PDF - Universidad de Cartagena

EVALUACIÓN DEL EFECTO QUE PRODUCE LA INCORPORACION DEL ASERRÍN

MODIFICADO EN LA MATRIZ DEL CONCRETO HIDRAULICO.

INVESTIGADORES

GUIDO ALFONSO QUIROZ MENCO

JUAN SEBASTIÁN GODOY PORTO

Trabajo de grado para optar por el título de:

INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

CARTAGENA DE INDIAS

2020

EVALUACIÓN DEL EFECTO QUE PRODUCE LA INCORPORACION DEL

ASERRÍN MODIFICADO EN LA MATRIZ DEL CONCRETO HIDRAULICO.

EVALUACIÓN DEL EFECTO QUE PRODUCE LA INCORPORACIÓN DEL

ASERRÍN MODIFICADO EN LA MATRIZ DEL CONCRETO HIDRAULICO

GUIDO ALFONSO QUIROZ MENCO

JUAN SEBASTIÁN GODOY PORTO

Autores

ING. RAMON TORRES ORTEGA

Director

Trabajo de grado para optar por el título de:

INGENIERO CIVIL

GEOTECNIA, MATERIALES, VIAS Y TRANSPORTE.

(GEOMAVIT)

Grupo de investigación

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

CARTAGENA DE INDIAS

2020

EVALUACIÓN DEL EFECTO QUE PRODUCE LA INCORPORACION DEL ASERRÍN MODIFICADO EN

LA MATRIZ DEL CONCRETO HIDRAULICO.

DEDICATORIA

Dedicamos este logro a Dios, a nuestros familiares, y a todas esas personas que han sido

parte de este proceso y que nos han motivado a alcanzar este logro. Ser Ingeniero Civil

es uno, de muchos de nuestros sueños, faltan muchos por cumplir y camino que recorrer,

y esperamos seguir teniendo su apoyo en cada uno de ellos.

Guido Alfonso Quiroz M & Juan Sebastián Godoy P.



AGRADECIMIENTOS

Le agradecemos a Dios por su amor incondicional, porque nos da vida, salud y la fortaleza

necesaria para seguir luchando.

Gracias a la Universidad de Cartagena y especialmente el programa de Ingeniería Civil,

por brindarnos un plan docente íntegro y capacitado para formarnos como buenos

profesionales.

Le agradecemos grandemente al ingeniero civil Ramón Torres Ortega y a la ingeniera

química Candelaria Tejada Tovar, quienes nos acompañaron en este proceso, y que con

su experiencia y conocimiento nos han ayudado a crecer como profesionales y personas.

A nuestros padres Mireth Isabel Menco y Silvio Alfredo Quiroz, Juan Fernando Godoy y

Mara Cecilia Porto, quienes nos han ayudado en nuestro proceso de educación y

formación; nos apoyaron en cada decisión y nos alentaron a seguir, nos ayudaron a

construir cada sueño, nos enseñaron a perseverar para alcanzar, nos entregaron su apoyo

incondicional y confiaron en nuestras capacidades

Agradecemos a nuestros familiares por apoyarnos en cada paso, ayudarnos en todo

momento y alentarnos a alcanzar nuestras metas.

Agradecemos al cuerpo docente del programa de Ingeniería Civil, así como

administrativos, por guiarnos y ayudarnos a lo largo de la carrera, e igualmente a la

empresa Ingueto y Cia Ltda y al profesor Modesto Barrios por ayudarnos en la realización

de los ensayos de laboratorio.

Agradecemos a Juan Montenegro, laboratorista de los laboratorios del programa de

Ingeniería Civil de la Universidad de Cartagena, el cual nos ayudó y apoyo en todo el

desarrollo experimental del trabajo de grado.

A todas y cada una de las personas que siempre nos alentaron a seguir adelante, Gracias.

Guido Alfonso Quiroz M & Juan Sebastián Godoy P.



CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 14

2 MARCO REFERENCIAL ...................................................................................... 18

2.1 ANTECEDENTES .......................................................................................... 18

2.2 ESTADO DEL ARTE ..................................................................................... 20

2.3 MARCO TEORICO ........................................................................................ 25

2.3.1 Generalidades del Concreto ...................................................................... 25

2.3.1.1 Generalidades del cemento................................................................ 25

2.3.1.2 Agua .................................................................................................. 26

2.3.1.3 Agregados.......................................................................................... 27

2.3.1.4 Propiedades del concreto ................................................................... 28

2.3.1.5 Resistencia ......................................................................................... 28

2.3.2 Ensayo de resistencia a la compresión (I.N.V. E – 404 – 07) .................. 28

2.3.2.1 Uso y significado ............................................................................... 29

2.3.2.2 Equipo ............................................................................................... 29

2.3.2.3 Procedimiento del Ensayo ................................................................. 30

2.3.2.4 Cálculos ............................................................................................. 32

2.3.3 Ensayo de resistencia a flexión (I.N.V. E – 414 – 07) ............................. 32

2.3.4 Ensayo de asentamiento (Slump) (I.N.V. E – 404 – 07) .......................... 34

2.3.4.1 Equipo ............................................................................................... 35

2.3.4.2 Procedimiento.................................................................................... 35

2.3.5 Ensayo de peso unitario del concreto (I.N.V. E – 405 – 07) .................... 36

2.3.5.1 Equipo ............................................................................................... 36

2.3.5.2 Procedimiento.................................................................................... 38

2.3.5.3 Cálculos ............................................................................................. 39

2.3.6 Residuos agroindustriales ......................................................................... 39

2.3.7 Madera ...................................................................................................... 40

2.3.7.1 Amargo (Vatairea SP o Leguninosae) ............................................... 41

2.3.7.1.1 Características Generales ............................................................... 41

2.3.7.1.2 Propiedades Mecánicas .................................................................. 41

2.3.7.1.3 Propiedades De Trabajabilidad ...................................................... 41

2.3.7.2 Aserrín ............................................................................................... 41

2.3.8 Tratamientos ............................................................................................. 43

2.3.8.1 Cal ..................................................................................................... 43

2.3.8.2 Hidróxido de Sodio ........................................................................... 44



2.3.9 Ensayo FTIR ............................................................................................. 44

2.3.10 Ensayo SEM-EDS .................................................................................... 46

3 OBJETIVOS............................................................................................................ 47

3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 47

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 47

4 ALCANCE .............................................................................................................. 48

5 METODOLOGIA ................................................................................................... 50

5.1 Ensayos a materiales ........................................................................................ 52

5.1.1 Arena ........................................................................................................ 53

5.1.1.1 Ensayo de humedad (I.N.V.E -122-07) ............................................. 53

5.1.1.2 Granulometría (I.N.V.E- 123-07) ...................................................... 53

5.1.2 Triturado calizo......................................................................................... 53


5.1.2.2 Absorción (I.N.V.E- 223-07) ............................................................ 53

5.1.3 Aserrín ...................................................................................................... 54

5.1.3.1 Ensayo de humedad (I.N.V.E -122-07) ............................................. 54


5.1.3.3 Ensayo FTIR ..................................................................................... 54

5.2 Tratamiento del aserrín .................................................................................... 56

5.2.1 Tratamiento con cal .................................................................................. 56

5.2.2 Tratamiento con naoh (hidróxido de sodio) ............................................. 57

5.2.3 Tratamiento en agua hirviendo ................................................................. 58

5.3 Variables .......................................................................................................... 58

5.4 Diseño de mezcla ............................................................................................. 59

5.5 Fabricación y ensayos a los cilindros y viguetas de concreto .......................... 60

5.5.1 Resistencia a la compresión y flexión ...................................................... 61

5.5.2 Peso unitario ............................................................................................. 62

5.5.3 Asentamiento (slump) .............................................................................. 62

5.6 Análisis de los resultados ................................................................................. 62

6 DISCUSION Y RESULTADOS ............................................................................. 63

6.1 Ensayos a materiales ........................................................................................ 63

6.1.1 Triturado calizo......................................................................................... 63

6.1.1.1 Granulometría.................................................................................... 63

6.1.1.2 Absorción .......................................................................................... 65

6.1.2 Arena ........................................................................................................ 65



6.1.2.1 Granulometría.................................................................................... 65

6.1.2.2 Humedad ........................................................................................... 67

6.1.3 Aserrín ...................................................................................................... 67

6.1.3.1 Humedad ........................................................................................... 67

6.1.3.2 Granulometría.................................................................................... 68

6.1.3.3 Análisis de ensayo FTIR ................................................................... 69

6.2 Ensayos al concreto ......................................................................................... 72

6.2.1 Asentamiento ............................................................................................ 72

6.2.2 Resistencia a la compresión ...................................................................... 74

6.2.3 Resistencia a la flexión ............................................................................. 79

6.2.4 Peso unitario ............................................................................................. 83

7 CONCLUSIONES .................................................................................................. 88

8 RECOMENDACIONES ......................................................................................... 89

9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................... 91

10 ANEXOS ............................................................................................................. 95



LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Dibujo esquemático de un bloque de carga típico con rotula. ........................ 29

Figura 2. Esquemas de los tipos de falla ........................................................................ 32

Figura 3. Equipo para ensayo de flexión al concreto. .................................................... 34

Figura 4. Molde para determinar el asentamiento. ......................................................... 35

Figura 5. Ubicación de geográfica de la universidad de Cartagena-piedra de bolívar y la

empresa Ingueto Y CIA Ltda.......................................................................................... 48

Figura 6. Esquema de la metodología propuesta. ........................................................... 51

Figura 7. Cantera Coloncito. .......................................................................................... 52

Figura 8. Muestra de concreto (Derecha). Corte de muestra para análisis SEM-EDS

(Izquierda). ..................................................................................................................... 55

Figura 9. Tratamiento con Cal al aserrín ........................................................................ 56

Figura 10. Tratamiento al aserrín con Hidróxido de sodio ............................................. 57

Figura 11. Tratamiento al aserrín en agua hirviendo. ..................................................... 57

Figura 12. a) Medición del pH del aserrín. b) Proceso de lavado del aserrín................. 58

Figura 13.Materiales usados para realizar la mezcla. a) Aserrín, b) Triturado calizo, c)

Arena, d) Cemento de uso general.................................................................................. 59

Figura 14. Probetas de concreto fabricadas en laboratorio. ............................................ 60

Figura 15. Tamices usados para la granulometría. ......................................................... 64

Figura 16. Aserrín en los diferentes tamices. ................................................................. 68

Figura 17. FTIR de aserrín de amargo sin modificar y modificado con: NaOH, CaO y

H2O ................................................................................................................................. 71

Figura 18. Ensayo de asentamiento. ............................................................................... 73

Figura 19. Curado de cilindros y viguetas. ..................................................................... 74

Figura 20. Falla de cilindro por compresión................................................................... 74

Figura 21. . Ensayo de cilindros a compresión. .............................................................. 76

Figura 22. Máquina y suplemento de ensayos a flexión. ............................................... 79

Figura 23. Falla de vigueta a flexión. ............................................................................. 80

Figura 24. Superficie de falla de vigueta por flexión. .................................................... 81

Figura 25. Distribución del aserrín en la vigueta............................................................ 83

Figura 26. Pesado de cilindro. ........................................................................................ 84



LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Tolerancias de edad de ensayo de los especímenes.......................................... 30

Tabla 2. Factor de corrección de resultados en función de relación L/D. ...................... 32

Tabla 3. Capacidad mínima de los medidores. ............................................................... 37

Tabla 4. Ensayos realizados a materiales. ...................................................................... 52

Tabla 5. Ensayos de caracterización, FTIR Y SEM-EDS. ............................................. 55

Tabla 6. Definición de variables. .................................................................................... 58

Tabla 7. Cantidades de material usados para cilindros y viguetas. ................................ 59

Tabla 8. Ensayos realizados al concreto. ........................................................................ 61

Tabla 9. Número total de cilindros a realizar. ................................................................ 61

Tabla 10. Número total de ensayos de resistencia a la flexión. ...................................... 61

Tabla 11. Granulometría del triturado calizo.................................................................. 63

Tabla 12. Granulometría de la arena. ............................................................................. 65

Tabla 13. Módulo de finura de la arena. ......................................................................... 66

Tabla 14. Granulometría del aserrín. .............................................................................. 68

Tabla 15. Bandas y grupos funcionales del espectro FTIR de las muestras de aserrín. . 70

Tabla 16. Valores de asentamiento para la mezcla de concreto. .................................... 73

Tabla 17. Resistencia a la compresión de los cilindros a los 7 días de curado............... 75

Tabla 18. Resistencia a la compresión de los cilindros a los 14 días de curado............. 75

Tabla 19. Resistencia a la compresión de los cilindros a los 28 días de curado............. 75

Tabla 20. Resistencia a la flexión de las viguetas a los 28 días de curado. .................... 81

Tabla 21. Peso unitario para cada tipo de muestra. ........................................................ 84

Tabla 22. Relación de resistencia mecánica y peso unitario. ......................................... 85

Tabla 23. Nomenclatura para el análisis FTIR. .............................................................. 95



LISTA DE GRAFICAS

Grafica 1. Curva granulométrica del triturado calizo. .................................................... 64

Grafica 2. Curva granulométrica de la arena. ................................................................. 66

Grafica 3. Curva granulométrica del aserrín. ................................................................. 69

Grafica 4. Resistencia a la compresión de los tipos de muestra a diferentes edades.

MP: Muestra patrón, NaOH: Muestra con Hidróxido de sodio, Cal: Muestra con Cal,

AH: Muestra en agua hirviendo, ASM: Muestra con aserrín sin modificar. .................. 77

Grafica 5. Correlación para la resistencia a la compresión del a muestra con aserrín

modificado en agua hirviendo. ....................................................................................... 78

Grafica 6. Variación de la resistencia a la compresión para las diferentes muestras. .... 78

Grafica 7. Resistencia a la flexión del concreto. ............................................................ 82

Grafica 8. Relación entre la resistencia a la compresión y el peso unitario del concreto.

........................................................................................................................................ 86

Grafica 9. Relación entre la resistencia a la flexión y el peso unitario del concreto. ..... 86

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Espectro Infrarrojo del aserrín sin modificar. ................................................. 95

Anexo 2. Espectro Infrarrojo del aserrín modificado con agua hirviendo. .................... 96

Anexo 3. Espectro Infrarrojo del aserrín modificado con Cal. ....................................... 96

Anexo 4. Espectro Infrarrojo del aserrín modificado con hidróxido de sodio. .............. 97

Anexo 5. Muestras de concreto con aserrín modificado, para ensayos SEM-EDS. ....... 97



RESUMEN

Este trabajo de investigación se realizó con el propósito de conocer la incidencia de

incorporar aserrín modificado en la resistencia mecánica del concreto, tomando aserrín

de madera de amargo y caracterizándolo para determinar sus propiedades físicas. El

aserrín es un residuo natural que se obtiene de trabajar la madera para ebanistería,

acabados de piezas de madera en general, siendo un producto que es usado para generar

energía como combustible, generando contaminación, o simplemente es desechado sin

darle alguna utilidad. Se fabricaron cilindros y viguetas de concreto, a los cuales se les

realizo el ensayo de resistencia a la compresión y resistencia a la flexión respectivamente.

Al aserrín usado para la fabricación del concreto se realizaron tres tratamientos, se

modificó el aserrín con 2% p/v de cal, con 4% p/v de NaOH (Hidróxido de sodio) y

sumergido en agua hirviendo a 100° por 90 minutos. Mediante el ensayo FTIR se

caracterizó el aserrín modificado identificándose los grupos funcionales característicos.

Los resultados de resistencia a la compresión y resistencia a la flexión para el concreto

con aserrín tratado con Cal y Agua hirviendo fueron superiores a los obtenidos para la

muestra patrón (0% aserrín) y la muestra con aserrín sin modificar, a la edad de 28 días,

siendo para los tratamiento con cal y agua hirviendo, un 5.24% y 8.52% mayor la

resistencia a la compresión respecto a la muestra patrón, respectivamente, y un 48.28%

mayor la resistencia a la flexión respecto a la muestra patrón, lo cual indica que los

tratamientos fueron satisfactorios y que pueden ser usados en la fabricación del concreto

para ser implementado en obras civiles. El concreto con aserrín tratado con NaOH,

presento valores de resistencia a la compresión y flexión menores a la muestra patrón e

iguales a la edad de 28 días a el concreto con aserrín sin modificar, por lo cual no se

recomienda el tratamiento con NaOH.



ABSTRACT

This research work was carried out with the purpose of knowing the incidence of

incorporating modified sawdust in the mechanical strength of concrete, taking sawdust

from bitter wood and characterizing it to determine its physical properties. Sawdust is a

natural waste that is obtained from working wood for joinery, finished wood pieces in

general, being a product that is used to generate energy as fuel, generating pollution, or

is simply discarded without giving it any use. Concrete cylinders and joists were

manufactured, to which the test of compressive strength and flexural strength was

performed respectively.

Three sawdust was processed to the sawdust used to manufacture the concrete, the

sawdust was modified with 2% w / v lime, with 4% w / v NaOH (Sodium hydroxide) and

immersed in boiling water at 100 ° for 90 minutes. The modified sawdust was

characterized by the FTIR test identifying the characteristic functional groups.

The results of compression resistance and flexural resistance for the concrete with

sawdust treated with lime and boiling water were superior to those obtained for the

standard sample (0% sawdust) and the sample with unmodified sawdust, at the age of 28

days, being for the lime and boiling water treatments, 5.24% and 8.52% higher the

resistance to compression compared to the standard sample, respectively, and 48.28%

higher the resistance to flexion compared to the standard sample, which indicates that the

treatments were satisfactory and that they can be used in the manufacture of concrete to

be implemented in civil works. The concrete with sawdust treated with NaOH, presented

values of resistance to compression and flexion lower than the standard sample and equal

to the age of 28 days to the concrete with sawdust without modification, for which the

treatment with NaOH is not recommended.

14

1 INTRODUCCIÓN

A lo largo del tiempo, el hombre ha mostrado su capacidad para desarrollar grandes obras

de ingeniería, mejorando en los procedimientos a llevar a cabo y materiales usados para

finalizar construcciones. Uno de estos materiales es el concreto, ya que se conocen los

buenos resultados que se tienen a la hora de fabricarlo y usarlo en obra, debido a su

eficacia en sus propiedades mecánicas, lo cual se ve reflejado a la hora de soportar y

transmitir esfuerzos, y lo convierte en un material de alto uso. Actualmente es producido

en altos volúmenes en el mundo, elaborándose 2.400 millones de metros cúbicos para el

año 2015 (Lascarro, 2019), incluso en países en vías de desarrollo, como Colombia, donde

para el periodo comprendido entre mayo de 2018 y abril de 2019 se generaron 6.770 miles

de metros cúbicos (DANE, 2019).

“El concreto está en todas partes. Es el segundo material más consumido después del

agua y moldea nuestro entorno. Hogares, escuelas, hospitales, oficinas, vías y aceras,

todos se hacen a partir del concreto”. (Consejo mundial empresarial para el

desarrollo sostenible, 2009)

Teniendo en cuenta el gran uso que tiene el concreto, y que para la obtención de sus

componentes y elaboración del mismo se impacta negativamente el medioambiente,

muchos países según el Consejo Mundial Empresarial para el Desarrollo Sostenible

(WBCSD) han querido reducir dicho impacto comenzando por reutilizar el concreto

mismo, logrando así que menos desechos se destinen a los vertederos y que menos tierra

se explote como fuente de materias vírgenes para poder ser conservada.

Hoy día, existen diferentes materiales que al ser procesados por las industrias generan

desechos que al quemarlos o depositarlos producen efectos de contaminación y afectación

de la salud, por lo cual se ha tomado la iniciativa en diferentes investigaciones de

incorporar desechos industriales y agroindustriales, de acuerdo con la disponibilidad e

impacto en el lugar de estudio. Uno de estos residuos agroindustriales es el aserrín, el cual

se obtiene del pulido y corte de la madera. Se estima un consumo de madera anual de

4000 millones de 𝑚3 en el mundo (Aguilar & Guzowski, 2011). Así mismo, la madera es

un material que se encuentra en constante producción en Colombia, para el año 2018 la

15

producción de madera en plantaciones forestales, alcanzo los 2’350.000 𝑚3, y se estima

que se genera casi un 45% de desperdicios por cada tonelada procesada. (Minagricultura,

2018).

La operación de la madera genera altas cantidades de aserrín sin llegar a ser usado más

que para generación de energía al ser quemado, lo cual produce la contaminación del aire

(Mazo, Gomez & Moreno, 2016), al acumularse se convierten en un medio ideal para la

propagación de hongos, plagas y enfermedades, y al descomponerse, el dióxido de

carbono contenido en la materia orgánica se dispersa en la atmósfera. (Godoy, Aguirre,

& Diaz, 2001). Es debido a la disposición del aserrín y poca utilidad que este tiene una

vez se genera, además del considerable volumen de concreto que se genera anualmente

en Colombia, que se pretende usar como agregado en el concreto para mitigar sus efectos

ambientales y conocer preliminarmente que tan factible es su uso en el concreto respecto

a sus propiedades mecánicas.

De lo expuesto, anteriormente, surge una gran variedad de interrogantes, por lo que en

ésta investigación se llegó al planteamiento del siguiente cuestionamiento: ¿Qué efecto

tendrá la incorporación del aserrín modificado en la resistencia mecánica de la matriz del

concreto?

“Los “agregados” vegetales se encuentran disponibles a un precio competitivo y a

diferencia de los minerales (arena, piedra, ripio) son materiales renovables, cuya

cosecha no afecta significativamente al medioambiente” (Castillo, 2012).

Localmente, específicamente en la universidad de Cartagena, se han realizado

investigaciones donde se estudia el comportamiento que tienen diferentes fibras naturales

a la hora de incorporarlas en el concreto, como lo son la fibra de coco, el residuo

desmineralizado del corozo de palma africana y el cuesco de palma africana, esto debido

a que el coco presenta una alta producción en Colombia y la palma africana genera un

impacto ambiental negativo en el suelo y ambiente, ocasionando infertilidad en el suelo.

Utilizando este agregado la resistencia a flexión de las viguetas de concreto arrojaron que

con porcentajes de 5% y 10% la resistencia disminuye un 27% y 29% respectivamente.

(Mórelo, 2016). En este mismo sentido, también se planteó la viabilidad de un concreto

16

verde utilizando como agregado la fibra extraída del mesocarpio de coco con el fin de

comparar sus propiedades físico-químicas con las de un concreto sin fibra como agregado

con pretratamientos previos de NaOH y CaO, la efectividad de los mismos se analizó con

ensayos de FTIR y SEM. Los resultados obtenidos arrojaron que con un 2% de remplazo

de este agregado con una longitud de 6 cm arrojaron la mejor resistencia a los 28 días,

que fue de 2672.42 psi. (Amaris & Zeidy, 2014).

Por otro lado, se evalúo el uso efectivo del aserrín en el concreto hidráulico analizando

su comportamiento mecánico, y se encontró que este se puede contemplar en aplicaciones

estructurales (Ahmed, y otros, 2018), Estas investigaciones evidencian la intención de

querer impactar positivamente al medioambiente al estudiar el posible uso de los desechos

agroindustriales en la matriz del concreto.

A diferencia de estos, al aserrín en estudio se le hicieron tres modificaciones, el primero

con cal (CaO), el segundo con hidróxido de sodio (NaOH) y el tercero con agua hirviendo

(H2O), que permitieron aclarar la dualidad entre resultados de (Gil, Ortega, & Pérez,

2017) que niega la necesidad del mismo y (Garces, 2004) que muestra la importancia de

usar tratamientos en el aserrín.

El trabajo de investigación se realizó en la Ciudad de Cartagena de Indias, Colombia,

apoyado por el laboratorio de la Universidad De Cartagena y la empresa INGUETO Y

CIA S.A.S para la realización de los ensayos.

La investigación tuvo como finalidad evaluar los efectos del aserrín modificado como

agregado en la matriz del concreto, lo cual está directamente relacionado a la línea de

investigación de Materiales, que hace parte del grupo de investigación GEOMAVIT

(Geotecnia, Materiales, Vías y Transporte), ya que se quería conocer la posibilidad de

incorporar aserrín modificado en el concreto para validar su uso en obras de construcción

y ayudar en la exploración de la incorporación de residuos agroindustriales en el concreto.

Los resultados fueron favorables en la mayoría de los casos, se obtuvo un concreto con

buen comportamiento mecánico, más ligero que el concreto patrón y de acuerdo al título

C de la NSR 10 puede ser de uso estructural en las construcciones civiles. Además, por

el hecho de que el aserrín encapsulado haga parte de su matriz, lo convierte en un concreto

17

amigable con el medio ambiente, ya que contribuye a la disminución de CO2 a diferencia

de si el aserrín fuera quemado. (Castillo, 2012).

Para lograr esto, se partió de procesos y actividades que permitieron la selección de la

modificación química que tuvo mejor afinidad con el concreto, para lo cual se tuvo en cuenta

la caracterización de los materiales, la realización adecuada de los ensayos en los laboratorios

y los resultados obtenidos. Con este estudio se amplió el conocimiento de la literatura

actual (que es muy poca en cuanto a concretos con aserrín), para futuras investigaciones

que tengan como objeto de estudio la exploración de nuevos materiales de la

construcción.

18

2 MARCO REFERENCIAL

2.1 ANTECEDENTES

Al realizar las revisiones bibliográficas a nivel local, se encontró que no se ha estudiado

el uso del aserrín modificado como componente de la matriz de concreto, es decir, no se

ha analizado la variabilidad de la resistencia a compresión y flexión del concreto

hidráulico al incorporarle aserrín modificado químicamente con cal, NaOH Y agua

hirviendo. No obstante, se hallaron estudios que utilizan materiales agroindustriales en la

matriz del concreto, las cuales están relacionadas con el objeto de estudio de esta

investigación. En este propósito, Amaris & Barros (2014), formulo un concreto verde

tomando como agregado la fibra extraída del mesocarpio de coco, con el objetivo de

comparar sus propiedades físico-mecánicas con las de un concreto sin fibra. Para esto

sometieron las fibras con previo tratamiento químico, Cal y NaOH, con cantidades en

porcentajes 0.5, 2 y 3,5 % en relación al cemento del concreto y longitudes de 4, 6 y 8

cm. El mejor comportamiento del concreto verde formulado, ensayado a los 28 días fue

el de relación, de 2,0% y 6 cm, con una resistencia a la compresión de 2672.42 psi.

En este mismo sentido, Torne & Gómez (2015), Para establecer la incidencia del cuesco

de palma africana en las propiedades físicas y mecánicas mediante ensayo de compresión,

flexión y tracción indirecta de una matriz de concreto, elaboraron especímenes con

porcentajes del 20%, 60% y 100% de cuesco de palma africana en reemplazo del agregado

grueso y también se elaboraron especímenes con agregados convencionales como

muestra patrón. Se obtuvo como resultado un concreto de agregado ligero de baja

resistencia.

Mórelo (2016), estudió la viabilidad del uso de cenizas de cuesco de palma africana en

porcentajes de 0, 5 y 10 % en mezclas de concreto y mortero, teniendo en cuenta sus

propiedades mecánicas en estado fresco y en estado endurecido. Para esto se hicieron

ensayos a compresión, flexión, manejabilidad, entre otros. De los resultados obtenidos se

pudo afirmar que la ceniza aumenta la resistencia del mortero si es adicionada en bajas

proporciones hasta un 5 %, baja la resistencia a la compresión si se usa proporciones

19

menores al 10 % y que la adición de ceniza afecta negativamente la tracción y la flexión

en el concreto.

Estas investigaciones se limitaron a estudiar el comportamiento mecánico del concreto

sin tener en cuenta aspectos ambientales como temperatura, humedad y análisis de costo

en cuanto a la ceniza, con la fibra de mesocarpio de coco tratada químicamente la

utilizaron en sustitución del cemento y no en relación a los agregados. Y con el cuesco

de palma no hicieron ningún tipo de modificación química y este se hizo como remplazo

total del agregado grueso y no parcialmente. Se puede observar también que no utilizaron

como material agroindustrial el aserrín, lo cual ubica a esta investigación como pionera

con agregados de esta índole a nivel local.

20

2.2 ESTADO DEL ARTE

Actualmente, hay numerosos estudios hechos por investigadores y universidades a nivel

mundial, cuya meta es conocer que tanto afectan las propiedades mecánicas del concreto

y del mortero, el uso de los desechos agroindustriales. Estas investigaciones han tenido

buenos resultados, como son el uso de las cenizas de bagazo de caña como adición

mineral en el cemento portland, el uso de la cascara de palma de aceite en vísperas de

producir concreto liviano, el uso de ligninas de granza de arroz, cascara de piña y aserrín

de madera como aditivos para el concreto, entre otras.

En la universidad Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid analizaron la viabilidad

del uso de fibras de aserrín modificando mezclas de mortero. Realizaron varias muestras

con proporciones de aserrín de 0%, 0.5%, 1% y 3%, evaluándolas a los 7, 30 y 90 días de

curado. Para cada caso midieron la densidad, resistencia a la compresión y módulo de

elasticidad dinámico, así como la durabilidad de las fibras a través de ensayos de

inmersión en NaOH. Además, usaron microscopía electrónica de barrido (SEM) y

espectroscopia de rayos X de energía dispersa (EDX) para caracterizar la morfología y

encontrar la composición elemental tanto de las fibras como de la matriz de cemento.

Encontraron que los morteros modificados con fibra de aserrín conservaron su núcleo

luego de ser fallados a compresión, lo que indica una mejora en el comportamiento pos-

falla de los compuestos gracias a la morfología fibrosa del aserrín, lo cual permite una

mejora en la ductilidad de los morteros. Finalmente, concluyeron que, a mayor porcentaje

de aserrín, la resistencia, el módulo de elasticidad y la densidad del mortero disminuyen.

Mencionan que es necesario realizar más estudios de durabilidad de este tipo de fibras

naturales, en los que se analice el ataque alcalino del Ca(OH)2 a las fibras, métodos de

protección superficial, como también sus efectos en las propiedades mecánicas en

compuestos con matriz de cemento. (Ortega, A. & Gil, H., 2018).

Los autores Dilip Kumar, Smita Singh, Neetesh Kumar y Ashish Gupta de la Universidad

Tecnológica de Madan Mohan Malaviya determinaron los efectos de la incorporación de

21

aserrín en el concreto, comparando dos bloques de concreto, un bloque con arena como

agregado fino y otro bloque con arena y un porcentaje de aserrín como agregado fino. Los

autores usaron porcentajes de aserrín de 10%, 15% y 20% en reemplazo de arena en los

bloques modificados mientras los demás materiales permanecían iguales. Después de

hacer los bloques de hormigón, se observó la diferencia de peso entre los bloques de

concreto originales y los bloques de concreto con aserrín.

Concluyeron que, en las edades iniciales, con el aumento en el porcentaje de aserrín,

aumento la resistencia a la compresión y disminuyo el peso del concreto haciéndolo más

ligero, lo cual demostró que puede ser usado como concreto estructural. (Kumar, D.,

Singh, S., Kumar, N. & Gupta, A., 2014).

Valeria Corinaldesi, Alida Mazzoli y Rafat Siddique de la Universidad Politécnica delle

Marche, usaron subproductos del procesamiento de madera para producir morteros

ligeros. Probaron tres porcentajes diferentes de sustitución de arena natural: 2.5%, 5% y

10% por volumen de arena. Los subproductos de la madera fueron remojados en agua y

en ocasiones en solución acuosa de hidróxido de calcio para obtener la mineralización de

la madera antes de la adición a la mezcla de mortero. Los morteros que contienen

subproductos de madera se caracterizaron por compresión, y pruebas de flexión,

contracción por secado, resistencia a la permeabilidad al vapor de agua, absorción capilar

de agua, y medidas de conductividad térmica.

Observaron que la adición de residuos de madera aumento la contracción debido a la alta

absorción del residuo y disminuyo la conductividad térmica hasta en un 25% al adicionar

5%. Además, agregar aditivo reductor de agua permitió disminuir la cantidad de agua en

20-25%. (Corinaldesi, V., Mazzoli, A. &Siddique, R., 2016).

Los autores Haveth Gil, Andrés Ortega y Jhon Pérez muestran las diferencias en las

propiedades mecánicas del mortero reforzado con diferentes cantidades de aserrín,

estiman la resistencia a la compresión, la densidad y el módulo elástico dinámico del

mortero. Usaron adiciones de 0%, 0.5%, 1% y 3% en peso, analizaron los resultados a los

22

7, 30 y 90 días de curado y utilizaron el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) para

caracterizar la morfología del aserrín.

Identificaron que la resistencia a la compresión aumento con el contenido de aserrín hasta

un 0.5% y que al usar un contenido de aserrín superior al 1% se producía pérdida excesiva

en la resistencia a la compresión del mortero. De acuerdo con los resultados SEM, se

originó una buena adherencia para 0.5% y 1% de aserrín y un buen comportamiento pos

falla con cada porcentaje de aserrín, lo cual mejora la capacidad de deformación del

mortero. Los autores enfatizan en la necesidad de realizar más estudios para conocer la

durabilidad de las fibras dentro de la matriz del mortero. (Gil, H., Ortega, A. & Pérez, J.,

2017).

Maggi Madrid, Aimar Orbe, Hélene Carré y Yokasta García, realizaron un trabajo de

investigación con el objetivo de reutilizar ciertos subproductos, para el desarrollo de

unidades de mampostería de hormigón con mejores propiedades térmicas. Además de un

hormigón de referencia, los autores fabricaron bloques con un 5% de aserrín en

sustitución de agregado fino y otro conjunto de bloques con el mismo porcentaje de

reemplazo de agregado fino junto con un 15% de lodo de cal en sustitución de cemento.

Concluyeron que la incorporación de aserrín permite mejorar el comportamiento térmico

del hormigón, esta mejora se atribuye al incremento en la cantidad de vacíos en las

unidades de mampostería y la baja densidad del aserrín, que a su vez disminuyó la

densidad de las unidades. Además, que la sustitución parcial de piedra caliza por aserrín

dio lugar a una disminución en la resistencia a la compresión, sin embargo, esta

disminución podría ser contrarrestada parcialmente, con la adición de lodo cal, al tiempo

que mejora las propiedades térmicas del hormigón, aunque no tan notables como cuando

sólo se añadió el aserrín.

Los autores indican que se hace necesario la realización de pruebas de resistencia al fuego

y de comportamiento acústico para poder ser usado el concreto con aserrín como material

de construcción. (Madrid, M., Orbe, A., Carré, H. & García, Y., 2018).

23

Almir Sales, Francis Rodrigues y Fernando do Couto Rosa estudiaron las propiedades

mecánicas de un hormigón producido con un compuesto a base de lodos de agua tratada

y aserrín de madera blanda en forma de agregado ligero. Los resultados mostraron que,

debido a la alta porosidad y el potencial de absorción de agua del compuesto, se requirió

gran cantidad de agua para mezclarlo al hormigón. El compuesto mostró buena unión a

la matriz de mortero y se agrietó junto con la matriz durante la falla del hormigón

sometido a compresión.

Concluyeron que el compuesto hecho de lodos de tratamiento de agua y aserrín se puede

aplicar en concreto como un agregado grueso ligero. Considerando las propiedades

térmicas y físicas medidas, el hormigón producido con el compuesto se puede utilizar

para producir bloques y losas, estas aplicaciones pueden reducir el peso de los edificios y

aumentar el confort térmico. Además, que las propiedades mecánicas obtenidas con este

concreto lo hacen adecuado para su aplicación en elementos no estructurales. (Sales, A.,

Rodrigues, F. & Rosa, F., 2011).

Wisal Ahmed, Rao Arsalan, Shazim Ali, Sajjad Ahmad, Waqas Latif y Muhammad

Usman realizaron un trabajo de investigación con el fin de sugerir una solución ecológica

para disminuir la disposición del residuo aserrín, utilizándolo como reemplazo del

agregado fino en concreto. En esta investigación, se produjeron hormigones estándar y

ligeros, con diferentes dosis de aserrín como sustituto de la arena. Evaluaron la

contracción volumétrica, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión, tenacidad a

la fractura, absorción de agua, densidad, conductividad térmica y eficiencia energética

para cada muestra.

Los resultados de las pruebas mostraron que la contracción volumétrica, la densidad y

conductividad térmica del concreto disminuyó, mientras que la absorción de agua

aumentó con el incremento en el porcentaje de aserrín. De los resultados de

caracterización de materiales, se encontró que el aserrín tiene un tamaño de partícula

promedio de 594 mm y un canal bien definido como estructura con distribución continua

de micro poros a lo largo de su longitud. La presencia de celulosa, hemicelulosa, lignina

y varios compuestos de hidroxilo en el aserrín fueron confirmados por los resultados de

24

FTIR y XRD. Del análisis FTIR, también se encontró que el aserrín es químicamente

compatible con la pasta de cemento.

Los autores concluyeron que el uso de aserrín es una fuente viable de materias primas

para la industria de la construcción, como solución ecológica para la reducción en la

acumulación de aserrín y como una ayuda para conservar los depósitos de agregados

naturales. (Ahmed, W., Arsalan, R., Ali, S., Ahmad, S., Latif, W. & Usman, M., 2018).

Basados en las investigaciones consultadas, los autores observaron que hay un amplio

conocimiento por develar respecto al impacto que tiene el aserrín en el comportamiento

de pre agrietamiento y post agrietamiento en el concreto, mencionan que la contracción

y consumo de energía térmica de concretos con diferentes dosificaciones de aserrín como

reemplazo, no han sido investigados, además, recomiendan llevar a cabo simulaciones

numéricas para validar los experimentos realizados a la falla del concreto con diferentes

reemplazos de aserrín.

En las investigaciones anteriores se realizaron diferentes pruebas de resistencia a la

compresión y flexión, a los 7, 14, 30 y 90 días, tanto en muestras de concreto como de

morteros. Los autores evaluaron las propiedades mecánicas de morteros con aserrín

modificado y sin modificar y de concretos con aserrín sin modificar, sin embargo, no

realizaron pruebas o mediciones en concretos con adición de aserrín modificado, como

es el caso de la investigación que se propone en este documento.

Al realizar modificaciones químicas al aserrín y adicionarlo al concreto, se espera que

mejore sus propiedades mecánicas respecto a un concreto realizado con aserrín sin

modificar. Las pruebas que serán realizadas para esta propuesta de investigación se

llevarán a cabo a los 7, 14 y 28 días de curado.

25

2.3 MARCO TEORICO

En la actualidad, debido al creciente desarrollo urbano, la variedad de obras de ingeniería,

el mantenimiento y reemplazo de la infraestructura, se ha venido estudiando con rigor la

incorporación de residuos agroindustriales para la producción de concretos ecológicos,

con la intención de disminuir el impacto ambiental que dichos residuos generan (Torne

& Gomez, 2015), a continuación se muestran los conceptos utilizados en esta

investigación:

2.3.1 Generalidades del Concreto

El concreto es uno de los materiales de construcción más usados en las obras civiles

debido a su funcionalidad y potencial en las propiedades físico mecánicas (Holcim, 2019).

Es un material de uso común y está compuesto por cemento portland, agua, agregado fino

y agregado grueso, variando en algunas ocasiones al agregársele un aditivo para mejorar

o modificar las propiedades de la mezcla.

Al mezclarse el agua con el cemento se produce una reacción química que da lugar, junto

a la adición de agregados, la roca, piedra o compuesto a la que se le conoce como concreto

u hormigón.

2.3.1.1 Generalidades del cemento

El cemento hidráulico es un elemento que, al reaccionar químicamente con el agua, tiene

la capacidad de fraguar y endurecer formando un material de buenas propiedades

aglutinantes. Este se produce por la pulverización del clinker, su composición son

principalmente silicatos de calcio hidráulicos y contienen en su mayoría una o más formas

de sulfato de calcio.

El cemento Portland puede ser de Tipo I, II, III, IV o V. El cemento tipo I el usado

comúnmente en obra. El cemento tipo II es aquel que tiene una resistencia media a los

ataques de sulfatos, con calor moderado de hidratación, este se usa por lo general en la

realización de tuberías de hormigón y puentes. El cemento Portland tipo III, alcanza una

resistencia inicial alta, es usado cuando se necesita un hormigón que debe ser

26

desencofrado antes de los 28 días y recibirá cargas muy pronto, como en el caso de los

elementos prefabricados o construcciones de emergencia. El cemento Portland tipo IV se

usa cuando se requiere un bajo calor de hidratación sin la producción de dilataciones en

el fraguado, se utiliza para realizar estructuras de gran tamaño como lo son las represas.

Y el cemento Portland tipo V se usa en la construcción de elementos y obras que necesitan

una resistencia elevada al ataque concentrado de sulfatos y álcalis, como en las

alcantarillas, canales de conducción e infraestructuras portuarias. (Construccion, 2019).

2.3.1.2 Agua

El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes, permitir la hidratación del

cemento y hacer la mezcla manejable. De toda el agua que se emplea en la preparación

de un mortero o un concreto, parte hidrata el cemento, el resto no presenta ninguna

alteración y con el tiempo se evapora; como ocupaba un espacio dentro de la mezcla, al

evaporarse deja vacíos los cuales disminuyen la resistencia y la durabilidad del mortero

o del hormigón. La cantidad de agua que requiere el cemento para su hidratación se

encuentra alrededor del 25% al 30% de la masa del cemento, pero con esta cantidad la

mezcla no es manejable, para que la mezcla empiece a dejarse trabajar, se requiere como

mínimo una cantidad de agua del orden del 40% de la masa del cemento. (Rivera, 1992)

Las sustancias orgánicas contenidas en aguas naturales, afectan considerablemente el

tiempo de fraguado inicial del cemento y la resistencia última del hormigón. Se debe tener

especial cuidado con los altos contenidos de azúcar en el agua porque pueden ocasionar

retardo en el fraguado. El agua que contiene carbonatos y bicarbonatos de álcalis puede

afectar el tiempo de fraguado del cemento y la resistencia del hormigón. Su presencia

puede ser perjudicial si existe un riesgo de reacción álcalis-agregado.

Se considera que el agua no tendrá efecto significativo en las características de fraguado

y de resistencia del mortero u hormigón, si cuando se ensaya como se especifica en las

normas NTC 118 y 220 respectivamente, presenta lo siguiente:

27

Tiempo de fraguado: Los tiempos de fraguado inicial del cemento, determinados a partir

del agua de ensayo y del agua testigo, no deben diferir en más de 30 min.

Resistencia a la compresión: El promedio de la resistencia a la compresión de los cubos

de mortero hechos con agua de ensayo, evaluada a 7 días y 28 días, deberá ser mayor o

igual al 90% de la resistencia promedio de los cubos de mortero hechos con el agua

testigo.

2.3.1.3 Agregados

Los morteros o los concretos hidráulicos están constituidos en un alto porcentaje por

agregados (50 – 80 % en volumen); gran parte de las características de las mezclas de

mortero o de concreto, tanto en estado plástico como en estado endurecido, dependen de

las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser estudiadas para

obtener morteros o concretos de buena calidad y económicos. (Rivera, 1992).

Los agregados también llamados áridos son aquellos materiales inertes, de forma

granular, naturales o artificiales, que aglomerados por el cemento Portland en presencia

de agua forman un todo compacto (piedra artificial), conocido como mortero o concreto.

Como agregados de las mezclas de mortero o concreto se pueden considerar todos

aquellos materiales que teniendo una resistencia propia suficiente (resistencia de la

partícula), no perturben ni afecten desfavorablemente las propiedades y características de

las mezclas y garanticen una adherencia suficiente con la pasta endurecida del cemento

Portland. En general, la mayoría son materiales inertes, es decir, que no desarrollan

ningún tipo de reacciones con los demás componentes de las mezclas, especialmente con

el cemento; sin embargo, existen algunos agregados cuya fracción más fina presenta

actividad en virtud de sus propiedades hidráulicas colaborando con el desarrollo de la

resistencia mecánica, tales como: las escorias de alto horno de las siderúrgicas, los

materiales de origen volcánico en donde hay sílice activo, entre otros.

Según su procedencia se pueden clasificar en agregados naturales y artificiales. Los

agregados naturales son las rocas ígneas, rocas sedimentarias y rocas metamórficas, y los

28

agregados artificiales son aquellos que por lo general se obtienen de productos y procesos

industriales. De acuerdo a la densidad pueden ser ligeros o pesados. De acuerdo al tamaño

pueden ser finos o gruesos. Y de acuerdo a la forma y la textura pueden ser partículas

largas y partículas planas.

2.3.1.4 Propiedades del concreto

El concreto (u hormigón) es un material compuesto que está formado por grava (agregado

grueso), arena (agregado fino), cemento Portland y, en la mayoría de los casos, de vacíos

(Negrete y Agustín, 2005).

2.3.1.5 Resistencia

La resistencia es una propiedad del concreto que, que casi siempre, es motivo de

preocupación. Por lo general, se determina por la resistencia final de una probeta en

compresión, pero, en ocasiones por la capacidad de flexión o de tensión. Como el concreto

suele aumentar su resistencia con el tiempo, la resistencia a la compresión a los 28 días

es la medida más común de esta propiedad (Waddell, 1968).

Resistencia a la compresión se define como la máxima resistencia medida de un

espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos

por centímetro cuadrado a una edad de 28 días y se le designa con el símbolo f’c

(Kosmatka y Penares, 1992).

2.3.2 Ensayo de resistencia a la compresión (I.N.V. E – 404 – 07)

Este ensayo se refiere a la determinación de la resistencia a la compresión de especímenes

cilíndricos de concreto, tanto cilindros moldeados como núcleos extraídos, y se limita a

concretos con un peso unitario superior a 800 kg/m³ (50 lb/pie³) 1.2 El ensayo consiste

en aplicar una carga axial de compresión a cilindros moldeados o a núcleos, a una

velocidad de carga prescrita, hasta que se presente la falla. La resistencia a la compresión

del espécimen se determina dividiendo la carga aplicada durante el ensayo por la sección

transversal de éste.

29

2.3.2.1 Uso y significado

Los resultados de este ensayo se pueden usar como base para el control de calidad

de las operaciones de dosificación, mezclado y colocación del concreto; para el

cumplimiento de especificaciones y como control para evaluar la efectividad de

aditivos y otros usos similares.

Se debe tener cuidado en la interpretación del significado de las determinaciones

de la resistencia a la compresión mediante este método de ensayo, por cuanto la

resistencia no es una propiedad intrínseca fundamental del concreto elaborado con

determinados materiales. Los valores obtenidos dependen del tamaño y forma del

espécimen, de la bachada, de los procedimientos de mezclado, de los métodos de

muestreo, moldes y fabricación, así como de la edad, temperatura y condiciones

de humedad durante el curado.

2.3.2.2 Equipo

Máquina de Ensayo – La máquina de ensayo debe ser de un tipo tal, que tenga suficiente

capacidad de carga y que reúna las condiciones de velocidad descritas en la Sección 5.5

Las muestras no se deben ensayar si cualquier diámetro individual de un cilindro difiere

de cualquier otro diámetro del mismo cilindro en más de 2%.

Figura 1. Dibujo esquemático de un bloque de carga típico con rotula.

Fuente: Norma INV E-410-07.

30

Ninguna de las muestras ensayadas a compresión se debe separar de la

perpendicularidad del eje en más de 0.5° (equivalentes a 3 mm en 300 mm (0.12”

en 12”) aproximadamente). El diámetro usado para calcular el área de la sección

transversal de la muestra se debe determinar con una precisión de 0.25 mm

(0.01"), promediando los dos diámetros medidos en ángulo recto uno con respecto

al otro y en la mitad del espécimen.

El número individual de cilindros medidos para la determinación del diámetro

promedio se puede reducir a uno por cada diez especímenes o tres especímenes

por día, lo que sea mayor, si se sabe que todos los cilindros han sido hechos con

un único lote de moldes reutilizables que consistentemente producen especímenes

de diámetro promedio en una variación de 0.50 mm (0.02").

2.3.2.3 Procedimiento del Ensayo

El ensayo de compresión de muestras curadas en agua se debe hacer

inmediatamente después de que éstas han sido removidas del lugar de curado.

Las muestras se deben mantener húmedas utilizando cualquier método

conveniente, durante el período transcurrido desde su remoción del lugar de

curado hasta cuando son ensayadas. Se deberán ensayar en condición húmeda.

Todos los especímenes de una edad determinada, se deben romper dentro de las

tolerancias indicadas a continuación:

Tabla 1. Tolerancias de edad de ensayo de los especímenes.

Edad del ensayo Tolerancia

permisible

12 horas 0.25 horas o 2.1 %

24 horas ± 0.25 horas o 2.1 %

3 días 2 horas o 2.8 %


28 días 20 horas o 3 %


90 días 2 días o 2.2 %

Fuente: Norma INV E-410-07

31

Colocación de la Muestra – Se coloca el bloque de carga inferior sobre la

plataforma de la máquina de ensayo, directamente debajo del bloque superior. Se

limpian con un paño las superficies de los bloques superior e inferior y se coloca

el espécimen sobre el bloque inferior.

Se alinea cuidadosamente el eje del espécimen con el centro de presión del bloque

superior.

Antes de ensayar el espécimen se debe verificar que el indicador de carga esté

ajustado en cero.

Velocidad de Carga – Se aplica la carga continuamente sin golpes bruscos.

La carga se deberá aplicar a una velocidad correspondiente a una tasa de

aplicación de carga comprendida en el rango de 0. 25 ± 0.05 MPa/s (35 ± 7 psi/s).

La velocidad escogida se debe mantener, al menos, durante la segunda mitad del

ciclo de ensayo, para la fase de carga prevista.

Durante la aplicación de la primera mitad de la fase de carga prevista, se permite

una velocidad de carga mayor, siempre que ésta se controle para evitar cargas por

impacto.

Durante la aplicación de la primera mitad de la fase de carga prevista, se permite

una velocidad de carga mayor, siempre que ésta se controle para evitar cargas por

impacto.

Se aplica la carga hasta que el indicador señale que ella comienza a decrecer de

manera continua y el cilindro muestra un patrón de falla bien definido (Figura 2).

Se registra la carga máxima soportada por el cilindro durante el ensayo y se anota

el patrón de falla de acuerdo con los modelos de la Figura, si se ajusta a alguno de

ellos. En caso contrario se harán un dibujo y una descripción del tipo de falla

producido.

Si la resistencia medida es muy inferior a la esperada, se examina el cilindro para

detectar zonas con vacíos o con evidencias de segregación o si la fractura atraviesa

32

partículas del agregado grueso y se verifican, también, las condiciones del

refrentado.

Figura 2. Esquemas de los tipos de falla


2.3.2.4 Cálculos

Se calcula la resistencia a la compresión, dividiendo la carga máxima soportada por el

espécimen durante el ensayo, por el promedio del área de la sección transversal y

expresando el resultado con una aproximación de 0.1 MPa (10 psi).

Si la relación entre la longitud del espécimen y su diámetro es 1.75 o menor, se corrige el

resultado obtenido en el punto anterior, multiplicándolo por el factor apropiado de los que

se indican a continuación:

Tabla 2. Factor de corrección de resultados en función de relación L/D.

L/D 1.75 1.5 1.25 1.00

Factor 0.98 0.96 0.93 0.87


2.3.3 Ensayo de resistencia a flexión (I.N.V. E – 414 – 07)

La prueba de resistencia a flexión (ASTM C78) es importante para el diseño y la

construcción de carreteras y pavimentos de hormigón para aeropuertos. La probeta se

prepara en el laboratorio o a pie de obra de acuerdo con ASTM C192 o C31,

respectivamente. Pueden utilizarse distintos tamaños de probeta. Sin embargo, la muestra

debe tener una sección transversal cuadrada y una longitud igual a tres veces la

33

profundidad de la probeta. Las secciones típicas son una sección transversal de 0.15m por

0.15m (6 pulgadas por 6 pulgadas) y una longitud de 0.30m (18 pulgadas). Después del

encofrado, las probetas se mantienen del encofrado durante las primeras 24 ± 8 horas,

luego se extraen y se curan a 23 ± 1.7 °C (73.4 ± 3°F) bien en agua saturada de cal o en

una habitación con humedad controlada que tenga una humedad relativa del 95% o

superior, hasta que se realicen las pruebas. A continuación, la probeta se coloca de lado

y se centra en el aparato de carga mostrado en la figura 3. La carga se aplica de forma

continua hasta que se produce la fractura. Si la fractura se inicia en la superficie

correspondiente al tercio central del vano, la resistencia a flexión (módulo de rotura) se

calcula mediante la fórmula:

𝑅 = 𝑀𝑐

𝐼=

𝑃𝐿

𝑏𝑑2 (1)

Ecuación 1. Fórmula para calcular la resistencia a flexión del concreto

Dónde:

R = Resistencia a la flexión, Mpa (Psi)

M = Momento flector máximo = PL/6 N*mm (libra*pulgada)

C = d/2 mm (pulgadas)

P = Carga máxima aplicada, que se distribuye equitativamente (1/2 para cada uno)

entre los dos puntos, N (libra)

L = Longitud del vano, mm (pulgadas)

b = Anchura media de la probeta, mm (pulgadas)

d = Profundidad media de la probeta, mm (pulgadas)

34

Figura 3. Equipo para ensayo de flexión al concreto.

Observe que la carga por tercios garantiza un momento flector constante, sin que se

apliquen ninguna fuerza cortante en el tercio medio de la probeta. De este modo, la

ecuación 1 será válida siempre que la fractura se produzca en el tercio medio de la probeta.

Si la fractura tiene lugar ligeramente fuera del tercio medio, pueden seguir empleándose

los resultados, pero con algunas correcciones. Si la fractura está muy alejada del tercio

medio, los resultados se descartan.

Para el concreto de peso normal, la resistencia a la flexión puede aproximarse como sigue:

𝑅 = (0.62 𝑎 0.83)√𝑓′𝑐 (2)

Ecuación 2. Cálculo aproximado del valor de R en unidades SI

𝑅 = (7.5 𝑎 10)√𝑓′𝑐 (3)

Ecuación 3. Cálculo aproximado del valor de R en unidades inglesas

2.3.4 Ensayo de asentamiento (Slump) (I.N.V. E – 404 – 07)

El objetivo de esta norma es determinar el asentamiento del concreto en las obras y en el

laboratorio.

35

2.3.4.1 Equipo

Molde – Debe ser metálico, inatacable por el concreto, con espesor de lámina no

inferior a 1.14 mm (0.045"). Su forma interior debe ser la superficie lateral de un

tronco de cono de 203 ±2 mm (8" ± 1/8") de diámetro en la base mayor, 102 ±

2mm (4" ±1/8") de diámetro en la base menor y 305 ± 2 mm (12" ± 1/8") de altura.

Las bases deben ser abiertas, paralelas entre sí y perpendiculares al eje del cono.

El molde debe estar provisto de agarraderas y de dispositivos para sujetarlo con

los pies, como se indica en la Figura4.

Varilla compactadora – Debe ser de hierro liso, cilíndrica, de 16 mm (5/8") de

diámetro y de longitud aproximada de 600 mm (24"); el extremo compactador

debe ser hemisférico con radio de 8 mm (5/16").

Figura 4. Molde para determinar el asentamiento.


2.3.4.2 Procedimiento

1. Se humedece el molde y se coloca sobre una superficie horizontal rígida, plana,

húmeda y no absorbente. Se sujeta firmemente con los pies y se llena con la

muestra de concreto en tres capas, cada una de ellas de un tercio del volumen del

36

molde, aproximadamente.

2. Cada capa debe compactarse con 25 golpes de la varilla, distribuidos

uniformemente sobre su sección transversal. Para la capa del fondo es necesario

inclinar ligeramente la varilla dando aproximadamente la mitad de los golpes

cerca del perímetro y avanzando con golpes verticales en forma de espiral, hacia

el centro.

3. Al llenar la capa superior se debe apilar concreto sobre el molde antes de

compactar. Si al hacerlo se asienta por debajo del borde superior, se debe agregar

concreto adicional para que en todo momento haya concreto sobre el molde.

Después que la última capa ha sido compactada se debe alisar a ras la superficie

del concreto. Inmediatamente el molde es retirado, alzándolo cuidadosamente en

dirección vertical.

4. El alzado del molde debe hacerse en un tiempo aproximado de 5±2 segundos,

mediante un movimiento uniforme hacia arriba, sin que se imparta movimiento

lateral o de torsión al concreto. La operación completa, desde que se comienza a

llenar el molde hasta que se retira, se debe hacer sin interrupción en un tiempo

máximo de 2 minutos 30 segundos. El ensayo de asentamiento se debe comenzar

a más tardar 5 minutos después de tomada la muestra.

5. Inmediatamente después, se mide el asentamiento, determinando la diferencia

entre la altura del molde y la altura medida sobre el centro original de la base

superior del espécimen.

2.3.5 Ensayo de peso unitario del concreto (I.N.V. E – 405 – 07)

El objetivo de esta norma se refiere a la determinación la densidad del concreto

recién mezclado.

2.3.5.1 Equipo

Balanza: Tendrá precisión de aproximadamente el 0.3% (45g, 0.1lb) de la carga

de ensayo en cualquier punto dentro del intervalo de uso. El intervalo de uso debe

abarcar desde la masa del medidor vacío, hasta dicha masa vacía más su contenido,

37

considerándose que tenga este último un peso unitario de 2600 kg/m³ (160 lb/pie³).

Varilla compactadora – Debe ser de hierro, liso, cilíndrica, de 16 mm (5/8") de

diámetro y de longitud aproximada de 600 mm (24"); el extremo compactador

debe ser semiesférico con radio de 8 mm (5/16").

Vibrador interno – Los vibradores internos pueden tener ejes flexibles o rígidos,

movidos preferiblemente mediante motores eléctricos. Deben proporcionar 7000

vibraciones por minuto (117 Hz) o más, al encontrarse en funcionamiento. El

diámetro externo o la dimensión lateral del elemento vibrador debe ser de por lo

menos 19 mm (0.75"), y no mayor de 38 mm (1.5"). La longitud del eje debe ser

de por lo menos 600 mm (24").

Medidor – Corresponde a un recipiente cilíndrico de acero o de otro metal

apropiado (Nota 4). Debe ser impermeable y suficientemente rígido para mantener

su forma y volumen calibrado aún bajo uso rudo. Se prefieren aquellos medidores

que son maquinados a las dimensiones precisas en su interior y que poseen

manijas. La capacidad mínima del medidor se debe ajustar a lo especificado en la

Tabla3.

Tabla 3. Capacidad mínima de los medidores.

Fuente: Norma I.N.V. E-405-07

Placa enrasadora: Debe ser metálica, rectangular, de por lo menos 6 mm (1/4") de

espesor o una placa de vidrio o acrílica de por lo menos 13 mm (½") de espesor,

con un ancho y un largo superiores en 50mm (2") al diámetro del medidor con el

cual va a ser usada. Los bordes de la placa deben ser rectos y lisos dentro de una

tolerancia de 1.6 mm (1/16”).

38

2.3.5.2 Procedimiento

Apisonado – Se coloca el concreto en el medidor, en tres capas de

aproximadamente igual volumen. Se golpea cada capa con la varilla

compactadora, 25 veces cuando se usen medidores de volumen igual o menor a

0.014m³ (0.5 pies³) o 50 veces cuando se use el medidor de 0.28m³ (1 pie³). Los

golpes aplicados a la capa inferior deben cruzar todo su espesor, pero no deben

estrellar fuertemente el fondo del medidor. Se distribuyen los golpes

uniformemente sobre la sección transversal del medidor. Para las capas media y

superior, los golpes deben penetrar aproximadamente 25 mm (1") dentro de la

capa anterior a la que está siendo compactada. Después que cada capa ha sido

compactada, se golpean los costados del medidor con el martillo apropiado, entre

10 y 15 veces, con el fin de cerrar los orificios dejados por la varilla y de liberar

las burbujas de aire que hayan quedado atrapadas en la mezcla. Se añade la capa

final de tal forma que se evite el sobrellenado.

Vibración interna – Se llena y vibra el medidor en dos capas aproximadamente

iguales, colocando todo el concreto de una capa antes de vibrarlo. Se inserta el

vibrador en tres puntos diferentes para cada capa. Al vibrar la capa inferior se evita

el contacto del vibrador con el fondo o las paredes del medidor. Al penetrar la

última capa el vibrador debe penetrar aproximadamente 25 mm (1") dentro de la

capa anterior. Se debe tener cuidado de no dejar bolsas de aire al extraer el

vibrador. El tiempo de vibración requerido dependerá de la manejabilidad del

concreto y de la efectividad del vibrador.

Enrasado – Se enrasa la superficie del concreto al terminar la compactación y se

termina la superficie del concreto, en forma lisa con la placa enrasadora, teniendo

mucho cuidado de dejar el medidor lleno justo a nivel. El enrasado queda mejor

presionando la placa enrasadora sobre la superficie del medidor, para cubrir

aproximadamente 2/3 de la superficie y retirando la placa con un movimiento de

sierra para terminar solamente el área originalmente cubierta.

39

Limpieza y pesaje – Después de enrasar, se limpia cualquier exceso de concreto

existente en el exterior del medidor y se determina la masa neta del concreto en el

medidor.

2.3.5.3 Cálculos

Densidad (Masa Unitaria) – Se calcula la masa neta del concreto, restando la masa

del medidor vacío Mm, a la masa del medidor lleno con concreto, Mc. Se calcula la

densidad, W, dividiendo la masa neta del concreto entre el volumen del medidor, V

m como se muestra a continuación:

Ecuación 4. Calculo de la masa unitaria.

𝑊 =𝑀𝑐 − 𝑀𝑚

𝑉𝑚

Fuente: Norma I.N.V. E – 405 – 07.

2.3.6 Residuos agroindustriales

Durante algunos procesos agroindustriales se generan subproductos o residuos y si ellos no

son reciclados o procesados apropiadamente, generan diversos problemas ambientales.

Algunos son quemados o vertidos en rellenos sanitarios produciendo una gran liberación de

dióxido de carbono, contaminación de cursos de aguas, molestias por presencia de olores,

proliferación de ratas, moscas y otros insectos, etc. Su eliminación supone un problema de

gestión para las empresas productoras. Sin embargo, estos materiales son fuentes

especialmente atractivas por su contenido en compuestos químicos (como azúcares,

pigmentos, fibra alimentaria, proteína, poli fenoles, lignina, etc.) y pueden ser potencialmente

útiles cuando se les transforma mediante tratamientos químicos o microbiológicos en

productos de elevado valor añadido. La utilización de residuos agrícolas en procesos de

remediación de suelos y tratamiento de efluentes ha sido también de gran interés y varios

procesos han sido reportados. (E, Azucena, & Adriana, 2008).

40

2.3.7 Madera

Es uno de los materiales de origen vegetal más usados por el hombre. Usado igualmente

en construcción, aunque con ciertas condiciones en su composición y resistencia, que lo

limitan en comparación a materiales como el concreto o el acero, así mismo es usado para

trabajos de carpintería, ebanistería, entre otras. La madera está compuesta de lignina,

celulosa, hemicelulosa, azucares, resinas, ceras, grasas, entre otros elementos, que le dan

unión y rigidez a su estructura.

Su composición atómica es mayoritariamente de carbono (50%) y oxígeno (42%), junto

con hidrógeno (6%) y nitrógeno (2 %). (Uriarte, 2019)

La madera se puede clasificar de acuerdo al tipo, tamaño, número y localización de

características que pueden variar su resistencia, durabilidad y utilidad. En general, la

madera se puede clasificar en madera estructural, madera comercial y madera de

elaboración. (UNAL, 2019)

De acuerdo a sus propiedades y su apariencia, la madera se puede clasificar en madera

blanda, dura, resinosa, fina y prefabricada. Las maderas también pueden clasificarse de

acuerdo a la longitud de sus fibras (de fibra larga y de fibra corta) y al tamaño de sus

granos (de grano fino y de grano grueso).

La madera es un material sumamente versátil con el que se pueden alimentar

numerosas industrias humanas, además de usarse en la fabricación de muebles, mangos

de herramientas, contenedores, armarios, mesas, sillas, casas, escaleras, vallas, señales,

material combustible en hornos, papel.

La disposición de las fibras de la madera, su tamaño, orientación, el contenido de

humedad y el tamaño de los poros, determinan sus propiedades.

La madera es un buen aislante térmico y eléctrico, es buena conductora del sonido, es un

material renovable, biodegradable y reciclable, es dúctil, maleable y tenaz, además de

presentar buena flexibilidad. La dureza o resistencia al corte dependerá de la cohesión

entre sus fibras y al ser un material poroso tiene mayor absorción de humedad.

(AreaTecnologia, 2019).

https://www.caracteristicas.co/carbono/

https://www.caracteristicas.co/hidrogeno/

https://www.caracteristicas.co/nitrogeno/

41

2.3.7.1 Amargo (Vatairea SP o Leguninosae)

2.3.7.1.1 Características Generales

Marcada diferencia de coloración entre la albura y el duramen en condición verde la

albura es de color rojizo claro y el duramen es amarillento oliva en condición seca la

albura es rosada el duramen amarillo oliva; el cual se oscurece pasando a un pardo fuerte

exposición a la luz y al aire.

2.3.7.1.2 Propiedades Mecánicas

La madera según su peso específico que contiene volumen verde y el peso seco al horno

es de 0.64 y la flexión estática que contiene esfuerzo al límite al proporcional kh/cm2 es

de 524, su módulo de ruptura es de 1210, su módulo de elasticidad kh/cm2x1000 es de

165, mientras el trabajo al límite proporcional m-kg/dm3 es de 0.98 el trabajo a la carga

máxima m-kg/cm3 es de 10,4 su dureza en los extremos kg 833 y en los lados es de kg

644.

2.3.7.1.3 Propiedades De Trabajabilidad

Su Trabajabilidad es mediana. El acabado produce una superficie bastante lisa con pocas

astilladuras en un 30% del material. Al trabajar la madera seca, el aserrín fino que se

produce tiene un sector amargo fuerte que afecta a los operadores. El contenido de sílice

es de 0.2%.

2.3.7.2 Aserrín

Es un material que se obtiene al lijar, cortar, pulir, trabajar la madera. Este se puede

clasificar de acuerdo al tipo de madera, variando su densidad, porcentaje de absorción de

humedad y porosidad. Este al provenir de la madera, hereda características que le dan

cierta funcionalidad a propiedades en el concreto o mortero que en ocasiones son útiles,

como tenacidad, ductilidad y baja conductividad térmica.

El aserrín generado por la industria primaria de la madera es considerado en la mayoría

de los países como un residuo del sector forestal, el cual es dispuesto al medio,

42

convirtiéndose en una fuente de contaminación que afecta tanto a las corrientes de aguas

superficiales como a los asentamientos de poblaciones ubicados en el entorno de los

aserraderos. Sin embargo, este residuo constituye una apreciada fuente de materia prima

para países desarrollados.

La industria de la madera se puede catalogar como generadora de residuos durante el ciclo

de explotación y elaboración de la misma, generándose los mismos a lo largo de todo el

proceso propiamente dicho hasta la obtención del producto final. (Ayessaet al., 2010;

Martínez, et al., 2012)

Ortiz, Tejada y Vázquez (2004), mostraron una visión del aprovechamiento de los

residuos forestales en los procesos industriales, de servicios, así como en la esfera

residencial, considerándolo como una necesidad social en aras de disminuir el consumo

de combustibles fósiles, además señalando que su utilización puede constituir una

solución no solo a los problemas medioambientales que la incorrecta disposición de ellos

ha provocado a través de los años, sino que a su vez le aporta mayor valor agregado a la

madera en la industria forestal. Aspecto que coincide con lo expresado por Soto y Núñez

(2008), quienes dan muestra de la utilización de los subproductos tanto forestales como

de otras industrias que tienen un alto grado de desaprovechamiento.

Por ejemplo, el aserrín, las virutas, despuntes y costaneras se almacenan en grandes cerros

o se queman en calderas, sin poseer un mayor valor agregado o alcanzar una eficiencia

energética mayor.

Por su parte Lesme, Roca y Guillermo (2001), demostraron que existen vías para el

aprovechamiento de los residuos forestales; especialmente el aserrín; los cuales son

frecuentemente utilizados para la producción de pulpas, papel, fertilizantes y con amplias

perspectivas para la industria del tablero, producción de elementos de pared, producción

de alimento animal, entre otras producciones, lo cual permitirá contar con productos de

calidad que puedan ir desplazando de la preferencia de los consumidores el empleo de

otros materiales más caros y de más difícil disposición. Sin embargo, la realidad es que

en los países que no cuentan con estas tecnologías su utilización como combustible es lo

más corriente.

43

Ecuador, por ejemplo, por su rico patrimonio forestal, así como por su cultura de utilizar

la madera en diversos usos, es un alto generador de aserrín, el cual en países del tercer

mundo y en vías de desarrollo es llamado residuo, al contrario de países industrializados

donde a partir del aserrín se elabora una amplia gama de productos de alto valor agregado.

(Concepcion R. , Chonillo, Lorenzo, & Morales, 2016)

2.3.8 Tratamientos

La madera contiene una serie de sustancias, incluyendo hemicelulosas, almidones,

azúcares, fenoles e hidroxilados, ácidos carboxílicos que pueden disolverse y afectar a la

cristalización de la cal. Es por eso que para prolongar la vida útil de la madera y sus

derivados de un modo eficaz es necesario utilizar tratamientos mineralizantes de tal forma

que se eliminen estas sustancias. Algunos de estos tratamientos son con:

2.3.8.1 Cal

Es un producto químico natural que se obtiene de la roca caliza, cuando es sometida a

altas temperaturas (más de 1000°C) hasta obtener Cal Viva; en esa fase tiene lugar la

transformación del calcio de carbonato a óxido por desprendimiento del dióxido de

carbono (CO2), contenido en la piedra.

La cal es una sustancia alcalina de color blanco o blanco grisáceo, que, al tener contacto

con el agua, se hidrata o se apaga desprendiendo calor. Es ampliamente usado en la

construcción como material para la elaboración de morteros o como agente estabilizante

para el mejoramiento en las propiedades y capacidad portante de suelos finos.

Existen diferentes tipos de cal, como son cal aérea, apagada, hidráulica, muerta y viva.

La cal aérea es obtenida por la calcinación de la caliza, la cual fragua en contacto con el

aire. La cal apagada se obtiene por la reacción entre el agua y el óxido de calcio, lo cual

forma el hidróxido de calcio desprendiendo gran cantidad de calor. La cal hidráulica

resulta de la calcinación de la caliza con un contenido de 20% de arcilla y sílice y alúmina

que durante la cocción se transforman en silicatos y aluminatos cálcicos. La cal muerta

resulta de la exposición de la cal al aire y humedad a una temperatura excesiva, lo cual

provoca que se apague lentamente. Y la cal viva es la cal comúnmente conocida, la cual

resulta de calcinar la caliza, obteniendo oxido de calcio. (Construmatica, 2019)

44

2.3.8.2 Hidróxido de Sodio

Es un sólido blanco e industrialmente se utiliza como disolución al 50 % por su facilidad

de manejo. Es soluble en agua, desprendiendo calor. Absorbe humedad y dióxido de

carbono del aire y es corrosivo. Es usado en el tratamiento de celulosa para hacer rayón

y celofán, en la elaboración de plásticos, jabones y otros productos de limpieza, entre

otros usos. Se obtiene, principalmente por electrólisis de cloruro de sodio, por reacción

de hidróxido de calcio y carbonato de sodio y al tratar sodio metálico con vapor de agua

a bajas temperaturas. (UNAM, 2019)

El hidróxido de sodio (NaOH), también conocido como soda caustica o lejía, es una

sustancia altamente versátil que se utiliza en una variedad de procesos de fabricación.

En el sector energético, el hidróxido de sodio se utiliza en la producción de celdas de

combustible. Las celdas de combustible funcionan como baterías que producen

electricidad de forma limpia y eficiente para una variedad de aplicaciones, incluidos el

transporte, la manipulación de materiales, artículos de papelería, y aplicaciones de energía

de reserva portátiles y de emergencia. Las resinas epoxi, fabricadas con hidróxido de

sodio, se utilizan en turbinas eólicas.

En muchos procesos de fabricación de papel, la madera se trata con una solución que

contiene sulfuro de sodio e hidróxido de sodio. Esto ayuda a disolver la mayor parte del

material no deseado en la madera, y permite obtener la celulosa relativamente pura, que

forma la base de papel. En el proceso de reciclaje de papel, el hidróxido de sodio se utiliza

para separar la tinta de las fibras de papel, lo que permite que las fibras de papel se

reutilicen.

El hidróxido de sodio también se usa para refinar materias primas para productos de

madera, tales como armarios y muebles, y en el blanqueo y la limpieza de la madera.

(ChemicalSafetyFacts, 2019)

2.3.9 Ensayo FTIR

La espectroscopia infrarroja ha llegado a ser una unas de las técnicas más importante para

la determinación de la estructura molecular. Como bien sabido, una molécula no es una

45

estructura rígida, sino que, a la temperatura ordinaria, los átomos que la forman oscilan o

vibran constantemente alrededor de sus posiciones de equilibrio. La amplitud de estas

oscilaciones es muy pequeña, entre 0,01 y 0,1 Å , y su frecuencia de vibración es

relativamente elevada, de 𝟏𝟎𝟏𝟐 a 𝟏𝟎𝟏𝟒𝑯𝒛; por tal razón se utiliza normalmente el

llamado número de ondas, y se expresa en 𝑐𝑚−1, y es el inverso de la longitud de onda

(expresada en cm). Esta frecuencia, es de la misma magnitud que de la radiación

infrarroja, por lo que cabe esperar que haya interacción de dicha radiación con las

vibraciones atómicas de una molécula, llamadas corrientemente vibraciones moleculares.

En efecto, al iluminar un conjunto de moléculas con radiación infrarroja de frecuencia

apropiada, ocurre una absorción por las moléculas de la energía de la radiación. El registro

gráfico del porcentaje de la radiación absorbida (o trasmitida) por una muestra de

sustancia, en función de la longitud de onda o del número de ondas de la radiación

infrarroja incidente, es lo que se llama espectro infrarrojo.

El análisis cuantitativo se basa en la ley fundamental que relaciona la concentración de

una sustancia con la intensidad de absorción a una determinada frecuencia es la conocida

ley de Lambert-Beer, que suele expresarse como sigue:

𝐷(𝑣) = 𝑙𝑜𝑔𝐼0(𝑣)

𝐼(𝑣)= 𝜀(𝑣) ∗ 𝑏 ∗ 𝑐 … … … … … (5)

Ecuación 5. Frecuencia.

En donde, 𝐼0(𝑣) e 𝐼(𝑣) son las intensidades de la radiación infraroja de frecuencia 𝑣,

incidente y transmitida, respectivamente, por una célula de espesor b, en la que está

contenida la sustancia absorbente a la concentración 𝑐; 𝜀(𝑣) es el llamado coeficiente de

absorción molar, característico de cada sustancia, y función de la frecuencia, y 𝐷(𝑣) la

absorbancia o densidad de transmisión interna (llamada antes densidad óptica y también

extinción). Los papeles ordinarios de registro de los espectrofotómetros llevan impresa,

como ordenada, una escala lineal en porcentaje de transmisión 𝑇% = 100 ∗𝐼

𝐼0.

La aplicación de la espectroscopia infrarrojo al análisis cualitativo se basa en el hecho de

ser el espectro infrarrojo de cada sustancia característico y único. No hay dos especies

químicas (excepto los isómeros ópticos) cuyos espectros infrarrojos sean exactamente

46

iguales, por lo que, con gran acierto, estos espectros se han considerado como las huellas

dactilares de las moléculas. De esta singularidad de los espectros infrarrojos se hace hoy

día una valiosa y extensa explicación práctica para identificar compuestos químicos

obtenidos por procedimientos diferentes, naturales y de síntesis, entre otros. Además,

como la cantidad de sustancia que se necesita es ínfima, este método de identificación es

el más generalizado. (Morcillo, 1981)

2.3.10 Ensayo SEM-EDS

El microscopio electrónico permite estudiar el diminuto mundo de las células, así como

la estructura atómica de la materia. Además, es un instrumento que nos permite

caracterizar materiales orgánicos, e inorgánicos.

SEM (del inglés Scanning Electron Microscopy) utiliza un haz de electrones en lugar de

un haz de luz para formar una imagen ampliada de la superficie de un objeto, permite una

media y alta resolución de 1nm de magnificación (NovaNanoSEM200), se caracteriza por

arrojar imágenes en escala tridimensional, formación de imágenes a partir de electrones

secundarios ( SEI-Secundary Electron Image) y a su vez transmite Rayos x ( EDS o EDX

Energy Disperse Spectrometer) debido al rebote del haz de electrones que llegan a la

muestra.

El SEM puede estar equipado con diversos detectores, entre los que se pueden mencionar:

un detector de electrones secundarios para obtener imágenes de alta resolución SEI, un

detector de electrones retro dispersados que permite la obtención de imágenes de

composición y topografía de la superficie BEI (Backscattered Electron Image), y un

detector de energía dispersiva EDS permite colectar los Rayos x generados por la muestra

y realizar diversos análisis e imágenes de distribución de elementos en superficies pulidas,

este también proporciona información acerca de la composición química de las partículas

ya que cuando la muestra es irradiada con un haz de electrones se generan rayos X que

pueden ser detectados. (Loaiza, 2014).

47

3 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar los efectos del aserrín modificado químicamente como agregado en la

matriz del concreto hidráulico mediante ensayos de resistencia a la compresión y

flexión para tener indicadores de sus propiedades mecánicas y validar su uso en

la construcción de obras civiles.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar el aserrín modificado y sin modificar mediante análisis FTIR

(espectro fotogrametría infrarrojo) y mediante ensayos SEM-EDS (espectroscopia

de rayos X de energía dispersa) a un corte transversal de una probeta.

Evaluar las propiedades mecánicas de la matriz del concreto construida con el

material modificado y sin modificar mediante la realización de ensayos de

compresión y flexión.

Identificar cuál de los tratamientos aplicados al aserrín, es el que mejor influye en

la matriz de concreto hidráulico, tomando en consideración la variabilidad de la

resistencia mecánica.

48

4 ALCANCE

Esta investigación se llevó a cabo en la universidad de Cartagena sede piedra de bolívar

y en la empresa INGUETO Y CIA LTDA, ubicada en la ciudad de Cartagena, capital del

departamento de Bolívar (Colombia), en las coordenadas 10° 25’ 30” Latitud Norte y 15°

32’ 25” Longitud Oeste.

Figura 5. Ubicación de geográfica de la universidad de Cartagena-piedra de bolívar y

la empresa Ingueto Y CIA Ltda.

Fuente: Google Earth 2019.

El estudio consistió en analizar los efectos que el aserrín obtenido la madera Amargo

(VataireaSp O Leguninosae) causo en la matriz del concreto. Se realizaron diferentes

ensayos para comparar y conocer el comportamiento que éste tiene al adicionarse a la

matriz del concreto, previa modificación química. Para cada modificación se realizó una

revisión bibliográfica para conocer las proporciones a usar para cada elemento.

Con las mezclas diseñadas se realizaron probetas para medir la variabilidad de las

variables resistencia a la compresión y resistencia preliminar de flexión dependiendo del

tipo de modificación. Para esto, se tuvieron en cuenta parámetros ya conocidos como son

la dosificación de los agregados, la relación agua/cemento, La relación aserrín/agregado

fino, los porcentajes y procedimientos de los diferentes tratamientos tomados de la

literatura existente. Los resultados obtenidos se dieron en unidades de resistencia según

49

el SI (sistema internacional) y el nombre como tal de la modificación ideal, con su

respectivo porcentaje (%), temperatura (°C), peso (g) según sea el caso a conveniencia.

Sé presento un informe final con el análisis e interpretación de los resultados, es decir, se

mostró la resistencia a compresión y resistencia preliminar a la flexión obtenida al hacer

fallar los especímenes de concreto. De esto se comprobó que, al mineralizar el aserrín con

los diferentes tratamientos, fue asimilado en la matriz del concreto como un agregado

totalmente compatible y para algunos casos no comprometió las propiedades mecánicas

de la matriz del concreto. Es decir, las resistencias consideradas en éste estudio, se

mantuvieron en el rango de los concretos de uso estructural según norma NSR-10 y más

ligero. Con este estudio se logró un apilamiento de la literatura actual (que es muy poca

en cuanto a concretos con aserrín), para futuras investigaciones que tengan como objeto

de estudio el uso de materiales no convencionales en el concreto, específicamente fibras

sintéticas o de origen agroindustrial para construcciones sostenibles.

Para efectos de investigación se podría estudiar la durabilidad de la matriz del concreto

con aserrín incorporado; Éste ensayo se puede hacer simulando en una cámara las

condiciones ambientales a la que va estar sometida la matriz de concreto en su vida útil,

al medir la diferencia de pesos antes y después de la simulación en la cámara se puede

saber si hubo o no degradación. También, se podría investigar acerca de la dosificación

optima de aserrín-cemento y aserrín-agregado, utilizando el aserrín como ceniza volante,

sustitución de agregado y material llenante, teniendo en cuenta el tratamiento que mejor

se familiarice con la matriz de concreto y considerando el aserrín de varios tipos de

madera, ya que estos son los que más abundan en los aserríos de la ciudad de Cartagena.

La principal limitación en esta investigación fue el tiempo, ya que no se buscó cual es la

proporción optima aserrín-agregado fino que de mayor comportamiento mecánico.

Además, para poder tener las variables controladas se analizó solo el aserrín de un solo

tipo de madera (amargo) y no el aserrín de varios tipos de madera que son los que se

encuentran en los aserríos de la ciudad de Cartagena. Además, debido al corto tiempo del

que se dispuso, no se medió la durabilidad del aserrín a través del tiempo y tampoco se

medió la durabilidad del conjunto como tal. Este estudio se finalizó en un periodo de 6

meses empezando desde el 16 de septiembre del 2019.

50

5 METODOLOGIA

La metodología para llevar a cabo la investigación presente es de tipo mixta, cuantitativa

– experimental. Cuantitativa ya que se cuantificaron los resultados para las diferentes

muestras a través de ensayos de resistencia a la compresión y resistencia a la flexión. Así

mismo, es experimental puesto que se realizaron diferentes ensayos o experimentos para

determinar las características de los materiales usados y los valores de resistencia

mecánica requeridos para cada muestra.

Con los resultados obtenidos se busca comparar las diferentes muestras para determinar

que modificación al aserrín presenta mejores resultados en cuanto a resistencia mecánica.

En la figura 6 se presenta el esquema metodológico donde se muestra el procedimiento

que se llevó a cabo para la obtención de los resultados, todos los ensayos se hicieron de

acuerdo a la norma técnica colombiana (NTC) y a la norma dada por el instituto nacional

de vías (INVIAS). Primero se identificaron y caracterizaron los materiales usados para

los experimentos, se tomó el diseño de mezcla usado por Ahmed y otros (2018), luego se

hicieron los respectivos ensayos a los materiales de acuerdo a la norma NTC e INVIAS,

y se hizo la respectiva comparación entre los resultados obtenidos de resistencia a la

compresión y flexión para cada muestra para determinar cuál modificación presento el

mejor efecto respecto a los resultados obtenidos para la muestra patrón (0% aserrín) y

para la muestra con aserrín sin modificar, teniendo en cuenta los ensayos de FTIR y SEM-

EDS.

51

Figura 6. Esquema de la metodología propuesta.

52

Se realizaron 11 cilindros y 3 viguetas para cada tipo de muestra, las cuales son, muestra

patrón, muestra con aserrín sin modificar, muestra con aserrín modificado con Hidróxido

de sodio (NaOH) a una concentración del 4% p/v, muestra con aserrín modificado con

Cal a una concentración del 2% p/v y muestra con aserrín modificado en agua hirviendo

en un periodo de 90 minutos, fabricándose un total de 55 cilindros y 15 viguetas.

5.1 Ensayos a materiales

Para determinar las características de los materiales a utilizar se realizaron diferentes

ensayos cumpliendo con los procedimientos establecidos por la norma INVIAS y la

norma técnica colombiana (NTC), como se observa en la Tabla 4, donde se muestran los

ensayos realizados y la norma correspondiente para cada ensayo. Se realizaron ensayos a

la arena, el triturado calizo y el aserrín. Se realizaron ensayos a la arena, al aserrín y al

triturado calizo, siendo este último suministrado por la cantera Coloncito (Ver figura 7).

Tabla 4. Ensayos realizados a materiales.

Material Ensayo Norma

Arena Humedad I.N.V. E - 122 - 07

Granulometría

I.N.V. E - 123 - 07 Triturado Calizo Granulometría

Aserrín

Granulometría

Humedad I.N.V. E - 122 - 07

FTIR Técnica IR

SEM-EDS Técnica SEM

El triturado calizo fue suministrado por la cantera Coloncito, municipio de Turbaco,

Bolívar.

Figura 7. Cantera Coloncito.

53

5.1.1 Arena

5.1.1.1 Ensayo de humedad (I.N.V.E -122-07)

Para determinar el porcentaje de humedad de la arena se siguió el procedimiento dado en

la norma técnica colombiana (NTC 1776). Se toma una muestra de arena y se pesa en la

balanza, luego se introduce al horno para su secado por un periodo de 24 horas. Con el

valor del peso seco y peso húmedo se halla el porcentaje de humedad de la arena como

sigue:

%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜𝑥100

5.1.1.2 Granulometría (I.N.V.E- 123-07)

Para conocer la distribución del tamaño de partículas del agregado se llevó a cabo el

ensayo de análisis granulométrico usando los tamices estipulados en la norma técnica

colombiana (NTC77) para agregado fino: 3/8, #4, #8, #16, #30, #50, #100 y #200. El

ensayo consiste en pasar el material por cada uno de los tamices y tomar el peso retenido

en cada tamiz. Luego los datos del porcentaje que pasa se grafican para formar la curva

granulométrica.

5.1.2 Triturado calizo


Para conocer la distribución del tamaño de partículas del agregado se llevó a cabo el

ensayo de análisis granulométrico usando los tamices estipulados en la norma técnica

colombiana (NTC77) para agregado grueso: 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8” y No 4. El

ensayo consiste en pasar el material por cada uno de los tamices y tomar el peso retenido

en cada tamiz. Luego los datos del porcentaje que pasa se grafican para formar la curva

granulométrica.

5.1.2.2 Absorción (I.N.V.E- 223-07)

Para conocer la absorción del triturado calizo, se cuarteo el material hasta conseguir la

muestra establecida por la norma I.N.V. E – 223 – 07, luego esta muestra se secó en el

horno. Una vez seco el triturado calizo, se sumergió en agua y se secó superficialmente,

54

se tomó su peso saturado superficialmente seco, y se halló la absorción con la diferencia

del peso seco y saturado superficialmente seco, como sigue:

%𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑆𝑆 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜


Donde,

Peso SSS: Peso saturado superficialmente seco.

5.1.3 Aserrín

5.1.3.1 Ensayo de humedad (I.N.V.E -122-07)

El ensayo de humedad en el aserrín se realizó de acuerdo a la norma INV E – 122 07,

considerando el aserrín como agregado fino, teniendo en cuenta que el aserrín se usó en

reemplazo parcial de arena. Además, en otros estudios basados en normas extranjeras, se

ha realizado el procedimiento para la obtención de la humedad de manera similar

(Concepcion R. , Chonillo, Lorenzo, & Morales, 2016). Se realizó el ensayo de humedad

tomando una muestra y registrando su peso húmedo, para luego secarla en el horno por

un periodo de 24 horas. Después de secada en el horno se mide su peso. El porcentaje de

humedad se determina con el peso húmedo y seco como sigue:




Para conocer la distribución del tamaño de partículas del aserrín se llevó a cabo el ensayo

de análisis granulométrico usando los tamices estipulados en la norma técnica colombiana

(NTC 77) para agregado fino, 3/8, #4, #8, #16, #30, #50, #100 y #200. El ensayo consiste

en pasar el material por cada uno de los tamices y tomar el peso retenido en cada tamiz.

Luego los datos del porcentaje que pasa se grafican para formar la curva granulométrica.

5.1.3.3 Ensayo FTIR

Las muestras de aserrín sin modificar y modificado fueron analizadas mediante

espectroscopia infrarroja en un espectrofotómetro FTIR del laboratorio de análisis

55

instrumental de la Facultad De Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad De

Cartagena, con barridos de 400 cm-1 a 4000 cm-1 con el fin de identificar los grupos

funcionales del aserrín.

Tabla 5. Ensayos de caracterización, FTIR Y SEM-EDS.

Prueba Factores Equipo Lugar

Espectroscopia

infrarroja

por transformadas

de Fourier (FTIR).

SEM-EDS

Grupos funcionales

Composición y la

morfología de

materiales sólidos

orgánicos,

inorgánicos y

Biológicos.

(aserrín y matriz de

concreto)

ThermoScientific

Microscopio

electrónico de

barrido

Universidad de

Cartagena

Universidad De

Los Andes

Para el ensayo SEM-EDS su usaron muestras de concreto de 1cm de espesor por 2 cm de

ancho, el cual se obtuvieron del corte transversal de la probeta hechas con el aserrín

modificado y el aserrín sin modificar. (Ver figura 8)

Figura 8. Muestra de concreto (Derecha). Corte de muestra para análisis SEM-EDS

(Izquierda).

56

5.2 Tratamiento del aserrín

Para fabricar las diferentes muestras de concreto se hizo necesario realizar diferentes

tratamientos al aserrín, modificándolo químicamente. El aserrín usado se conservó en un

lugar fresco, en un ambiente donde no se presentará mucha humedad para que se

mantuviera en las mismas condiciones al momento de realizar cada tratamiento. Se

realizaron 3 tratamientos al aserrín, los cuales son, aserrín modificado con 2% p/v de Cal,

aserrín modificado con 4% p/v de NaOH (Hidróxido de Sodio) y aserrín modificado en

Agua hirviendo por un periodo de 90 minutos. Luego de realizados los tratamientos se

mantuvo cada muestra de aserrín en estado seco para que esta no sufriera efectos de

descomposición. En los anexos se muestran imágenes del procedimiento que se realizó

para aplicar los diferentes tratamientos al aserrín.

Figura 9. Tratamiento con Cal al aserrín

5.2.1 Tratamiento con cal

Para tratar el aserrín con cal se usó una concentración de cal al 2% p/v, este porcentaje es

basado en la literatura (Amaris & Zeidy, 2014). Se pesó la cantidad de Cal a usar y se

diluyo en agua destilada, se mezcló hasta que el compuesto fuera uniforme. Se introdujo

el aserrín en un beaker y se vertió la cal diluida en agua, se mezcló hasta que fuera

uniforme y se agito por un periodo de 30 minutos. Luego de agitada la mezcla, se lavó

hasta que su pH fuera neutro. Una vez se verificaba que el pH del aserrín era neutro, se

secaba en un horno.

57

Figura 10. Tratamiento al aserrín con Hidróxido de sodio

5.2.2 Tratamiento con naoh (hidróxido de sodio)

Para tratar el aserrín con NaOH se usó una concentración de NaOH al 4% p/v. Se usó esta

concentración para extraer la lignina y hemicelulosa, y mejorar la resistencia mecánica

del concreto (Aigbomian & Fan, 2013).Se pesó la cantidad de NaOH a usar y se diluyo

en agua destilada, se mezcló hasta que el compuesto fuera uniforme. Se introdujo el

aserrín en un beaker y se vertió el NaOH diluido en agua, se mezcló hasta que fuera

uniforme y se agito por un periodo de 30 minutos. Luego de agitada la mezcla, se lavó

hasta que su pH fuera neutro. Una vez se verificaba que el pH del aserrín era neutro, se

secaba en un horno.

Figura 11. Tratamiento al aserrín en agua hirviendo.

58

5.2.3 Tratamiento en agua hirviendo

Para tratar el aserrín en agua hirviendo, se introdujo el aserrín y agua destilada en un

beaker, se mezclaron hasta que el compuesto fuera uniforme. Luego se calentó en un

horno hasta que alcanzara 100 grados Centígrados, punto donde el agua comenzó a hervir,

y una vez el agua comenzó a hervir se dejó calentando a esta temperatura por un periodo

de 90 minutos, teniendo en cuenta que un periodo prolongados de hervido influye

negativamente la resistencia mecánica (Aigbomian & Fan, 2013).

Figura 12. a) Medición del pH del aserrín. b) Proceso de lavado del aserrín.

5.3 Variables

En la tabla 6 se definen las variables usadas en el desarrollo de la investigación.

Tabla 6. Definición de variables.

Definición Variable Unidades

Independientes

Concentración de Cal diluida para tratamiento al aserrín g/L

Concentración de NaOH diluido para tratamiento al aserrín g/L

Periodo de sumersión del aserrín en Agua hirviendo Minutos

% En masa de reemplazo de arena por aserrín %

Tipo de agregado

Triturado

Calizo,

gramos

Tipo de madera

Amargo,

gramos

Dependientes Resistencia a la compresión Mpa

Resistencia a la flexión Mpa

a) b)

59

5.4 Diseño de mezcla

El diseño de mezcla utilizado para este trabajo fue el dado por la investigación de Ahmed

y otros (2018), el cual fue de 1:1.5:2.5, relación en peso, indicando que por cada

kilogramo de cemento se usaron 1.5 kilogramos de arena y por cada kilogramo de

cemento se usaron 2.5 kilogramos de triturado calizo, con tamaño máximo nominal de ½

pulgada, y con una relación agua/cemento de 0.5. Esta dosificación se usó para la muestra

patrón (0% aserrín), pero para las muestras con aserrín modificado y sin modificar, se

reemplazó el 5% de arena en volumen de aserrín. En la tabla 7 se muestra la cantidad de

material usado para la fabricación de probetas con cada tipo de muestra.

Tabla 7. Cantidades de material usados para cilindros y viguetas.

Peso de cada material (Kg)

Dosificación Cemento Arena Triturado calizo Aserrín

Muestra Patrón 24 36 60 0

Muestra con Aserrín sin modificar 24 34.2 60 0.3024

Muestra con NaOH 24 34.2 60 0.3024

Muestra con Cal 24 34.2 60 0.3024

Muestra con Agua Hirviendo 24 34.2 60 0.3024

Figura 13.Materiales usados para realizar la mezcla. a) Aserrín, b) Triturado calizo,

c) Arena, d) Cemento de uso general.

60

5.5 Fabricación y ensayos a los cilindros y viguetas de concreto

La mezcla usada para la fabricación de los cilindros y viguetas de concreto fue realizada

en los laboratorios de la universidad de Cartagena, donde se encontraban todos los

implementos y equipos necesarios para hacerla, como lo son moldes cilíndricos, varilla

compactadora, palustre, martillo y mezcladora. El aserrín de la madera de amargo usado

para la fabricación de las probetas se obtuvo de un aserradero local, verificando que este

no estuviera mezclado con aserrín de otro tipo de madera. Se usó la mezcladora para que

los materiales se distribuyeran de manera uniforme y que el proceso fuera eficiente. La

fabricación de los cilindros y viguetas de concreto se hizo siguiendo el procedimiento

establecido en la norma técnica colombiana (NTC).

Una vez realizada la mezcla, se hizo el ensayo de slump para determinar el asentamiento

con el cono de abrams y vaciada en los moldes cilíndricos se esperó un día para que

endurecieran e inmediatamente se sumergieron en agua para el proceso de curado.

Se realizaron 55 cilindros y 15 viguetas, las cuales corresponden a 11 cilindros y 3

viguetas para cada tipo de muestra, las cuales son, muestra patrón, muestra con aserrín

sin modificar, muestra con aserrín modificado con Cal, muestra con aserrín modificado

con NaOH y muestra con aserrín modificado con Agua hirviendo. (Ver figura 14)

Figura 14. Probetas de concreto fabricadas en laboratorio.

Una vez fabricados los cilindros y viguetas de concreto se realizaron los diferentes

ensayos para determinar su resistencia mecánica y comparar los resultados obtenidos por

cada muestra para hacer los respectivos análisis. En la tabla 8 se muestran los diferentes

ensayos realizados a las probetas de concreto.

61

Tabla 8. Ensayos realizados al concreto.

Ensayo Norma

Resistencia a la Compresión I.N.V. E - 410 - 07

Resistencia a la Flexión I.N.V. E - 414 - 07

Peso Unitario I.N.V. E - 405 - 07

Asentamiento I.N.V. E - 404 - 07

5.5.1 Resistencia a la compresión y flexión

Se realizaron 11 cilindros y 3 viguetas para cada muestra, nueve cilindros se ensayaron a

compresión de acuerdo a los estipulado en la norma I.N.V. E-402-07, de los cuales tres

se ensayaron a los 7 días de curado, tres a los 14 días y tres a los 28 días, las tres viguetas

se ensayaron a flexión a los 28 días de curado. Además, se separaron dos cilindros, uno

como testigo y otro para la realización del ensayo SEM-EDS. En la tabla 9 y 10 se muestra

la cantidad de cilindros y viguetas realizados respectivamente.

Tabla 9. Número total de cilindros a realizar.

Ensayos de

resistencia a la

compresión

Ensayos

SEM-EDS Testigos Total

Días de curado

7 14 28

Muestra patrón (Concreto) 3 3 3 1 1 11

Adición de Aserrín sin modificar 3 3 3 1 1 11

Modificado NaOH 3 3 3 1 1 11

Modificado Cal 3 3 3 1 1 11

Modificado en Agua Hirviendo 3 3 3 1 1 11

Total 15 15 15 5 5 55

Tabla 10. Número total de ensayos de resistencia a la flexión.

Ensayo de resistencia a la flexión

Días de curado

28

Muestra patrón (Concreto) 3

Adición de aserrín sin modificar 3

Modificado NaOH 3

Modificado Cal 3

Modificado Agua Hirviendo 3

Total 15

62

5.5.2 Peso unitario

Para determinar el peso unitario del concreto, de acuerdo a la norma I.N.V. E – 405 – 07,

se pesaron las probetas de cilindros en una balanza para determinar su masa, y se tomaron

las dimensiones del molde cilíndrico para así calcular el volumen. Con los resultados de

masa y volumen se calculó el peso unitario de las probetas cilíndricas.

5.5.3 Asentamiento (slump)

Para hallar el asentamiento de la mezcla de concreto, se utilizó el cono de abrams de

acuerdo a los establecido en la norma I.N.V. E – 404 – 07. Una vez realizada la mezcla

en la mezcladora se tomó el cono de abrams y se rellenó con 3 capas, cada una compactada

con 25 golpes con la varilla compactadora. Luego de compactada la tercera capa se

levanta el cono y se mide la distancia que se desplaza, siendo este el asentamiento.

5.6 Análisis de los resultados

Con los resultados obtenidos para la resistencia a la compresión, resistencia a la flexión,

asentamiento, peso unitario, resultados FTIR y SEM-EDS, se procedió a realizar los

respectivos análisis para conocer la incidencia que tiene el aserrín modificado en la

resistencia mecánica del concreto, con respecto al aserrín sin modificar, así como su

influencia en el peso unitario y el asentamiento.

63

6 DISCUSION Y RESULTADOS

A continuación, se presentan los resultados obtenidos para los ensayos realizados a los

materiales usados y a las muestras de concreto fabricadas, para conocer sus propiedades

físicas y mecánicas, luego comparar los diferentes tipos de muestras y finalmente

determinar la que presenta mejores resultados respecto a las propiedades mecánicas, con

base en los procedimientos establecidos en la norma técnica colombiana (NTC) y el

instituto nacional de vías (INVIAS).

6.1 Ensayos a materiales

6.1.1 Triturado calizo

6.1.1.1 Granulometría

Para realizar este ensayo se pesaron 3000 gramos de triturado calizo y se tamizaron por

los tamices 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8” y No 4 en el respectivo orden, para determinar

la distribución de tamaño de partículas del agregado.

Tabla 11. Granulometría del triturado calizo.

Tamiz

Peso retenido

(gramos)

% Peso

retenido

% Peso retenido

acumulado % Pasa

2" 0 0 0 100

1" 0 0 0 100

3/4" 0 0 0 100

1/2" 635 21.167 21.167 78.83

3/8" 1965 65.5 86.667 13.33

4 375 12.5 99.167 0.83

10 0 0 99.167 0.83

20 0 0 99.167 0.83

40 0 0 99.167 0.83

60 0 0 99.167 0.83

140 0 0 99.167 0.83

200 0 0 99.167 0.83

Fondo 25 0.83 100 0

De acuerdo a los porcentajes de peso retenido acumulado se puede observar que el

agregado se encuentra bien gradado, además, que el 65.5% del triturado calizo se retuvo

64

en el tamiz 3/8” y que la mayor parte del peso retenido acumulado se encuentra en el

tamiz No 4, con poca cantidad de finos en relación al peso total de la muestra.

Figura 15. Tamices usados para la granulometría.

Además, se realizó la curva granulométrica para observar gráficamente su distribución.

Grafica 1. Curva granulométrica del triturado calizo.

En la gráfica 1 se observa que el triturado calizo presenta una buena distribución en el

tamaño de partículas, teniendo en cuenta que cumple con los rangos mínimos y máximos

para el porcentaje de material que pasa por cada tamiz que establece la norma NTC 174.

-20

0

20

40

60

80

100

120

1 10

% P

asa

Abertura tamiz (mm)

Curva Granulometrica

Triturado Calizo Limite Superior Limite inferior

65

6.1.1.2 Absorción

Para conocer la absorción se tomó una muestra de 2000 gramos, luego esta muestra se

secó en el horno, una vez seca la muestra, se sumergió en agua durante 16 horas y se secó

superficialmente. Se calcula la absorción como la diferencia del peso saturado

superficialmente seco y el peso seco, como sigue:

%𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑆𝑆 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜

%𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 =2000 − 1910

1910𝑥100 = 4.7%

6.1.2 Arena


Para realizar este ensayo se pesaron 1000 gramos de arena y se tamizaron por los tamices

3/8, #4, #8, #16, #30, #50, #100 y #200 en el respectivo orden, para determinar la

distribución de tamaño de partículas de la arena.

Tabla 12. Granulometría de la arena.

Tamiz N°

Peso Retenido

(gramos)

% Peso

retenido

% Peso retenido

acumulado

% Pasa

4 25.2 2.52 2.52 97.48

8 161.7 16.17 18.69 81.31

16 118.3 11.83 30.52 69.48

30 100.2 10.02 40.54 59.46

50 372 37.2 77.74 22.26

100 181.4 18.14 95.88 4.12

200 29.9 2.99 98.87 1.13

Fondo 11.3 1.13 100 0

De acuerdos a los datos de peso retenido de la arena se observa que este se mantuvo

cercano para los tamices No 8, No 16 y No 30, y con un valor máximo de 372 gramos en

el tamiz No 50. Esto indica que la mayor parte de los agregados se concentra en estos

tamices con un tamaño promedio entre 2.36 y 0.15milímetros.

66

Una vez hecho el proceso de tamizado a la arena, se calcula el módulo de finura para

conocer qué tan fino es el material.

𝑀𝑓 =2.52 + 18.69 + 30.52 + 40.54 + 77.74 + 95.88

100= 2.66

Este módulo de finura indica que la arena se clasifica como una arena gruesa, de acuerdo

a lo estipulado por el INVIAS (Ver tabla 13).

Tabla 13. Módulo de finura de la arena.

Módulo de finura (Mf) Tipo de agregado

0.5 - 1.5 Arena fina

1.5 - 2.5 Arena media

2.5 - 3.5 Arena gruesa

Fuente: INVIAS.

Además, se realizó la curva granulométrica para observar gráficamente su distribución y

comportamiento.

Grafica 2. Curva granulométrica de la arena.

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10

% P

asa

Abertura tamiz (mm)

Curva Granulometrica Arena

Arena

Limite Superior

Limite Inferior

67

En la gráfica 2 se observa que la arena presenta una buena distribución de partículas,

teniendo en cuenta que cumple con los rangos mínimos y máximos para el porcentaje de

material que pasa por cada tamiz dados por la norma NTC 174.

6.1.2.2 Humedad

Para conocer la humedad se tomó una muestra de 500 gramos de arena y se calentó en el

horno hasta que estuviera seca. Luego se calculó la humedad con la diferencia del peso

húmedo y el peso seco, como sigue:



%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =500 − 487.2

487.2𝑥100 = 2.627 %

Este resultado indica que la arena poseía una baja humedad, esto teniendo en cuenta la

condición en la que se encontraba que era al aire libre.

6.1.3 Aserrín

6.1.3.1 Humedad

Para conocer la humedad se tomó una muestra de 50 gramos de aserrín y se calentó en el

horno hasta que estuviera seca. Luego se calculó la humedad con la diferencia del peso

húmedo y el peso seco, como sigue:



%𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =50 − 40.7

40.7𝑥100 = 22.85 %

Este resultado indica que el aserrín posee una humedad del 22.85%, esto debido a la

porosidad que posee el material. Además, este valor de humedad concuerda con lo

publicado por Ahmed y otros (2018), los cuales obtuvieron una humedad del 20.45%.

68


Para realizar este ensayo se pesaron 500 gramos de aserrín y se tamizaron por los tamices

3/8, #4, #8, #16, #30, #50, #100 y #200 en el respectivo orden, para determinar la

distribución de tamaño de partículas del aserrín.

Tabla 14. Granulometría del aserrín.

Tamiz N° Peso Retenido (gramos) % Peso retenido % Peso retenido acumulado % Pasa

4 10 2 2 98

8 15 3 5 95

16 55 11 16 84

30 180 36 52 48

50 190 38 90 10

100 40 8 98 2

200 10 2 100 0

Fondo 0 0 100 0

Figura 16. Aserrín en los diferentes tamices.

Además, se realizó la curva granulométrica para observar gráficamente su distribución y

comportamiento.

69

Grafica 3. Curva granulométrica del aserrín.

Analizando la gráfica, se puede observar que el aserrín usado tiene un tamaño de partícula

entre 1.1 y 0.15 milímetros, comprendido por los tamices No 16 hasta No 100, y un

tamaño de partícula predominante en los tamices No 30 y No 50, entre 0.6 y 0.3

milímetros.

6.1.3.3 Análisis de ensayo FTIR

A través de la técnica de espectrometría infrarrojo se determinó la estructura molecular

de aserrín sin modificar (A-sin-M), del aserrín modificado con agua hirviendo (𝑨 −

𝑯𝟐𝑶), Cal(𝑨 − 𝑪𝒂𝑶) e hidróxido de sodio (A-NaOH). El registro grafico de los

espectros de infrarrojo muestra el porcentaje (%) de la radiación absorbida (o trasmitida)

por cada muestra de sustancia, en función del número de ondas de la radiación infrarroja

incidente (Ver tabla 15 y figura17).

El estudio de cada uno de los registros gráficos, específicamente las bandas de absorción

y los picos de máxima absorción que en estos se revelan, dieron una idea de la estructura

molecular de la sustancia absorbente (Morcillo, 1981). Así, el espectro del aserrín se

caracteriza por tener picos en los rangos mostrados en la tabla 15.

0

20

40

60

80

100

120

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

% P

asa

Abertura tamiz (mm)

Curva Granulometrica

70

Tabla 15. Bandas y grupos funcionales del espectro FTIR de las muestras de aserrín.

LONGITUD DE

ONDA DE LA

BANDA CM-1

GRUPO IDENTIFICACIÓN REFERENCIA

3300-3500 Aminas, amidas,

alcoholes, fenoles

y ácidos

carboxílicos

Enlace O-H, N-H en

los componentes del

aserrín(celulosa)

(Amaris & Zeidy,

2014)

2920 Alcanos, con

presencia de

Alquenos

Enlace C-H2, CH3 Silverstein

(Silverstein,

Webster, & Kiemle,

2005)

2362 Acido carboxílico Estiramiento del OH,

torsión del enlace en

2800-2200

(Skoog, 2001)

1600 Anillos

aromáticos

Enlace c=c

relacionada a

hemicelulosa y

pectinas

(Requejo, 2011)

1512 Aromáticos Enlace C=C Anillo

aromático de la lignina

(Amaris & Zeidy,

2014)

1452 Alcano Flexión

simétrica,(tijera-CH2)

y flexión CH-OH

(Zhou, Jiang,

Cheng, & Via,

2015)

1232 Alcoholes, éteres,

ácidos

carboxílicos,

esteres, núcleos de

siringilo.

Estiramiento del

enlace C-O,

característico de la

lignina.

(Requejo, 2011),

(Amaris & Zeidy,

2014), (Zhou, Jiang,

Cheng, & Via,

2015)

1031 Fenoles Estiramiento C-O del

grupo fenólico

(Ahmed, y otros,

2018)

El aserrín es una sustancia orgánica que se comprende principalmente de celulosa,

hemicelulosa, lignina y diversos grupos de hidroxilos, tales como, los taninos u otros

compuestos fenólicos (Ahmed, y otros, 2018). El análisis FTIR del aserrín modificado y

sin modificar presentado en la figura 17, revela varios picos característicos en el rango

3500-3000 cm-1correspondientes a la vibración del grupo –OH característico de la celulosa

y lignina en todos los espectros, siendo el pico 3486 en la gráfica del A-sin-M (ver anexo

1) el más pronunciado, mientras que este mismo pico en los demás gráficos (aserrín

modificado), disminuyo considerablemente.

71

Figura 17. FTIR de aserrín de amargo sin modificar y modificado con: NaOH, CaO y

H2O

72

En estos picos, 3300-3500 cm-1 de enlace O-H, al igual que los estiramientos de los

enlaces C-O en los picos 1,232 cm-1, y 1031 cm-1, representan el espectro de la celulosa

estándar en maderas (Requejo, 2011); estas bandas presentan una disminución en el

aserrín modificados con NaOH (ver anexo 4) y CaO (ver anexo 3) respecto al aserrín sin

modificar, debido a la eliminación parcial de la hemicelulosa y lignina (Torres, Quintero,

& Morales, 2017). El pico 1031 cm-1 en el espectro A-H2O (ver anexo 2), respecto a los

aserrines modificados con Cao y NaOH, no presento cambios significativos. La poca

eliminación de la lignina al modificar con H2O se pudo haber presentado por el tipo de

aserrín en consideración, ya que este en su lignina tiene picos 1267 cm-1 asociada con

núcleo guayacilo y pico 1232 cm-1 asociada con núcleo siringilo en alta relación de las

unidades guayacilo/siringilo (G/S) lo que dificultan su remoción, debido a que proviene

de una planta gimnosperma, perteneciente a la familia Vatairea SP Leguninosae (Zhou,

Jiang, Cheng, & Via, 2015). En el espectro del A-H2O, (Figura 16), se puede observar

que el estiramiento del enlace OH, en 2362 cm-1, desapareció en su totalidad, en

comparación con los espectros A-sin-M, el A-NaOH, y el A-CaO, que es consecuencia

de la remoción del ácido carboxílico en la lignina.

El área específica del tamaño de las partículas del aserrín que se usó (de diamatro1.11

mm a 75μm), pudo haber afectado la incidencia del tratamiento, ya que si el aserrín

hubiera sido de menor tamaño de partícula el área específica seria mayor, lo que

aumentaría una mayor remoción de lignina y hemicelulosa.

6.2 Ensayos al concreto

6.2.1 Asentamiento

El asentamiento se determinó por medio de la norma I.N.V. E - 404 - 07, a través del cono

de abrams. Después de fabricada la mezcla en la mezcladora se extrajo y se introdujo en

el cono, se colocaron 3 capas compactadas con 25 golpes, con la varilla compactadora.

Los valores de asentamiento obtenidos se muestran en la tabla 16.

73

Tabla 16. Valores de asentamiento para la mezcla de concreto.

Tipo de muestra Asentamiento (cm)

Muestra patrón (0% aserrín) 5

Muestra con aserrín sin modificar 4

Muestra con Cal 4

Muestra con NaOH 5

Muestra con Agua hirviendo 3

Figura 18. Ensayo de asentamiento.

Los asentamientos obtenidos se encuentran en un rango de 3 a 5 centímetros (1 a 2

pulgadas), correspondiendo el valor de 3 cm a una mezcla seca, y 4 y 5 cm a una mezcla

semi seca (Guzmán, 1996), son asentamientos bajos, considerando que la mezcla con una

relación agua/cemento de 0.5 se secaba en un tiempo corto después de mezclada. Esto se

debe a la capacidad de absorción del aserrín, así como la de los agregados.

74

6.2.2 Resistencia a la compresión

Para conocer la resistencia a la compresión del concreto se fabricaron cilindros y se

ensayaron a los 7, 14 y 28 días de curado en el laboratorio de la empresa INGUETO Y

CIA LTDA. Se realizaron 3 muestras para cada día de ensayo de acuerdo a lo establecido

en la norma I.N.V. E - 402 - 07.

Figura 19. Curado de cilindros y viguetas.

Figura 20. Falla de cilindro por compresión.

75

La resistencia a la compresión se calcula como la fuerza aplicada sobre el cilindro

dividida por el área de este. Para la muestra patrón a la edad de 7 días la resistencia a la

compresión se calcula como:

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 (𝐾𝑛

𝑚2) =

𝐹

𝐴=

196.43 𝑘𝑛

0.007854 𝑚2= 25010.67 𝑘𝑛

𝑚2⁄

Así mismo, se calculó la resistencia a la compresión para cada tipo de muestra en las

diferentes edades. En la tabla 17, 18 y 19 se muestran los resultados obtenidos para la

resistencia a la compresión de cada uno de los tipos de muestra en los diferentes periodos

de curado.

Tabla 17. Resistencia a la compresión de los cilindros a los 7 días de curado.

Tipo de muestra

Área

(𝑚2)

Fuerza

(Kn)

Esfuerzo

(Kn/𝑚2)

Esfuerzo

(Mpa)

Esfuerzo

(psi)

Muestra patrón (0% aserrín) 0.00785 196.43 25010.67 25.01 3626.55

Muestra con aserrín sin

modificar 0.00785 142.64 18161.35 18.16 2633.40

Muestra con Cal 0.00785 232.97 29662.24 29.66 4301.02

Muestra con NaOH 0.00785 125.93 16034.33 16.03 2324.98

Muestra con Agua hirviendo 0.00785 231.23 29441.54 29.44 4269.02


Tipo de muestra

Área

(𝑚2)

Fuerza

(Kn)

Esfuerzo

(Kn/𝑚2)

Esfuerzo

(Mpa)

Esfuerzo

(psi)



modificar 0.00785 171.17 21793.62 21.79 3160.07

Muestra con Cal 0.00785 260.17 33125.45 33.13 4803.19

Muestra con NaOH 0.00785 153.07 19489.05 19.49 2825.91



Tipo de muestra

Área

(𝑚2)

Fuerza

(Kn)

Esfuerzo

(Kn/𝑚2)

Esfuerzo

(Mpa)

Esfuerzo

(psi)



modificar 0.00785 194.20 24726.31 24.73 3585.32

Muestra con Cal 0.00785 282.37 35952.04 35.95 5213.05

Muestra con NaOH 0.00785 184.40 23478.54 23.48 3404.39


76

El valor de resistencia a la compresión a los 28 días obtenido por la muestra patrón se

encuentra cercano al obtenido por Ahmed y otros (Ahmed, y otros, 2018), donde la

resistencia a la compresión dada fue de 34 Mpa y la obtenida por Ahmed fue de 38 MPa.

La muestra con aserrín sin modificar tuvo una diferencia significativa con el valor hallado

por la literatura, donde la resistencia a la compresión fue de 24.73 MPa y la obtenida por

Ahmed fue de 35 MPa, lo cual pudo deberse al aserrín del tipo de madera usado. De

acuerdo a los resultados de resistencia a la compresión en el estudio de Madrid et al

(2018), se presentó una disminución a los 28 días de 34.3% entre la muestra patrón y la

muestra con aserrín y la disminución presentada en esta investigación fue de 27.3%, lo

cual muestra una reducción similar al adicionar aserrín.

Para el tratamiento con agua hirviendo, Aigbomian y Fan (2013) encontraron que en un

periodo de hervido de 80 a 140 minutos produce un incremento en la resistencia a la

compresión del compuesto, donde obtuvieron un aumento en la resistencia del compuesto

madera-cemento de 025 a 0.33 MPa, así como la resistencia a la compresión de la muestra

con aserrín modificado en agua hirviendo presento un aumento del 8.52% y 49.9%

respecto a la muestra patrón y muestra con aserrín sin modificar, respectivamente. El

tratamiento con hidróxido no presento mejoras en la resistencia a la compresión respecto

a la muestra con aserrín sin modificar, de acuerdo a Aigbomian y Fan (2013), esto se debe

a que usar una concentración mayor al 3% tiene la capacidad de extraer el contenido

soluble efectivo del aserrín además de debilitar la fibra, así como la unión entre este y el

cemento.

Figura 21. . Ensayo de cilindros a compresión.

77

Se graficaron los valores de resistencia a la compresión para las diferentes edades, para

conocer la variación entre cada tipo de muestra.

Grafica 4. Resistencia a la compresión de los tipos de muestra a diferentes edades.

MP: Muestra patrón, NaOH: Muestra con Hidróxido de sodio, Cal: Muestra con Cal,

AH: Muestra en agua hirviendo, ASM: Muestra con aserrín sin modificar.

Analizando la gráfica se puede observar que la mayor resistencia a la compresión fue

obtenida por el concreto con aserrín modificado con Cal y Agua hirviendo, con valores

de 35.95 y 37.07 Mpa, respectivamente, siendo un 5.24%, para la Cal, y 8.52% para el

Agua hirviendo, mayor a la resistencia a la compresión de la muestra patrón a la edad de

28 días. La resistencia a la compresión para el concreto con aserrín sin modificar fue un

27.6% menor a la resistencia a la compresión de la muestra patrón a la edad de 28 días,

concuerda con los valores obtenidos por la literatura, donde al adicionar aserrín sin

modificar a la mezcla, esta disminuye su resistencia en comparación a la muestra patrón

(0% Aserrín). Finalmente, la muestra con aserrín modificado con NaOH (Hidróxido de

sodio) arrojo valores a los 7 y 14 días inferiores a la muestra con aserrín sin modificar,

así como una resistencia a la compresión menor en un 31.26% respecto a la resistencia a

la compresión obtenida por la muestra patrón a la edad de 28 días.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a (M

pa)

Tiempo (dias)

Resistencia a la compresion

MP

NaOH

Cal

AH

ASM

78

Grafica 5. Correlación para la resistencia a la compresión del a muestra con aserrín

modificado en agua hirviendo.

Con la ecuación de la línea de tendencia se obtuvo el día donde se encuentra el punto de

variación de la pendiente, entre el tramo inicial que tiene una mayor pendiente y el tramo

final que presenta una menor pendiente, en la curva de resistencia a la compresión, para

la muestra con aserrín modificado con cal y la muestra con aserrín modificado en agua

hirviendo. Esta variación de pendiente se da a la edad de 9 días, con una resistencia a la

compresión de 32 Mpa (4640 psi).

Grafica 6. Variación de la resistencia a la compresión para las diferentes muestras.

y = 0,0081x3 - 0,4208x2 + 6,7648x - 0,0676R² = 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a (M

pa)

Tiempo (dias)


MP

NaOH

Cal

AH

ASM

Polinómica (AH)

MP

MP

MP

NaOH

NaOH

NaOH

Cal

CalCal

AH

AHAH

ASM

ASMASM

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

7 14 28

Res

iste

nci

a (M

pa)

Tiempo (dias)


MP

NaOH

Cal

AH

ASM

79

En la gráfica 6 se observa que a lo largo del tiempo los tratamientos con cal y agua

hirviendo presentaron el mejor efecto en el aserrín al aumentar la resistencia a la

compresión con respecto a la muestra patrón y a la muestra con aserrín sin modificar. Así

como, el tratamiento con NaOH no tuvo el mismo efecto en el aserrín ya que disminuyo

la resistencia a la compresión respecto a la muestra patrón y arrojo resultados de

resistencia a la compresión similar al aserrín sin modificar.

El Titulo C de la NSR 10 aclara que el concreto estructural 𝑓′𝑐 no debe ser inferior a 17

Mpa. En base a lo anterior y de acuerdo a los resultados obtenidos se puede decir que el

concreto utilizado con este tipo de aserrín, y con este porcentaje, puede ser de uso

estructural en las construcciones civiles.

6.2.3 Resistencia a la flexión

Para conocer la resistencia a la flexión del concreto se fabricaron viguetas y se ensayaron

a los 28 días de curado. Se realizaron 3 muestras para cada día de ensayo de acuerdo a lo

establecido en la norma I.N.V. E - 402 - 07.

Figura 22. Máquina y suplemento de ensayos a flexión.

80

Figura 23. Falla de vigueta a flexión.

La resistencia a la flexión se calcula con la siguiente formula dada por la norma, teniendo

en cuenta la carga aplicada y las dimensiones de la vigueta. Para la muestra patrón a la

edad de 28 días la resistencia a la flexión se calcula según la ecuación 1:

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 (𝐾𝑛

𝑚2) =

𝑃𝐿

𝑏𝑑2=

(19.73 𝑘𝑛)𝑥(0.3 𝑚)

(0.15 𝑚)𝑥(0.15 𝑚)2= 2923.46 𝑘𝑛

𝑚2⁄

Así mismo, se calculó la resistencia a la compresión para cada tipo de muestra. En la tabla

20 se muestran los resultados obtenidos para la resistencia a la flexión de cada uno de los

tipos de muestra.

81

Tabla 20. Resistencia a la flexión de las viguetas a los 28 días de curado.

Tipo de muestra

𝐿

𝑏𝑑2 (𝑚2) Fuerza

(Kn)

Esfuerzo

(Kn/m2)

Esfuerzo

(Mpa)

Esfuerzo

(psi)


Muestra con aserrín sin modificar 148.148 24.83 3679.01 3.68 533.46

Muestra con Cal 148.148 29.23 4330.86 4.33 627.98

Muestra con NaOH 148.148 23.13 3427.16 3.43 496.94


Figura 24. Superficie de falla de vigueta por flexión.

82

Grafica 7. Resistencia a la flexión del concreto.

De acuerdo a la gráfica, los mayores valores de resistencia a la flexión fueron obtenidos

por el concreto con aserrín modificado con Cal y Agua hirviendo, alcanzando 627.98psi

a la edad de 28 días, con un incremento de 204 psi respecto a la muestra patrón, siendo

un 48.28% superior a la muestra patrón y un 17.66% superior a la muestra con aserrín sin

modificar. La resistencia a la flexión de la muestra con aserrín sin modificar fue un 26%

mayor a la resistencia a la flexión de la muestra patrón (0% aserrín), esto teniendo en

cuenta que el aserrín trabaja como una fibra proporcionando mayor ductilidad al concreto.

Finalmente, aunque la resistencia a la flexión de la muestra con aserrín modificado con

NaOH fue mayor a la resistencia obtenida por la muestra patrón, fue un 6.8% menor a la

resistencia a la flexión obtenida por la muestra con aserrín sin modificar y un 20.78%

menor a la resistencia a la flexión obtenida por las muestras con Cal y NaOH.

Debido a los resultados de resistencia a la flexión obtenidos por el concreto con aserrín

modificado con cal y concreto con aserrín modificado en agua hirviendo, se puede

considerar su uso en el diseño y construcción de pavimentos rígidos, ya que al reemplazar

un porcentaje de la arena por aserrín y obtener una mejor resistencia que el concreto

patrón y que el concreto con aserrín sin modificar, se reduciría el espesor de la losa de

concreto y por ende el costo de construcción de este, traduciéndose en mayores beneficios

económicos.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

MP ASM Cal NaOH AH

Res

iste

nci

a (M

pa)

Muestra

Resistencia a la flexión

204 psi 204 psi

83

Figura 25. Distribución del aserrín en la vigueta.

6.2.4 Peso unitario

Para determinar el peso unitario de las muestras de concreto, se determinó su peso y

volumen, para lo cual se secó determinando su peso seco, y se tomaron las dimensiones

para determinar el volumen. El peso unitario se calcula como su peso dividido por el

volumen, en efecto según la ecuación 4, tenemos:

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 (𝐾𝑔

𝑚3) =

3.370 𝑘𝑔

0.001571 𝑚3= 2145.41

𝑘𝑔𝑚3⁄

En la tabla 21 se muestra el peso unitario para cada tipo de muestra.

84

Tabla 21. Peso unitario para cada tipo de muestra.

Muestra Peso (gramos) Volumen (m3) Peso Unitario (kg/m3)

Muestra con aserrín sin modificar 3760 0.001571 2393.69

Muestra con NaOH 3685 0.001571 2345.94

Muestra patrón 3780 0.001571 2406.42

Muestra con Cal 3770 0.001571 2400.05

Muestra con Agua hirviendo 3700 0.001571 2355.49

Figura 26. Pesado de cilindro.

Los valores del peso unitario muestran que con la adición de aserrín esta disminuye

debido a la menor densidad del aserrín en comparación a los otros materiales que

componen el concreto. Además, se observa que la adición de aserrín modificado con

Hidroxido de sodio disminuye la densidad del concreto, a diferencia del aserrín

modificado con Cal y Agua hirviendo, que aumenta la densidad. Esto se ve relacionado a

los resultados obtenidos para la resistencia mecánica, ya que para la muestra con aserrín

85

modificado con NaOH la resistencia mecánica fue menor respecto a la muestra patrón

(Ver tabla 22), mientras que para la muestra con aserrín modificado con Cal y Agua

hirviendo la resistencia mecánica fue mayor que la obtenida por la muestra patrón (Ver

tabla 22).

Al comparar los resultados obtenidos con el aserrín, con los estudios de Amaris & Barros

(2014), y Torne & Gómez (2015), que utilizaron agregados agroindustriales, se evidencia

el aligeramiento del concreto al utilizar este tipo de agregados, obteniendo densidades por

debajo de la densidad del concreto patrón. Sin embargo, de acuerdo a Sánchez (1996) se

considera que un concreto es ligero cuando su densidad se encuentra entre 400𝐾𝑔 𝑚3⁄ y

2000 𝐾𝑔 𝑚3⁄ , según esto, el concreto con el porcentaje de aserrín en estudio no clasifica

como un concreto ligero ya que su densidad está por encima de este valor (Ver tabla 22).

Tabla 22. Relación de resistencia mecánica y peso unitario.

Tipo de muestra

Peso

Unitario

(kg/m3)

Resistencia a la

compresión

(Mpa)

Resistencia a la

compresión

(Psi)

Resistencia a la

flexión (Mpa)

Resistencia a

la flexión

(Psi)

Muestra con NaOH 2345.94 23.48 3404.39 3.43 496.94


Muestra con aserrín sin modificar 2393.69 24.73 3585.32 3.68 533.45

Muestra con Cal 2400.06 35.95 5213.05 4.33 627.97


86

Grafica 8. Relación entre la resistencia a la compresión y el peso unitario del

concreto.

Grafica 9. Relación entre la resistencia a la flexión y el peso unitario del concreto.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

2340,00 2350,00 2360,00 2370,00 2380,00 2390,00 2400,00 2410,00

Res

iste

nci

a (M

pa)

Peso unitario (kg/m3)

Resistencia a la compresion vs. Peso unitario

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

2340,00 2350,00 2360,00 2370,00 2380,00 2390,00 2400,00 2410,00

Res

iste

nci

a (M

pa)

Peso unitario (kg/m3)

Resistencia a la flexión vs. Peso unitario

87

En la gráfica 8 se relaciona la resistencia a la compresión con el peso unitario de cada

muestra y en la gráfica 9 se relaciona la resistencia a la flexión con el peso unitario de

cada muestra. Se puede observar que se presenta una discontinuidad en los valores, ya

que, aunque aumenta el peso unitario, no aumenta la resistencia a la compresión y flexión.

Esto se puede notar para la muestra con aserrín sin modificar donde la densidad aumento

un 1.62% respecto a la muestra con aserrín modificado en agua hirviendo y disminuyo la

resistencia a la compresión un 33.3%.

Además, se puede observar un comportamiento similar en ambas gráficas para la

resistencia a la compresión y resistencia a la flexión de cada muestra.

88

7 CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos por los ensayos realizados a los materiales y al

concreto, se observó la incidencia del aserrín tratado y no tratado en el concreto, al ser

reemplazado en un 5%, en volumen, por arena. Al agregar aserrín modificado con Cal y

Agua hirviendo la resistencia a la compresión y flexión fue superior a los resultados

obtenidos para la muestra patrón y la muestra con aserrín sin modificar, lo cual indica que

los tratamientos en el aserrín generaron un efecto en su composición y textura que ayudo

a mejorar la unión entre este y la matriz del concreto, generando una mayor resistencia

mecánica. Estos resultados coinciden con los obtenidos por la literatura, ya que al aplicar

los tratamientos se mejora la fibra para ser usada en el concreto generando mejores

resultados en la resistencia mecánica.

La modificación con NaOH no genero los mismos efectos, puesto que disminuyo la

resistencia mecánica respecto a la muestra patrón y alcanzando a la edad de 28 días una

resistencia a la compresión igual a la de la muestra patrón y una resistencia a la flexión

menor a la alcanzada por la muestra con aserrín sin modificar. Esto según el ensayo FTIR

pasó por el efecto agresivo o fractura del aserrín que se pudo haber generado después de

la des lignificación y la remoción de la hemicelulosa.

Esta investigación es relevante teniendo en cuenta la poca utilidad del aserrín en la

actualidad y el interés por mejorar las propiedades físicas y mecánicas del concreto

mediante el uso del residuo orgánico aserrín.

Este trabajo de investigación busco estudiar la incidencia de la adición de aserrín

modificado en el concreto y de acuerdo a los resultados se pudo observar que los

tratamientos con cal y agua hirviendo, mejoraron las propiedades del aserrín,

incrementando la resistencia mecánica del concreto. Esto pudo pasar debido a la

eliminación de los ácidos carboxílicos con el agua hirviendo y la buena asimilación que

hubo entre el aserrín modificado con cal (álcali) y la matriz de concreto con componentes

alcalinos.

89

8 RECOMENDACIONES

Para saber que moléculas o compuestos nuevos se originaron en la matriz de concreto ya

sea por el origen de moléculas nuevas o reacciones puzolánicas que se originen

internamente entre el aserrín y la matriz de concreto en estado fresco o en estado

endurecido se recomienda hacer un análisis químico más profundo, ya que para objeto de

esta investigación se limitó a la parte analítica y física.

En el presente estudio existen diferentes variables que no se estudiaron, debido a la

complejidad que esto involucra, así como la limitación del tiempo. Variables y análisis

que se hace necesario realizar para conocer a fondo el comportamiento del concreto con

la incorporación del aserrín, así como de sus posibles utilidades.

Es importante estudiar la durabilidad del aserrín dentro de la matriz del concreto, pues si

bien cuando se le aplican tratamiento al aserrín lo que se busca es que este se mineralice

hasta el punto de comportarse como un roca o mineral (mejorándose las propiedades

mecánicas), no se puede afirmar esta hipótesis hasta que se valide con resultados

experimentales.

Así mismo, se hace necesario realizar estudios de contracción y conductividad térmica,

para conocer si el material es útil como aislante térmico, así como determinar la capacidad

de respuesta ante las cargas aplicadas.

Se deben estudiar diferentes porcentajes de reemplazo de aserrín, para conocer la

incidencia de este en la resistencia mecánica, además de estudiar la dosificación optima

en la que se obtengan los mejores resultados.

El asentamiento obtenido, estuvo entre 3 y 5 centímetros, un valor bajo en cuanto a

trabajabilidad de la mezcla. Lo cual indica que si se busca mayor trabajabilidad se

requiere agregar mayor cantidad de agua, o trabajar con una relación agua/cemento

mayor, disminuyendo así la resistencia a la compresión y flexión, por tanto, se

recomienda el uso de aditivo superplastificante para mejorar la trabajabilidad de la mezcla

para que asi se pueda verter y manejar con mayor facilidad en los moldes cilíndricos y

obtener mayores valores de resistencia mecánica.

90

Los resultados de los ensayos SEM-EDS no llegaron en el tiempo previsto debido a la

pandemia que se extendía en el momento de su realización, denominada COVID-19. Por

lo cual el gobierno colombiano tomo medidas para prevenir el contagio, impidiendo el

acceso a locales comerciales, universidades e instituciones, entre otros; además de

establecer controles rigurosos para transportarse de un lugar a otro. Esto dificulto a la

Universidad de los Andes de Colombia, terminar de realizar los ensayos y enviar los

resultados. (Ver anexo 5).

Finalmente, es relevante estudiar otros tipos de tratamiento o modificaciones al aserrín,

para determinar su utilidad al aplicarlo en este y buscando mejorar las propiedades físicas

del aserrín, para así mejorar las propiedades mecánicas del concreto.

91

9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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95

10 ANEXOS

Tabla 23. Nomenclatura para el análisis FTIR.

RELACION DE MUESTRAS

# MUESTRAS

ANEXO 1 A-sin-M

ANEXO 2 𝑨 − 𝑯𝟐𝑶

ANEXO 3 𝑨 − 𝑪𝒂𝑶

ANEXO 4 A-NaOH

Anexo 1. Espectro Infrarrojo del aserrín sin modificar.

96

Anexo 2. Espectro Infrarrojo del aserrín modificado con agua hirviendo.

Anexo 3. Espectro Infrarrojo del aserrín modificado con Cal.

97

Anexo 4. Espectro Infrarrojo del aserrín modificado con hidróxido de sodio.

Anexo 5. Muestras de concreto con aserrín modificado, para ensayos SEM-EDS.

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