuido sobre el tema hasta el momento de escribir este artículo.

Se han estudiado diferentes propiedades como la resistencia a la compresión, el volumen de caucho en las mezclas de hormigón, así como la granulometría de las partículas de caucho y su posible influencia en la resistencia del hormigón.

Actualmente, nuevos estudios revelan datos que servirán en futuras investigaciones como el comportamiento de la interfaz caucho-cemento y el potencial que tiene el caucho cuando se utiliza en materiales compuestos. Todo ello abre una nueva etapa en la investigación de este material para su aplicación directa en diferentes tipos de situaciones en la industria de la construcción.

De acuerdo con el análisis de la literatura, el uso del caucho en el concreto tiene una menor resistencia mecánica que el hormigón convencional y también la resistencia mecánica disminuye a medida que aumenta el volumen de caucho en la mezcla de hormigón, aunque el potencial como adición en materiales compuestos muestra que la incorporación de la adición de caucho puede ser beneficioso en aplicaciones estructurales. El uso de diferentes tamaños de partículas en la adición de caucho es un tema que aún requiere un estudio más profundo, ya que faltan datos concluyentes sobre la granulometría de la adición y su efecto sobre el hormigón. En la actualidad, es teóricamente conocido que el tamaño puede influir en la resistencia a la compresión y su porosidad, sin embargo, no existen tamaños específicos que permitan un estándar de diseño para mezclas de concreto con adición de caucho.

En un contexto global, se puede observar con base a los datos que, según los datos analizados, desde 2010, se ha incrementado el interés de los investigadores por introducir el caucho en la construcción con el fin de reducir la contaminación a nivel global. Sin embargo, aún falta una normativa para su uso en una situación real, valores de granulometría y un método de diseño de mezcla para esta adición específica, por lo que hay que investigar más sobre las características de este material para que pueda ser regulado para su uso apropiado.