Análisis de las propiedades mecánicas de un concreto convencional adicionando fibra de cáñamo

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(1)ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN CONCRETO CONVENCIONAL ADICIONANDO FIBRA DE CÁÑAMO. LUIS EDUARDO TERREROS ROJAS IVÁN LEONARDO CARVAJAL CORREDOR. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ D.C. 2016.

(2) ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN CONCRETO CONVENCIONAL ADICIONANDO FIBRA DE CÁÑAMO. LUIS EDUARDO TERREROS ROJAS IVÁN LEONARDO CARVAJAL CORREDOR. Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil. Director Esp. MARISOL NEMOCÓN RUIZ Ingeniero Civil. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ D.C. 2016.

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(4) Nota de aceptación. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________. ______________________________________ Director de Investigación Ing. Marisol Nemocón Ruiz. ______________________________________ Firma del Jurado. ______________________________________ Firma del Jurado. Bogotá D.C., junio de 2016 4.

(5) Dedico esta tesis a mis padres, les agradezco todo el apoyo moral y económico recibido durante esta etapa de mi vida que culmina e inicia otra en lo profesional y en lo personal. A mi novia que siempre estuvo en los momentos difíciles, me aconsejó y me dio su apoyo.. 5.

(6) AGRADECIMIENTOS Los autores expresan sus agradecimientos a: A mi madre, padre, hermano y novia que siempre han estado cuando se acaban las energías están ahí dando una nueva fuerza para lograr esta meta. Ing. Marisol Nemocón Ruiz que por su profesionalismo, pasión y formación nos ha guiado y enfocado para poder cumplir con el fin del proyecto. A todos los que incondicionalmente han estado y los que ya no están pero por sus consejos estamos cumpliendo con una meta más.. 6.

(7) CONTENIDO pág. RESÚMEN ............................................................................................................. 13 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 1. ANTECEDENTES .............................................................................................. 15 2. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 16 3. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................. 17 4. OBJETIVOS ....................................................................................................... 18 4.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 18 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 18 5. DELIMITACIÓN ................................................................................................. 19 5.1 DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA....................................................................... 19 5.2 DELIMITACIÓN TEMPORAL ........................................................................... 19 5.3 DELIMITACIÓN TÉCNICA ............................................................................... 19 6. METODOLOGÍA ................................................................................................ 20 7. TECNOLOGÍA DEL CONCRETO ...................................................................... 21 7.1 CEMENTO PÓRTLAND................................................................................... 21 7.1.1 Cemento Pórtland tipo 1. .............................................................................. 21 7.2 AGUA PARA EL CONCRETO ......................................................................... 23 7.2.1 Usos del agua. .............................................................................................. 24 7.2.2 Calidad del agua ........................................................................................... 24 7.3 AGREGADOS .................................................................................................. 25 7.3.1 Clasificación según su procedencia. ............................................................. 25 7.3.2 Clasificación según su tamaño. .................................................................... 25 7.3.3 Clasificación según su densidad ................................................................... 25 7.3.4 Propiedades de los agregados ..................................................................... 26 7.4 PROPIEDADES DEL CONCRETO .................................................................. 28 7.4.1 Propiedades del concreto fresco ................................................................... 28 7.4.2 Propiedades del concreto endurecido. .......................................................... 31 7.5 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE PESO NORMAL ....................... 38 7.5.1 Método de la dosificación de mezclas .......................................................... 38 8. FIBRAS NATURALES ....................................................................................... 40 8.1 FIBRAS DE ORIGEN VEGETAL. .................................................................... 40 8.2 FIBRA DE CÁÑAMO ........................................................................................ 40 8.2.1 Origen. .......................................................................................................... 40 8.2.2 Historia. ......................................................................................................... 40 8.2.3 Países productores. ...................................................................................... 41 8.2.4 Tipos de cáñamo. ......................................................................................... 42 8.2.5 Estructura molecular. .................................................................................... 42 8.2.6 Propiedades. ................................................................................................. 43 8.2.7 Uso de la fibra de cáñamo. ........................................................................... 44 8.2.8 Fibra-concreto. .............................................................................................. 49 9. PROGRAMA EXPERIMENTAL ......................................................................... 51 9.1 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ......................................... 60 7.

(8) 9.1.1 Diseño de mezcla del concreto normal ......................................................... 61 9.1.2 Diseño de mezcla del concreto con fibra de cáñamo. ................................... 62 9.1.3 Determinación de la resistencia a la compresión. ......................................... 63 9.2 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN .................................................. 66 9.2.1 Diseño de mezcla del concreto con fibra de cáñamo .................................... 67 9.2.2 Determinación de la resistencia a la flexión. ................................................. 69 10. ANÁLISIS DE RESULTADOS.......................................................................... 71 10.1. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ............................................................ 71 10.1.1 Concreto normal. ........................................................................................ 72 10.1.2 Concreto con fibra de cáñamo .................................................................... 73 10.2 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN ...................................................................... 75 11. CONCLUSIONES ............................................................................................ 77 12. RECOMENDACIONES .................................................................................... 79 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 80 ANEXOS ................................................................................................................ 83. 8.

(9) LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Resistencia de los componentes principales del cemento. ..................... 22 Figura 2. Calor de hidratación de los componentes principales del cemento. ....... 22 Figura 3. Esquema de la ubicación del agua en la pasta de cemento hidratado. .. 23 Figura 4. Ensayo de asentamiento. ....................................................................... 29 Figura 5. Características del cono de Abrams. ...................................................... 29 Figura 6. Clasificación del concreto según su consistencia. .................................. 30 Figura 7. Resistencia a compresión en función de la relación a/c. ........................ 34 Figura 8. Incremento de los poros capilares en la pasta de cemento hidratada, al aumentar la proporción de agua de mezcla. .......................................................... 34 Figura 9. Relación experimental entre la porosidad y la resistencia a compresión de diversas pastas de cemento. ................................................................................. 35 Figura 10. Secuencia de pasos para la dosificación de mezclas ........................... 39 Figura 11. Mapamundi con los principales productores de cáñamo ...................... 41 Figura 12: Estructura del tetrahidrocannabinol ...................................................... 42 Figura 13. Hempcrete ............................................................................................ 45 Figura 14. Bloque de hempcrete ............................................................................ 45 Figura 15. Bloque de Cannabric ............................................................................ 47 Figura 16. Ficha técnica del Cannabric.................................................................. 48 Figura 17. Cemento CEMEX.................................................................................. 52 Figura 18. Agregado grueso y fino. ........................................................................ 53 Figura 19. Cal hidratada. ....................................................................................... 53 Figura 20. Fibra de cáñamo previamente cortada. ................................................ 54 Figura 21. Fibra de cáñamo más cal hidratada ...................................................... 55 Figura 22. Concreto normal y concreto con fibra de cáñamo ................................ 55 Figura 23. Asentamiento del concreto ................................................................... 56 Figura 24. Preparación de los moldes. .................................................................. 57 Figura 25. Concreto en los moldes ........................................................................ 58 Figura 26. Cilindros de concreto normal ................................................................ 58 Figura 27. Cilindros de concreto con fibra de cáñamo ........................................... 59 Figura 28. Vigas de concreto con fibra de cáñamo ................................................ 59 Figura 29. Ensayo de compresión de concreto ...................................................... 60 Figura 30. Viga en la estructura de soporte. .......................................................... 66 Figura 31. Viga lista para cargar. ........................................................................... 66 Figura 32. Fractura de la viga M2. ......................................................................... 69 Figura 33. Fractura de la viga M1 y M2. ................................................................ 69 Figura 34. Día de rotura frente a la resistencia a la compresión ............................ 71 Figura 35. Falla de los cilindros C1 y C2 ............................................................... 72 Figura 36. Falla de los cilindros C3, C4, C5 Y C6. ................................................. 73 Figura 37.Correlación entre la resistencia a compresión y el módulo de rotura para una resistencia a la compresión de 4000 psi. ........................................................ 75 9.

(10) LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Clasificación del agregado según su tamaño. .......................................... 26 Tabla 2. Concreto según la resistencia .................................................................. 31 Tabla 3. Influencia de las condiciones medioambientales sobre los componentes del concreto. ................................................................................................................ 37 Tabla 4. Especificaciones de los agregados. ......................................................... 51 Tabla 5. Especificaciones del cemento. ................................................................. 52 Tabla 6. Tiempo de curado de los especímenes. .................................................. 60 Tabla 7: Parámetros para el diseño de mezcla. ..................................................... 61 Tabla 8. Dimensiones de los cilindros de concreto normal. ................................... 61 Tabla 9. Diseño de mezcla del concreto normal .................................................... 62 Tabla 10. Dimensiones de los cilindros de concreto con fibra de cáñamo. ............ 62 Tabla 11. Diseño de mezcla del concreto con fibra de cáñamo. ............................ 63 Tabla 12. Parámetros para fallar los cilindros ........................................................ 63 Tabla 13. Carga máxima, cilindros de concreto normal. ........................................ 64 Tabla 14. Resistencia a la compresión, concreto normal. ...................................... 64 Tabla 15. Carga máxima, cilindros de concreto con fibra de cáñamo. ................... 65 Tabla 16. Resistencia a la compresión, concreto con fibra de cáñamo. ................ 65 Tabla 17: Parámetros para el diseño de mezcla. ................................................... 67 Tabla 18. Viga 1. .................................................................................................... 67 Tabla 19. Viga 2. .................................................................................................... 68 Tabla 20. Diseño de mezcla del concreto normal con fibra de cáñamo. ................ 68 Tabla 21.Carga máxima a flexión de las vigas. ..................................................... 69 Tabla 22. Módulo de rotura .................................................................................... 70 Tabla 23. Concreto con fibra de cáñamo. .............................................................. 74 Tabla 24. Vigas de concreto con fibra de cáñamo, módulo de rotura .................... 76. 10.

(11) LISTA DE ANEXOS pág. 1. La agroindustria de la cannabis ofrece grandes oportunidades…………............ 83 2. Biocomposito de cáñamo-cal como material de construcción en Irlanda……… 84. 11.

(12) GLOSARIO CAÑAMO: El cáñamo o cáñamo industrial se produce a partir de la planta de cannabis, pero difiere de la planta utilizada para producir la marihuana. EL cáñamo industrial contiene menos del 1% de THC (el ingrediente activo en la marihuana) y no puede usarse como droga. EL cáñamo es una de las plantas productoras de celulosa de crecimiento más rápido en el mundo. Las semillas del cáñamo, el tallo y la fibra se pueden usar para una gran variedad de productos de uso diario, alimentos y combustible. CONCRETO: El concreto es un material de construcción que se crea mezclando áridos y arena con un agente aglutinante (normalmente cemento) y, si es necesario, con aditivos. Esta mezcla, que se utiliza en los emplazamientos de construcción, puede tomar una gran variedad de formas. Las características de un tipo concreto de hormigón pueden variar notablemente en función de la elección del cemento, de la proporción entre éste y el árido que se utilice, y de la inclusión de aditivos. También repercute en su calidad y apariencia el modo en que se utilice el hormigón y el tratamiento que reciba su superficie. El concreto es una pieza reconstituida a la que, en ocasiones, se denomina "piedra líquida" TRABAJABILIDAD: La trabajabilidad o manejabilidad es la capacidad que el concreto tiene para ser colocado y compactado apropiadamente sin que se produzca segregación alguna, está representado por la facilidad a la compactación, como también el mantenerse como una masa estable, deformarse continuamente sin romperse y fluir o llenar espacios vacíos alrededor de los elementos que absorbe. RESISTECIA: La resistencia es la habilidad para resistir esfuerzos y de ahí que se puede considerar de cuatro maneras: compresión, tracción, flexión y corte. TENACIDAD: La tenacidad es la capacidad del concreto de oponerse a la falla por impacto. DURABILIDAD: La durabilidad es la habilidad para resistir la acción del medio ambiente, los ataques químicos, la abrasión y otras condiciones de servicio, de tal manera que sus características y propiedades se mantengan a lo largo de su vida útil.. 12.

(13) RESÚMEN El presente trabajo de investigación Análisis de las propiedades mecánicas de un Concreto convencional adicionando fibra de Cáñamo, para optar el título de Ingeniero civil de la Universidad Católica de Colombia tiene como fin determinar y analizar las propiedades mecánicas (compresión y flexión) de un concreto convencional adicionando fibra de cáñamo; siguiendo un método experimental fundamentado en la realización de ensayos y pruebas de laboratorio para comparar los concretos en estudio, la idea fundamental es conocer, comprender, evacuar y analizar la viabilidad del concreto con fibra de cáñamo. Para dicha evaluación se elaboraron 12 especímenes cilíndricos, 6 con fibra de cáñamo y 6 normales con el fin de obtener la resistencia a la compresión a los 7 días, 14 días y 28 días, igualmente se elaboraron 2 viguetas adicionando fibra de cáñamo para determinar la resistencia a la flexión a los 28 días; todo siguiendo la norma I.N.V. E sección 400 Concreto Hidráulico. Para la preparación de las matrices cementicias se utilizó cemento Portland Tipo 1 de la empresa CEMEX Colombia agregados finos y gruesos de la empresa Concrescol S.A. del rio Coello agua potable para consumo humano; cal hidratada de proveedor local y cáñamo industrial de proveedor local. Como resultado de los ensayos, se analizó y concluyo que la adherencia entre los materiales y la fibra, generaron una mayor resistencia a la flexión y una resistencia al agrietamiento sin pérdida de material al momento de la rotura; representado una alternativa de desarrollo en el sector de la construcción, como material sostenible Palabras claves: cáñamo, compresión, concreto, flexión, sostenible.. 13.

(14) INTRODUCCIÓN El desarrollo científico e industrial en la creación y producción de materiales provenientes de fibras de cáñamo, una fibra vegetal; se ha dado en el transcurso de los tiempos, pues también ha sido tema de controversia por su constituyente psicoactivo, prohibiendo la comercialización de la fibra en muchos lugares, aunque es sabido que posee unas propiedades físico-químicas-ecológicas que la hacen una fibra única, resistente, duradera y muy versátil, según la empresa Aznarshop, (2016). Las investigadoras Hollen, Saddler y Langford (2004), afirman que históricamente el uso de esta fibra ha tenido gran auge en la industria textil y la fabricación de papel, hoy en día posee gran cantidad de usos gracias a sus propiedades; estas han llevado a indagar, recopilar y analizar información a nivel mundial sobre la viabilidad mecánica en la adición de fibra de cáñamo en un concreto convencional. La información encontrada de investigaciones y estudios relacionados con la fibra de cáñamo como uso constructivo, arrojan interrogantes hacia el campo de aplicación, como también dan un punto de partida para encontrar un uso diferente y funcional a tales fibras, utilizándolas para la creación de un nuevo material enfocado al diseño, construcción y mantenimiento de estructuras que logren cumplir con las normas que rigen actualmente. La investigación se enfoca en estudios preliminares basada en referencias bibliográficas y avances científicos referentes al tema; como también una parte experimental sobre las propiedades mecánicas (compresión y flexión) de un concreto convencional adicionando la fibra de cáñamo.. 14.

(15) 1. ANTECEDENTES Según Prieto (2016), en su artículo informa que los usos de la fibra de cáñamo se vieron relegados a raíz de una confusa política de prohibición de la marihuana en muchos países a nivel mundial, que afectó directamente a la fibra de cáñamo industrial, pues la producción fue disminuyendo dramáticamente. Gracias a este acontecimiento la fibra dejo de tener cabida en la industria textil y de papel, reemplaza por otras fibras naturales y sintéticas. Hoy en día el cáñamo es utilizado para la fabricación de ropa, alimentos, cosméticos y en la industria de la construcción en un porcentaje muy reducido pues para conseguir cáñamo y trabajarlo ampliamente en necesario importarlo de países productores. La empresa Aznarshop (2016), en sus estudios ha demostrado que es la fibra vegetal más resistente, larga, suave o espera dependiendo de su uso. Según Daly, Ronchetti y Woolley (2013) en su artículo informa que los países donde se ha estudiado el cáñamo para uso constructivo, con proyectos de demostración significativos principalmente han sido Francia, reino unido y España. En el área de la construcción según Ecohouses (2016) se utiliza como material de aislación térmica y sonora, armaduras de hormigón, fabricación de ladrillos y bloques de cáñamo, pues posee excelentes propiedades térmicas, permeabilidad al vapor, bajo impacto ambiental y secuestro de carbono, esto permite que la fibra sea un material versátil. Según Pampillon (2009), en su artículo informa que el uso de la fibra en la construcción se especializa en la creación y producción de ladrillos a base de cáñamo combinado con otros materiales como la cal, así mismo paneles con aislación térmica y acústica; sogas de seguridad y aglomerado para trabar a compresión. En el libro materiales de construcción apropiados de Stulz (1993), informa la viabilidad en la adición de fibra en un concreto, pues es muy importante tener claro el tipo de fibra, el porcentaje que se va a adicionar, la longitud que se debe tener cada fibra y las condiciones para un adecuado aglutinamiento; pues la resistencia y durabilidad de un concreto con fibra dependerá de lo anteriormente dicho. Los estudios encontrados tales como el de Daly (2013), Ronchetti (2013), Woolley (2013), Pampillon (2009) y Stulz (1993) e igualmente artículos de las empresas Hempcrete (2016), Cannabric (2016), Argos (2016) y Sika (2016); como todas las fuentes de información, han permitido parametrizar la investigación y dar un enfoque claro para determinar y analizar las propiedades mecánicas (compresión y flexión) de un concreto convencional adicionando fibra de cáñamo en condiciones normales y compararlo con un concreto convencional en las mismas condiciones.. 15.

(16) 2. JUSTIFICACIÓN La legalización del cannabis se da discutido en la mayoría de países a nivel mundial, entre los que se encuentra Colombia, pues el congreso en los últimos años ha puesto en la mesa de discusión la propuesta, estando unos en contra y otros a favor uno de los tantos debates que ha tenido el congreso de la república ha sido el del senador Roy Barreras Montealegre quien fue encargado del tema para la discusión en el mes de Julio del 2015, informe realizado por el periódico El Espectador. El lograr legalizar el cannabis en el país trae con si problemas y beneficios sociales y económicos, como también un alza en la producción favoreciendo a las industrias textiles, de papel, construcción, etc. El propósito de la investigación es generar un avance científico en la utilización de fibra de cáñamo en la construcción, como material no estructural, pues determinando la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión, se analizan dos propiedades mecánicas que dan una idea al comportamiento en general, mas no es suficiente para afirmar que el nuevo material cumple con la Norma sismo resistente (NSR 2010).. 16.

(17) 3. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA La necesidad de buscar un nuevo material para la construcción en Colombia ha permitido estudiar, indagar e investigar la fibra de cáñamo, según Stulz (1993) para lograr minimizar el impacto ambiental y los costos de producción del concreto, con mejores propiedades que las de un concreto normal. Las investigaciones y estudios que se han llevado a cabo con la fibra de cáñamo, ha generado gran curiosidad dentro de los investigadores, generando estudios que permitan determinar la viabilidad de un concreto normal adicionando fibra de cáñamo, determinando su resistencia a la compresión y su resistencia a la flexión. Dentro de este contexto esta investigación se centra en ensayos experimentales establecidos por la Norma I.N.V. E sección 400 – concreto hidráulico y referencias bibliográficas, comparando un concreto convencional con el concreto en estudio, dando solución a una pregunta clave ¿Qué tan viable es utilizar fibra de cáñamo en un concreto convencional?. 17.

(18) 4. OBJETIVOS 4.1 OBJETIVO GENERAL Determinar y analizar las propiedades mecánicas (compresión y flexión) de un concreto convencional adicionando fibra de cáñamo en condiciones normales. 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS     . Establecer las condiciones en que se va a trabajar la fibra adicionándola al concreto. Diseñar y elaborar un diseño de mezcla para un concreto normal con una resistencia a la compresión de 4000 psi. Diseñar y elaborar un diseño de mezcla para un concreto adicionando fibra de cáñamo al 1% del peso total de concreto, basado en un concreto normal con una resistencia a la compresión de 4000 psi. Someter las muestras en condiciones adecuadas a ensayos de compresión y flexión. Comparar y evaluar el concreto en estudio con un concreto convencional.. 18.

(19) 5. DELIMITACIÓN 5.1 DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA El área de estudio del presente proyecto se enmarca en la ciudad de Bogotá D.C, el material utilizado se compró en empresa Concrescol S.A para los agregados y el cemento se compró en la empresa fabricante CEMEX Colombia S.A. 5.2 DELIMITACIÓN TEMPORAL Este proyecto fue realizado en aproximadamente 7 meses, incluyendo el tiempo empleado para la creación del anteproyecto; empezando a comienzos del mes de Octubre del 2015 y terminando a finales de mayo del 2016. En la investigación se tomaron aquellos datos más relevantes que permitieron formar un documento compacto con la información más útil y conveniente. 5.3 DELIMITACIÓN TÉCNICA Las limitaciones técnicas estuvieron directamente vinculadas al área de estudio, en este caso la ciudad de Bogotá D.C., dado que ningún medio es igual a otro, entonces los procedimientos, técnicas, disponibilidad de recursos y herramientas para llevar a cabo los objetivos o metas trazadas del proyecto cambian para cada sitio. De esta manera se trabajó con especificaciones técnicas y parámetros que se tratan de aplicar al estudio local, las cuales dependen de:   . La disponibilidad de los materiales de construcción Las condiciones climáticas que varían según temperatura, humedad, presión y vientos. La tecnología y mano de obra competente para llevar a cabo el estudio.. 19.

(20) 6. METODOLOGÍA El proyecto de investigación consta de unos análisis de datos, estudios e investigaciones; posteriormente un estudio experimental para comparar las propiedades mecánicas de un concreto normal con un concreto adicionando fibra de cáñamo. En los estudios experimentales se van a analizar varios aspectos tales como: la trabajabilidad o manejabilidad de la mezcla de concreto mediante la relación aguacemento(A/C), la resistencia a compresión adquirida en los días 7, 14 y 28 días de un concreto normal y un concreto con las mismas características que el normal pero adicionando fibra de cáñamo y a los 28 días la resistencia a la flexión del concreto con fibra de cáñamo, observando en todos los casos, el esfuerzo a la rotura, los tipos de fallas de las muestras en estudio y las diferentes eventualidades. El trabajo comenzó con una indagación sobre los antecedentes, estudios e investigaciones referentes al tema, enseguida una búsqueda de información de los materiales a utilizar y un diseño de mezcla tanto del concreto convencional como del concreto adicionando fibra de cáñamo; una vez se realizaron los ensayos experimentales propuestos, se compararon y evaluaron los resultados obtenidos.. 20.

(21) 7. TECNOLOGÍA DEL CONCRETO Según la asociación colombiana de productos de concreto ASOCRETO y Niño (2010), el concreto puede ser definido como la mezcla de un material aglutinante (normalmente cemento Portland Hidráulico), unos materiales de relleno (agregados) y agua que al endurecer forma un sólido compacto y adquiere propiedades de carácter mecánico, físico y químico; así mismo se ha convertido en un material de construcción más ampliamente utilizado a nivel mundial, usado como elemento estructural y no estructural. Dentro de los elementos que componen un concreto existe una por una pasta o pegante la cual es la mezcla de cemento, agua, aire (naturalmente atrapado o intencionalmente incorporado). 7.1 CEMENTO PÓRTLAND Según Niño (2010), el cemento Portland es la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que contienen sílice, alúmina u óxidos de hierro, procesados a altas temperaturas y mezclados con yeso. Llamado así por la similitud con una piedra que abunda en Portland, Inglaterra. Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia del agua, presentándose un proceso de reacción química que se conoce como hidratación. Hoy en día se fabrican diversos tipos de cemento para satisfacer diferentes necesidades y para cumplir con propósitos específicos, los cuales son el Pórtland tipo 1 (Normal), Pórtland tipo 2 (De resistencia moderada a los sulfatos), Pórtland tipo 3 (De alta resistencia inicial), Pórtland tipo 4 (De bajo calor de hidratación), Pórtland tipo 5 (De resistencia elevada a los sulfatos), Pórtland blanco (color blanco normalmente tipo 1 o 3) y Pórtland con incorporadores de aire. 7.1.1 Cemento Pórtland tipo 1. Este cemento es utilizado para obras de concreto que no estén sujetas al contacto de factores agresivos, como el ataque de sulfatos existentes en el suelo o el agua, o a concretos que tengan un aumento cuestionable de la temperatura debido al calor generado durante la hidratación; entre sus usos se incluyen: pavimentos, pisos, edificios de concreto reforzado, puentes, estructuras para vías férreas, tanques y depósitos, tubería, mampostería y otros productos de concreto reforzado (Sánchez, 1996; Niño, 2010) 7.1.1.1 Propiedades químicas. Asocreto en sus investigaciones y publicaciones, afirma que el cemento es un compuesto que posee elementos tales como silicato tricalcico (C3S), silicato didálcico (C2S), aluminato tricalcico (C3A) y ferroaluminato tetracálcico (C4Af). Estas composiciones revelan valiosa información, en cuanto a las propiedades del cemento, como se observa en la figura 1, que muestra la resistencia a la compresión y en la figura 2, el calor de hidratación. 21.

(22) Figura 1. Resistencia de los componentes principales del cemento.. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. Tercera edición. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. Figura 2. Calor de hidratación de los componentes principales del cemento.. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. Tercera edición. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. 22.

(23) El cemento es un compuesto que reacciona químicamente con el agua, esto lo hace ser un agente de enlace, durante el proceso de hidratación se efectúan reacciones químicas exotérmicas, es decir, reacciones que liberan calor, haciendo que los concretos aumenten su temperatura al fraguar y endurecer. 7.1.1.2 Propiedades físicas y mecánicas. Según Sánchez (1996), las propiedades más importantes del cemento son la densidad, finura, consistencia, tempo de fraguado, expansión, fluidez, resistencia a la compresión y resistencia a la flexión. 7.2 AGUA PARA EL CONCRETO Es un ingrediente fundamental en la elaboración de concreto debido a que desempeña una función importante en estado fresco y endurecido. Generalmente se hace referencia a su papel en cuanto a la cantidad para proveer una relación agua/cemento acorde con las necesidades de trabajabilidad y resistencia. En cuanto a la adición durante el curado del concreto, no solamente su cantidad es importante, sino también su calidad química y física. El agua en el concreto reacciona químicamente con el cemento para pasar a formar parte de la fase sólida del gel, de la misma manera hay una cantidad que se evapora pero no se encuentra libre en su totalidad como se observa en la figura 3. Figura 3. Esquema de la ubicación del agua en la pasta de cemento hidratado.. Fuente: SÁNCHEZ DE GUZMAN. Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 3 ed. Bogotá D.C: bhandar editores Ltda. 1996. 349p.. 23.

(24) Así mismo existe agua libre que se encuentra afuera de la influencia de las fuerzas de superficie de tal modo que tiene completa movilidad y puede evaporarse con facilidad (Sánchez 1996). 7.2.1 Usos del agua. Dentro de los usos se encuentran: . Agua de lavado de agregados. Es la que se utiliza en el proceso de la trituración, para retirar sus impurezas y exceso de finos presente. Debe ser lo suficiente limpia como para no introducir contaminación a los materiales que se procesan, como puede ser exceso de partículas en suspensión, especialmente materia orgánica que posteriormente afectan- la calidad del concreto producido con estos.. . Agua de mezclado o amasado. Se adiciona junto con los agregados y el cemento. Dependiendo de la cantidad de agua adicionada la fluidez de la pasta será mayor o menor, y al endurecerse una cantidad del agua quedara fija como parte de la estructura y otra permanecerá como agua libre. Si la medida de agua de mezclado aumenta, la parte fija es la misma pero aumenta la cantidad de agua libre, con los cual se aumenta su porosidad, debido a que con el tiempo el agua libre se evapora dejando unos pequeños conductos en el interior del concreto endurecido. Con este aumento se disminuye la resistencia y el concreto se hace más permeable, de ahí la importancia del control de cantidad del agua utilizada.. . Agua de curado. Una vez el concreto ha fraguado, es necesario el suministro de agua para garantizar la completa hidratación, esta agua adicionada depende de la temperatura y humedad del ambiente donde se encuentre el concreto, ya que a menor humedad relativa, la evaporación es mayor. El objetivo del curado es mantener el concreto saturado. Según Bernal (2016), las sustancias presentes en el agua para el curado puede producir manchas en el concreto y atacarlo causando su deterioro, dependiendo del tipo de sustancias presentes. Las causas más frecuentes de manchas son: El hierro o la materia orgánica disuelta en el agua.. 7.2.2 Calidad del agua. Las exigencias de calidad, varían en algunos países en función de las características propias del cemento, pero en general existe uniformidad de criterios fruto de los resultados de investigaciones desarrolladas en U.S.A., España, Inglaterra, etc. Existe la creencia que si el agua es apta para beber, es óptima para hacer concreto, sin embargo, esto no es del todo cierto, pues algunos acueductos o plantas de tratamiento de agua, utilizan o adicionan para el consumo sustancias que pueden interferir con el fraguado del cemento, o pueden promover la corrosión del refuerzo o manchar el concreto, tales como, sulfatos de aluminio, cloro sabores artificiales, 24.

(25) flúor, azucares, etc. Así mismo, un agua apta para mezclar o curar concretos puede no ser necesariamente buena para tomar. Cuando el agua para una obra proviene de un pozo, es necesario analizarla para comprobar que el pH no varía a través del tiempo, las impurezas pueden interferir con el fraguado del cemento, afectar la resistencia del concreto o causar manchas en su superficie y provocar además la corrosión de los aceros de refuerzo. 7.3 AGREGADOS Los agregados son el mayor constituyente del concreto, generalmente componen más del setenta por ciento (70%) del material en un metro cubico de concreto y son los que hacen que este sea un material económico de construcción (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010). En combinación con esta proporcionan resistencia mecánica, al concreto en estado endurecido y controlan los cambios volumétricos que normalmente tienen lugar durante el fraguado del cemento. Según Niño (2010), la calidad de los agregados está determinada por el origen, por su distribución granulométrica, densidad, forma y superficie. Se han clasificado en agregado grueso y agregado fino, fijando un valor en tamaño de 4,76 mm a 0,075 mm para el fino o arena y de 4,76 mm en adelante para el grueso. Frecuentemente, la fracción de agregado grueso es subdividida dentro de rangos, tales como, 4,76 mm a 19 mm para la gravilla y de 19 mm a 51 mm para la grava. 7.3.1 Clasificación según su procedencia. Pueden ser naturales o artificiales. Los agregados naturales se obtienen de arrastres fluviales, glaciares y de canteras de diversas rocas y los agregados artificiales son los que se obtienen a partir de procesos industriales, tales como, arcillas expandidas, escorias de alto horno, Clinker, entre otros (Sánchez, 1993; Niño, 2010). 7.3.2 Clasificación según su tamaño. La forma más empleada para clasificar los agregados naturales es según su tamaño (tabla 1.), el cual varía desde fracciones de milímetros hasta varios centímetros en sección transversal. Esta distribución del tamaño de las partículas es lo que se le conoce con el nombre de granulometría. 7.3.3 Clasificación según su densidad. Según Sánchez (1996), esta depende de la cantidad de masa por unidad de volumen y del volumen de los poros, ya se trate de agregados naturales o artificiales. Esta distinción se hace porque afecta la densidad del concreto (ligero, normal o pesado) que se desea producir.. 25.

(26) Tabla 1. Clasificación del agregado según su tamaño. Tamaño de las partículas en mm (Tamiz). Denominación corriente. <0,002. Arcilla. Clasificación. Clasificación como agregado para concreto. Fracción muy fina. No recomendable. 0,002 - 0,074 Limo (No.200) 0,075 - 4,76 Arena Agregado fino (No.200)-(No.4) 4,76 - 19,1 Gravilla (No.4)-(3/4”) Material apto 19,1 - 50,8 Grava para producir (3/4”)-(2”) concreto Agregado grueso 50,8 - 152,4 Piedra (2”)-(6”) > 152,4 Rajón (6”) Piedra bola Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. Tercera edición. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. 7.3.4 Propiedades de los agregados. Estas propiedades dependen principalmente de su naturaleza y se pueden conocer por medio de ensayos en el laboratorio, pues es importante conocer sus características para la selección del material, para esto se debe tener en cuenta el carácter de trabajo o a que va ir destinado el material, condiciones climáticas, factores como dureza, forma de partículas y granulometría; y economía. 7.3.4.1 Granulometría. Es la distribución de los tamaños de las partículas que forman una masa de agregados y se determina mediante el análisis granulométrico. Según Niño (2010), para obtener un buen concreto, es necesario que la mezcla de arena y grava logre una granulometría que proporcione masa unitaria máxima, puesto que con esta condición el volumen de los espacios entre partículas es mínimo y por consiguiente la cantidad de pasta necesaria para pegarlas y para llenar los espacios entre ellas será mínimo, lo cual dará lugar a una mezcla de mejores condiciones técnicas y además, económicas. El análisis granulométrico consiste en hacer pasar los agregados través de una serie de tamices, que tienen aberturas cuadradas y cuyas características se ajustar a unos parámetros establecidos normativamente. 26.

(27) 7.3.4.2 Forma de las partículas. La forma del agregado depende mucho del tipo de roca que lo origino y del sistema de trituración. La forma juega un papel muy importante en la fabricación del concreto, debido a que la aptitud de compactación de la mezcla no solo depende de la granulometría del agregado sino también del grado de acomodamiento de las partículas, Niño (2010), afirma que la clasificación de las partículas pueden ser redondeadas, irregulares, angulares, escamosas, elongadas y escamosa-elongada. 7.3.4.3 Textura. Influye en la adherencia entre los agregados y la pasta de cemento fraguado, así como también, por su efecto sobre las propiedades del concreto tales como, densidad, resistencia a la compresión y a la flexión, cantidad requerida de agua, etc. Niño (2010), afirma que la textura de la partícula puede ser vítrea, lisa, granular, áspera, cristalina y apanalada. 7.3.4.4 Densidad. Esta depende directamente de la rosa original de donde proviene y está definida como la relación entre la masa y el volumen de una masa determinada. 7.3.4.5 Porosidad. Se establece por medio del ensayo indirecto de la absorción de agua, entre más poroso, menos resistencia mecánica tiene. 7.3.4.6 Propiedades mecánicas. Las propiedades que estudian para la elección de un agregado son la dureza, resistencia, tenacidad y adherencia. . Dureza. Depende de la constitución mineralógica, la estructura y la procedencia del agregado, esta propiedad se obtiene por medio de un ensayo denominado desgaste en la máquina de los ángeles.. . Resistencia. La resistencia del concreto depende en gran parte de la resistencia del agregado, es por esto que se busca un agregado que en su proceso de explotación y trituración haya sido adecuada, cumpliendo con la norma BS-812.. . Tenacidad. Siendo la resistencia a la falla por impacto, esta depende netamente de la roca de origen.. . Adherencia. La interacción que existe en la zona de contacto del agregadopasta, la cual es producida por fuerzas de origen físico-químico, ayuda a la resistencia del concreto, pues a mayor adherencia mayor va a hacer los esfuerzos que puede resistir el concreto.. 27.

(28) 7.4 PROPIEDADES DEL CONCRETO Según Sánchez (1996),el concreto posee diferentes propiedades durante el proceso de cambio, este se va manifestando cuando hay disminución gradual de la fluidez y manejabilidad, existen tres etapas fundamentales y esenciales; en la primera en donde el concreto es un material blando y maleable, la segunda etapa es el tiempo de fraguado o endurecimiento del concreto, en este se evidencia el incremento progresivo de la rigidez y la tercera etapa corresponde al endurecimiento que lo conduce a la adquisición de propiedades mecánicas y de otra índole, cuyo desarrollo suele representarse mediante la evolución de la resistencia a compresión. 7.4.1 Propiedades del concreto fresco. Según Niño (2010), las propiedades en estado fresco del concreto deben permitir que se llene adecuadamente las formaletas, así como también obtener una masa homogénea sin grandes burbujas de aire o agua atrapada. 7.4.1.1 Trabajabilidad o manejabilidad. La capacidad que el concreto tiene para ser colocado y compactado apropiadamente sin que se produzca segregación alguna, está representado por la facilidad a la compactación, como también el mantenerse como una masa estable, deformarse continuamente sin romperse y fluir o llenar espacios vacíos alrededor de los elementos que absorbe. Dentro de los factores que influyen en la manejabilidad del concreto está el contenido de agua de mezclado, el contenido de aire, propiedades de los agregados, relación pasta/agregado y las condiciones climáticas. Igualmente con respecto a la trabajabilidad entre más tiempo pase después del mezclado más difícil va a hacer trabajarlo, este tiempo en que se puede trabajar el concreto depende de la riqueza de la mezcla, el tipo de cemento, la temperatura del concreto y la manejabilidad inicial, así mismo también depende de las condiciones de humedad del agregado. . Ensayo de asentamiento. Es una medida de la consistencia del concreto (Figura 4), que se refiere al grado de fluidez de la mezcla, esto indica que tan seca o fluida está cuando se encuentra en estado plástico, según Niño (2010), no constituye por sí misma una medida directa de trabajabilidad, cohesividad, facilidad de colocación y terminación. Se realiza por medio del cono de Abrams (Figura 5) y el método de ensayo que esta descrito en la Norma I.N.V. E-404-13 (Figura 6).. 28.

(29) Figura 4. Ensayo de asentamiento.. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. Figura 5. Características del cono de Abrams.. Fuente: CONTRUMATICA. Cono de Abrams [en línea]. [Citado 25 de abril, 2016]. Disponible en Internet <URL:http://www.construmatica.com/construpedia/Cono_de_Abrams>. 29.

(30) Figura 6. Clasificación del concreto según su consistencia.. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. 7.4.1.2 Segregación. La tendencia de separación de los materiales que constituyen el concreto puede presentarse por una mezcla demasiada seca y por una mezcla muy húmeda. 7.4.1.3 Exudación o sangrado. El agua de mezclado tiende a elevarse a la superficie de una mezcla de concreto recién colocado, esto obedece a que los constituyentes solidos de la mezcla no pueden retener toda el agua cuando se asientan durante el proceso de fraguado. 7.4.1.4 Masa unitaria. Esta depende del tamaño máximo, granulometría y densidad de los agregados, así como también de la cantidad de aire atrapado y el contenido de agua y cemento 7.4.1.5 Contenido de aire. Está presente en todos los tipos de concreto, localizados en los poros no saturables de los agregados y formando burbujas entre los componentes del concreto, pues es atrapado durante el mezclado. 7.4.1.6 Contenido de agua. El principal factor que afecta la manejabilidad es el contenido de agua de la mezcla, el cual se expresa en kilogramo o litro.. 30.

(31) 7.4.2 Propiedades del concreto endurecido. Un concreto en estado endurecido las propiedades mecánicas son las principales exigencias para un adecuado funcionamiento de un concreto (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010), aunque no solo la capacidad mecánica para soportar esfuerzos hace a un concreto adecuado para la construcción, sino que además se debe generar una composición idónea, que lo haga apto para resistir con éxito durante toda la vida útil las acciones detrimentales inherentes a las condiciones en que opera la estructura, que pueden generar deterioro prematuro del concreto. Es sin embargo pertinente hacer notar que el uso de la resistencia mecánica del concreto como índice general de su aptitud para prestar un buen servicio permanentemente, no siempre es acertado porque hay ocasiones en que puede ser más importantes otras características y propiedades del concreto, de acuerdo con las condiciones específicas en que opera la estructura. Inclusive se ha dicho que la costumbre de especificar y aceptar la calidad del concreto con base solamente en la resistencia mecánica, es una de las causas que suelen originar problemas de durabilidad en las estructuras debido a que una resistencia suficiente no siempre es garantía de una duración adecuada del concreto en servicio.1. 7.4.2.1 Resistencia a la compresión. Según Sánchez (1996) la gran mayoría de estructuras de concreto son diseñadas bajo la suposición de que este resiste únicamente esfuerzos de compresión, por consiguiente, para propósitos de diseño estructural, la resistencia a la compresión es el criterio de calidad (tabla2), y de allí que los esfuerzos de trabajo estén prescritos por los códigos en términos de porcentajes de la resistencia a la compresión. Tabla 2. Concreto según la resistencia Concreto. Resistencia (MPa). Concreto normal. ≤ 42. Concreto de alta resistencia. > 42 y ≤ 100. Concreto de ultra alta resistencia. > 100 MPa. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. 7.4.2.2 Resistencia a la tracción. Por su naturaleza, el concreto es bastante débil a esfuerzos de tracción, esta propiedad conduce generalmente a que no se tenga en cuenta en el diseño de estructuras normales. La tracción tiene que ver con el 1INSTITUTO. DE INGENIERIA UNAM. Manual de tecnología del concreto Sección 3. México, D.F: Limusa noriega editores. 1994. 382p.. 31.

(32) agrietamiento del concreto, a causa de la contracción inducida por el fraguado o por los cambios de la temperatura, ya que estos factores generan esfuerzos internos de tracción (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010). 7.4.2.3 Resistencia a la flexión. Los elementos sometidos a flexión tienen una zona sometida a compresión y otra región en que predominan los esfuerzos de tracción. Este factor es importante en estructuras de concreto simple, como las losas de pavimentos (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010). 7.4.2.4 Resistencia a cortante. La resistencia del concreto a esfuerzos cortantes es baja, sin embargo, generalmente es tenida en cuenta por los códigos de diseño estructural. Este tipo de esfuerzos es importante en el diseño de vigas y zapatas, en donde se presentan en valores superiores a la resistencia del concreto (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010). 7.4.2.5 Determinantes de la resistencia. Según Enrique Rivva (2000), los determinantes de la resistencia de un concreto en condiciones normales son: o La marca, tipo, antigüedad, superficie específica y composición química del cemento. o La calidad del agua. o La dureza, resistencia, perfil, textura superficial, porosidad, limpieza, granulometría, tamaño máximo y superficie del agregado. o La resistencia de la pasta. o La relación a/c (agua-cemento). o La relación material cementante-agregado. o La relación del agregado fino al agregado grueso. o La relación de la pasta a la superficie especifica del agregado. o La resistencia por adherencia pasta-agregado. o La porosidad de la pasta. o La relación gel-espacio. o El fraguado o El curado o La edad del concreto o Las condiciones del proceso de puesta en obra . Resistencia de los Agregados. Para una resistencia adecuada del concreto los agregados deben cumplir requisitos de calidad y unas características tales como:. o Textura y forma. Las partículas de agregado con textura rugosa o de forma angular forman concretos más resistentes que otras redondeadas o lisas, debido a que hay mayor trabazón entre los granos gruesos y el mortero.. 32.

(33) o Granulometría. Una masa de agregados cuya granulometría sea continúa, permite elaborar mezclas de alta capacidad, mucho más densas y por lo tanto se consiguen mayores resistencias. o Resistencia. Este factor y la rigidez propia de los granos de agregado influyen en la resistencia del concreto. o Influencia del tamaño máximo. Para un concreto normal, existe un rango amplio en los tamaños máximos que pueden usar para una misma resistencia, esencialmente con igual contenido de cemento. Únicamente se requiere de mayor cantidad de cemento si se utilizan agregados de tamaños pequeños. La adherencia entre la pasta de concreto y los agregados se debe a que durante el proceso de fraguado y endurecimiento, se genera una superficie de cohesión producida por la trabazón entre los agregados y la pasta. La interacción entre los dos elementos, además de variar con el tiempo, algunas veces lo hace también con la composición mineral de los materiales, es cuya acción se presentan fenómenos tanto físicos como químicos. La zona de contacto, llamada interface “agregado-matriz”, es la fase más importante del concreto que establece el enlace crítico y normalmente se constituye en el elemento más débil de la masa endurecida.2. . Relación Agua-Cemento. Es la cantidad de agua en masa, sin incluir el agua adsorbida por los agregados, sobre la cantidad de cemento en masa (Sánchez, 1996; Rivva, 2000; Niño 2010). A menor agua en relación al cemento, mayor su resistencia a la compresión, menor fluidez o trabajabilidad y mayor durabilidad y a mayor agua en relación al cemento es menor su resistencia a la compresión, mayor fluidez o trabajabilidad y menor durabilidad, como se muestra en la figura 7, en donde se observa que, para una relación a/c menor, mayor es la resistencia pero también depende de la forma de compactación. Al ser menor la cantidad de agua con relación al cemento posee menor cantidad de poros y vasos capilares que se forman durante su evaporación, como se muestra en la figura 8, de la misma forma al tener menor porcentaje de porosidad mayor es la resistencia a compresión, como se indica en la figura 9.. 2NIÑO. HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p.. 33.

(34) Figura 7. Resistencia a compresión en función de la relación a/c.. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. Figura 8. Incremento de los poros capilares en la pasta de cemento hidratada, al aumentar la proporción de agua de mezcla.. Fuente: INSTITUTO DE INGENIERIA UNAM. Manual de tecnología del concreto Sección 3. México, D.F: Limusa noriega editores. 1994. 382p.. 34.

(35) Figura 9. Relación experimental entre la porosidad y la resistencia a compresión de diversas pastas de cemento.. Fuente: INSTITUTO DE INGENIERIA UNAM. Manual de tecnología del concreto Sección 3. México, D.F: Limusa noriega editores. 1994. 382p. Según (Sánchez, 1996; Niño 2010), esta propiedad fue demostrada por Duff Abrams en el año de 1918, señalando que para un concreto perfectamente compactado, empleando materiales con las mismas características y condiciones de ensayo, la resistencia, a una edad dada, es inversamente proporcional a la relación agua/cemento. 𝑅=. 𝐴 𝑎. 𝐵𝑐.  R = resistencia a la compresión  A, B = Constantes empíricas para unas determinadas condiciones  a/c = relación agua/cemento en masa . Contenido y tipo de cemento. El contenido del cemento es el valor más importante a tener en cuenta, pues se debe estudiar con detenimiento la cantidad, a medida que esta aumenta se consiguen mayores resistencia, esta afirmación se debe aplicar con precaución, porque es válida hasta un límite a partir del cual, la cantidad de cemento por encima de este no se hidrata totalmente y por tanto pasa a formar parte del concreto como un material inerte de relleno, afirmación que realiza Niño (2010).. . Fraguado del concreto. Según Niño (2010), las condiciones de tiempo y temperatura durante el proceso de fraguado son factores que afectan la resistencia del concreto. En climas fríos, el proceso de hidratación del cemento es más lento debido a que el medio ambiente le “roba” parte del calo de 35.

(36) hidratación con el subsiguiente retardo del tiempo de fraguado y, por tanto, la adquisición de resistencia tarda. Por el contrario, cuando la temperatura es elevada, se aumenta la resistencia a muy temprana edad, pero se disminuye aproximadamente después de los 7 días. La razón de este fenómeno, ocurre porque una rápida hidratación inicial de los granos de cemento es superficial y parece formar pasta con una estructura física más pobre u posiblemente más porosa. . Curado del concreto. Según Sánchez (1996), es el conjunto de condiciones necesarias para que la hidratación de la pasta evolucione sin interrupción hasta que todo el cemento se hidrate y el concreto alcance sus propiedades potenciales, siendo recomendable que el tiempo de curado sea de por lo menos 7 días a una temperatura mínima de 10 °C y máxima de 32 °C La resistencia del concreto que no se cura, es inferior al que recibe este curado, esto ocurre porque al no proporcionar las condiciones adecuadas durante las primeras edades, la hidratación del cemento es incompleta. Según la empresa Sika (2016), los métodos para garantizar un contenido satisfactorio de humedad y temperatura son:. o o o o o o. Por inmersión. Mediante el empleo de rociadores aspersores. Empleo de tejidos de fique o de otros materiales absorbentes. Con arena, tierra o aserrín. Materiales sellantes como plásticos o papel impermeable. Compuestos de curado. La elección del procedimiento depende de la forma del elemento, las condiciones climáticas que prevalezcan y los factores económicos.. . Edad del concreto. En las investigaciones realizadas por Asocreto, para concretos convencionales se especifica que puede alcanzar la resistencia de diseño a los 28 días. La explicación es que después de dicho tiempo el aumento de resistencia es muy poco. Sin embargo, para concretos de alta resistencia se especifica a los 56 o 90 días, porque el aumento después de los 28 días es considerable.0. 7.4.2.3 Durabilidad del concreto. Según Niño (2010) y de acuerdo con el comité 116 del ACl, esta característica es la habilidad para resistir la acción del medio ambiente, los ataques químicos, la abrasión y otras condiciones de servicio, de tal manera que sus características y propiedades se mantengan a lo largo de su vida útil.. 36.

(37) Las condiciones a las que está expuesto un concreto pueden ser de origen químico, físico o biológico, los cuales pueden afectar la durabilidad del concreto . Ataques químicos. Debido a ácidos, sulfatos, reacción álcali-agregado y carbonatación del elemento.. . Ataques físicos. Debido a congelamiento-deshielo, humedecimiento y secado, abrasión y fuegos. . Ataques biológicos. Debido a la vegetación, microorganismos y agentes derivados de la descomposición orgánica.. Tabla 3. Influencia de las condiciones medioambientales sobre los componentes del concreto. Fuente Componente más afectado en orden de importancia Ataque químico 1. Ataque por ácidos 1. Pasta 2. Ataque por sulfatos 2. Pasta 3. Reacción álcali – 3. Agregado agregado 4. Carbonatación del 4. Pasta cemento Ataque físico 1. Congelamiento – deshielo 1. Pasta, agregados 2. Humedecimiento – secado 2. Pasta 3. Cambios de temperatura 3. Pasta, agregados 4. Abrasión 4. Pasta, agregados 5. Fuego 5. pasta Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. . Permeabilidad. Según Sánchez (1996), es la capacidad de permitir el paso de un fluido (líquido o gas) a través del concreto depende de la porosidad de la pasta y de los agregados, del grado de compactación y de los capilares producidos por el agua de exudación, siendo afectado por la diferencia de presiones entre un lado y otro del elemento, el espesor del material, la naturaleza del fluido y el tiempo durante el cual se presentan dichas condiciones.. 7.4.2.4 Cambios de volumen. El concreto al ser un material no estable volumétricamente siendo la principal causa de agrietamiento en las estructuras de concreto, presenta cambios físicos, mecánicos y químicos. Los químicos se producen como consecuencia de reacciones detrimentales que se generan interna 37.

(38) y/o externamente, cuyas manifestaciones ordinarias son expansiones locales que tienden a destruir el concreto, debido a ello, no se les considera como parte del comportamiento natural del concreto; los cambios de volumen de origen físico por agentes fenomenológicos se presentan por cambios de temperatura (contracción y dilatación) y por perdida de agua en el proceso de fraguado (contracción por secado); Los cambios de volumen de origen físico por carácter mecánico son debidos al aumento de deformación que se presencia bajo esfuerzos constantes, el cual puede ser varias veces mayor que la deformación instantánea causada por la aplicación de carga; afirmaciones realizadas por Niño (2010). 7.5 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE PESO NORMAL El diseño de mezcla es un proceso que determina la cantidad de material aglutinante, material de relleno, agua y eventualmente aditivos. Para el proporcionamiento de los ingredientes de una mezcla de concreto existen métodos analíticos, experimentales, semianalíticos y empíricos. Estos métodos han evolucionado desde los volumétricos arbitrarios de comienzos del presente siglo, al método de peso y volumen absoluto actual, propuesto por el instituto americano de concreto. El diseño de las mezcla de concreto tiene como objetivo optimizar los materiales con el máximo rendimiento, toda mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son las de maleabilidad y economía, y para concreto endurecido son las de resistencia, durabilidad, acabado y en algunos casos el peso volumétrico. Según Sánchez (1996), todo diseño de mezcla se fundamenta en el uso que se le va a dar al concreto (vigas, muros, zapatas, etc.) y por las técnicas de colocación y transporte (bomba, banda, transportadora, carretilla, etc.), basados en lo anterior se escoge la mano de obra calificada. Antes de dosificar una mezcla de concreto además de conocer los datos de la obra o estructura que se va a construir y de las condiciones de transporte y colocación, también se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la mezcla. 7.5.1 Método de la dosificación de mezclas. El propósito de cualquier método es optimizar las proporciones de la mezcla de concreto, así mismo que cumpla las características deseadas, esto se logra mediante el sistema de ajuste y reajuste (Figura 10).. 38.

(39) Figura 10. Secuencia de pasos para la dosificación de mezclas. Fuente: NIÑO HERNANDEZ. Jairo René. Tecnología del concreto Tomo 1: Materiales, propiedades y diseño de mezclas. 3 ed. Bogotá D.C: Asocreto. 2010. 228p. 39.

(40) 8. FIBRAS NATURALES Según Martínez (1976), las fibras son estructuras unidimensionales, largas y delgadas; se doblan con facilidad y su propósito principal es la creación de tejidos, estas pueden dividirse en tres clases: fibras naturales (vegetales, animales e inorgánicas), fibras celulósicas hechas por el hombre y fibras no celulósicas hechas por el hombre. 8.1 FIBRAS DE ORIGEN VEGETAL. Las fibras de origen vegetal son principalmente de celulosa (Martínez, 1976), tienen muchas aplicaciones en la industria del papel y textil. Dentro de las fibras naturales se puede encontrar el algodón, el limo, las gramíneas, el cáñamo, el yute, la madera, el bagazo (la fibra de la caña de azúcar); entre otras. 8.2 FIBRA DE CÁÑAMO 8.2.1 Origen. En las investigaciones realizadas por Malpica (2016), en un escrito de la corte del emperador Shen Nung que data del 2737 a. C. se encuentra la primera descripción completa de la planta conocida como cáñamo. Según los escritos el cannabis es de origen asiático, pero gracias a la intervención humana se comenzó a propagar por países como india, luego se propago por Europa y llego a América latina por medio de los esclavos gracias a los colonizadores ingleses, españoles o portugueses, el cannabis era principalmente de uso medicinal o propósitos religiosos. 8.2.2 Historia. El cáñamo es una de las plantas cultivadas conocidas por la humanidad más antiguas y más versátiles. Ha sido de gran importancia económica como proveedora de fibras, alimento y medicinas durante más de seis mil años. El cáñamo se cultivaba en casi todos los países europeos y asiáticos, y era una de las más importantes, sino la más importante de las materias primas para la fabricación de cuerdas, lonas, tejidos textiles para ropa, papel y productos oleaginosos. La importancia histórica del cáñamo como materia prima también se basa en su utilización como textil especializado. En esta área, el cáñamo ha entrado en la historia repetidamente. El declive de la industria alemana y europea de la industria del cáñamo comenzó en el siglo XVIII y continuó hasta finales del siglo XX, momento en el que el cáñamo dejó prácticamente de tener importancia, la razón para el declive del cáñamo fue la industrialización del hilado del algodón, con lo que el algodón comenzó su victoriosa conquista del mundo. La fuerte reducción de la navegación a vela fue otro golpe para la industria del cáñamo. Después de mediados del siglo XIX, cuando se descubrió cómo hacer pulpa de madera, el cáñamo perdió del todo su importancia en la fabricación de papel. Como golpe final, la fibra de cáñamo recibió la 40.

(41) competencia de fibras importadas, por ejemplo, yute, sisal y el cáñamo de Rusia; ya en el siglo XX las fibras sintéticas como el nylon conquistaron los campos de aplicación más especializados del cáñamo. Al mismo tiempo, debido a la prohibición de la marihuana, el cáñamo comercial recibió mucha presión: en muchos países fue prohibido sin tener en cuenta si se trataba de cáñamo comercial o cáñamo como droga y aún sigue parcialmente prohibido hoy en día. Sólo a partir de los años 90, la prohibición sobre el cáñamo comercial se levantó en muchos países y sus nuevas posibilidades de utilización se han hecho populares, ya que las fibras de cáñamo por razones de especialización, ecológicas o económicas podían conquistar nuevos mercados. Las semillas de cáñamo también se han redescubierto en los años 90 y nuevos productos como las semillas peladas se han ido desarrollando. 8.2.3 Países productores. Entre los países que en el tiempo han sido grandes productores de la fibra de cáñamo han sido la unión soviética, China, Corea del norte, Hungría, el anterior Yugoslavia, Rumania, Polonia, Francia, Canadá, Alemania e Italia. En Japón, el cáñamo fue utilizado históricamente como el papel y cosecha de la fibra; fue restringido como droga narcótica en 1948. El cáñamo es ilegal de crecer libremente en los E.E.U.U. y varios otros países porque la planta se relaciona con la marihuana. En tales países, el cáñamo se importa de China y de las Filipinas. Los E.E.U.U. son el único país industrializado donde está ilegal el cáñamo de crecer. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, mundialmente conocida como FAO (2009), afirma que actualmente el productor líder de cáñamo es China y con una producción más pequeña en Europa, Chile, y la República Popular Democrática de Corea. Figura 11. Mapamundi con los principales productores de cáñamo. Fuente: FAO. Año internacional de las naciones unidas [en línea].Roma, ITALIA. [Citado 1 abril, 2016]. Disponible en Internet: <URL: http://naturalfibres2009.org/es/fibras/canamo.html> 41.

(42) Según Malpica (2016), el Cáñamo crece mejor en zonas con clima templado (13 a 22 ° C), sino que también prosperan en los climas más altos o más bajos. Plantas jóvenes no se verán afectados por las heladas moderadas noche de -3 a -5 ° C. El Cáñamo es apto para el cultivo en zonas templadas, en los mediterráneos y en la sub-trópicos. 8.2.4 Tipos de cáñamo. Malpica (2016), afirma que actualmente el cáñamo se clasificada en tres tipos; Sativa procedente de china; Indica proveniente de la india y Ruderalis procedente del sur de Rusia. La distinción entre las especies principalmente es su procedencia como también sus modos de crecimiento, en las características de sus semillas y en la diversidad de la estructura de sus fibras. Si bien las tres especies poseen canabinoides, sus agrupaciones se establecen de formas diferentes. 8.2.5 Estructura molecular. Componentes (Molares, 2008):     . Cannabinoides: delta 9 tetrahidrocannabinol, cannabinol, cannabinodiol. etc. Ácidos: linoleico, oleico e isolinoleico (semillas). Niacina (semillas) Orientina (planta) Minerales: óxidos de fosforo, de magnesio, de calcio, de potasio y de azufre, calcio, hierro y fosforo (semillas).. Figura 12: Estructura del tetrahidrocannabinol. Fuente: MOLARES, Juan. Canabinoides: análogos y perspectivas terapéuticas II [en línea].Cuba. 2008: [Citado 2 abril, 2016]. Disponible en Internet: <URL: http://www.bvs.sld.cu/revistas/far/vol42_3_08/far11308.pdf>. 42.